郭 愷,張永升,馮彥彬

(1.中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103;2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司研究院,新疆烏魯木齊830011;3.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司大慶物探一公司,黑龍江大慶163300)

隨著勘探開發(fā)的不斷深入,勘探目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向“深、隱、薄、碎、小”的地質(zhì)體,構(gòu)造解釋和儲層描述的難度越來越大,對地震成像精度的要求越來越高,地震資料的各向異性處理已經(jīng)成為常規(guī)處理流程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。對具有垂向?qū)ΨQ軸的橫向各向同性(vertical transverse isotropy,VTI)介質(zhì)進(jìn)行各向異性處理主要解決了層狀介質(zhì)引起的垂向各向異性,對具有水平對稱軸的橫向各向同性(horizontal transverse isotropy,HTI)介質(zhì)進(jìn)行各向異性處理主要解決了垂直裂縫引起的方位各向異性,這兩種處理方法均可改善成像聚焦性和減小井震深度誤差。但當(dāng)層狀介質(zhì)與垂直裂縫正交時,地震波表現(xiàn)為正交各向異性特征,造成速度描述困難、斷裂成像精度低、繞射波不收斂和方位成像道集呈螺旋狀彎曲等現(xiàn)象,低品質(zhì)的成像剖面對后續(xù)構(gòu)造精細(xì)解釋和儲層精細(xì)描述影響很大。因此,研究正交各向異性參數(shù)建模及地震成像非常必要[1-2]。

現(xiàn)階段,各向異性處理技術(shù)主要針對薄互層TTI和垂直裂縫HTI各向異性介質(zhì),其理論發(fā)展較快,相關(guān)技術(shù)較成熟,并取得了良好的應(yīng)用效果。正交各向異性處理技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展相對滯后,盡管國外大型石油公司的商業(yè)軟件在近幾年推出了相關(guān)處理模塊,但技術(shù)不夠完善,實(shí)際應(yīng)用受限。TSVANKIN等[3-4]基于Thomsen參數(shù)的思路,給出了HTI介質(zhì)各向異性參數(shù),并建立了HTI介質(zhì)各向異性參數(shù)估計思路;隨后TSVANKIN[5-7]提出了表征正交介質(zhì)的各向異性參數(shù),介紹了各個參數(shù)的物理意義,推動了正交各向異性處理技術(shù)的發(fā)展;郭愷等[8]通過分析Thomsen各向異性參數(shù)的角度敏感性,提出了多參數(shù)反演策略,取得了良好的效果;BAKULIN等[9-11]對HTI各向異性介質(zhì)、正交各向異性介質(zhì)和單斜各向異性介質(zhì)等進(jìn)行了研究,并利用地震反射波資料反演裂縫參數(shù);GRECHKA等[12]在多分量寬方位采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用地震反射波資料對正交介質(zhì)各向異性參數(shù)進(jìn)行了估計。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,首先研究了正交介質(zhì)各向異性參數(shù)初始建模方法,將數(shù)據(jù)進(jìn)行分方位處理從而預(yù)測了裂縫的主要發(fā)育方向,采用分方位速度分析和參數(shù)融合方法建立了空間分布合理、數(shù)值可靠的正交介質(zhì)各向異性參數(shù)初始模型;其次,研究了正交介質(zhì)各向異性參數(shù)精細(xì)建模方法,引入方位正交各向異性介質(zhì)層析公式提高了層析反演的穩(wěn)定性,制定了多參數(shù)反演策略,在方位成像道集的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)更新,建立了精細(xì)的正交介質(zhì)各向異性參數(shù)模型,有效提高了斷裂和縫洞儲層的成像精度;最后利用多層模型數(shù)據(jù)和某探區(qū)實(shí)際資料驗(yàn)證了本文方法的適用性和有效性。

1 方法原理

1.1 正交各向異性參數(shù)初始建模

1.1.1 方位速度分析及裂縫方位提取

在實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)工區(qū)前期的勘探情況,將工區(qū)分為多個扇區(qū)(圖1),在各個扇區(qū)內(nèi)進(jìn)行速度分析(圖2),提取螺旋狀成像道集所在地層的平均速度,按方位排列,擬合成橢圓形態(tài)(圖3)。橢圓的長軸平行于垂直裂縫,由參數(shù)ε1,δ1描述;短軸垂直于垂直裂縫,由參數(shù)ε2,δ2描述。裂縫方向與零方位的夾角為α,當(dāng)α≠0時,需要對坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),公式如下:

s=xcosα+ysinα
t=ycosα-xsinα

(1)

式中:(x,y)為直角坐標(biāo)系中的某一點(diǎn);(s,t)為旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)系中的某一點(diǎn)。

圖1 扇區(qū)劃分示意

1.1.2 方位參數(shù)提取及初始建模

采用上述方位速度分析方法,按方位提取各向異性參數(shù),具體公式如下:

(2)

式中:vNMO是表征各向異性的方位動校正速度;vP,NMO是表征各向異性的動校正速度垂向分量;vP0是縱波速度垂向分量;φ是方位角;δv是方位各向異性參數(shù)。

此時,提取的方位各向異性參數(shù)描述的是扇區(qū)內(nèi)各向異性,不是正交各向異性,故需要利用以下公式建立正交各向異性參數(shù)模型:

步行穿越調(diào)查法還可評估員工與顧客對服務(wù)體驗(yàn)與傳遞方面存在的差距，員工在工作環(huán)境中對設(shè)施或服務(wù)的敏感性降低，顧客對細(xì)微的變化可以覺察，這種按照顧客意見實(shí)施的調(diào)查更符合實(shí)際，運(yùn)用在酒店、景區(qū)、衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)可有效判斷以提升服務(wù)質(zhì)量。

圖2 速度分析結(jié)果

圖3 橢圓擬合示意

(3)

式中:εHTI,δHTI是平行于垂直裂縫方向的各向異性參數(shù);εVTI,δVTI是垂直于垂直裂縫方向的各向異性參數(shù)。

通過公式(2)提取方位各向異性參數(shù),再通過公式(3)融合并建立正交各向異性參數(shù)模型,可得到方位信息準(zhǔn)確、空間分布合理的正交各向異性參數(shù)初始模型。

1.2 正交各向異性參數(shù)精細(xì)建模

1.2.1 正交各向異性層析矩陣的建立

正交各向異性參數(shù)與方位相關(guān),因此不包含方位信息的常規(guī)層析反演矩陣不適于正交各向異性介質(zhì)。我們記錄不同方位的核函數(shù)和旅行時誤差,代入以下公式,再根據(jù)不同方位的旅行時反演對應(yīng)的參數(shù):

(4)

式中:A(φ)是方位角φ的核函數(shù)矩陣;Δm是待反演參數(shù)矩陣;Δτ(φ)是方位角φ的旅行時殘差矩陣;sg是群速度;L(φ)為方位角φ的射線長度矩陣;Δ代表更新量。

1.2.2 正交各向異性多參數(shù)反演策略

正交各向異性參數(shù)多,數(shù)量級相差大,因此同時反演所有參數(shù)非常不穩(wěn)定。此外參數(shù)之間相互干擾,反演精度也會受到影響。因此,針對正交各向異性介質(zhì)的多參數(shù)反演,我們制定了如下的反演策略:

1) 通過正交各向異性偏移提取全方位道集,根據(jù)分方位數(shù)據(jù)偏移結(jié)果提取分方位角道集;

2) 因?yàn)関P0參數(shù)對所有方位角道集的旅行時影響一致,所以采用全方位道集反演vP0;

3)ε1,δ1只影響裂縫方向旅行時,ε2,δ2只影響垂直裂縫方向旅行時,因此,在準(zhǔn)確反演vP0的基礎(chǔ)上,利用兩個方向的道集分別反演ε1,δ1和ε2,δ2;

4) 裂縫方向和垂直裂縫方向的數(shù)據(jù)量小,反演精度有限,可采用除裂縫方向和垂直裂縫方向外的方位道集進(jìn)行反演,將采用參數(shù)掃描及全局尋優(yōu)方法更新后的ε1,δ1和ε2,δ2代入如下的Thomsen參數(shù)ε(φ)和δ(φ)的計算公式:

ε(φ)=ε1sin4φ+ε2cos4φ+(2ε2+δ3)·

sin2φcos2φ

δ(φ)=δ1sin2φ+δ2cos2φ

(5)

5) 將上述步驟得到的ε1,δ1和ε2,δ2,代入公式(6)估算δ3:

(6)

我們采用正交各向異性多參數(shù)反演方法,建立了正交各向異性參數(shù)精細(xì)模型,為后續(xù)偏移成像提供了精確的參數(shù)模型數(shù)據(jù)。

2 模型試算

設(shè)計的正交各向異性參數(shù)多層模型如圖4所示,模型橫向長度為3000m,包括300個CDP,深度為4000m,采樣間隔為10m。模型由淺到深分為4層,第1層為各向同性地層,vP0=3000m/s,ε1=ε2=δ1=δ2=δ3=0;第2層為TTI各向異性地層,vP0=3250m/s,ε1=ε2=0.1,δ1=δ2=0.05,δ3=0;第3層為正交各向異性地層,vP0=3500m/s,ε1=0.3,ε2=0.035,δ1=0.266,δ2=0.001,δ3=0.22;第4層為各向同性地層,vP0=4000m/s,ε1=ε2=δ1=δ2=δ3=0,該地層作用是提供反射界面,不參與反演參數(shù)的更新。該模型包含各向同性、TTI各向異性和正交各向異性介質(zhì),可模擬實(shí)際地質(zhì)情況并驗(yàn)證本文方法的適用性。

如圖5所示,從正交各向異性參數(shù)初始模型(vP0=3000m/s,ε1=ε2=δ1=δ2=δ3=0)開始反演迭代更新,采用本文方法得到的正交各向異性參數(shù)精細(xì)模型和數(shù)值曲線分別如圖6和圖7所示,可以看出,背景模型不包含任何梯度信息,更新難度大。我們采用了遞進(jìn)式的更新思路和針對性的反演策略,建立的精細(xì)模型數(shù)值準(zhǔn)確、構(gòu)造界面明顯、空間分布合理,能精確地分辨和描述各向同性、TTI各向異性、正交各向異性介質(zhì),刻畫各個介質(zhì)的各向異性特征,并驗(yàn)證了本文方法的有效性和適用性。

圖4 正交各向異性參數(shù)多層模型a vP0; b ε1; c ε2; d δ1; e δ2; f δ3

圖5 正交各向異性參數(shù)初始模型a vP0; b ε1=ε2=δ1=δ2=δ3=0

圖6 正交各向異性參數(shù)精細(xì)模型a vP0; b ε1; c ε2; d δ1; e δ2; f δ3

圖7 正交各向異性參數(shù)數(shù)值曲線a vP0; b ε1; c ε2; d δ1; e δ2; f δ3

3 實(shí)際資料處理

對某探區(qū)實(shí)際資料采用本文方法進(jìn)行處理以驗(yàn)證方法的有效性。該探區(qū)目的層深,地層傾角小,復(fù)雜斷裂和縫洞儲層發(fā)育,構(gòu)造復(fù)雜,存在較強(qiáng)的正交各向異性特性,斷裂和縫洞是油氣有利聚集區(qū)。對探區(qū)采用TTI各向異性處理方法得到的成像結(jié)果質(zhì)量較高,但斷裂和縫洞成像精度較低,不利于儲層精細(xì)描述和斷裂準(zhǔn)確預(yù)測。

圖8為采用本文方法建立的正交各向異性參數(shù)精確模型。模型參數(shù)分布合理,符合斷裂和縫洞發(fā)育規(guī)律,參數(shù)數(shù)值準(zhǔn)確,能夠描述地震波速度的方位特性。圖9a和圖9b分別采用TTI各向異性處理方法和本文方法得到的偏移成像結(jié)果。TTI介質(zhì)各向異性建模及成像整體質(zhì)量高,但是碳酸鹽巖目的儲層的斷裂和縫洞成像精度低,存在斷裂不清晰、縫洞繞射波聚焦性差等現(xiàn)象。經(jīng)本文方法處理后,斷裂清晰、繞射波收斂,斷裂和縫洞的成像精度進(jìn)一步得到了提升。圖10a和圖10b分別為對探區(qū)采用TTI各向異性處理方法和本文方法提取的OVT域成像道集?？梢钥闯?對TTI介質(zhì)采用各向異性處理方法時,存在方位信息的OVT域成像道集適應(yīng)性差,無法將不同方位的道集完全拉平的問題,說明TTI各向異性處理方法不能準(zhǔn)確描述地震波速度的方位差異。經(jīng)本文方法處理后,OVT域成像道集被完全拉平,這是因?yàn)楸疚姆椒赏ㄟ^多參數(shù)準(zhǔn)確刻畫地震波速度,再利用速度將彎曲的成像道集拉平。

圖8 采用本文方法建立的正交各向異性參數(shù)精細(xì)模型a vP0; b ε1; c ε2; d δ1; e δ2; f δ3

圖9 對探區(qū)采用TTI各向異性處理方法(a)和本文方法(b)得到的偏移成像結(jié)果

圖10 對探區(qū)采用TTI各向異性處理方法(a)和本文方法(b)提取的OVT域成像道集

4 認(rèn)識與結(jié)論

本文通過正交各向異性介質(zhì)多參數(shù)建模方法的研究及其在實(shí)際地震資料中的應(yīng)用,得出以下結(jié)論:

對正交各向異性介質(zhì),采用基于分方位速度分析的裂縫方位預(yù)測和各向異性參數(shù)提取方法,建立了正交各向異性參數(shù)初始模型,再通過建立方位正交各向異性層析矩陣,并制定合理的多參數(shù)反演策略,最終建立精細(xì)的正交各向異性參數(shù)模型,為后續(xù)偏移成像和道集提取提供了可靠的模型數(shù)據(jù)。

理論模型數(shù)據(jù)和實(shí)際資料測試結(jié)果表明,正交各向異性介質(zhì)多參數(shù)建模方法能夠提高斷裂的成像精度、增強(qiáng)繞射波收斂、改善縫洞體的聚焦性,同時能夠拉平OVT域成像道集,提升成像效果。雖然很多通過消除道間時差拉平OVT域成像道集的方法可以提高疊加效果,改善剖面分辨率,但是對于斷裂和縫洞的成像精度改善有限。因?yàn)閿嗔押涂p洞對空間速度非常敏感,僅拉平道集無法從根本上提高成像效果,所以必須依賴正交各向異性參數(shù)準(zhǔn)確刻畫速度的方向差異,消除旅行時誤差,提升整體成像效果。