0 引言

多波多分量地震作为复杂岩性油气藏勘探的重要技术手段，在气云区成像、流体识别、裂缝检测及降低勘探风险等方面具有良好的技术优势^[1]。相比纵波勘探，多波多分量地震勘探综合利用纵波、横波、转换波等多种地震波场对油气藏进行精细勘探，能够提供储层中有关裂缝与流体的更多信息，可以最大程度地降低纯纵波勘探面临的多解性，提高复杂岩性油气藏预测精度。目前，工业界的多波勘探主要是以纵波震源激发、利用三分量检波器接收的转换波勘探^[2-3]。

转换波具有传播路径不对称、对各向异性更为敏感以及信噪比低等特点，因此转换波成像难度远超纵波^[4]。对于构造较为复杂的地区，转换波成像技术仍需要做进一步研究^[5]。大量学者针对转换波叠前时间偏移速度建模开展了研究：Wang等^[6]提出转换波叠前时间偏移速度分析方法；Cary^[7]提出三维转换波层剥离方法；Thomsen ^[8]、Van Dok等^[9]、Bale等^[10]、Grechka等^[11]相继开展了针对转换波各向异性成像的研究工作；Li等^[12]和Dai等^[13-14]对基于双平方根方程的转换波各向异性叠前时间偏移方法进行了完善，推导出VTI介质中转换波非双曲线时距曲线方程，奠定了多波地震各向异性成像技术的理论基础，该方程采用反动校正CIP道集进行速度分析(简称Dai-Li方法)，将炮检距分成三个部分开展速度场建模：在小炮检距进行传统的双曲均方根速度分析，求取转换波均方根速度，用中炮检距分析纵横波速度比，大炮检距资料反演各向异性参数。Dai-Li方法把成像的炮检距与深度比值扩大到3，能有效提高大炮检距资料的速度建模及成像精度，该方法是目前普遍采用的主流方法。多分量地震资料处理已走向各向异性处理阶段，毕丽飞^[15]、张丽艳等^[16-17]、郭向宇等^[18]、边冬辉等^[19]、杨维等^[20]、陈海峰等^[21]基于该方法做了一系列应用工作。然而针对复杂区转换波资料的多参数谱分析精度很低，由于参数之间存在相互依赖关系且对于道集拉平的效果是等效互补的，造成同时分析多个参数难度较大，多解性强并且难以收敛，大大限制了转换波VTI建模的实际应用。因此，需要研究针对复杂区转换波资料的优化建模流程求取可靠成像参数^[19]。

针对转换波VTI多参数建模存在的多解性问题，本文提出利用VSP约束的转换波与纵波叠后层位匹配的方法计算纵横波平均速度比γ₀，然后按照先进行各向同性、再进行各向异性分析的思路，有效降低VTI多参数分析的难度，大大提高建模精度，形成了一套收敛速度较快、准确性较高的转换波VTI多参数叠前时间偏移速度建模方法。

1 转换波VTI建模 1.1 转换波VTI建模原理

VTI介质中，转换波在(x, z)点的散射旅行时方程可以表述为^[13]

$ \begin{aligned} t_{\mathrm{C}} &=\sqrt{\frac{t_{\mathrm{C} 0}}{1+\gamma_{0}}+\frac{(x+h)^{2}}{v_{\mathrm{P} 2}^{2}}-2 \eta_{\mathrm{eff}} \Delta t_{\mathrm{P}}^{2}}+\\ & \sqrt{\left(\frac{\gamma_{0} t_{\mathrm{C} 0}}{1+\gamma_{0}}\right)^{2}+\frac{(x+h)^{2}}{v_{\mathrm{S} 2}^{2}}+2 \xi_{\mathrm{eff}} \Delta t_{\mathrm{S}}^{2}} \end{aligned} $

(1)

其中

$ \begin{aligned} \Delta t_{\mathrm{P}}^{2}= \frac{(x+h)^{4}}{v_{\mathrm{P} 2}^{2}\left[\frac{t_{\mathrm{C} 0}^{2} v_{\mathrm{P} 2}^{2}}{\left(1+\gamma_{0}\right)^{2}}+\left(1+2 \eta_{\mathrm{eff}}\right)(x+h)^{2}\right]} \end{aligned} $

(2)

$ \Delta t_{\mathrm{S}}^{2}=\frac{(x-h)^{4}}{v_{\mathrm{S} 2}^{2}\left[\frac{t_{\mathrm{C} 0}^{2} v_{\mathrm{S} 2}^{2} \gamma_{0}^{2}}{\left(1+\gamma_{0}\right)^{2}}+(x-h)^{2}\right]} $

(3)

式中：t_C是转换波旅行时；t_C0是转换波垂直双程旅行时；h是1/2炮检距，v_P2、v_S2分别是纵波、横波的均方根速度；γ₀是纵横波平均速度比；η_eff和ξ_eff分别是纵波、横波的各向异性参数。

转换波叠前时间偏移各参数的关系如下

$ \begin{array}{c} v_{\mathrm{P} 2}^{2}=v_{\mathrm{C} 2}^{2} \frac{\gamma_{\mathrm{eff}}\left(1+\gamma_{0}\right)}{1+\gamma_{\mathrm{eff}}} \end{array} $

(4)

$ v_{\mathrm{S} 2}^{2}=v_{\mathrm{C} 2}^{2} \frac{1+\gamma_{0}}{\gamma_{0}\left(1+\gamma_{\mathrm{cff}}\right)} $

(5)

$\eta_{\mathrm{eff}}=\frac{\chi_{\mathrm{eff}}}{\left(\gamma_{0}-1\right) \gamma_{\mathrm{eff}}^{2}} $

(6)

$ \xi_{\mathrm{eff}}=\frac{\chi_{\mathrm{cff}}}{\gamma_{0}-1} $

(7)

式中：v_C2是转换波在小炮检距的动校正速度；γ_eff是纵横波等效速度比；χ_eff是转换波各向异性参数。转换波VTI叠前时间偏移的四个参数分别是v_C2、γ₀、γ_eff和χ_eff。利用小炮检距转换波资料控制的双曲动校正可以确定转换波偏移速度v_C2；用中炮检距转换波资料控制的非双曲动校正(由于非对称射线路径造成)分析纵横波速度比参数γ₀，确定纵横波等效速度比γ_eff；用大炮检距转换波资料控制的各向异性动校正获得转换波各向异性参数χ_eff。利用小、中和大炮检距时差信息确定四个参数后，便可进行转换波VTI各向异性叠前时间偏移。

1.2 实现过程

理论上，对于构造简单地区，转换波VTI四参数建模能够有效解决各向异性成像问题。但是针对构造复杂地区，转换波信噪比很低，VTI四参数谱能量发散，同时分析四个参数精度很低，难以收敛，且四个参数之间存在相互依赖关系，对于道集拉平的效果是等效互补的，因此实际应用中仍然以各向同性双参数建模为主。然而由于各向异性的存在，转换波各向同性偏移成像精度已无法满足多波勘探的需求。针对上述问题，在Li等^[12-13]提出的VTI多参数建模原理基础上，对多参数速度分析进行了改进。图 1为简化后的建模流程，实现步骤如下。

(1) 建立转换波初始偏移速度。利用转换波叠加速度进行偏移速度扫描，得到相对可靠的初始偏移速度v_C2，相比常规使用叠加速度作为初始速度进行偏移迭代的方法，基于偏移算法扫描的初始速度模型建立方法精度更高，更易于向准确速度收敛^[19]。

(2) 计算纵横波平均速度比。利用VSP资料中纵波分量及横波分量的下行波初至，可以得到井点处的纵横波速度比，实现纵波与转换波标志层位的粗略匹配；然后参照匹配结果，对纵波与转换波对应的标志层进行精细解释，实现纵波与转换波层位精细匹配，进而计算得到精度更高的纵横波平均速度比γ₀。

(3) 各向同性双参数分析。利用转换波初始偏移速度v_C2以及纵横波平均速度比γ₀开展转换波各向同性叠前时间偏移，通过成像道集迭代优化v_C2，对γ₀只进行局部微调并保持其在横向足够平滑，拉平成像道集的中、小炮检距同相轴。

(4) 各向异性四参数分析。确定了各向同性双参数v_C2和γ₀之后，开展各向异性叠前时间偏移，利用成像道集进行转换波VTI四参数分析，保持v_C2和γ₀不变，依次迭代更新纵横波等效速度比γ_eff和转换波各向异性参数χ_eff，拉平大炮检距道集同相轴，从而获得最终的转换波VTI四参数速度模型。

2 应用实例

研究区位于四川盆地蜀南地区云锦向斜区块，研究目标茅口组碳酸盐岩储层埋藏较浅(2600m)，小尺度岩溶缝洞及小断裂发育，储层各向异性强，以往利用纵波资料进行储层预测精度较低，难以满足勘探需求，因此开展了多波多分量勘探。多分量采集的最大炮检距为6000m，最大炮检距与储层埋深之比大于2。按照以往方法进行转换波成像，发现在目的层存在明显的各向异性，各向同性偏移在构造区成像精度很低，与纵波匹配效果不理想，难以满足纵横波联合解释的要求。

纵横波速度比是转换波建模的重要参数之一，该参数变化范围较小，敏感度高，对于构造较为复杂区的低信噪比资料，直接通过多参数谱分析难以得到准确的纵横波速度比(图 2b)，而通过转换波与纵波层位匹配可以得到准确的纵横波速度比。

由于VSP井中检波器接收到井口激发的下行直达波同时包含深度和时间信息，因此可以利用VSP资料计算出井点处可靠的纵横波速度比(图 3)。以此为依据，利用转换波与纵波波形相关性得到的纵横波速度比谱，参考VSP井点纵横波速度比，进行纵横波速度比谱解释，建立相对准确又平滑的三维初始纵横波速度比模型，实现转换波与纵波标志层位的初始匹配(图 4)。然后参照初始匹配结果，进行转换波和纵波叠加剖面上对应标志地层的精细解释，实现转换波与纵波层位的时空变匹配，最终获得精度更高的纵横波平均速度比γ₀(图 5)。图 6a为常规转换波各向同性双参数谱速度建模，可以看到纵横波速度比谱能量发散，分析精度很低；图 6b为通过转换波与纵波匹配获取高精度纵横波速度比后的双参数速度谱分析，聚焦性明显改善，有助于提高后续其他参数的分析精度。

在计算得到纵横波平均速度比模型之后，令纵横波等效速度比γ_eff=γ₀，χ_eff=0，则各向异性偏移可简化为各向同性偏移，图 7a~图 7c为双参数速度谱。在迭代更新确定转换波偏移速度v_C2基础上，开展各向异性偏移，进行各向异性四参数谱分析，依次迭代更新纵横波等效速度比γ_eff和转换波各向异性参数χ_eff，直到拉平大炮检距道集的同相轴(图 7h)。从图 7c可以看到，由于中浅层存在严重各向异性，各向同性双参数分析不能够拉平大炮检距道集的同相轴，因此成像较差(图 8a)。而进行各向异性四参数分析之后，大炮检距道集同相轴被拉平(图 7h)，中浅层成像效果改善明显(图 8b)。

对比纵波(图 9a)与转换波(图 9b)叠前时间偏移剖面可以看到，通过本文方法获得的转换波偏移结果波组特征较为清晰，与纵波的构造形态以及波组都有着较好的对应关系。转换波与纵波叠前时间偏移三维立体匹配如图 10所示，可见转换波与纵波在层位匹配的同时，地震反射特征存在一定的差异，为后续的多波联合解释提供了品质较好的基础资料。图 11a为利用纵波叠前OVT道集资料反演得到的岩溶缝洞预测结果，图 11b为综合利用纵波方位各向异性以及转换横波分裂分析得到的岩溶缝洞预测结果，可以看出多波联合预测结果规律性更强，能够有效降低单一纵波预测结果的多解性。

3 结论

在针对复杂区转换波资料的实际处理中，常规转换波VTI叠前时间偏移多参数谱精度较低，参数之间存在相互依赖关系造成多解性强，针对这些问题，研究改进了多参数速度分析建模流程并得到以下结论：

(1) 利用VSP资料以及标志层位精细解释实现纵波与转换波层位匹配，得到更可靠的纵横波速度比模型，可以显著改善VTI多参数谱的收敛性；

(2) 先进行各向同性双参数分析、再进行各向异性四参数分析，可以有效简化VTI多参数建模流程，提高四参数建模的精度，从而形成实用性较强的转换波VTI多参数叠前时间偏移速度建模流程，明显改善复杂区的转换波成像效果，为后续多波联合解释提供了品质较好的基础资料；

(3) 转换横波分裂是开展裂缝预测的有效手段，通过开展多波联合预测，可以降低单一纵波预测结果的多解性，进一步提高裂缝预测精度。

感谢中国石油集团东方地球物理公司物探技术研究中心钱忠平、孙鹏远、李建峰、刘增强、陈海峰等对本文研究的指导与帮助。