0 引言

随着准噶尔盆地南缘深层下部成藏组合勘探取得重大突破，围绕五大背斜领域的精细地震成像逐渐备受关注。在精细成像研究过程中发现，地质目标上覆巨厚的低、高速砾岩层存在明显的水平各向异性问题，其对表层结构精细建模、静校正计算以及偏移成像均产生了较大影响^[1-3]。

调研发现，国外如波兰Carpathians地区，国内如酒泉、冷湖等地区，均存在浅层各向异性^[4]。面对近地表各向异性问题，以往研究主要集中在如何提高静校正计算精度，如采用减小用于计算的排列数量、分方位反演与延迟时计算等手段。该类方法主要基于窄方位初至数据，反演稳定、收敛，但其反演模型仅代表数据所在方位的模型，与垂直方向速度并无对应关系^[5]。对于各向异性建模的研究基本都是针对深层反射，主要通过方位速度的差异实现^[6-7]，但受目前浅层覆盖密度的限制，该方法不适合近地表各向异性建模。另外，由于速度和各向异性参数对地震波旅行时的影响相互耦合，严重影响复杂地区地震资料成像品质，反演模型存在非唯一性的机率很高^[8-9]。

为进一步落实复杂区近地表各向异性对整体地震成像的影响程度，本文在准噶尔盆地南缘山前独南地区(以下简称“独南地区”)开展水平各向异性调查，并依托调查成果开展近地表各向异性正演模型验证研究，确定了中、浅层砾石层的各向异性强度及其对地震成像的影响程度，为后续更加精细的近地表各向异性建模和叠前地震成像提供了参考依据。

1 近地表各向异性调查与正演

为准确落实独南地区近地表方位各向异性特征，在该区域部署各向异性调查微测井1口。该微测井采用地面激发、井中接收的观测方式进行采集。地面震源激发点以不同井源距为半径呈环状分布，并以相同的角度间隔均匀布设^[10]；井中采用可分布式光纤接收不同深度的初至时间。不同井源距间激发、相同深度接收所采集的初至时间随方位角变化的关系如图 1所示。由图可见：随着井源距的增大，初至时间各向异性特征更加突出；但随着接收深度逐渐增大，初至时间各向异性特征逐渐减弱。

以调查点的垂直方向速度为模型，正演模拟不同方位(实际采集激发点的方位)的初至时间，并与微测井实测的初至时间进行对比分析可知，南北方向的速度大于垂直方向，东西方向与垂直方向速度接近(图 2)。因此，该位置近地表地层介质可假设为水平各向异性(HTI)介质，且以南北方向(快速度所对应方向)为对称轴方向。

此时，该调查点位置的各向异性参数可近似采用基于HTI介质射线追踪的各向异性参数反演方法计算。在进行各向异性参数反演前需对初至时间进行校正和平滑，以消除地表高程变化及异常初至时间引起的误差。首先，进行激发点与接收点高程差校正；其次，剔除异常初至时间，进行不同方位初至时间校正，将方位角信息转化至0°~90°，取每个相同方位的初至时间平均值作为该方位的初至时间，并在0°~90°对初至时间进行平滑。接收点位置初至时间校正量为

$ \Delta T_{i, j}=-\left(E_{\mathrm{S}, i}-E_{\mathrm{R}}\right) / V_{\mathrm{a}, j} $

(1)

式中：E_{S, i}为方位i处激发点高程；E_R为检波点高程；V_{a, j}为接收深度j处的平均速度；ΔT_{i, j}为方位i、接收深度j处的初至时间校正量。

基于HTI介质射线追踪的各向异性参数反演方法^[11-14]主要是在初至时间校正与平滑的基础上，建立各向异性参数ε和δ模型，然后通过HTI介质反射波射线追踪理论，采用试射法逐层进行不同炮检距、不同方位正演，不断修正参数值，直至正演时间域初至时间的均方根差值小于阈值。在反演出参数ε的基础上，进行不同炮检距、不同方位正演，不断修正参数δ，直至正演时间域初至时间的均方根差值小于阈值，从而逐层得到最终的各向异性参数ε和δ。

图 3为基于HTI介质射线追踪正演与实际初至时间对比，由图可见，由于采集时浅层光纤井中接收资料受环境噪声干扰，初至信噪比低影响初至时间精度，从而导致浅层用于反演各向异性参数的数据精度不够。虽然一定程度上会影响各向异性参数反演结果的准确性，但整体上正演与实际初至时间基本吻合；且南北方向(0°方位)初至时间最小，速度最大，东西方向(90°方位)初至时间最大，速度最小，整体上各向异性强度随着深度的增加而减弱。

2 各向异性对地震成像的影响分析

准噶尔盆地南缘山前表层各向异性调查分析表明，其山前砾石层普遍存在各向异性。虽然表层各向异性既不属于静校正问题，也不属于深层成像的范畴，但其对静校正计算、速度建模具有较大影响，进而造成深层成像不准，甚至难以成像。本文依托砾石层各向异性调查及以往地震资料和地质认识建立具有浅层各向异性的水平层状地质模型，通过该模型分析研究浅层巨厚砾石层各向异性对深层地质目标地震成像的影响。

2.1 近地表砾石层各向异性水平层状地质模型正演

浅层各向异性特征表现为垂直方向速度与水平方向速度的差异，而地震资料初至时间反演不同方位的速度包含了垂直方向与水平方向速度，仅通过地震资料初至时间反演速度无法明确近地表砾石层各向异性特征(垂直方向与水平方向速度关系)。为查明近地表砾石层各向异性特征，基于独南地区各向异性调查微测井获得的浅层速度及以往地震资料和地质认识，建立了1个各向同性水平层状地质模型和4个各向异性水平层状地质模型(参数见表 1)，并采用各向异性射线追踪方法(未考虑吸收衰减)进行模型正演。4个各向异性水平层状地质模型差异表现为垂直方向速度与水平方向快、慢速度的关系不同。

根据实际初至时间与不同模型正演的初至时间对比统计分析(图 4)，可以确定近地表砾石层垂直方向速度与水平方向速度的关系，进而确定独南地区近地表砾石层的各向异性特征。从图 4中5个模型正演数据初至时间的横向对比分析可知，独南地区实际地下速度关系特征更接近于各向异性模型1，即近地表砾石层垂直方向速度与水平方向慢速度相差不大。因此，近地表砾石层可近似为HTI介质，后续近地表各向异性对地下成像影响正演分析将依托各向异性模型1展开。

2.2 近地表各向异性对地下成像的影响

对正演数据不同方位反射时差的统计分析发现：近地表各向异性会导致不同方位的初至时间差随炮检距的增大而增大，随深度的增大而减小(图 3)。因此，近地表各向异性对不同深度层位的成像影响程度不同。以下从信噪比、叠加精度和叠加速度建模三个方面分析近地表各向异性对地下成像的影响。

2.2.1 叠加剖面信噪比的影响

从叠加剖面同相轴形态、振幅谱及叠加能量强度三个方面分析近地表各向异性对叠加剖面信噪比的影响。

图 5为不同深度层位叠加剖面及其对应的振幅谱，由图可见，浅层受近地表各向异性影响较大，成像品质较差(图 5a)，随深度增加近地表各向异性对成像品质影响减弱，但由振幅谱可见在深层依然能降低成像主频(图 5b、图 5c)。图 6a为不同深度叠加能量强度统计图，叠加能量是以各向同性模型T₀时间为中心，子波宽度为半时窗长度，计算得到的该时窗内地震道的均方根能量；图 6b统计了不同深度的剩余时差的最大值，其统计的炮检距范围为30%动校拉伸范围(切除线)。从图 6a和图 6b可以看出：受近地表各向异性的影响，浅层动校道集剩余时差最大，导致浅层难以高质量同相叠加，资料品质变差，分辨率降低；随着深度的增大，叠加能量强度影响逐步减弱，表明近地表各向异性对浅层叠加成像信噪比影响较强，随深度增加而逐步减弱。

2.2.2 叠加剖面精度的影响

对各向异性地质模型正演数据进行全方位和分方位速度分析和叠加，统计各向同性模型正演数据和各向异性模型正演数据叠加剖面不同方位T₀时差，结果如图 7所示。由图可见，排除浅层不同方位叠加成像差异，各向异性与各向同性模型叠加剖面层位的T₀时差在-4~4ms。因此，近地表各向异性对南缘深层构造成像精度影响程度低。

2.2.3 叠加速度谱的影响

浅层各向异性引起的共炮检距道集上不同方位反射时间差异会影响速度建模。图 8为各向异性模型和各向同性模型正演数据叠加速度谱及对应的叠加速度。由图可见，近地表各向异性导致浅层速度谱上能量团发散，叠加速度大于各向同性模型正演数据的叠加速度，并且随着地层深度的增加，近地表各向异性影响会逐渐减弱。图 9为各向同性模型及各向异性模型不同方位的叠加速度。由图可见：各向异性模型正演数据表明快速度方位叠加速度与全方位叠加速度接近，慢速度方位叠加速度与各向同性模型数据叠加速度接近；快、慢速度方位叠加速度的差异随着地层埋深的增加而逐渐减小，对于时间域成像效果影响逐渐减小。这种浅层各向异性导致的不同方位速度差异会进一步影响深度域的成像精度。

3 结论

通过前述研究得到如下结论：

(1) 南缘山前独南地区砾岩区低速砾岩普遍存在各向异性，其强度随介质埋深增加而逐步减小；

(2) 实际调查和正演验证表明，浅层各向异性呈HTI介质特征，垂向速度与各向异性的水平慢速度相当；

(3) 利用环状微测井，采用基于HTI介质射线追踪理论的各向异性参数反演方法可计算表层的各向异性参数；

(4) 各向异性对叠加剖面浅层影响较大，强各向异性导致叠加剖面浅层质量较差，对叠加剖面深层的影响主要是主频明显降低。