随着地下地质勘探目标的日趋复杂, 对地震勘探的精度要求也越来越高, 高密度宽方位地震勘探技术是现阶段解决复杂地震勘探目标、提高地震成像精度的有效技术手段。目前高密度宽方位地震采集已经在多个探区得到推广应用, 作为面向高密度宽方位地震数据处理的OVT域处理技术也得到了快速发展。OVT通常被翻译成炮检向量片, 又称共偏移距向量或共偏移距矢量片, OVT概念最早由VERMEER等^[1-3]在研究十字排列最小数据集时提出。

OVT道集是覆盖整个工区的单次覆盖数据体, 因而可以独立叠前时间偏移成像^[4], 偏移后的数据保存了偏移距和方位角信息, 因而可以称OVT域叠前时间偏移道集为“五维”(即空间三维坐标+偏移距+方位角)地震道集, 可以进行OVT域五维地震资料解释。OVT域五维地震解释技术是未来地震勘探发展的主要趋势之一^[5]。与常规三维地震解释相比, 五维地震解释以构造、储层和流体分析并重, 在构造解释、地层解释、岩性解释、流体识别、裂缝预测、地应力预测等方面都有较大的优势。

与常规处理相比, OVT域处理后的OVT道集具有一致性好、保留方位角信息、适于叠前反演等优点, 但OVT域处理技术对原始采集的地震数据要求较高^[6]。受野外采集因素影响, 实际的OVT属性与理论OVT属性存在差异。OVT域处理参数选取不合理会对最终的OVT域处理效果造成较大影响, 从而影响后续的五维地震资料解释结果, 所以做好每个OVT域处理环节的质量控制显得尤为重要。OVT域处理技术经过近几年的发展与应用, 其相关技术流程已趋于成熟。段文胜等^[7]系统阐述了面向宽方位地震数据处理的炮检向量片技术, 讨论了OVT技术的实现及效果。李娜^[8]详细论述了基于OVT域的高密度宽方位地震数据处理技术, 包括OVT道集的抽取、OVT域数据规则化以及方位各向异性校正。李博^[9]研究了OVT域地震数据规则化技术及应用。李昂等^[10]研究了宽方位地震OVT域方位各向异性校正技术。袁刚等^[11]研究了宽方位地震数据的炮检向量片域处理及偏移道集校平方法。刘殿秘等^[12]详细介绍了伊通盆地莫里青断陷宽方位三维地震资料OVT域处理。蒋波^[13]详细总结了地震资料重处理的方法技术, 提出对宽方位地震数据进行重处理时应重点考虑OVT域处理。李晓峰等^[14]介绍了沙漠区地震数据宽频处理关键技术及应用效果, 指出在道集优化处理环节, 对方位各向异性校正后的共反射点道集进行提频处理, 能进一步提高道集的分辨率。魏欣伟等^[15]研究了基于OVT域地震数据的叠前AVOA裂缝密度反演。周碧霞^[16]对地震资料处理质量监控过程进行了相关分析。胡英等^[17]提出了一种改进陆上地震资料处理质量的监控方法。目前关于OVT域处理技术研究及应用相关文献较多, 但针对如何做好OVT域处理质量控制, 现阶段还没有文献资料对该内容进行详细论述, 亦没有相应的OVT域处理技术规程标准可供执行。现行的陆上地震勘探数据处理技术规程(CB/T33685-2017)关于OVT域处理具体规范要求较为宽泛(只要求: 共炮检向量片(OVT)域数据集缺道、覆盖次数不均匀现象时, 应在偏移前做地震数据规则化处理; OVT域叠前时间偏移后显示螺旋道集, 检查螺旋道集是否拉平, 若螺旋道集中的同相轴存在波浪现象, 应进行方位时差校正), 无法满足现阶段OVT域处理的质量控制要求。所以开展OVT域处理质量控制方法研究, 有利于确保OVT域处理技术的规范进行, 从而为五维地震解释提供高质量的OVT域五维数据。

本文从常规OVT域处理基本流程出发, 在OVT域处理流程的每一环节建立质量控制手段, 从OVT道集的空间分布、方位角偏移距属性、OVT道集单次记录、OVT道集单次偏移、OVT道集显示、OVT道集偏移距-振幅属性等方面, 确保OVT域处理流程的每一步合理有效, 从而确保最终的OVT域处理效果。对实际的OVT域处理, 特别是复杂区域的OVT域处理技术应用推广以及建立OVT域质量控制体系都具有一定的参考价值。

1 时间域OVT处理质量控制流程

多数叠前处理流程都可以在OVT域应用, 如初至拾取、球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积以及剩余静较正等。如果是初至拾取、球面扩散补偿以及预测反褶积等单道处理模式, 其OVT域处理效果较炮域无明显优势; 但如果是地表一致性振幅补偿、地表一致性反褶积以及剩余静较正等多道处理单道应用等处理流程, 就需要考虑流程设计的主要目的。由于OVT道集相当于单次覆盖剖面, 某些叠后处理流程如三维随机噪声衰减、剩余振幅补偿等也可方便地应用于OVT道集。所以在具体应用时需要根据数据的实际情况, 选择在OVT域处理有优势的处理步骤进行OVT域处理。

目前开展时间域OVT处理时, 输入的一般是叠前已经完成反褶积、剩余静较正后的数据, 总的来说, 时间域OVT处理主要包含以下处理步骤: ①OVT道集分选; ②OVT道集细分(可选); ③OVT域插值; ④OVT域叠前时间偏移; ⑤OVT域速度方位各向异性校正。具体质量控制流程如图 1所示。目前的OVT域处理流程设计多基于理论规则采集数据, 但当开展实际OVT域处理时, 特别是复杂地区的OVT域处理时, 会遇到实际OVT片数多于理论OVT片数、OVT道集偏移距方位角属性范围较大、OVT道集存在采集空白以及OVT道集道间存在方位剩余时差等问题, 此时做好OVT域处理的质量控制就显得尤为重要。

2 OVT域处理质量控制方法 2.1 OVT道集分选质量控制

OVT道集分选是进行OVT域处理的第一步, 也是OVT处理环节中较为关键步骤之一, 不合适的道集分选会对后续OVT域处理产生不利影响。针对OVT道集分选的质量控制, 不仅要统计分选出实际OVT道集个数, 更要对分选出的OVT道集进行数据量统计、空间分布分析等, 从而确定最终的OVT道集分选个数。

OVT道集是十字排列道集内的一个数据子集, 十字排列可以由正交观测系统抽取; 将正交观测系统中有共同炮点线和接收线的所有地震道汇集起来, 就可将地震数据分选到十字排列域, 再对每一个十字排列的一次覆盖区域按照炮线距和检波线距进行划分, 然后对每一个由接收线和炮点线组成的小矩形进行统一编号, 将全区十字排列中所有具有相同编号的小矩形分选到一起, 这样便将数据分选到了OVT域, 理论上OVT道集的个数与满覆盖次数相等。

但在实际野外地震数据采集时, 受地表地形、障碍物等影响, 炮检点正常布设受限, 存在偏移, 造成实际的十字排列属性与理论十字排列属性存在差异(图 2)。所以, 在进行OVT道集分选时, 需要开展实际十字排列方位角偏移距属性和理论十字排列偏移距方位角属性对比。

在实际地震资料OVT道集分选的过程中, 实际OVT道集个数与理论OVT道集个数并不相等, 亦不等于满覆盖次数。通常实际OVT道集个数比理论的OVT道集个数多(图 3), 所以在进行OVT道集分选时, 统计实际的OVT道集个数是必要的。

同时还要统计每一个OVT道集的数据大小, 最好是理论OVT道集个数与理论OVT道集个数之外的分开统计, 查看各数据占总原始数据大小的百分比。通常理论OVT道集个数之外的OVT道集数据占总数据的比例较小(1%左右)。

为了更好地利用所有采集数据, 需要调查各OVT道集的空间分布(图 4), 可以看到, 理论OVT道集个数之内的OVT道集空间分布几乎布满全区(图 4a); 而理论OVT道集个数之外的OVT道集空间分布较为稀疏(图 4b), 如果单独对该OVT道集进行叠前时间偏移, 势必影响最终的偏移效果。

合理的做法是根据OVT道集的空间分布特征来处理, 如果该OVT片数据量较大, 且与理论OVT道集个数之内的OVT道集相邻, 可以将该相邻的两个OVT合并成一个OVT道集; 如果该OVT在空间上只是零星分布, 且数据量很小, 可以将其舍弃。条件允许的情况下, 最好进行数据舍弃前、后的偏移结果对比。

2.2 OVT道集细分质量控制

OVT道集的偏移距方位角范围由炮线距和接收线距决定。如果原始数据的炮线和接收线距都较大, 则OVT道集的偏移距范围和方位角范围也较大, 从而导致OVT道集的一致性降低, 影响OVT域处理效果, 尤其会降低浅层覆盖次数, 进而影响浅层成像质量, 所以有时需要对已分选的OVT道集进行细分处理。

OVT道集细分的质量控制, 首先需要从OVT道集细分的原理出发, 分析OVT道集细分的适应性; 然后需要利用实际地震数据, 检查OVT道集细分前、后OVT炮检距方位角属性变化; 同时要查看OVT道集细分前、后单个OVT道集记录的变化情况; 最后还要分析全部OVT道集细分前、后的地震剖面变化情况, 确保最终OVT道集细分结果的合理性。

目前常用的OVT道集分选技术主要有两种, 即矩形细分和互换细分。矩形细分将每一个已分选好的OVT划分为4个相同的小矩形, 将4个象限中同一OVT单元编号的数据重组在一起, 这种方法相当于将炮线距和接收线距缩小一半, 因而OVT道集的炮检距范围也会缩小一半, 但它将两组具有不同方位角的可互换OVT组合在一起, 所以不能再保留方位角信息。

OVT互换细分充分利用了OVT道集的互换性, 即先将两个可互换的OVT道集分别按照方位角分布进行二等分, 得到1, 2, 3, 4这4个区域(图 5), 然后将1和3互换, 使得偏移距较小的2和3组合在一起, 偏移距较大的1和4组合在一起, 得到图 5右边的结果。重组后的OVT道集的偏移距范围有效减小, 而方位角范围不变, 很好地保持了OVT道集的原始特征, 被称为“高分辨率”OVT道集。

本文主要针对OVT互换细分方法的质量控制进行研究。从OVT道集互换细分方法原理可以看出, OVT域互换后, OVT道集的偏移距范围减小, 方位角范围不变, 所以在进行相应处理时, 需要检查OVT道集互换前、后偏移距范围和方位角范围的变化。图 6和图 7显示了某工区OVT道集互换前、后的OVT偏移距和方位角范围的变化情况, 可以看到, OVT道集互换后, 偏移距范围得到有效减小, 方位角范围不变。

同时OVT道集互换后会存在空白面元问题, 即两个可互换OVT道集在空间分布位置不一样, 空白面元的范围达到半个炮检距。在工区边界不规则的情况下, 更要重视该问题, 所以需要查看OVT道集互换前、后空间位置的变化(图 8)。在实际处理时要分别查看近偏移距OVT和远偏移距OVT道集互换前、后的分布。根据实际情况, 可只考虑对近偏移距OVT道集进行互换, 因为远偏移距OVT道集互换会引入大量的空白面元, 带来新的规则化难题, 可能弊大于利。

此外为了确保OVT道集互换效果, 还需要查看OVT道集互换前、后OVT道集记录的变化情况(图 9)以及单个OVT道集偏移结果(图 10)。

当工区内所有的OVT道集都完成互换后, 需要统计全区OVT道集互换前、后偏移距范围的变化情况(图 11), 条件允许的情况下需要对比OVT互换前、后的偏移效果。

最后为了确保OVT道集互换无误, 还需要对比OVT道集互换前、后的总叠加剖面, 因为OVT道集互换并不增加或减少数据的总道数, 所以OVT道集互换前、后的叠加剖面应保持一致。

2.3 OVT域插值质量控制

在野外采集过程中, 受地表地形条件、障碍物等影响, OVT道集内数据往往存在采集空白问题。

OVT域插值技术即在OVT域内对数据进行插值处理, 虽然技术原理与共偏移距域插值一致, 主要采用三维傅里叶变换技术, 对空白区域数据进行道内插。相比共炮检距域插值, OVT域插值具有更高的精度, 因为共炮检域计算插值因子所用的地震数据来自不同方位, 而OVT域计算插值因子时所用的地震数据却来自较窄的方位角范围, 因此数据的一致性更好, 插值因子求取也更合理。

OVT域插值时是对每一个OVT进行单独插值, 所以针对OVT域插值的质量控制, 需要做好每一个OVT道集的OVT域插值质量控制。要详细分析每个OVT道集插值前、后面元中心点分布、OVT道集空间分布以及地震剖面等变化情况; 同时为了确保OVT域插值的保幅保真性, 需要做好OVT域插值前、后的CRP道集对比、叠加剖面以及偏移剖面的对比分析工作。

在进行OVT域插值时, 首先需要查看OVT域插值前、后OVT道集面元中心点的变化(图 12), 为了确保插值的保幅保真性, 建议只对空白面元进行插值处理, 不做面元中心化处理。

OVT域插值的主要目的是解决空白面元问题, 所以查看OVT域插值前、后OVT道集的空间分布(图 13)是必要的, 这样能正确了解全区OVT道集插值后地震数据的缺失情况。

此外为了进一步确保OVT域插值效果, 还需要查看OVT域插值前、后OVT道集记录的变化情况(图 14)以及单个OVT道集插值前、后的偏移成像效果(图 15)。

为了验证OVT域插值的保幅性, 还需要开展OVT域插值前、后CRP道集对比, 同时在CRP道集上对主要目的层段做偏移距-振幅曲线分析(图 16), 确保OVT插值的保幅性。最后为了保证最终的OVT域插值效果, 需要对比OVT域插值前、后的总偏移成像效果。

2.4 OVT域叠前时间偏移质量控制

针对OVT域叠前时间偏移的质量控制, 除了检查OVT域偏移后道集的方位角和偏移距属性外, 更要做好与共偏移距域叠前时间偏移道集和剖面的对比分析工作。

OVT域叠前时间偏移数据能够保留方位角信息, 与常规共偏移距域叠前时间偏移道集相比, OVT域偏移道集近、中、远偏移距能量差异较小, 同时保留了方位角信息, 所以完成OVT域叠前时间偏移后, 需要对比共偏移距域和OVT域的偏移CRP道集(图 17)。

共偏移距域叠前时间偏移是将数据分选到共偏移距域, 通过将数据按照一定的偏移距间隔, 进行偏移距分组, 然后对每一个偏移距面进行偏移。而OVT域叠前时间偏移是将每一个OVT片单独进行偏移, 为了确保OVT域叠前时间偏移效果, 应当在相同偏移速度和偏移参数的条件下, 对比共偏移距域和OVT域叠前时间偏移剖面(图 18), 确保OVT域叠前时间偏移剖面不比叠前时间偏移剖面差。

2.5 OVT道集速度方位各向异性校正质量控制

地下介质广泛存在各向异性, 如在裂缝发育区介质的各向异性较为明显, 所以研究介质的各向异性对开展不同尺度的裂缝预测, 精细落实页岩气“甜点”区, 支撑井位部署, 具有重要意义。

OVT域叠前时间偏移道集因保留有方位角信息, 所以可以对其进行方位各向异性处理, 为叠前储层预测、油气和裂缝预测提供高质量道集。针对各向异性问题, 目前主要采用基于椭圆拟合的方位各向异性校正技术, 该方法主要是利用地震波传播速度随方位角变化规律, 即地震波传播速度沿裂缝主方向时传播速度最快, 垂直于这个方向时传播速度最慢, 整体表现为一个椭圆。

OVT道集速度方位各向异性校正是OVT域处理流程中较为关键的一环, 不合适的方位各向异性校正, 除了影响OVT域偏移叠加效果, 更会对后续的叠前反演造成不利影响。OVT道集速度方位各向异性校正的质量控制, 首先要对OVT道集各向异性校正前的准备数据进行检查; 其次在初步计算得到方位各向异性参数后, 要做好方位各向异性参数的平滑和滤波质量控制; 最后要对方位各向异性校正前、后偏移道集和偏移剖面进行对比分析, 确保最终的OVT道集方位各向异性校正效果。

在进行OVT道集速度方位各向异性校正时, 为了增强校正效果, 通常将常规偏移剖面在主测线和联络线方向分别进行滤波、去噪处理, 得到高信噪比的剖面, 即地下结构剖面(图 19)。该剖面(图 19b)能在一定程度上反映地下地质结构, 相当于地质约束, 对最终的方位各向异性效果会产生影响, 所以在实际处理时需要做好地下结构剖面的质量控制工作。

完成了地下结构剖面和OVT域偏移道集的准备工作, 就可以对OVT域偏移道集做三维曲面分析, 参考地下结构剖面, 应用Q, R, S这3个时差校正参变量进行描述。根据公式(1), 反演出Q, R, S, 其中, Q表示振幅随炮检距的变化率, 表征各向同性部分, 当不存在方位各向异性变化时, 曲面呈各向同性椭球体; 当存在各向异性时, R, S分别表示纵向和横向椭球的不规则曲率。

$ \Delta t=Q\left(x^2+y^2\right)+R\left(x^2-y^2\right)+S\left(2^x y\right) $

(1)

式中: Δt为剩余时差量; x为检波线方向偏移距; y为炮线方向偏移距。

计算出来的Q, R, S需要进行平滑和滤波处理, 所以需要对比平滑前、后的各向异性分量(图 20)。

最后根据求得的Q, R, S, 便可求取方位各向异性的方位角和快慢波速度。为了确保求得的快、慢波速度准确合理, 需要分析快速度剖面和慢速度剖面, 两者的差异反映了地层的各向异性强度((2)式)。

$ d=\frac{v_{\text {fast }}-v_{\text {slow }}}{v_{\text {fast }}} $

(2)

式中: d为各向异性强度; v_fast为快速度; v_slow为慢速度。

通过各向异性强度切片(图 21)可以查看工区不同位置的各向异性强度。

求得了方位各向异性的方位角和快慢波速度, 便可根据公式(3)求出动校正速度, 以便开展方位各向异性校正。

$ \frac{1}{v_{\mathrm{nmo}}^2}=\frac{\cos ^2(\varphi-\alpha)}{v_{\text {fast }}^2}+\frac{\sin ^2(\varphi-\alpha)}{v_{\text {slow }}^2} $

(3)

式中: v_nmo为动校正速度; α为方位角; φ为速度方位角。

完成OVT道集速度方位各向异性校正后, 最后需要检查方位各向异性校正前、后螺旋道集(图 22), 以及最后的各向异性校正前、后的偏移叠加效果(图 23), 以确保各向异性校正的质量。

3 应用效果

目前该OVT域处理质量控制方法在TNB、DP等多个探区得到成功应用。以TNB探区为例, 该探区地处四川盆地, 地表地下地震地质条件较为复杂, 处理的数据包含4块不同时期采集的三维地震数据, 不同时期采集所用的观测系统存在较大差异, 给OVT域连片处理带来较大困难。通过细化每一步OVT域的质量监控, 特别是OVT道集的分选和优化, 通过对比查看OVT道集的空间分布、方位角偏移距属性、OVT道集单次记录、OVT道集单次偏移等质量控制手段, 选取了最优的OVT道集分选和优化方案(图 24), 提高了最终的OVT域处理效果(图 25)。

4 结论

OVT域处理环节较多, 要保证最终的OVT域处理效果, 必须实行处理全过程的质量控制。通过对时间域OVT处理的质量控制方法研究, 形成了一套适合现阶段时间域OVT处理的质量控制方法。

时间域OVT处理质量控制方法在充分了解OVT处理原理的基础上, 具体到时间域OVT处理的每一个处理环节。通过OVT道集的空间分布、方位角偏移距属性、OVT道集单次记录、OVT道集单次偏移、OVT道集显示、OVT道集偏移距-振幅属性等手段, 更好地优选OVT域处理参数, 在一定程度上确保OVT域处理流程每一步的合理性, 确保了最终的OVT处理效果。从而为叠前反演、五维地震资料解释等提供更高质量的OVT域五维地震数据。

目前, 该时间域OVT处理质量控制方法已经应用于多个探区, 取得了较好的应用效果和经济效益。虽然OVT处理技术的应用愈来愈成熟, 但相应的OVT处理质量控制体系还未健全, 文中探讨的时间域OVT处理质量控制方法能进一步促进OVT域处理技术的推广应用, 并给现阶段的OVT处理质量监控以及OVT处理技术规程的制订提供借鉴。此外, OVT深度偏移和宽方位网格层析建模方法也逐渐成熟, 相应的质量控制方法还在研究中。随着OVT技术的广泛应用, 充分利用OVT域五维地震资料中的地震信息进行五维地震资料解释是发挥宽方位地震勘探技术优势的关键, 所以加强五维地震资料解释对OVT处理的质量控制更高要求的研究, 是下步OVT处理质量控制方法研究的方向。