基于Alford旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換波各向異性校正技術(shù)

摘 要

摘要：橫波穿過裂縫時(shí)會(huì)分裂為沿著裂縫的快橫波和垂直裂縫的慢橫波，在轉(zhuǎn)換波處理時(shí)為了提高徑向分量的成像質(zhì)量，通常需要進(jìn)行橫波分裂方位各向異性校正處理。為此，通過構(gòu)建互相垂
摘要：橫波穿過裂縫時(shí)會(huì)分裂為沿著裂縫的快橫波和垂直裂縫的慢橫波，在轉(zhuǎn)換波處理時(shí)為了提高徑向分量的成像質(zhì)量，通常需要進(jìn)行橫波分裂方位各向異性校正處理。為此，通過構(gòu)建互相垂直的徑向和橫向分量對(duì)，實(shí)現(xiàn)了Alford旋轉(zhuǎn)方法對(duì)轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)的快慢橫波分離，并完成了轉(zhuǎn)換橫波分裂方位各向異性校正處理。首先，在淺層時(shí)窗內(nèi)根據(jù)快、慢橫波分離方法得到裂縫方向以及快、慢橫波，并求取快、慢橫波之間的時(shí)延；然后，將時(shí)延應(yīng)用于慢橫波作時(shí)延補(bǔ)償；最后，將快橫波和時(shí)延補(bǔ)償后的慢橫波旋轉(zhuǎn)回原來的徑向和橫向方向，得到新的徑向和橫向分量。依照該方法對(duì)川西地區(qū)地震勘探資料中深層或深層時(shí)窗內(nèi)的轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，大大改善了轉(zhuǎn)換波徑向分量的成像質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換波；各向異性；Alford旋轉(zhuǎn)；快波；慢波；四川盆地；西；地震資料；成像質(zhì)量
    橫波不平行也不垂直穿過裂縫時(shí)會(huì)發(fā)生分裂，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)沿裂縫走向時(shí)，傳播速度快，稱為快橫波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)垂直裂縫走向時(shí)傳播速度慢，稱為慢橫波[1]。橫波與裂縫方位呈一定的角度時(shí)才會(huì)發(fā)生分裂，分裂的快慢橫波的強(qiáng)弱與裂縫的強(qiáng)度密切相關(guān)。當(dāng)進(jìn)行縱波源激發(fā)的轉(zhuǎn)換波勘探時(shí)，下行縱波遇到分界面時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換成橫波，橫波在向上傳播過程中遇到裂縫時(shí)，同樣會(huì)發(fā)生分裂。因此，兩個(gè)橫波分量檢波器接收到的信號(hào)中既有快橫波也有慢橫波信息。在三維轉(zhuǎn)換波處理時(shí)，需要將兩個(gè)橫波分量旋轉(zhuǎn)到炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)方向(徑向分量)和垂直于炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)方向(橫向分量)。在寬方位轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)上，受到快慢橫波的影響，徑向分量的方位道集同相軸呈現(xiàn)“正弦”或者“余弦”狀并表現(xiàn)出較大的方位時(shí)差，而橫向分量方位道集每間隔90°會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)[2]。在寬方位轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)的成像處理時(shí)，需要將橫向分量的能量校正到徑向分量上以消除徑向分量的方位時(shí)差并提高成像質(zhì)量[3]。
   筆者基于Alford旋轉(zhuǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了寬方位轉(zhuǎn)換波的快慢橫波分離，并形成了方位各向異性校正技術(shù)。根據(jù)四川盆地西部地區(qū)的寬方位三維三分量資料，完成了轉(zhuǎn)換橫波分裂方位各向異性校正處理。
1 方法原理
1.1 快慢橫波分離技術(shù)
    當(dāng)入射橫波的偏振方位與裂縫走向呈一定夾角時(shí)，假設(shè)裂縫走向方位角β與徑向分量正向方位角α的夾角為：，定義正交旋轉(zhuǎn)矩陣R為：
 
    構(gòu)造接收信號(hào)矩陣：
其中R1、T1和R2、T2分別是寬方位轉(zhuǎn)換波的兩個(gè)方位角的徑向和橫向分量，兩個(gè)方位角之間滿足正交關(guān)系，根據(jù)Alford旋轉(zhuǎn)理論則有：
V=RSRT    (3)
 
式中S1為快橫波；S2為慢橫波。
    對(duì)式(3)正交旋轉(zhuǎn)變換后，可得S=RTVR。
在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，分別記S的對(duì)角元素為S1、S12、S21和S2，在轉(zhuǎn)換橫波分裂分析處理中，根據(jù)Alford旋轉(zhuǎn)理論S的對(duì)角元素展開式為：
 
反旋轉(zhuǎn)后得到R1、T1和R2、T2分別是：
 
    根據(jù)式(4)可以得到分離快慢橫波的兩種判別方法：第一種方法是在忽略噪聲干擾與快慢橫波不同的衰減影響條件下，快慢橫波應(yīng)該是相似的，求取和的互相關(guān)便可分離快慢橫波[4～5]，這種方法可以得到角度時(shí)延譜；第二種方法是最小化斜對(duì)角線元素來分離快慢橫波。實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，常常采用第一種方法來分離快慢橫波。
1.2 方位各向異性校正技術(shù)
    轉(zhuǎn)換橫波分裂分析方位各向異性校正技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)步驟。
    1) 根據(jù)徑向和橫向方位數(shù)據(jù)確定一個(gè)淺層分析時(shí)窗，在分析時(shí)窗內(nèi)按照前面所述的快慢橫波分離技術(shù)求取快慢橫波。如果有多個(gè)方位角數(shù)據(jù)，則需要分別求取各個(gè)方位的快慢橫波，然后進(jìn)行累加。
    2) 根據(jù)快慢橫波相似原則，求取快慢橫波互相關(guān)值，解釋角度時(shí)延譜得到各向異性方向和快慢橫波時(shí)延。
    3) 將快慢橫波時(shí)延用于慢橫波上，作時(shí)延補(bǔ)償。
    4) 根據(jù)各向異性方位角，利用反旋轉(zhuǎn)技術(shù)將快橫波和時(shí)延補(bǔ)償后的慢橫波反旋轉(zhuǎn)回原來的徑向和橫向方向上，得到各向異性校正后的徑向和橫向分量。
    5) 在完成淺層時(shí)窗橫波分裂方位各向異性校正后的數(shù)據(jù)上，進(jìn)行深層數(shù)據(jù)的分析和處理。
2 實(shí)際數(shù)據(jù)處理
    將寬方位轉(zhuǎn)換波的徑向和橫向分量數(shù)據(jù)分成不同的方位角扇區(qū)，扇區(qū)劃分一般為36個(gè)或者12個(gè)。在每個(gè)方位角扇區(qū)內(nèi)限制最大偏移距，以滿足各個(gè)方位數(shù)據(jù)均衡，并按照方位各向同性處理思路進(jìn)行處理[6～8]。根據(jù)川西地區(qū)寬方位轉(zhuǎn)換波資料的特點(diǎn)設(shè)置淺層分析時(shí)窗時(shí)間為2.3～2.5s。在該分析時(shí)窗內(nèi)，首先確定各向異性方向、快慢橫波時(shí)差，再進(jìn)行慢橫波時(shí)延補(bǔ)償，最后旋轉(zhuǎn)回原來的徑向和橫向分量。

    圖1為淺層分析時(shí)窗內(nèi)某個(gè)CDP位置的角度一時(shí)延圖，從圖1中可以看出，該位置的各向異性方向約90°(即東西方向)，快慢橫波時(shí)差超過40ms，表明淺層各向異性特征明顯。圖2是淺層方位各向異性校正前后的徑向分量疊加剖面對(duì)比，從圖2中可以看出，經(jīng)過方位各向異性校正后的剖面的連續(xù)性得到了較大的提高，有效反射得到了加強(qiáng)，成像質(zhì)量得到了明顯的改善。與此同時(shí)，淺層分析時(shí)窗以下的徑向分量數(shù)據(jù)的能量也發(fā)生了變化，說明各向異性具有“傳遞”作用，上層的各向異性會(huì)影響下層。
    校正了淺層方位各向異性后，在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，設(shè)置中深層分析時(shí)窗為3.5～3.7s。圖3為中深層分析時(shí)窗內(nèi)與圖1相同CDP位置的角度一時(shí)延譜。對(duì)比圖3和圖1可知，中深層快慢橫波時(shí)差明顯小于淺層。這主要是因?yàn)樾Ｕ郎\層的方位各向異性后，中深層各向異性主要由地下裂縫引起，其強(qiáng)度要遠(yuǎn)弱于上覆地層引起的方位各向異性。同理，利用橫波分裂方位各向異性校正方法對(duì)中深層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，圖4為中深層校正處理后的徑向分量疊加剖面。對(duì)比圖4和圖2-b可知，中深層的成像質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。
 

3 結(jié)論
   1) Alford旋轉(zhuǎn)是橫波分裂分析的較好方法，在構(gòu)建正交的徑向和橫向分量對(duì)的情況下可以用于地面轉(zhuǎn)換波處理。
    2) 受近地表非均質(zhì)性等因素的影響，轉(zhuǎn)換橫波方位各向異性特征主要體現(xiàn)在淺層。由此，為了提高轉(zhuǎn)換波的成像質(zhì)量，至少需要消除淺層的方位各向異性。實(shí)際數(shù)據(jù)成像處理時(shí)，較好的實(shí)現(xiàn)方式是分為淺、中和深層3個(gè)時(shí)窗進(jìn)行處理。
    3) 通過方位各向異性校正處理后，可以大大提高了徑向分量剖面的成像質(zhì)量，這樣的數(shù)據(jù)更有利于縱、橫波聯(lián)合解釋和縱、橫波疊后聯(lián)合反演等研究。
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(本文作者：劉紅愛1 馬昭軍2 甘其剛2 1.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院；2.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院德陽(yáng)分院)