微測(cè)井與常速約束建模折射靜校正對(duì)比研究及應(yīng)用效果

卓 武，馮美娜，肖關(guān)華，王彥軍，唐美斌

(中國(guó)石油東方地球物理公司 遼河物探分公司，盤(pán)錦 124010)

0 引言

現(xiàn)今隨著勘探區(qū)域越來(lái)越向復(fù)雜區(qū)域發(fā)展，尤其是地表?xiàng)l件復(fù)雜的西部大沙漠戈壁區(qū)域，地震資料處理的難度逐漸加大，其中地震資料處理的靜校正問(wèn)題尤為重要。為了保證勘探的精度，在進(jìn)行地震資料處理時(shí)就必須對(duì)表層結(jié)構(gòu)針對(duì)性地研究，依據(jù)表層結(jié)構(gòu)特征采用相應(yīng)的靜校正方法，為地震資料的后續(xù)處理提供可靠的靜校正量[1-5]。地震勘探常用的靜校正方法有:①野外靜校正;②高程靜校正;③折射波靜校正;④初至層析反演靜校正[6-9]。

目前，初至折射波靜校正技術(shù)已廣泛應(yīng)用在地震勘探生產(chǎn)中。折射波靜校正分為直接計(jì)算靜校正量和基于模型的靜校正，后者是基于層狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)波傳播的路徑，初至?xí)r間被分解成延遲時(shí)和滑行時(shí)兩部分，以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時(shí)轉(zhuǎn)換成層厚度，這樣折射法就可以獲得折射面以上地層的速度、折射面深度、和折射面下層速度(界面速度)，從而可以建立起近地表模型，然后計(jì)算靜校正量[10]。

筆者將研究基于模型的折射靜校正方法，重點(diǎn)研究表層微測(cè)井速度與固定常速約束建立折射靜校正的反演模型，然后分別進(jìn)行折射靜校正，將靜校正量應(yīng)用到地震資料的處理當(dāng)中，對(duì)比不同方法的靜校正效果。

1 研究區(qū)域概況

本區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣YL勘探區(qū)域，其表層為巨厚沙漠戈壁帶，地勢(shì)整體較為平緩，呈南高、北低的分布特點(diǎn)，地表主要為沙漠地帶，戈壁區(qū)，以及少量山前沖溝發(fā)育。據(jù)以往資料表明，區(qū)域表層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，沙漠地區(qū)低速層厚度一般在10 m以內(nèi)，個(gè)別點(diǎn)低速層厚度在10 m～20 m之間，低速層速度約為350 m/s～450 m/s，高速層速度約為1 600 m/s～2 200 m/s；戈壁和山前沖溝區(qū)低降速層厚度在20 m以內(nèi)，個(gè)別點(diǎn)低降速層厚度在20 m～30 m。

在此地表?xiàng)l件復(fù)雜的沙漠戈壁混合區(qū)，戈壁區(qū)包含大量的粗砂和礫石，使其整個(gè)區(qū)域的介質(zhì)呈現(xiàn)典型的低降速性，且厚度大至幾十米的情況下，會(huì)對(duì)采集的地震資料造成嚴(yán)重的靜校正問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響地震資料處理的成像質(zhì)量。

2 方法原理

基于模型的折射靜校正流程見(jiàn)圖1。

圖1 靜校正流程圖

2.1 初至拾取

初至波拾取方法采用交互和批量拾取兩種方式配合進(jìn)行。在初至波自動(dòng)拾取后，執(zhí)行 QC 檢查，并且以交互的方式進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)。此外，地震數(shù)據(jù)在初至波自動(dòng)拾取后初至拾取效果一般不能夠達(dá)到靜校正的要求，所以有必要對(duì)初至波拾取結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)交互修改，以確保靜校正結(jié)果的精度和效果。表1是基于地震記錄整體特征的方法對(duì)比。

表1 初至拾取方法

由于沙漠地區(qū)信噪比較高，采用能量比法拾取大炮初至。能量比值法充分利用地震數(shù)據(jù)的振幅特征，根據(jù)初至波能量較強(qiáng)，而初至波之前的信號(hào)相對(duì)較弱的特點(diǎn)來(lái)估算初至起跳時(shí)間。這種初至拾取采用單道拾取的方法，方法比較簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較方便。圖2所示為西部沙漠地區(qū)某三維地震大炮部分初至的拾取結(jié)果，效果較好。

圖2 大炮初至

2.2 折射分層

基于近地表結(jié)構(gòu)在空間上有不同的變化，導(dǎo)致不同層位的折射波出現(xiàn)的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)距范圍有所不同，因此必需定義多個(gè)控制點(diǎn)。對(duì)于共中心點(diǎn)道集可以按炮檢距范圍對(duì)全區(qū)進(jìn)行分組，從而計(jì)算各層的折射速度和延遲時(shí)。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，還可以對(duì)折射初至進(jìn)行線性動(dòng)校正計(jì)算，從而“放大”不同段的初至形態(tài)，使拐點(diǎn)表現(xiàn)得更為明顯，利于準(zhǔn)確劃分折射層段。

在分層時(shí)選擇初至分布較密的區(qū)域優(yōu)選初至收斂較好的控制點(diǎn)，選擇折射層數(shù)目，以及相應(yīng)的炮檢距分布范圍，確保分層合理性。圖3和圖4分別為大炮初至折射分層控制點(diǎn)及共中心點(diǎn)初至分層結(jié)果圖。

圖3 初至折射分層控制點(diǎn)

圖4 共中心點(diǎn)初至分層

2.3 折射速度計(jì)算

我們采用互換法計(jì)算折射速度,它是利用兩炮共同的地面檢波點(diǎn)之間的關(guān)系，消除地表起伏影響，計(jì)算折射波速度，運(yùn)算效率低但計(jì)算精度高，其原理如圖5所示。

圖5 互換法示意圖

(1)

(2)

(3)

(4)

其中:A、B為炮點(diǎn)；Di為檢波點(diǎn);TADi、TBDi為初至?xí)r間；TA、TB為炮點(diǎn)延遲時(shí)；TDi為檢點(diǎn)延遲時(shí)；V2為折射層速度；ADi、BDi為炮檢距。

互換法涉及到誤差剔除，即當(dāng)初至誤差超過(guò)某程度時(shí)，剔除大于n倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的初至，值越大剔除的初至越少，n取值2.5。然后設(shè)置反演的最小的折射層速度和最大的折射層速度，反演出的模型速度將會(huì)在最小速度和最大速度之間。并且對(duì)模型速度做剔除和平滑處理，目的是消除一些異常點(diǎn)或邊界效應(yīng)。計(jì)算出的折射速度如圖6所示，整個(gè)三維勘探區(qū)域折射速度比較收斂，大致在1 800 m/s～2 000 m/s，邊界效應(yīng)也控制的挺好，符合該區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)情況。

圖6 折射速度圖

2.4 延遲時(shí)計(jì)算

延遲時(shí)表示由于地表低降速帶造成的折射波的時(shí)間的延遲。延遲時(shí)計(jì)算基于基本折射方程、初至?xí)r間和折射層速度來(lái)計(jì)算炮檢點(diǎn)的延遲時(shí)。有三種算法：①高斯賽德?tīng)柗?②擴(kuò)展廣義互換法;③混合算法。

根據(jù)沙漠三維勘探區(qū)域的復(fù)雜地表?xiàng)l件，采用高斯—塞德?tīng)柗椒ㄓ?jì)算折射波延遲時(shí)間較合適。它是一種漸進(jìn)式校正(迭代)方法，計(jì)算速度快，穩(wěn)定性高，可靠性高，可提供高質(zhì)量的長(zhǎng)波和短波長(zhǎng)靜校正，高斯—塞德?tīng)柗椒梢杂糜诙S和三維地震勘探的延遲時(shí)計(jì)算。

對(duì)于每一道初至，其基本折射方程為：

(5)

(6)

圖7 炮檢點(diǎn)網(wǎng)格圖

根據(jù)得到的折射層速度VR，以及炮檢點(diǎn)AB間的距離和初至?xí)r間，再依據(jù)基本折射方程可知，已知炮點(diǎn)延遲時(shí)TA和檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB之和，然后要分離出炮點(diǎn)延遲時(shí)TA和檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB。

當(dāng)要求出炮點(diǎn)延遲時(shí)，將基本折射方程改為式(7)。

(7)

同樣，檢波點(diǎn)延遲時(shí)方程為式(8)。

(8)

得到檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB，應(yīng)估算炮點(diǎn)延遲時(shí)TA，然后再將計(jì)算的炮點(diǎn)延遲時(shí)作為估算值計(jì)算檢波點(diǎn)延遲時(shí)。繼續(xù)該迭代直到估算值不再變化，即方程收斂,從而獲得了炮點(diǎn)和檢點(diǎn)的延遲時(shí)。計(jì)算出的延遲時(shí)如圖8所示。

圖8 炮檢點(diǎn)延遲時(shí)

2.5 反演模型建立及靜校正量計(jì)算

折射靜校正反演模型的建立是我們研究的重點(diǎn)。它是根據(jù)延遲時(shí)、折射層速度和表層速度，反演地表模型，模型包括折射界面和風(fēng)化層速度。根據(jù)折射波的傳播路徑，初至?xí)r間被分解成延遲時(shí)間和滑行時(shí)間兩部分，以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時(shí)轉(zhuǎn)換成層厚度，這樣就可以獲得折射面以上地層的速度、折射面深度和折射面下層速度(界面速度)，因此可以建立近地表速度模型，然后計(jì)算靜校正量。

以往認(rèn)為表層調(diào)查資料對(duì)模型約束的影響很小，認(rèn)為延遲時(shí)相同時(shí)對(duì)靜校正量沒(méi)有影響，而直接采用常速進(jìn)行約束反演，實(shí)際上這種認(rèn)識(shí)和做法是不準(zhǔn)確的。根據(jù)折射波反演模型式(9)推導(dǎo)出式(10)，知同一延遲時(shí)對(duì)應(yīng)無(wú)數(shù)組等效的速度和厚度值，但這些速度和厚度對(duì)于靜校正量并不是等效的。所以根據(jù)得出的不同炮檢點(diǎn)的延遲時(shí)，還需要其準(zhǔn)確的表層速度，從而提高t0時(shí)間的轉(zhuǎn)換精度，才能反演出準(zhǔn)確的模型。

(9)

(10)

其中：td為延遲時(shí)；vr為填充速度；t0為時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)間；vw為表層速度。

這里涉及到建立折射靜校正反演模型需要的表層速度，在常規(guī)計(jì)算建立基于折射波延遲時(shí)的靜校正反演模型時(shí)，需要的表層速度都是根據(jù)勘探區(qū)域以往的數(shù)據(jù)，在建立反演模型時(shí)統(tǒng)一給定一個(gè)相同的數(shù)值，即固定常速值。但是勘探區(qū)域在沙漠復(fù)雜區(qū)域，其實(shí)際表層構(gòu)造不是一維性的，它存在橫向和縱向以及垂向上的變化，若采用同一速度來(lái)建立反演模型就造成模型的誤差可能較大，精度不夠。因此將均勻分布于勘探區(qū)域的微測(cè)井解釋出來(lái)的表層速度成果，加入到反演模型中來(lái)約束折射靜校正模型，這樣反演模型的速度和厚度在橫縱向以及垂向上就呈現(xiàn)三維特征，使反演模型更加精確。并且我們還建立固定常速約束建立的反演模型，進(jìn)行折射靜校正，與前者表層微測(cè)井約束的靜校正進(jìn)行對(duì)比。

在建立完反演模型之后，可以計(jì)算靜校正量。根據(jù)圖9所示的表層示意圖，得出的靜校正計(jì)算公式為式(11)。

圖9 表層示意圖

(11)

其中：T為靜校正量；hw為表層厚度；Hd為靜校正基準(zhǔn)面高程；Hg為高速層頂界面高程；Vr為折射界面速度。

3 應(yīng)用效果

在西部YL勘探區(qū)域，其表層為巨厚沙漠礫石帶，表層介質(zhì)的速度在橫向和縱向以及垂向上都呈現(xiàn)三維性的變化，如果在建立折射靜校正反演模型時(shí)用一個(gè)固定常速度來(lái)約束，建立的該反演模型就不能反映該區(qū)域表層介質(zhì)的實(shí)際情況，從而基于模型的折射靜校正就不能準(zhǔn)確地計(jì)算出靜校正量，影響后期的地震資料處理。而在該區(qū)域我們?cè)O(shè)計(jì)了合理的微測(cè)井控制點(diǎn)并采集了微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，解釋出表層成果，包括每口微測(cè)井點(diǎn)的低降速層的厚度和速度，以及高速層的速度，因此，可以將微測(cè)井解釋成果，利用到折射波靜校正的反演模型建立當(dāng)中，約束模型在橫向和縱向以及垂向上的表層速度和厚度的變化，達(dá)到精確控制反演模型的目的，使反演模型更加符合勘探區(qū)域的表層構(gòu)造實(shí)際情況，再利用約束反演模型計(jì)算出折射靜校正量，并將兩種不同模型靜校正效果作對(duì)比。

勘探區(qū)域內(nèi)的微測(cè)井點(diǎn)位如圖10所示，共有28個(gè)微測(cè)井點(diǎn)，均勻分布，覆蓋到所有的三維炮檢點(diǎn)，解釋成果如表2所示，符合勘探區(qū)域表層構(gòu)造情況。

圖10 微測(cè)井點(diǎn)位圖

表2 微測(cè)井解釋成果

在建立反演模型時(shí)，采取兩種方式約束模型的建立。

1)基于同一固定常速約束的反演模型的建立(圖11)。在建立基于折射波延遲時(shí)的反演模型時(shí)，將需要的模型速度在全區(qū)域給定一個(gè)固定常數(shù)值，即速度取500 m/s，這個(gè)常數(shù)值是根據(jù)該區(qū)域以往獲取的速度取平均值確定的。

圖11 固定常速建立的反演模型

2)基于表層微測(cè)井解釋成果約束的反演模型的建立(圖12)。如表2所示，將解釋出來(lái)的表層微測(cè)井成果，加入到需要建立的表層反演模型中，來(lái)約束折射靜校正模型，這樣反演模型的速度和厚度在橫縱向以及垂向上就呈現(xiàn)三維特征，使反演模型更加精確。

圖12 微測(cè)井約束建立的反演模型

對(duì)比圖11和圖12可以看出，基于同一固定常速約束建立的反演模型(圖11)，其低降速層厚度大概在15 m左右，而基于表層微測(cè)井解釋出成果約束建立的反演模型的低降速層厚度大概在5 m～10 m，兩者相差較大。但從微測(cè)井解釋出的表層厚度結(jié)果(表2)看出，基于表層微測(cè)井解釋出成果約束建立的反演模，型更加符合勘探區(qū)域的實(shí)際表層情況。

由圖13和圖14可以看出，基于固定常速反演模型的折射靜校正結(jié)果，在局部接收道上還有部分靜態(tài)效應(yīng)未消除(如圖13中圓圈所示)，而在同一單炮記錄上，基于微測(cè)井約束反演模型的折射靜校正效果就非常好，基本消除了靜態(tài)效應(yīng)，達(dá)到并符合地震資料處理中靜校正處理要求。

圖13 固定常速約束反演模型折射靜校正炮集

圖14 微測(cè)井約束反演模型折射靜校正炮集

經(jīng)過(guò)后續(xù)的處理，抽取了三維處理數(shù)據(jù)中的一條CMP線作疊加剖面對(duì)比(圖15和圖16)。經(jīng)過(guò)基于固定常速約束反演模型的折射靜校正后的疊加剖面，整體上地震波同相軸已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)了，相比于基于微測(cè)井約束反演模型的折射靜校正后的疊加剖面，后者疊加剖面的地震波同相軸的連續(xù)性更好，而且比較平順，沒(méi)有出現(xiàn)前者疊加剖面在局部上的突兀和斷陷(如圖16中圓圈所示部位)。

圖15 固定常速約束反演模型折射靜校正剖面

圖16 微測(cè)井約束反演模型折射靜校正剖面

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

靜校正在地震資料處理中是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，在我國(guó)西部塔里木盆地山前帶沙漠戈壁復(fù)雜地區(qū)，其表層屬于沙漠礫石帶，地震資料的靜校正問(wèn)題尤其嚴(yán)重，針對(duì)此復(fù)雜地區(qū)的靜校正問(wèn)題，需要做試驗(yàn)對(duì)比得出較好的靜校正方法，以解決此類區(qū)域地震資料的靜校正問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)比基于固定常速約束反演模型折射靜校正和基于微測(cè)井約束反演模型折射靜校正，得出進(jìn)行模型靜校正時(shí)，利用表層微測(cè)井解釋成果來(lái)約束建立折射靜校正反演模型，然后進(jìn)行靜校正計(jì)算，其結(jié)果應(yīng)用到后期的地震資料處理中后能取得較好的效果。