微測井與常速約束建模折射靜校正對比研究及應用效果

卓 武，馮美娜，肖關華，王彥軍，唐美斌

(中國石油東方地球物理公司 遼河物探分公司，盤錦 124010)

0 引言

現今隨著勘探區域越來越向復雜區域發展，尤其是地表條件復雜的西部大沙漠戈壁區域，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題尤為重要。為了保證勘探的精度，在進行地震資料處理時就必須對表層結構針對性地研究，依據表層結構特征采用相應的靜校正方法，為地震資料的后續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已廣泛應用在地震勘探生產中。折射波靜校正分為直接計算靜校正量和基于模型的靜校正，后者是基于層狀介質結構，根據波傳播的路徑，初至時間被分解成延遲時和滑行時兩部分，以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時轉換成層厚度，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，重點研究表層微測井速度與固定常速約束建立折射靜校正的反演模型，然后分別進行折射靜校正，將靜校正量應用到地震資料的處理當中，對比不同方法的靜校正效果。

1 研究區域概況

本區位于塔克拉瑪干沙漠南緣YL勘探區域，其表層為巨厚沙漠戈壁帶，地勢整體較為平緩，呈南高、北低的分布特點，地表主要為沙漠地帶，戈壁區，以及少量山前沖溝發育。據以往資料表明，區域表層結構較為復雜，沙漠地區低速層厚度一般在10 m以內，個別點低速層厚度在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；戈壁和山前沖溝區低降速層厚度在20 m以內，個別點低降速層厚度在20 m～30 m。

在此地表條件復雜的沙漠戈壁混合區，戈壁區包含大量的粗砂和礫石，使其整個區域的介質呈現典型的低降速性，且厚度大至幾十米的情況下，會對采集的地震資料造成嚴重的靜校正問題，將會嚴重影響地震資料處理的成像質量。

2 方法原理

基于模型的折射靜校正流程見圖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行。在初至波自動拾取后，執行 QC 檢查，并且以交互的方式進行人機交互實現。此外，地震數據在初至波自動拾取后初至拾取效果一般不能夠達到靜校正的要求，所以有必要對初至波拾取結果進行手動交互修改，以確保靜校正結果的精度和效果。表1是基于地震記錄整體特征的方法對比。

表1 初至拾取方法

由于沙漠地區信噪比較高，采用能量比法拾取大炮初至。能量比值法充分利用地震數據的振幅特征，根據初至波能量較強，而初至波之前的信號相對較弱的特點來估算初至起跳時間。這種初至拾取采用單道拾取的方法，方法比較簡單，計算速度快，實現起來比較方便。圖2所示為西部沙漠地區某三維地震大炮部分初至的拾取結果，效果較好。

圖2 大炮初至

2.2 折射分層

基于近地表結構在空間上有不同的變化，導致不同層位的折射波出現的激發點和接收點距范圍有所不同，因此必需定義多個控制點。對于共中心點道集可以按炮檢距范圍對全區進行分組，從而計算各層的折射速度和延遲時。在具體實現過程中，還可以對折射初至進行線性動校正計算，從而“放大”不同段的初至形態，使拐點表現得更為明顯，利于準確劃分折射層段。

在分層時選擇初至分布較密的區域優選初至收斂較好的控制點，選擇折射層數目，以及相應的炮檢距分布范圍，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及共中心點初至分層結果圖。

圖3 初至折射分層控制點

圖4 共中心點初至分層

2.3 折射速度計算

我們采用互換法計算折射速度,它是利用兩炮共同的地面檢波點之間的關系，消除地表起伏影響，計算折射波速度，運算效率低但計算精度高，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；Di為檢波點;TADi、TBDi為初至時間；TA、TB為炮點延遲時；TDi為檢點延遲時；V2為折射層速度；ADi、BDi為炮檢距。

互換法涉及到誤差剔除，即當初至誤差超過某程度時，剔除大于n倍標準偏差的初至，值越大剔除的初至越少，n取值2.5。然后設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在最小速度和最大速度之間。并且對模型速度做剔除和平滑處理，目的是消除一些異常點或邊界效應。計算出的折射速度如圖6所示，整個三維勘探區域折射速度比較收斂，大致在1 800 m/s～2 000 m/s，邊界效應也控制的挺好，符合該區域實際地質情況。

圖6 折射速度圖

2.4 延遲時計算

延遲時表示由于地表低降速帶造成的折射波的時間的延遲。延遲時計算基于基本折射方程、初至時間和折射層速度來計算炮檢點的延遲時。有三種算法：①高斯賽德爾法;②擴展廣義互換法;③混合算法。

根據沙漠三維勘探區域的復雜地表條件，采用高斯—塞德爾方法計算折射波延遲時間較合適。它是一種漸進式校正(迭代)方法，計算速度快，穩定性高，可靠性高，可提供高質量的長波和短波長靜校正，高斯—塞德爾方法可以用于二維和三維地震勘探的延遲時計算。

對于每一道初至，其基本折射方程為：

(5)

(6)

圖7 炮檢點網格圖

根據得到的折射層速度VR，以及炮檢點AB間的距離和初至時間，再依據基本折射方程可知，已知炮點延遲時TA和檢波點延遲時TB之和，然后要分離出炮點延遲時TA和檢波點延遲時TB。

當要求出炮點延遲時，將基本折射方程改為式(7)。

(7)

同樣，檢波點延遲時方程為式(8)。

(8)

得到檢波點延遲時TB，應估算炮點延遲時TA，然后再將計算的炮點延遲時作為估算值計算檢波點延遲時。繼續該迭代直到估算值不再變化，即方程收斂,從而獲得了炮點和檢點的延遲時。計算出的延遲時如圖8所示。

圖8 炮檢點延遲時

2.5 反演模型建立及靜校正量計算

折射靜校正反演模型的建立是我們研究的重點。它是根據延遲時、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化層速度。根據折射波的傳播路徑，初至時間被分解成延遲時間和滑行時間兩部分，以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時轉換成層厚度，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，然后計算靜校正量。

以往認為表層調查資料對模型約束的影響很小，認為延遲時相同時對靜校正量沒有影響，而直接采用常速進行約束反演，實際上這種認識和做法是不準確的。根據折射波反演模型式(9)推導出式(10)，知同一延遲時對應無數組等效的速度和厚度值，但這些速度和厚度對于靜校正量并不是等效的。所以根據得出的不同炮檢點的延遲時，還需要其準確的表層速度，從而提高t0時間的轉換精度，才能反演出準確的模型。

(9)

(10)

其中：td為延遲時；vr為填充速度；t0為時深轉換時間；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，在常規計算建立基于折射波延遲時的靜校正反演模型時，需要的表層速度都是根據勘探區域以往的數據，在建立反演模型時統一給定一個相同的數值，即固定常速值。但是勘探區域在沙漠復雜區域，其實際表層構造不是一維性的，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域的微測井解釋出來的表層速度成果，加入到反演模型中來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，進行折射靜校正，與前者表層微測井約束的靜校正進行對比。

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

圖9 表層示意圖

(11)

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

3 應用效果

在西部YL勘探區域，其表層為巨厚沙漠礫石帶，表層介質的速度在橫向和縱向以及垂向上都呈現三維性的變化，如果在建立折射靜校正反演模型時用一個固定常速度來約束，建立的該反演模型就不能反映該區域表層介質的實際情況，從而基于模型的折射靜校正就不能準確地計算出靜校正量，影響后期的地震資料處理。而在該區域我們設計了合理的微測井控制點并采集了微測井數據，解釋出表層成果，包括每口微測井點的低降速層的厚度和速度，以及高速層的速度，因此，可以將微測井解釋成果，利用到折射波靜校正的反演模型建立當中，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，達到精確控制反演模型的目的，使反演模型更加符合勘探區域的表層構造實際情況，再利用約束反演模型計算出折射靜校正量，并將兩種不同模型靜校正效果作對比。

勘探區域內的微測井點位如圖10所示，共有28個微測井點，均勻分布，覆蓋到所有的三維炮檢點，解釋成果如表2所示，符合勘探區域表層構造情況。

圖10 微測井點位圖

表2 微測井解釋成果

在建立反演模型時，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的反演模型時，將需要的模型速度在全區域給定一個固定常數值，即速度取500 m/s，這個常數值是根據該區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，將解釋出來的表層微測井成果，加入到需要建立的表層反演模型中，來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三維特征，使反演模型更加精確。

圖12 微測井約束建立的反演模型

對比圖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。但從微測井解釋出的表層厚度結果(表2)看出，基于表層微測井解釋出成果約束建立的反演模，型更加符合勘探區域的實際表層情況。

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果，在局部接收道上還有部分靜態效應未消除(如圖13中圓圈所示)，而在同一單炮記錄上，基于微測井約束反演模型的折射靜校正效果就非常好，基本消除了靜態效應，達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 微測井約束反演模型折射靜校正炮集

經過后續的處理，抽取了三維處理數據中的一條CMP線作疊加剖面對比(圖15和圖16)。經過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顯現出來了，相比于基于微測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性更好，而且比較平順，沒有出現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 微測井約束反演模型折射靜校正剖面

4 結論與認識

靜校正在地震資料處理中是一項非常關鍵的技術，在我國西部塔里木盆地山前帶沙漠戈壁復雜地區，其表層屬于沙漠礫石帶，地震資料的靜校正問題尤其嚴重，針對此復雜地區的靜校正問題，需要做試驗對比得出較好的靜校正方法，以解決此類區域地震資料的靜校正問題。

通過對比基于固定常速約束反演模型折射靜校正和基于微測井約束反演模型折射靜校正，得出進行模型靜校正時，利用表層微測井解釋成果來約束建立折射靜校正反演模型，然后進行靜校正計算，其結果應用到后期的地震資料處理中后能取得較好的效果。