初至?xí)r間反演靜校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)踐效果

蔣在超,張緒健,蔣 琳,李 林,薛為平

(中國(guó)石油新疆油田公司 勘探開發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊 830013)

初至?xí)r間反演靜校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)踐效果

蔣在超,張緒健,蔣 琳,李 林,薛為平

(中國(guó)石油新疆油田公司 勘探開發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊 830013)

隨著勘探區(qū)域近地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度地增加,以往那些在油氣勘探中發(fā)揮了重要作用的單一靜校正方法,越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)今勘探對(duì)資料構(gòu)造形態(tài)和成像品質(zhì)的要求。因此通過(guò)盡可能多的表層資料信息,分層系、分階段,有針對(duì)性地應(yīng)用不同方法建立綜合表層模型,是靜校正技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。經(jīng)泉1井三維的實(shí)踐證明,以表層資料解釋及可視化模型時(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)互動(dòng)為基礎(chǔ),從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、逐級(jí)迭代相互約束的綜合應(yīng)用新技術(shù),能有效反演并校正復(fù)雜構(gòu)造區(qū)淺地表結(jié)構(gòu)。不僅能提高地震資料成像的精度,改善構(gòu)造形態(tài),還能在一定程度上避免野外微測(cè)井采集數(shù)量的過(guò)度增加,減少勘探費(fèi)用。

模型關(guān)聯(lián)互動(dòng);逐級(jí)迭代;相互約束;綜合表層模型

0 前言

地震資料靜校正處理的作用,是消除地表高程以及低降速層速度變化對(duì)地震資料的影響。將地震資料校正到指定基準(zhǔn)面,以滿足水平疊加原理的要求。近地表速度深度模型的準(zhǔn)確建立與有效校正,會(huì)直接影響到地震資料成像質(zhì)量和地下構(gòu)造形態(tài)[1～10]。因此,靜校正處理技術(shù)一直是地震工作者持續(xù)研究與重點(diǎn)關(guān)注的課題。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的勘探實(shí)踐,新疆油田公司地震數(shù)據(jù)處理工作者建立了微測(cè)井分層模型法、小折射法、大折射沙丘曲線法、初至折射波反演法和初至層析反演等靜校正處理技術(shù),并在準(zhǔn)噶爾盆地的勘探實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。尤其是折射波反演靜校正技術(shù),由于該技術(shù)利用了大量初至折射波信息,可以連續(xù)反演地表各物理觀察點(diǎn)的延遲時(shí)間,得到理想的成像質(zhì)量,因此,近年來(lái)發(fā)展迅速并逐步成為主流技術(shù)之一。

由于各類單一技術(shù)本身的局限以及假設(shè)條件的苛刻,使得這些技術(shù)在陸9井、滴12井、泉1井等復(fù)雜表層結(jié)構(gòu)地區(qū)的應(yīng)用中,遇見了前所未有的挑戰(zhàn)。因此,地震工作者需要開展初至?xí)r間反演靜校正新技術(shù)、新應(yīng)用方法的研究,以提高地震資料構(gòu)造形態(tài)精度與成像品質(zhì)。

1 常用靜校正技術(shù)的局限

1.1 微測(cè)井分層模型法

由所建立的模型可見,能較好地控制模型的低頻分量,真實(shí)反應(yīng)地下速度變化。但由于受空間采樣的影響,不能反映低降速帶橫向變化對(duì)地震資料的影響[1～3];同時(shí)受鉆井深度的影響,所采集資料時(shí)常在區(qū)域上不能建立穩(wěn)定層系的模型,從而引起校正錯(cuò)誤。

1.2 小折射法

雖然建立的模型能較好地控制模型的低頻分量,但由于它要求激發(fā)與接收必須在同一平面上且無(wú)地層傾角變化,因此容易受到地表高程劇烈變化以及低降速帶橫向變化的影響[1～3]。同時(shí),當(dāng)?shù)徒邓賻Ш穸容^大時(shí),受排列長(zhǎng)度限制采集的也難以進(jìn)行。與微測(cè)井一樣,它還受空間采樣的影響而不能反映出低降速帶的橫向變化。

1.3 初至折射波反演法

初至折射波反演法在理論上能反演高頻、低頻在內(nèi)的所有靜校正量,同時(shí)還克服了小折射和微測(cè)井技術(shù)在空間采樣與探測(cè)深度上的不足[1～6]。正因?yàn)槿绱?初至折射波法靜校正技術(shù)才能被廣泛應(yīng)用并不斷發(fā)展。但同時(shí),該反演法也存在其固有的缺陷,主要有以下幾點(diǎn):

(1)在計(jì)算過(guò)程中無(wú)模型進(jìn)行分析與質(zhì)量控制,求取的是延遲時(shí)間。

(2)全區(qū)下伏介質(zhì)的速度必須明顯大于上覆介質(zhì)的速度,并能追蹤同一高速層[1～6],這在復(fù)雜表層區(qū)難以實(shí)現(xiàn)。

(3)需要預(yù)先知道上覆介質(zhì)的速度[1～6]。雖然在實(shí)際生產(chǎn)中,采用微測(cè)井和小折射分層模型法對(duì)上覆介質(zhì)的速度進(jìn)行了等效處理,但由于微測(cè)井和小折射空間采樣稀疏,當(dāng)表層結(jié)構(gòu)劇烈變化時(shí),難以反映速度的真實(shí)橫向變化,從而帶來(lái)中長(zhǎng)波長(zhǎng)誤差。

(4)界面是水平層狀或均緩變化的假設(shè)條件,在表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)難以滿足[1～6]。

1.4 初至?xí)r間層析反演法

從理論上講,該技術(shù)能同時(shí)利用直達(dá)波、回折波、折射波等不同類型的初至?xí)r間,對(duì)近地表不均勻速度深度模型進(jìn)行反演,不需要水平層狀介質(zhì)的假設(shè)條件。由反演模型可見,能用于分析控制質(zhì)量[1～3]。但在實(shí)際生產(chǎn)中,單一應(yīng)用該技術(shù),成像效果不是非常穩(wěn)定,有好有壞。其主要原因是該技術(shù)對(duì)初至?xí)r間要求比較嚴(yán)格,尤其是近道時(shí)間,必須準(zhǔn)確并盡可能多地滿足微分網(wǎng)格內(nèi)有足夠的射線條數(shù),以便提高反演精度。同時(shí),該技術(shù)還對(duì)初始速度模型依賴較大,當(dāng)宏觀地質(zhì)模型與實(shí)際模型差異較大時(shí),反演會(huì)因不收斂而影響成像精度。

2 靜校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及實(shí)現(xiàn)方法

就靜校正技術(shù)本身而言,沒(méi)有大的突破,依然還是常見的微測(cè)井分層模型法、小折射法、大折射沙丘曲線法、初至折射波反演法,以及初至?xí)r間層析法等,或者是這些方法的各類算法有小的改進(jìn)。但其應(yīng)用方式及生產(chǎn)流程卻出現(xiàn)了新的趨勢(shì),并已經(jīng)形成技術(shù)序列,這就是利用盡可能多的信息,以表層資料解釋及可視化模型時(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)互動(dòng)為基礎(chǔ),分層系、分階段,利用不同方法建立合理速度深度模型,用于表層結(jié)構(gòu)校正。

西方地球物理公司在綜合折射波與層析法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了全初至?xí)r間多炮檢距段折射層析反演技術(shù)。而CGGVeritas公司則提出了四套方案:

(1)微測(cè)井和小折射分層法建立初步宏觀速度模型。

(2)單炮初至分層法進(jìn)一步優(yōu)化宏觀模型。(3)初至?xí)r間層模型反演法細(xì)化層狀模型。(4)非線性并行層析反演法精細(xì)刻畫模型。

這些方案始終以可視化的速度深度模型作為分析對(duì)象,形成了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的逐級(jí)遞進(jìn)、相互約束、迭代應(yīng)用的綜合技術(shù)。

四級(jí)靜校正方案以及模型的相互融合應(yīng)用,能建立更加符合地下地質(zhì)規(guī)律的速度深度模型,有效校正復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的低降速帶結(jié)構(gòu),能滿足水平疊加的原理,從而提高了勘探精度。

從多種技術(shù)相互迭代應(yīng)用的便利性、融合性,以及模型質(zhì)控直觀性等方面綜合分析來(lái)看,CGGVeritas靜校正技術(shù)方案應(yīng)該是最能體現(xiàn)不同應(yīng)用需求,解決復(fù)雜地表結(jié)構(gòu)的有效方法,它代表了現(xiàn)今靜校正技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:

2.1 第一級(jí)—微測(cè)井、小折射和井眼數(shù)據(jù)分層建模

該方法用于低降速帶結(jié)構(gòu)與速度都相對(duì)簡(jiǎn)單,變化比較平穩(wěn)的地區(qū)。同時(shí)為復(fù)雜表層結(jié)構(gòu)地區(qū)提供宏觀模型及地表風(fēng)化層速度模型。

2.2 第二級(jí)—單炮初至分層法

在第一級(jí)方案不能完全校正低降速帶結(jié)構(gòu)變化,成像達(dá)不到要求的情況下,利用第一級(jí)所形成的地表風(fēng)化層速度,建立第一層模型,后續(xù)層位在第一級(jí)宏觀模型控制下,選擇單炮控制點(diǎn),進(jìn)行初至?xí)r間分層。通過(guò)初至?xí)r間信息解釋與可視化模型的關(guān)聯(lián)互動(dòng),在速度模型不太合理的地方加密控制點(diǎn),建立合理準(zhǔn)確的表層模型。

該方法能解決絕大部份地區(qū)的靜校正問(wèn)題,相對(duì)微測(cè)井而言,它能利用單炮初至不斷在需要控制的地方補(bǔ)充速度深度信息,以建立合理的模型。

2.3 第三級(jí)—初至?xí)r間層模型反演

該方案是對(duì)第二級(jí)方案的補(bǔ)充完善。它以第二級(jí)模型或者第一級(jí)模型為基礎(chǔ),進(jìn)行全工區(qū)初至?xí)r間層模型反演。其主要作用是將控制網(wǎng)格由人為解釋的大網(wǎng)格,變?yōu)闄C(jī)器自動(dòng)反演的小網(wǎng)格,縮小人為層解釋帶來(lái)的細(xì)小誤差,反演出低降速帶空間細(xì)小變化,以提高成像精度。與常規(guī)折射波靜校正技術(shù)上覆介質(zhì)速度,通過(guò)稀疏微測(cè)井信息所得到的模型不一樣的是,該技術(shù)通過(guò)單炮初至?xí)r間連續(xù)反演得到的高速層頂以上的速度,對(duì)折射速度沒(méi)有嚴(yán)格要求,這樣就能更好地反演出近地表速度與厚度的變化,因此能適應(yīng)更加復(fù)雜的地表結(jié)構(gòu)。

2.4 第四級(jí)——非線性初至?xí)r間并行層析反演

前三級(jí)方案都是基于層模型的。對(duì)于低降速帶不為層狀介質(zhì)沒(méi)有明顯速度拐點(diǎn)的地區(qū),或者雖為層狀介質(zhì)但速度變化劇烈的地區(qū),層模型反演方法適應(yīng)能力有限。因此,在連續(xù)介質(zhì)以及速度頻繁變化的復(fù)雜區(qū),必須應(yīng)用非線性層析反演靜校正技術(shù),盡可能地反演出細(xì)小面元內(nèi)的速度變化,并進(jìn)行有效校正。與一般層析反演不同的是,由于第四級(jí)采用的模型是前面三級(jí)方案中的最終結(jié)果,并使用了微測(cè)井、小折射得到的地表風(fēng)化層速度模型。因此,它能最大限度地克服近偏移距初至?xí)r間少對(duì)反演精度的影響。該算法收斂快,所得模型相對(duì)穩(wěn)定合理。

3 新技術(shù)的實(shí)踐效果

泉1井區(qū)三維位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部,構(gòu)造單元屬于滴北凸起,地表主要為戈壁、沙漠和露頭,海拔為500m～900m,東南高、西北低,局部沙丘高差可達(dá)70m。在區(qū)內(nèi)有一條深溝穿過(guò),二側(cè)最大高差可達(dá)250m,北坡陡南坡緩。北部陡坎為古近系和上白堊統(tǒng)露頭,南部為大沙丘。溝內(nèi)地形平緩,寬為2 km～4 km,溝底為黃泥灘與風(fēng)成沙。根據(jù)相鄰的泉2井區(qū)三維表層資料可以了解到工區(qū)內(nèi)表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,速度變化劇烈,深溝二側(cè)的低降速帶厚度可達(dá)到240 m以上。因此,在野外采集中,特別加強(qiáng)了表層調(diào)查的力度,全區(qū)共采集二十八口微測(cè)井。

經(jīng)微測(cè)井解釋結(jié)果表明,全區(qū)可初步化分為四個(gè)區(qū)域,即:

(1)北部戈壁區(qū)。

(2)北部厚沙漠速度倒轉(zhuǎn)區(qū)。

(3)深溝陡坎區(qū)。

(4)南部巨厚沙漠區(qū)。

各類區(qū)域低降速層速度變化劇烈,高速層普遍在2 200m/s～2 600m/s之間,北部區(qū)域有速度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

第一輪校正處理通過(guò)二十八口新微測(cè)井和區(qū)內(nèi)已有的老微測(cè)井進(jìn)行分層,結(jié)合小折射法和大折射法綜合建立模型,高速層頂選在2 200 m/s處。由于該區(qū)低降速帶在空間上變化劇烈(見圖1),稀疏的表層調(diào)查資料難以控制如此復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu),因此成像效果非常不理想。

在傳統(tǒng)方法不能滿足成像要求的前提下,又開展了第二輪折射波法靜校正技術(shù)的應(yīng)用,希望通過(guò)初至折射波反演出合理模型,來(lái)彌補(bǔ)表層調(diào)查稀疏的缺陷,提高地震資料成像質(zhì)量。

由實(shí)際資料成像結(jié)果表明(見下頁(yè)圖2(a)),該方法對(duì)高頻量校正得非常好,能明顯提高該區(qū)成像質(zhì)量。但井間t0關(guān)系與實(shí)際鉆探結(jié)果差異較大,即使通過(guò)疊前深度偏移處理后(見后面圖3(a)),相對(duì)關(guān)系依然不正確。經(jīng)轉(zhuǎn)深處理后,泉8井比泉1井高44m,而實(shí)際上要低12m;泉7井比泉1井高30m,而實(shí)際上要低55m;泉6井比泉1井低126m,而實(shí)際上只低96m(見下頁(yè)表1)。

圖1 泉1井三維東部微測(cè)井資料分析圖Fig.1 Info rm ation of up holes in eastofQuan1 well3D

從轉(zhuǎn)深后泉7井淺層吐谷魯群比泉1井深105m,而實(shí)際鉆探結(jié)果相差不大。經(jīng)分析可以看出,引起上述異常的主要原因,應(yīng)該是靜校正處理的問(wèn)題,主要應(yīng)該是由稀疏表層調(diào)查所得到的上覆介質(zhì)速度不準(zhǔn)確而引起的。

傳統(tǒng)折射靜校正方法成像結(jié)果的不盡人意,推動(dòng)了第三輪表層反演新方法的研究應(yīng)用,主要解決上覆介質(zhì)速度不準(zhǔn)的影響。CGGVeritas公司四套靜校正方案融合使用后,消除了由于表層結(jié)構(gòu)劇烈變化引起的校正異常,整個(gè)剖面的成像質(zhì)量較高(見圖2(b)),剖面形態(tài)比以往有非常大的區(qū)別,淺層白堊系從東到西趨于水平,與區(qū)域地質(zhì)分析結(jié)論基本一致。雖然t0關(guān)系上依然相反,但差值大大縮小,以泉7井為例只高出泉1井26m s。經(jīng)疊前深度偏移后(見下頁(yè)圖3(b)),井間關(guān)系得到了很好的修復(fù)(如表1所示),高低關(guān)系正確,相對(duì)誤差最小只有3m,最大只有15m。

4 結(jié)論

隨著勘探區(qū)域近地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加,以往那些在油氣勘探中發(fā)揮了重要作用的單一靜校正方法,遇到了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。這不僅直接影響到了成像質(zhì)量與構(gòu)造形態(tài),還影響了生產(chǎn)效率與勘探進(jìn)程。靜校正處理已經(jīng)進(jìn)入到了以表層資料解釋及可視化模型時(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)互動(dòng)為基礎(chǔ),各類技術(shù)綜合應(yīng)用,相互融合的時(shí)代。

表1 不同靜校正方法J1b上煤頂界深度相對(duì)關(guān)系對(duì)比Tab.1 A listof J1b dep th after different static correction

圖2 常規(guī)折射波法(a)與CGGVeritas反演法(b)靜校正后時(shí)間域成像對(duì)比Fig.2 Im aging comparison in tim e after static co rrection between conventional refractionm ethod(a)and CGGVeritas inversionm ethod(b)

圖3 常規(guī)折射波法(a)與CGGVeritas反演法(b)靜校正后深度域成像對(duì)比Fig.3 Im aging comparison in dep th after static correction between conventional refractionm ethod(a)and CGGVeritas inversionm ethod(b)

新技術(shù)的應(yīng)用,不僅能提高成像的精度,改善構(gòu)造形態(tài),還能在一定程度上避免野外過(guò)度增加微測(cè)井采集數(shù)量,節(jié)省勘探投入,值得大力推廣應(yīng)用。

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P 631.4+43

A

1001—1749(2011)01—0006—05

2010-07-21 改回日期:2010-11-07

蔣在超(1968-),男,湖北天門人,高級(jí)工程師,碩士,研究方向?yàn)榈卣饠?shù)據(jù)處理及其方法研究。