折射靜校正在松遼盆地地震處理中的應(yīng)用及效果

劉喜祥，宋元威，仝敏波，張永飛

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 研究院，陜西 西安 710075;2.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000)

根據(jù)地震波傳播的基本理論，地震波勘探的基礎(chǔ)假設(shè)條件為地面水平、地下介質(zhì)均勻，但實(shí)際野外地震采集時(shí)的觀測與理論并不能完美吻合，地表的起伏、低降速帶厚度和淺層速度的異常變化，以及炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)高程的差異，都會(huì)造成地震波在到達(dá)各接收點(diǎn)時(shí)時(shí)間上的差異，為了消除地表因素帶來的不良影響，使畸變的時(shí)距曲線恢復(fù)成雙曲線關(guān)系，真實(shí)地反映地下的地質(zhì)情況，這就需要進(jìn)行靜校正處理。靜校正是地震波勘探中較為重要和復(fù)雜的環(huán)節(jié)，著名的地球物理學(xué)家迪克斯教授生前曾說，解決好靜校正就等于解決了地震勘探中幾乎一半的問題，特別是在三維地震勘探中，對(duì)地下小幅構(gòu)造的精度要求較高，靜校正就顯得尤為重要。

松遼盆地大部分的地表高程變化不大，靜校正問題不突出。但松遼盆地的第四紀(jì)沉積不均勻、高崗、沼澤地、水泡子、山前等地表情況的差異，地表高程起伏不定，存在著嚴(yán)重的靜校正問題。隨著三維地震采集的應(yīng)用和三維勘探面積的不斷擴(kuò)大，野外地震采集采用的微測井或小折射進(jìn)行的靜校正測量，測點(diǎn)過稀，控制不了低速帶的厚度和速度的變化帶來的不良影響，地震處理時(shí)會(huì)造成很大的靜校正誤差，嚴(yán)重影響了地震處理成果的分辨率和信噪比。針對(duì)以上問題，我們在生產(chǎn)處理中，應(yīng)用三維折射靜校正技術(shù)，重新計(jì)算工區(qū)內(nèi)所有炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的靜校正量，來解決松遼盆地靜校正的中低頻分量和部分高頻分量，較好的解決復(fù)雜地表?xiàng)l件下野外近地表風(fēng)化層引起的靜校正問題，對(duì)改善地震處理的質(zhì)量和提高信噪比是有效的。

1 三維折射靜校正的基本原理

地震折射靜校正的信息來源于地震采集時(shí)生產(chǎn)炮的初至信息，即:風(fēng)化層底面(即高速層頂界面)是一個(gè)良好的折射界面。地震采集時(shí)當(dāng)炮檢距達(dá)到一定的距離時(shí)，記錄初至為上述界面的折射波，通常稱為地震初至折射波。

折射靜校正方法是從初至折射時(shí)間中計(jì)算長波長和短波長靜校正量。

其基本理論模型如下:

式中，t(n，m)為第n炮第m檢波點(diǎn)的初至?xí)r間;S(m)為第n炮的炮點(diǎn)延遲時(shí)間;R(m)為第m檢波點(diǎn)的延遲時(shí)間;d(k)為從第n炮點(diǎn)到第m檢波點(diǎn)之間的第k段的距離;v(k)為從第n炮點(diǎn)到第m檢波點(diǎn)之間的第k段的風(fēng)化層速度;s(n)為第n炮點(diǎn)的剩余野外靜校正量;r(m)為第m檢波點(diǎn)的剩余野外靜校正量。詳細(xì)的理論推導(dǎo)見參考文獻(xiàn)［1，2］。

2 三維折射靜校正方法的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)風(fēng)化層底面(即高速層頂界面)變化平緩，地表水平，近地表速度穩(wěn)定時(shí)，則共炮點(diǎn)道集的初至曲線比較平滑，不存在靜校正問題，我們拾取的折射波初至?xí)r間也是比較平穩(wěn)的，曲線之間相互平行，這些共偏移距初至曲線與它們的折射界面也有一定程度的相似性。但實(shí)際上風(fēng)化層的厚度是變化的，速度也是變化的，導(dǎo)致共偏移距初至曲線也是變化的。因此用一定的擬合步長，對(duì)這些共偏移距初至曲線進(jìn)行擬合。然后將擬合時(shí)差分解成炮點(diǎn)剩余靜校正量和檢波點(diǎn)剩余靜校正量，并應(yīng)用到折射初至?xí)r間上進(jìn)行校正，如果我們所計(jì)算的靜校正量正確，則校正后的共偏移距初至曲線比較平穩(wěn)，否則，再對(duì)靜校正后的共偏移距初至曲線進(jìn)行擬合，反復(fù)迭代，直到滿足條件為止。進(jìn)行三維折射靜校正的步驟如下圖1流程所示。

具體做法如下:

(1)折射靜校正的基準(zhǔn)面的確定?；鶞?zhǔn)面是用戶在一個(gè)工區(qū)內(nèi)所選用的參考面，對(duì)于松遼盆地，地表高程變化不大，基準(zhǔn)面一般采用水平面，根據(jù)純基準(zhǔn)面靜校正可能小，滿足處理上疊加、偏移需要的原則，我們一般求取工區(qū)范圍內(nèi)的平均地表高程并作平滑，來做為折射靜校正計(jì)算的基準(zhǔn)面;

(2)人工拾取參考初至?xí)r間。選取初至較好有代表性的一炮，拾取其初至?xí)r間，作為其它炮的參考初至?xí)r間。如果人工逐炮拾取，效率較低，會(huì)影響資料處理的進(jìn)度，因此，我們要盡量的讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)拾取。在求取了參考初至?xí)r間后，根據(jù)用戶給定的空間時(shí)窗長度自動(dòng)判別，通常我們給100 ms，它是以初至?xí)r間為中心的某一范圍;

(3)利用培訓(xùn)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動(dòng)逐炮初至拾取，由于三維工區(qū)地表?xiàng)l件變化大，不同束之間或同一束內(nèi)部，可能需要對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用新數(shù)據(jù)重新進(jìn)行培訓(xùn)，以達(dá)到較好的拾取效果;

(4)交互修改自動(dòng)拾取的結(jié)果。由于地表?xiàng)l件的差異使野外采集資料的初至不穩(wěn)定，在自動(dòng)拾取時(shí)無法保證拾取的結(jié)果都是正確的。另外，低降速帶底面(即高速層頂界面)也不是穩(wěn)定不變的，導(dǎo)致折射波也存在差異，一些地段為初至波，一些地段可能不是初至波，而我們在計(jì)算靜校正量時(shí)，折射波的初至?xí)r間要求是同一個(gè)穩(wěn)定折射層的，因此我們需要交互修改自動(dòng)拾取的結(jié)果;

圖1 折射靜校正流程圖

(5)共偏移距初至曲線擬合。野外采集資料的初至無法保證來自于同一個(gè)折射層，我們也不必利用采集資料的所有初至。通常情況下，我們的算法要求來自于同一折射層的初至?xí)r間，因此我們可以選擇一段偏移距的范圍，保證這個(gè)范圍內(nèi)的初至來自于同一折射層，利用這段資料做初至曲線擬合。

(6)對(duì)折射波初至?xí)r間進(jìn)行靜校正。首先將計(jì)算的校正量分解到炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)上，并應(yīng)用到初至折射時(shí)間上進(jìn)行校正，使共偏移距曲線相互平行，變化平緩。一般停止迭代的標(biāo)準(zhǔn)是，計(jì)算的校正量小于一個(gè)采樣間隔時(shí)，就認(rèn)為滿足條件，否則，繼續(xù)計(jì)算，通常迭代3到5次就可滿足收斂條件。

3 應(yīng)用實(shí)例

本次實(shí)例所用三維資料位于松遼盆地南部長嶺斷陷中部隆起地帶，工區(qū)地勢較為平坦，平坦區(qū)域(中部)為草墊子，局部區(qū)域有高崗(南部、北部崗子已連片，并且崗子上多為片林)，全區(qū)海拔在150 m－200 m。區(qū)內(nèi)村莊較少，多集中在南北部兩側(cè)，全區(qū)共計(jì)大小村鎮(zhèn)三十多個(gè)，一個(gè)較大的水泡子。本區(qū)地表被農(nóng)田、草場和堿地、林帶、高崗等所覆蓋。淺層地震地質(zhì)條件較復(fù)雜，局部地區(qū)激發(fā)和接收條件較差。

為了分析該工區(qū)的靜校正問題，繪制了檢波點(diǎn)高程平面圖以及野外靜校正量平面圖和折射靜校正平面圖(如圖2，圖3，圖4)，從對(duì)比可以看出，由于野外小折射資料的測量受地形、地貌的影響較大，以及人工解釋時(shí)的人為因素，圖2與圖3比較，雖然符合高程曲線的變化規(guī)律，但一致性較差。對(duì)比圖2與圖4，可以看出兩者的一致性較好，折射靜校正基本反映了地表的真實(shí)情況。

當(dāng)?shù)乇淼匦纹鸱偷退賻俣冗B續(xù)變化大于一個(gè)排列長度時(shí)，可以造成較大的靜校正中低頻分量，導(dǎo)致記錄時(shí)間產(chǎn)生失真，造成反射層地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)發(fā)生畸變，從圖5為過水泡子的初疊剖面可以看出，圖6為過水泡子的野外靜校正剖面，圖7為過水泡子的折射靜校正的剖面，后兩者經(jīng)過相同的處理流程，從對(duì)比可以看出，野外采用的微測井或小折射靜校正，由于測點(diǎn)過稀，控制不了低速帶的厚度和速度的變化，與折射靜校正在局部區(qū)域的差異可達(dá)到15 ms左右，這足以形成小幅度假構(gòu)造，而經(jīng)過折射靜校正后基本解決了此問題，使反射層的連續(xù)性變好，信噪比提高，而且一些由于成像差而出現(xiàn)的假斷層和小構(gòu)造消失。

圖2 地表高程平面圖

圖3 野外靜校正平面圖

圖4 折射靜校正平面圖

圖5 初疊剖面

圖6 野外靜校正剖面

圖7 折射靜校正剖面

針對(duì)松遼盆地存在的地質(zhì)問題，提出了高精度的靜校正技術(shù)。而靜校正即是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，但又是必須做好的一項(xiàng)工作，它的好壞直接關(guān)系到數(shù)據(jù)處理的成敗，而折射靜校正技術(shù)的主要特點(diǎn)是采用對(duì)比折射法延遲時(shí)求解，其精度不受彎曲折射界面和速度的影響，適用于山地、丘陵、草甸、沙崗、林帶等復(fù)雜地表，在共炮、共檢、共偏移距、空間、時(shí)間域一次性實(shí)現(xiàn)炮檢點(diǎn)延遲時(shí)的最小二乘法分解，因此能很好的解決中長波長靜校正問題。

在近幾年的資料處理中，將此技術(shù)與野外微測井、小折射得到的靜校正量作對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，在共偏移距剖面上，經(jīng)過折射靜校正后的初至光滑，而野外靜校正量的應(yīng)用未能使初至校齊，尤其是在地表差異劇烈之處(如圖8、圖9、圖10)。在疊加剖滿上，相比較而言，折射靜校正后的剖面連續(xù)性變好，信噪比提高，而且，一些由于成像差而出現(xiàn)的假斷層和小構(gòu)造消失。實(shí)際證明此技術(shù)可以很好的解決松遼盆地的靜校正問題。

圖8 原始共偏移距剖面

圖9 野外靜校正共偏移距剖面

圖10 折射靜校正共偏移距剖面

4 結(jié)論

(1)由于松遼盆地折射層較穩(wěn)定、野外原始地震資料初至波效果較好。因此，地震處理時(shí)采用三維折射靜校正，較好的解決了松遼盆地地震資料的中、低頻分量和部分高頻分量，處理效果較好。

(2)折射靜校正的效果與折射靜校正的參數(shù)選擇有密切關(guān)，這些參數(shù)包括基準(zhǔn)面的選取、初至?xí)r間偏移距的選取、風(fēng)化層厚度與速度的選取等。因此，折射靜校正處理之前應(yīng)對(duì)工區(qū)的近地表地震地質(zhì)條件有充分的了解。

(3)由于野外微測井或小折射測點(diǎn)過稀，控制不了低速帶的厚度和速度的變化帶來的不良影響，使地震處理時(shí)部分地區(qū)造成了較大的靜校正誤差，而三維折射靜校正可以彌補(bǔ)野外靜校正量的不足，較好的解決復(fù)雜地表?xiàng)l件下的靜校正問題。

［1］［美］渥·伊爾馬滋著，劉懷山等譯.地震資料分析［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2006.

［2］Taner M T，L Lu and E Baysal.Unified method for 2D and 3D refraction statics with first break picking by supervised leaning［C］.International Meeting of Society of Exploration Geophysicists，1998.

［3］李慶忠.走向精確勘探的道路［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994.

［4］王彥春.交互迭代靜校正法［J］.石油物探，1998，37(2):63－70.

［5］熊翥.復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理思路［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002.