地震資料連片靜校正方法的實(shí)現(xiàn)方法

鄭鴻明，薛為平，劉宜文，崔 琴，王 曉

（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）

地震資料連片靜校正方法的實(shí)現(xiàn)方法

鄭鴻明，薛為平，劉宜文，崔 琴，王 曉

（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）

為了落實(shí)地質(zhì)格架構(gòu)造的特征，建立井震統(tǒng)一的等時(shí)層序結(jié)構(gòu)。很多探區(qū)陸續(xù)開展了多區(qū)塊的連片地震資料處理，而且連片塊數(shù)越來越多，面積越來越大。由于連片處理涉及的各區(qū)塊，所以往往信噪比、分辨率、波形特征等因素差異較大，增加了處理難度，特別是連片靜校正技術(shù)制約著連片處理的效果。通過對影響連片靜校正因素的分析，這里提出了進(jìn)行連片靜校正計(jì)算的四種方法，在實(shí)際應(yīng)用中均取得了良好效果。同時(shí)也指出了連片靜校正所產(chǎn)生的弊端和引起的誤差。正確認(rèn)識連片靜校正所帶來的利弊，能夠更好地避免構(gòu)造解釋或?qū)ふ胰﹂]帶來的失誤。

連片靜校正計(jì)算；閉合差分析；表層模型建立

0 前言

靜校正是地震資料處理的基本過程，也是決定地震資料處理成像品質(zhì)的關(guān)鍵步驟［1］。連片靜校正是將連片的區(qū)塊視為一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行統(tǒng)一表層建模、統(tǒng)一計(jì)算，將地表的觀測面校正到給定的基準(zhǔn)面上。也有很多論文［2～6］，從不同角度研究了連片靜校正建模的基本方法，有效地消除了塊與塊之間靜校正閉合差。連片靜校正的關(guān)鍵在于塊與塊的銜接或重疊部份，對大多數(shù)地區(qū)來說，它所產(chǎn)生的誤差被邊界問題以及混疊所掩蓋。在一些特殊情況或低降速帶厚度較大的區(qū)域，由于不同區(qū)塊采集年代的跨越，表層結(jié)構(gòu)的時(shí)變性（潛水面的變化、沙丘的遷移等）所引起的閉合差就會突顯出來，雖然靜校正閉合了，但疊加剖面仍存在閉合差。

作者在本文中，針對連片靜校正中所固有的一些問題進(jìn)行了分析，并提出了連片靜校正計(jì)算的四種方法，同時(shí)分析了應(yīng)用不同方法應(yīng)具備的條件，和做好連片靜校正的思路，以及對連片靜校正所產(chǎn)生誤差的認(rèn)識。

1 連片靜校正的影響因素及難點(diǎn)

按道理，連片靜校正與單區(qū)塊的靜校正方法沒什么區(qū)別，只要將不均勻表層產(chǎn)生的延遲時(shí)從地震記錄中減掉，再由低降速帶底界至基準(zhǔn)面填充等速介質(zhì)即可。但往往由于主觀因素和客觀因素的存在，給連片靜校正方法帶來很多困難，主要表現(xiàn)如下：

（1）連片區(qū)塊的總面積較大，表層介質(zhì)和結(jié)構(gòu)差異也大。這是因?yàn)楦鞣N靜校正方法都有各自的限制條件，同一種靜校正方法很難適應(yīng)所有區(qū)塊的整體表層結(jié)構(gòu)建模。

（2）各區(qū)塊表層調(diào)查方法不一樣，各區(qū)塊針對表層的結(jié)構(gòu)和介質(zhì)，往往以一種特定的調(diào)查方法為主。而不同方法之間精度不一樣，將會引起閉合問題。

（3）單獨(dú)建模計(jì)算的靜校正量，由于各種因素的累計(jì)誤差，閉合差根源無確定性的解，因而沒有直接解決閉合差的可行性方法。

（4）如果應(yīng)用折射初至?xí)r反演靜校正，連片工區(qū)面積很大，通常沒有可供連續(xù)追蹤的同一折射界面，而改變追蹤的折射面又容易串層。由于高速層的速度變化范圍增大，填充速度也不好確定，填充速度與高速層速度的差異，在高速層頂界面起伏的情況下，同樣會帶來長波長問題。

（5）客觀原因。由于不同季節(jié)環(huán)境氣溫的變化，冬季和夏季表層被凍結(jié)或非凍結(jié)，地震波的傳播速度也會發(fā)生變化。在雨季或旱季施工，近地表含水量對速度也有影響，潛水面的高低也可能發(fā)生變化。在沙漠區(qū)因風(fēng)力作用沙丘會漂移，使同一位置不同年度測量的高程不同。

（6）采集原因。不同地震儀器之間的本身誤差，同一個(gè)調(diào)查點(diǎn)小折射和微測井的解釋成果的誤差，組合或非組合造成的初至?xí)r間差，以及井炮或震源之間的相位差。

（7）計(jì)算原因。拼接點(diǎn)就在邊界，而邊界由于覆蓋次數(shù)低，統(tǒng)計(jì)效果差，精度不高。折射靜校正雖然可以連片建模計(jì)算，但由于炮檢關(guān)系是以區(qū)塊區(qū)分，延遲時(shí)仍然是相對獨(dú)立的，不能平穩(wěn)過渡，靜校正方法的不同也是產(chǎn)生閉合差的原因。

（8）人為原因。比如解釋小折射、微測井資料，由于認(rèn)識的差異造成解釋或劃分層位的差異。應(yīng)用靜校正軟件拾取初至?xí)r，不同區(qū)塊的分析人員劃分折射層段的差異，以及應(yīng)用人員的理論水平和應(yīng)用水平的差異，都會造成最終結(jié)果的差異。

（9）區(qū)塊之間方位角產(chǎn)生的差異，特別是利用初至反演近地表模型的時(shí)候，在區(qū)塊的重疊部份，即便是同一地面位置，由于淺層折射傳播路徑差異，靜校正量也不一樣。

（10）由于連片涉及的表層區(qū)域很大，跨越不同的表層結(jié)構(gòu)，模型反演或靜校正計(jì)算過程中的一些關(guān)鍵參數(shù)很難做到全區(qū)都適應(yīng)，這也是連片統(tǒng)一建模值得注意的一點(diǎn)。

連片靜校正存在諸多不利因素，有些是可以克服的，有些是無法克服的，很多人認(rèn)為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)建模就可以消除閉合差。實(shí)際上，不同時(shí)期表層結(jié)構(gòu)的變化，已經(jīng)被當(dāng)時(shí)作用于地震數(shù)據(jù)，統(tǒng)一結(jié)構(gòu)建模無疑模型是統(tǒng)一了，可是地震數(shù)據(jù)的時(shí)差并沒有完全消除。因此，統(tǒng)一表層結(jié)構(gòu)建模雖然相對能夠減小閉合差，但不能從根本上解決閉合問題。

根本的方法是對于整個(gè)連片區(qū)塊，能找到一個(gè)與上述因素?zé)o關(guān)的地質(zhì)界面（這個(gè)界面應(yīng)該存在，但比較深），用各自的表層模型去校正各自的地震數(shù)據(jù)，肯定能夠消除閉合差，用不著統(tǒng)一建模計(jì)算靜校正，但困難在于此界面以上的時(shí)深關(guān)系不易獲得。而人為地用同一個(gè)模型得到的靜校正量去校正同一區(qū)域內(nèi)不同區(qū)塊的地震數(shù)據(jù)，可能與我們消除閉合差的初衷相反，產(chǎn)生新的閉合時(shí)間差。由于表層客觀條件的變化沒有規(guī)律可尋，也不是一個(gè)固定的常量，增加了拼接的難度。

2 連片靜校正的技術(shù)方法

連片靜校正區(qū)塊之間的接觸關(guān)系，可能是直接連接（一次覆蓋或滿覆蓋連接），也可能是相互重疊一部份（甚至重疊的更多）。無論怎樣，同一個(gè)物理點(diǎn)不可能有兩種表層模型結(jié)構(gòu)。

近年來，為了滿足區(qū)域性的地震資料解釋，三維區(qū)塊的拼接處理越來越多，拼接塊數(shù)也越來越多。單區(qū)塊靜校正計(jì)算，由于在同時(shí)間采集的地震數(shù)據(jù)與近地表有關(guān)的施工參數(shù)或施工環(huán)境相對保持了一致性，不存在時(shí)變問題。但不同區(qū)塊之間的連片靜校正計(jì)算，相對來說，帶來很多不利于連片建模的因素，在拼接處靜校正出現(xiàn)的問題較多。經(jīng)調(diào)查，主要有低降速帶底界不閉合、拼接處低降速層速度的差異導(dǎo)致靜校正出現(xiàn)閉合差。

在現(xiàn)有的條件下，對于連片靜校正計(jì)算主要有以下幾種方法。

2.1 依靠原有的控制點(diǎn)信息，重新建立表層結(jié)構(gòu)模型

這種方法比較簡單，是連片靜校正中常用的一種方法，但要求一定的控制點(diǎn)密度，以便能夠描述表層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。其優(yōu)點(diǎn)是：在控制點(diǎn)信息準(zhǔn)確的前提下，影響構(gòu)造形態(tài)的長波長靜校正的因素便于控制，短波長的精度依賴于表層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。因?yàn)榭刂泣c(diǎn)之間的模型參數(shù)全靠內(nèi)插得到，內(nèi)插的數(shù)學(xué)方法尤為重要。但它也存在一些缺陷，表現(xiàn)在建立準(zhǔn)確模型難，需要取全取準(zhǔn)控制點(diǎn)信息所以需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行較深入的分析和研究。為了確保模型的精度，對于控制點(diǎn)稀、低降速帶變化大、控制點(diǎn)密度不足的地段，或有利的構(gòu)造區(qū)域和隱蔽油藏區(qū)域，需靜校正研究人員和綜合解釋人員聯(lián)合制定補(bǔ)充微測井采集方案，在大折射資料可取的情況下，可再補(bǔ)充解釋一些大折射點(diǎn)，以提高建模的可靠性及長波長靜校正精度。

2.2 結(jié)合原有單塊成果進(jìn)行拼接法

單區(qū)塊計(jì)算的靜校正成果拼接法，充分利用了以往單塊靜校正獲得的成果，疊加效果可以保證從過程上看不需要建模和靜校正計(jì)算，相對簡單但要真正達(dá)到無縫拼接實(shí)際上很困難，因?yàn)槟Ｐ徒⒌谋旧磉吔缇筒粶?zhǔn)確，同時(shí)還有方位角、重疊面積大小的問題，拼接區(qū)域往往并不是系統(tǒng)差，而且這個(gè)差值也很難統(tǒng)計(jì)。這種拼接方法關(guān)鍵的一點(diǎn)是要對以往的成果和建立的模型認(rèn)真分析，原來各塊靜校正模型解釋的高速層頂界面是否有一致性（若采用初至的反演方法，追蹤的折射界面是否合理，是否是同一折射界面等），若存在較大差異，必須確認(rèn)有無串層現(xiàn)象，不能硬拼。具體方法是將各區(qū)塊進(jìn)行靜校正量的高低頻分離，高頻保持不變，平滑過渡靜校正的低頻分量，將平滑后的低頻分量與原高頻分量合二為一，作為最終的靜校正。這樣做不僅長波長靜校正達(dá)到了約束和控制，而且保留了影響疊加效果的短波長分量。

2.3 模型拼接法

模型拼接從原理上來說是較合理的方法，直接拼接難度較大，因?yàn)閰^(qū)塊之間的解釋的層數(shù)不同，還存在層的過渡和尖滅問題，不能簡單地用程序化實(shí)現(xiàn)。但可以變換一種方法，即等效層替換的方法，將原來無論幾層的模型均等效成一層，把各層的層速度也換算為等效的平均速度，這樣把原本復(fù)雜的模型通過變換，都成為等效一層的簡單模型，實(shí)現(xiàn)了所有連片靜校正模型結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，拼接在等效模型上完成。

2.4 初至波反演方法

將所有區(qū)塊作為一個(gè)整體，統(tǒng)一定義觀測系統(tǒng)進(jìn)行近地表結(jié)構(gòu)的反演，這是連片靜校正最理想的方法，但工作量很大。因?yàn)檫B片的面積比單區(qū)塊大得多，很難連續(xù)追蹤同一折射層，需要先對整個(gè)區(qū)域的折射面分布情況作一了解，看看哪一界面符合條件。通常隨著埋深的增加，地層的穩(wěn)定性越好，可以考慮來自更深層的折射初至，相對穩(wěn)定性較好。但要注意，若近地表很復(fù)雜，低降速帶低界面起伏很大，速度變化范圍也大，容易產(chǎn)生長波長問題。

3 連片靜校正實(shí)例

該工區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部陸西地區(qū)，滿覆蓋面積為3 773.455km2、總炮數(shù)約119 811炮，各區(qū)塊施工年度跨越十年之久。在整個(gè)區(qū)塊內(nèi)，地表的相對高差為250m（如圖1所示），按地表覆蓋物可分為戈壁區(qū)、陡坎區(qū)、沙漠區(qū)和常年積水的水庫。西部近地表低降速層厚度不大，平均約為20m，南部主要為沙漠，最厚可達(dá)到100m以上。戈壁與沙漠的過渡帶，地形起伏較大，形成不規(guī)則的陡坎。塊與塊之間方位角不一致，而且拼接部份呈不規(guī)則的重疊（見圖2）。這些表層結(jié)構(gòu)的變化，給靜校正的計(jì)算，特別是建立統(tǒng)一的整體模型帶來了極大的困難。

各區(qū)塊表層調(diào)查是隨該區(qū)塊的采集一起完成跨域約十年。調(diào)查方式有大折射、小折射、微測井大折射有63條，小折射點(diǎn)有945個(gè)，微測井有476口（見下頁圖3）。少部份微測井探測的最高速度層在1 500m/s左右，未達(dá)到接近2 000m/s的高速層。大折射由于綜合時(shí)深曲線比較發(fā)散，無法統(tǒng)一，成果可靠性差。中部由于存在高速夾層，小折射受屏蔽作用，無法探測到來自更深層高速層頂界面的折射信息，使該區(qū)的小折射資料失去意義因此，表層調(diào)查資料的不足，使基準(zhǔn)面靜校正量高頻部份的精度受到影響。

圖3 連片工區(qū)所有微測井控制點(diǎn)的分布Fig.3 Allocation of all micro－log points in 3Dmerging survey

以往主要采用初至折射靜校正方法反演單區(qū)塊近地表模型，精度較高，單區(qū)塊成像效果不錯(cuò)，但拼接后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題：

（1）拼接后剖面右側(cè)由于與連片處理的方位角不同，造成空白面元。

（2）是各區(qū)塊拼接部位存在明顯的閉合差，且時(shí)間大小不等（見圖4上部份）。

空白面元的問題可以通過疊前面元均化或道內(nèi)插的方式得到解決，關(guān)鍵是基準(zhǔn)面靜校正的閉合差問題。

圖4 三維連片處理前（上圖）后（下圖）的剖面對比Fig.4 Data processing results before merging surveys（up）and after merging surveys（down）

靜校正包含長波長和短波長分量。長波長影響了地震剖面的構(gòu)造形態(tài)，短波長的精度決定了剖面成像的品質(zhì)。目前求解靜校正量的方法很多，各種方法由于實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)方法差異和對復(fù)雜運(yùn)算簡化而給定的假設(shè)條件不同，實(shí)際應(yīng)用效果有很大差異，有些方法可能長波長求解的比較準(zhǔn)確，有些方法短波長效果可能很好。那么，如何發(fā)揮各種靜校正方法的優(yōu)點(diǎn)而避其缺點(diǎn)，這是獲得連片高精度靜校正量的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)這一過程，需要有一種從靜校正量中按要求分解成不同波長的分量的技術(shù)，之后把占優(yōu)勢的部份合并起來。目前的幾種靜校正方案雖然都存在不足，但也各有優(yōu)勢，表現(xiàn)在分層模型法在三維拼接區(qū)域以及解決長波長靜校正量的方面具有優(yōu)勢；折射靜校正與層析靜校正具有明顯的短波長成像優(yōu)勢。鑒于此，該區(qū)塊通過作者介紹的連片靜校正的技術(shù)方法中的第（2）種思路解決連片靜校正問題，獲得了良好的效果。

這種方法關(guān)鍵在于靜校正高、低頻分離的平滑半徑選擇，平滑半徑與表層結(jié)構(gòu)和地表高程變化劇烈程度有關(guān)。半徑太大，容易將中長波長靜校正分量帶入高頻分量；半徑太小，中長波長分量抖動不宜定量控制。實(shí)際上，由于表層結(jié)構(gòu)和地表高程的變化都已在靜校正量中反映出來了，所以根據(jù)靜校正量的均方差，相對確定出平滑半徑的大小，即自適應(yīng)平滑半徑分離方法，并將分離后的長短波長分量按需進(jìn)行合并。這樣既能保證中長波長的精度又能得到較好的成像效果（見圖4）。

圖4中出現(xiàn)的空白豎條，是由于統(tǒng)一定義處理面元后與原區(qū)塊面元大小的差異產(chǎn)生的空白道，這也是連片處理常遇到的問題，經(jīng)過面元均化后得到解決。

4 認(rèn)識與結(jié)論

連片靜校正方法經(jīng)過近幾年的探索，已經(jīng)形成了相應(yīng)的配套技術(shù)，并已逐步成熟。根據(jù)作者在準(zhǔn)噶爾盆地實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，以及對準(zhǔn)噶爾盆地特殊的表層結(jié)構(gòu)連片處理中總結(jié)出的連片靜校正方法，在多個(gè)連片的處理應(yīng)用中均取得良好效果。同時(shí)也取得一些對連片靜校正的一些認(rèn)識，有下述幾點(diǎn)：

（1）連片區(qū)塊的靜校正，是以犧牲靜校正精度為代價(jià)。由于不同時(shí)期低降速帶的變化，不同采集年代的表層模型本身存在差異，雖然差異通過相互靠攏，或均分差異達(dá)到閉合，做到了地震剖面無縫拼接，但最后必將導(dǎo)致靜校正中長波長的誤差。

（2）由于表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)塊面積大，難以得到一個(gè)符合整個(gè)工區(qū)相對穩(wěn)定的低降速帶底界面而且高速層速度范圍較大，高速填充又是個(gè)問題，選擇什么樣的填充速度都不恰當(dāng)，而不合適的填充速度將直接改變時(shí)域的構(gòu)造形態(tài)。填充速度引起的誤差與底界面起伏的幅度成正比關(guān)系，低降速帶底界面起伏越大，影響也越大。對于這樣的地區(qū)，實(shí)際上沒有很好的填充方法，只能以目標(biāo)體所在的位置，選取目標(biāo)體位置低降速帶底界面速度作為填充速度。實(shí)際上，在這樣的地域應(yīng)繼續(xù)向下尋找一個(gè)等速界面，或者采用更先進(jìn)的波場延拓方法來消除表層影響。

（3）連片處理的三維區(qū)塊，由于采集的年代、儀器設(shè)備、施工參數(shù)、震源類型，以及觀測系統(tǒng)等差異，地震資料品質(zhì)往往相差很大。但為了達(dá)到連片處理的要求，可通過復(fù)雜的處理手段（子波整形、匹配濾波等）使信噪比和分辨率和諧統(tǒng)一。但這必將破壞地質(zhì)特征的地震響應(yīng)，破壞地震屬性提取的可靠性，不利于后續(xù)的巖性反演。

（4）剖面的拼接處由于受邊界和拼接的影響，連片拼接處的構(gòu)造形態(tài)相對來說誤差變大，在構(gòu)造解釋時(shí)應(yīng)該注意到這一點(diǎn)。特別是低幅度構(gòu)造，需要通過表層靜校正的論證，進(jìn)一步落實(shí)低幅度構(gòu)造的可靠性。

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book=57,ebook=57

1001—1749（2012）03—0278—05

P 631.4＋4

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.07

鄭鴻明（1962－），男，漢，山東梁山人，高級工程師，現(xiàn)從事地震處理方法和靜校正研究工作。曾發(fā)表多篇論文，2009年在石油工業(yè)出版社出版《地震勘探近地表異常校正》專著。

2011－07－22改回日期：2012－03－21