庫(kù)車(chē)復(fù)雜地表區(qū)偽三維表層建模與靜校正技術(shù)

呂景峰，周冰峰，邸江偉

（中國(guó)石油 東方地球物理公司，涿州 072751）

庫(kù)車(chē)復(fù)雜地表區(qū)偽三維表層建模與靜校正技術(shù)

呂景峰，周冰峰，邸江偉

（中國(guó)石油 東方地球物理公司，涿州 072751）

塔里木盆地庫(kù)車(chē)山地一直是塔里木油田油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域之一，但是該區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜多樣，表層調(diào)查、建模困難，靜校正問(wèn)題突出。這里通過(guò)采用微測(cè)井約束的淺層層析表層調(diào)查方法、偽三維表層建模及綜合靜校正技術(shù)，準(zhǔn)確剖析了該區(qū)的表層結(jié)構(gòu)，提高了剖面的成像效果，為類似區(qū)域的表層建模及靜校正工作提供了借鑒。

山地；表層調(diào)查；表層建模；靜校正；偽三維層析

0 引言

塔里木庫(kù)車(chē)前陸盆地油氣資源豐富，勘探潛力巨大，是國(guó)家重要的能源戰(zhàn)略接替區(qū)。上世紀(jì)末至本世紀(jì)初，庫(kù)車(chē)前陸盆地先后發(fā)現(xiàn)了克拉2、迪那、大北1等一批大型天然氣田，促成了“西氣東輸”工程的啟動(dòng)并成為主要?dú)庠吹?，為改變我?guó)能源結(jié)構(gòu)和新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)［1］。

庫(kù)車(chē)前陸盆地具有中國(guó)西部典型的山地山前帶特征。地表類型多樣，包括山體、山前沖積扇、戈壁、農(nóng)田村莊以及河流、沖溝等地表類型；地表巖性復(fù)雜多變，第四系的礫石堆積、西域組礫石山體及新近系和古近系的砂泥巖山體遍布；表層速度、厚度在縱、橫向變化劇烈。

庫(kù)車(chē)復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu)致使野外靜校正工作面臨以下問(wèn)題：①表層調(diào)查難度大，庫(kù)車(chē)山前帶巨厚戈壁礫石區(qū)分布范圍廣泛，風(fēng)化層厚度巨厚，甚至達(dá)到200m以上，采用淺層折射法調(diào)查精度很低，而大面積采用微測(cè)井進(jìn)行表層調(diào)查，生產(chǎn)時(shí)間及成本壓力較大；②合理的野外表層模型不易準(zhǔn)確構(gòu)建，野外表層建模一般采用層間關(guān)系系數(shù)法，通過(guò)內(nèi)插微測(cè)井的解釋成果來(lái)獲得近地表模型，微測(cè)井?dāng)?shù)量的多寡嚴(yán)重制約著模型的精度；③靜校正問(wèn)題突出，庫(kù)車(chē)坳陷山前帶受本身地震地質(zhì)條件的影響，地震勘探主要面臨著波場(chǎng)復(fù)雜、低信噪比問(wèn)題。由于靜校正的精度將直接影響最終剖面成像效果，因而對(duì)靜校正技術(shù)提出了更高的要求。

1 表層建模與靜校正方法

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合庫(kù)車(chē)探區(qū)自身的特點(diǎn)，采取以下關(guān)鍵技術(shù)措施。

1.1 微測(cè)井約束的淺層層析表層調(diào)查方法

針對(duì)巨厚戈壁礫石區(qū)，可以采用淺層層析表層調(diào)查的方法：野外擺放一段排列，采用固定全排列接收、炮點(diǎn)滾動(dòng)激發(fā)的方式開(kāi)展淺層層析表層調(diào)查，實(shí)測(cè)每一個(gè)炮、檢點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，室內(nèi)根據(jù)拾取的初至?xí)r間采用層析反演方法解釋，最后運(yùn)用微測(cè)井標(biāo)定相結(jié)合的方式，來(lái)剖析巨厚戈壁礫石區(qū)的表層結(jié)構(gòu)［2］。

1.1.1 參數(shù)的確定

淺層層析表層調(diào)查參數(shù)可以通過(guò)試驗(yàn)或分析工區(qū)內(nèi)道距小的二維測(cè)線來(lái)確定，也可以通過(guò)室內(nèi)模型正演方法確定。為保證淺層層析表層調(diào)查的解釋精度同時(shí)考慮生產(chǎn)成本，各參數(shù)確定過(guò)程中需充分注意以下因素：①接收道數(shù)不能超過(guò)采集儀器接收道數(shù)的上限；②較小的道距；③排列長(zhǎng)度能夠滿足反演獲得所需求的高速；④較為合理的炮數(shù)及炮距。

1.1.2 適用條件分析

該方法對(duì)地表形態(tài)有一定的要求，在地表起伏劇烈的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。按照野外微測(cè)井調(diào)查結(jié)果，建立地表逐漸起伏的不同正演理論模型：風(fēng)化層速度為1 350m／s，高速層速度為2 200 m／s，2 200m／s的速度界面為水平，海拔高程為0 m；地表高程在1km范圍內(nèi)存在不同的幅度，幅度自0m以10m為階梯逐漸遞增，最大幅度為100 m，風(fēng)化層厚度在沒(méi)有地表起伏幅度的情況下為80 m（圖1（a））。采用10m道距、10m炮距、3 000m排列長(zhǎng)度全排列接收的方式，對(duì)不同的理論模型開(kāi)展模型正演，獲得正演記錄并拾取大炮初至后開(kāi)展層析反演，反演后分別提取高速頂界面高程并與理論正演模型對(duì)比分析（圖1（b））。分析發(fā)現(xiàn)，在1 km范圍內(nèi)地表高程幅度變化小于40m時(shí)，層析反演的高速頂界面高程起伏不超過(guò)5m，也就是說(shuō)精度可達(dá)到5m。在1km范圍內(nèi)地表高程幅度為50 m時(shí)，層析反演的高速頂界面高程只有極少部分超過(guò)5m（最大7.5m），大部分高程都小于5m。而在1km范圍內(nèi)地表高程變化幅度大于50m情況下，層析反演的高速頂界面高程很大部分都大于5m，最大甚至達(dá)到25m。由此可見(jiàn)，地表高程幅度控制在50m范圍內(nèi)時(shí)，正、反演模型的誤差在5m之內(nèi)，淺層層析表層調(diào)查方法能夠滿足生產(chǎn)需求。采用30m道距、60m炮距常規(guī)二維測(cè)線施工方式開(kāi)展模型正演，并對(duì)正演記錄拾取初至開(kāi)展反演，對(duì)比后結(jié)論也是如此。因此在地表平緩的風(fēng)化層巨厚區(qū)，可以采用淺層層析表層調(diào)查或者老二維測(cè)線資料層析反演的方法來(lái)剖析近地表結(jié)構(gòu)。

圖1 地表高程起伏帶來(lái)的誤差分析Fig.1 An analysis to the error caused by surface elevation fluctuation

1.2 偽三維表層建模

由于巨厚戈壁礫石區(qū)分布廣、風(fēng)化層厚度大，受限于鉆機(jī)的鉆深能力以及勘探成本的壓力，該區(qū)微測(cè)井?dāng)?shù)量較少，采用表層模型方法合理構(gòu)建近地表模型較為困難，提供現(xiàn)場(chǎng)處理的野外靜校正量精度較低。但是巨厚戈壁礫石區(qū)的地勢(shì)整體較為平坦、地表高程變化趨勢(shì)平穩(wěn)、漸進(jìn)、高程差相對(duì)較小，符合淺層層析表層調(diào)查方法的適用條件，可以采用偽三維層析的表層建模方法開(kāi)展該區(qū)近地表模型的構(gòu)建，以便能夠滿足野外現(xiàn)場(chǎng)處理的需求。充分利用工區(qū)內(nèi)已有的二維資料，在測(cè)網(wǎng)達(dá)到一定密度（如果密度不夠可以考慮實(shí)施淺層層析表層調(diào)查線來(lái)保證測(cè)網(wǎng)的密度）的基礎(chǔ)上，分別拾取每一條二維測(cè)線的大炮初至?xí)r間，將所有二維測(cè)線建成稀疏三維數(shù)據(jù)庫(kù)［3］，統(tǒng)一層析反演巨厚戈壁礫石區(qū)的表層模型，再結(jié)合山體區(qū)微測(cè)井建立整個(gè)工區(qū)的近地表模型，并提供現(xiàn)場(chǎng)處理模型靜校正量。

1.3 綜合靜校正技術(shù)

靜校正方法有很多種，在西部復(fù)雜山地中最常用的靜校正方法主要有表層模型法、折射波靜校正法、層析反演法等［4］。

1.3.1 不同靜校正方法的適應(yīng)性及特點(diǎn)

1）表層模型靜校正方法適合表層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、表層速度和厚度在縱向、橫向上比較穩(wěn)定的地區(qū)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是建立近地表模型效率高，能夠較好地解決中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題；缺點(diǎn)是其精度嚴(yán)重依賴于表層調(diào)查控制點(diǎn)的精度、密度以及層間關(guān)系系數(shù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)其解決短波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題能力比較弱。

2）折射波靜校正方法適合于已知表層速度或厚度并具有穩(wěn)定折射層的地區(qū)，尤其是在有明顯分層的山體區(qū)特別是老地層出露的山體區(qū)效果明顯。由于該方法采用分層模型，不能模擬層內(nèi)的速度變化，因此不適合求解不存在明顯折射界面或者存在速度倒轉(zhuǎn)和層尖滅的近地表速度模型［5］。其優(yōu)勢(shì)是在初始條件準(zhǔn)確、分層合理的前提下，能夠提供高質(zhì)量的短波長(zhǎng)靜校正量、有效改善剖面的成像效果；劣勢(shì)是在沒(méi)有穩(wěn)定折射界面的情況下，折射分層過(guò)程中易出現(xiàn)跨層現(xiàn)象，從而降低了靜校正量的精度，而且在初始條件與所劃分的折射層不能相互對(duì)應(yīng)時(shí)，容易引起長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題［6］。

3）層析反演靜校正方法不受地表?xiàng)l件的限制，適合各種復(fù)雜地表區(qū)開(kāi)展靜校正量的計(jì)算，特別是在風(fēng)化層巨厚的戈壁礫石區(qū)，解決中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量問(wèn)題效果明顯［7］。由于層析反演靜校正方法在反演過(guò)程中需要對(duì)速度模型進(jìn)行平滑處理，導(dǎo)致反演的近地表模型高頻信息有一定損失，因此在計(jì)算靜校正量時(shí)，高頻信息相對(duì)較少，在提高剖面成像精度方面不具優(yōu)勢(shì)，需要采取針對(duì)性的措施予以彌補(bǔ)。

1.3.2 綜合靜校正技術(shù)

鑒于庫(kù)車(chē)地區(qū)復(fù)雜的近地表?xiàng)l件下單一的靜校正方法很難解決問(wèn)題，因此考慮融合層析和折射靜校正的優(yōu)勢(shì)于一體，采用綜合靜校正技術(shù)解決該區(qū)靜校正問(wèn)題［8］。作者通過(guò)靜校正量拼接和模型拼接兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1）靜校正量拼接是通過(guò)統(tǒng)一的平滑參數(shù)對(duì)不同的靜校正量進(jìn)行平滑，平滑后的值為靜校正量低頻分量，平滑后的值減去平滑前的值為高頻靜校正量，在統(tǒng)一的低頻靜校正量基礎(chǔ)上，集各種高頻靜校正量成像優(yōu)勢(shì)于一體，從而達(dá)到最終改善剖面成像效果的目的。但是這種方法存在一定的弊端，如果不能合理地確定平滑參數(shù)，往往會(huì)人為造成中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題。

2）模型拼接實(shí)現(xiàn)綜合靜校正技術(shù)主要有以下幾個(gè)步驟：①開(kāi)展層析反演及折射反演獲得不同的近地表模型；②通過(guò)剖面對(duì)比明確不同靜校正方法的優(yōu)勢(shì)范圍及分界線；③確定分界線附近模型過(guò)渡區(qū)域的范圍；④在折射法和層析法優(yōu)勢(shì)區(qū)域內(nèi)分別保留各自的反演模型；⑤確定過(guò)渡區(qū)域低降速帶厚度和速度的權(quán)重系數(shù)；⑥根據(jù)公式計(jì)算獲得過(guò)渡區(qū)域的低降速帶厚度和速度；⑦全工區(qū)綜合靜校正量的計(jì)算。

模型拼接法的關(guān)鍵在于過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)域的低降速帶厚度和速度可以根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算獲得。

其中：hC為過(guò)渡區(qū)域的低降速帶厚度；hT為層析反演的低降速帶厚度；nT為層析反演的權(quán)重系數(shù)，其值在戈壁礫石區(qū)為“1”，山體區(qū)為“0”，中間漸進(jìn)過(guò)渡；hR為折射反演的低降速帶厚度；nR為折射反演的權(quán)重系數(shù)，其值在山體區(qū)為“1”，戈壁礫石區(qū)為“0”，中間漸進(jìn)過(guò)渡；VC為過(guò)渡區(qū)域的低降速帶速度；VT為層析反演的低降速帶速度；VR為折射反演的低降速帶速度。

2 應(yīng)用實(shí)例

2013年庫(kù)車(chē)地區(qū)某三維地震勘探應(yīng)用上述技術(shù)開(kāi)展了表層建模及靜校正攻關(guān)，取得了較好的效果。

1）在淺層層析表層調(diào)查方法的基礎(chǔ)上，偽三維層析表層建模技術(shù)的應(yīng)用較好的剖析了巨厚戈壁礫石區(qū)的近地表結(jié)構(gòu)。在風(fēng)化層巨厚區(qū)采用道距20m、炮距120m、固定4km排列長(zhǎng)度接收的方式，開(kāi)展了2條測(cè)線的淺層層析表層調(diào)查，結(jié)合以往二維測(cè)線老資料（30道距、60m炮距）使得測(cè)網(wǎng)密度達(dá)到2km×6km，將所有二維測(cè)線建成稀疏三維；然后按照三維的方式層析反演巨厚戈壁礫石區(qū)的表層模型，再聯(lián)合山體區(qū)微測(cè)井建立了整個(gè)工區(qū)的近地表模型。

由工區(qū)高速頂界面高程平面分布（圖2（a））可見(jiàn)，其等值線的變化是自然漸近的，總體上較為平緩，分布趨勢(shì)與工區(qū)地表高程平面圖（圖2（b））分布趨勢(shì)整體一致，符合該區(qū)淺層地質(zhì)變化規(guī)律。通過(guò)分布在巨厚戈壁礫石區(qū)的微測(cè)井老資料解釋成果，來(lái)約束標(biāo)定和驗(yàn)證偽三維層析淺

層建模的精度（圖2（c）中微測(cè)井6、7、8為標(biāo)定約束作用，其余為精度驗(yàn)證作用），與微測(cè)井解釋成果相比，偽三維層析表層建模獲得的低降速帶厚度（表1）最大誤差不超過(guò)3.7m，誤差控制在5.8%范圍內(nèi)。該區(qū)如果按照常規(guī)的微測(cè)井表層建模方式至少需要24口微測(cè)井才能達(dá)到勘探精度要求，采用偽三維層析表層建模方法后，僅以8口微測(cè)井就完成了巨厚戈壁礫石區(qū)表層模型的建立。由此可見(jiàn)，偽三維層析表層建模不僅精度較高，還能降低深井微測(cè)井的數(shù)量，節(jié)約勘探成本。

表1 不同表層調(diào)查方法低降速帶厚度對(duì)比Tab.1 Comparison of the LVL thickness for different surface investigation methods

2）綜合靜校正技術(shù)的運(yùn)用（圖3（a））既保留了戈壁礫石區(qū)層析靜校正能夠改善剖面成像效果（圖3（b））的特點(diǎn)，同時(shí)具備了山體區(qū)折射靜校正有利于成像（圖3（c））的優(yōu)勢(shì)，真正實(shí)現(xiàn)了取長(zhǎng)補(bǔ)短，大大地提高了初至波靜校正的精度，有效地改善了剖面的成像效果。

圖2 工區(qū)高速頂界面高程、地表高程平面圖及二維測(cè)線位置分布Fig.2 The high－velocity top surface elevation，surface elevation plan and the 2Dline layout in the work area

圖3 不同靜校正方法時(shí)間初疊剖面效果對(duì)比Fig.3 Comparison of the time primary stack section effects for different static methods

3 認(rèn)識(shí)

1）微測(cè)井約束的淺層層析表層調(diào)查方法結(jié)合偽三維層析表層建模，可以準(zhǔn)確剖析巨厚礫石區(qū)的表層結(jié)構(gòu)，還可在巨厚黃土塬等類似探區(qū)推廣應(yīng)用，有利于降低勘探成本。

2）庫(kù)車(chē)地區(qū)只有綜合各種靜校正方法的優(yōu)勢(shì)，才能提高剖面的成像精度，而這里討論的綜合靜校正技術(shù)能夠集層析靜校正方法和折射靜校正方法優(yōu)勢(shì)于一體，有效改善剖面的成像效果，是解決復(fù)雜地表區(qū)靜校正問(wèn)題的有效途徑之一。

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Complex surface area pseudo 3D near－surface modeling and static correction techniques in Kuqa

LV Jing－feng，ZHOU Bing－feng，DI Jiang－wei
（Bureau of Geophysical Prospecting，Zhuozhou 072751，China）

The Tarim basin is one of the key areas for hydrocarbon prospection for the Tarim oilfield company.Kuqa Mountain in Tarim basin has significant LVL survey，modeling difficulty and statics problems due to its diversified near－surface conditions.In this paper，the author makes an accurate analysis on the near－surface structure in the area using the upholeconstraint shallow－layer tomography LVL surface method.The new method is the pseudo 3Dnear－surface modeling and the comprehensive statics technology.Therefore，the imaging of sections is improved，which provides a reference for the nearsurface modeling and statics works in similar areas.

mountain；LVL survey；near－surface modeling；statics；pseudo 3Dtomography

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.17

1001－1749（2015）06－0773－05

2014－11－14改回日期：2014－12－16

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05046）

呂景峰（1975－），男，高級(jí)工程師，一直從事野外地震勘探研究工作，E－mail：lvjingfeng＠cnpc.com.cn。