準(zhǔn)南高密度三維近地表速度模型反演的地震道優(yōu)選

劉宜文，鄭超，王克非，馬俊彥，殷曉蘭(.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 83003；.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 60000)

準(zhǔn)南高密度三維近地表速度模型反演的地震道優(yōu)選

劉宜文1，鄭超2，王克非1，馬俊彥1，殷曉蘭1
(1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 610000)

準(zhǔn)南安集海背斜高密度三維具有炮道密度大、覆蓋次數(shù)高、地震數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，在進(jìn)行層析法、折射法等初至波基準(zhǔn)面靜校正應(yīng)用過程中帶來了困難和挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在初至拾取量大，拾取效率和精度難以同時(shí)保證，模型反演運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，達(dá)不到地震資料處理時(shí)效性要求。為此，針對(duì)初至波反演方法中數(shù)據(jù)量的約簡(jiǎn)、自動(dòng)初至拾取精度量化統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行了分析研究，從排列選擇和高效初至拾取方法入手，通過大量試驗(yàn)及驗(yàn)證確定了安集海背斜高密度三維靜校正方案，有效解決了高密度、大數(shù)據(jù)量靜校正求解的難題，縮短了靜校正的計(jì)算周期，為類似高密度三維區(qū)塊的靜校正計(jì)算提供了一種實(shí)用的工作思路和手段。

高密度；初至拾??；層析反演；靜校正；優(yōu)選

安集海背斜三維是在準(zhǔn)噶爾盆地南緣山地探區(qū)采集的第一塊高密度三維，野外觀測(cè)方式為32L2S320R，即每炮32個(gè)排列、每排列320道，每炮共計(jì)10 240道接收。炮道密度大和接收道數(shù)多直接導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)量巨大，且受表層速度、厚度的縱、橫向劇烈變化影響，地震數(shù)據(jù)原始炮集記錄信噪比較差，為后續(xù)靜校正方法的實(shí)施帶來諸多困難。

經(jīng)以往經(jīng)驗(yàn)和部分?jǐn)?shù)據(jù)測(cè)算，完成整個(gè)安集海背斜三維靜校正實(shí)施過程需長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月的時(shí)間，包括初至拾取和模型反演建立過程，勘探節(jié)奏和處理周期實(shí)不允許。在保證靜校正精度前提下，如何提高初至拾取精度，減少數(shù)據(jù)量冗余，縮短靜校正計(jì)算周期是高密度安集海背斜三維靜校正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文在前人研究基礎(chǔ)上針對(duì)復(fù)雜地表的一些特性及層析靜校正方法原理和適應(yīng)性進(jìn)行研究，并進(jìn)一步開展了不同初至拾取范圍條件下的層析反演試驗(yàn)與對(duì)比分析，總結(jié)了一套適應(yīng)于復(fù)雜地表?xiàng)l件下高密度三維的拾取方式，以及炮檢排列的約簡(jiǎn)方法，取得了可行方案和一定效果。

1　初至拾取范圍與靜校正精度的試驗(yàn)

1.1炮檢距范圍的選擇

初至波近地表結(jié)構(gòu)模型反演，是利用地震波在近地表傳播旅行時(shí)實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)記錄為得到深層信息設(shè)計(jì)偏移距很大，隨偏移距增大，旅行時(shí)對(duì)近地表模型貢獻(xiàn)的比例逐漸降低，因此，近地表模型的反演需根據(jù)近地表結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇一定偏移距范圍。經(jīng)過對(duì)準(zhǔn)南安集海背斜高密度三維近地表結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)為在0~3 000 m的炮檢距范圍內(nèi)足以涵蓋低降速帶的結(jié)構(gòu)信息。因此，在初至拾取過程中應(yīng)基于包含低、降速層所有速度信息和反演夠用等原則進(jìn)行初至拾取(圖1)。據(jù)圖1-b單炮初至的時(shí)距關(guān)系可看出，表層結(jié)構(gòu)可劃分為3層，第1層為速度600 m/s的低速層、第2層為速度1 200 m/s的降速層、第3層速度達(dá)2 400 m/s，從全區(qū)單炮記錄分析,該層較穩(wěn)定，可作基準(zhǔn)面靜校正反演底界面。關(guān)鍵是約3/4的初至拾取工作量都來自2 400 m/s這個(gè)界面，全部拾取或只拾取一部分能否滿足要求是試驗(yàn)的主要目的。為驗(yàn)證不同炮檢距范圍內(nèi)初至?xí)r間對(duì)層析反演的影響，并結(jié)合以往表層模型反演經(jīng)驗(yàn)及初至拾取工作量大小等因素，特選擇0~1 200 m、0~1 800 m和0~3 000 m 3個(gè)不同炮檢距范圍的初至?xí)r間進(jìn)行相同參數(shù)條件下的層析反演及分析。

據(jù)層析反演結(jié)果(圖2)，3個(gè)不同偏移距段反演的模型整體低頻趨勢(shì)基本一致，僅在淺層低速介質(zhì)和低降速帶底界面的穩(wěn)定性上存在差異。由于層析反演是一個(gè)將表層速度、厚度與目標(biāo)旅行時(shí)之間的綜合體現(xiàn)，反演所得模型是一個(gè)等效模型。因此，模型低降速層反演的差異并不代表疊加成像的效果，只要低降速帶各層累積的垂向延遲時(shí)間與實(shí)際相符即可。由圖2-②可見，模型一定程度上保留了圖2-①③的優(yōu)勢(shì)，綜合比較精度相對(duì)較高。靜校正量的對(duì)比更直觀，圖2-④絕對(duì)時(shí)間差在15 ms以內(nèi)，更加量化地反映了主體目標(biāo)區(qū)及兩翼模型的高頻變化。圖3為應(yīng)用不同的靜校正量所得疊加效果對(duì)比，可見，利用0~1 800 m炮檢距范圍初至?xí)r間進(jìn)行層析反演的靜校正量精度相對(duì)較高，在主體構(gòu)造軸部及兩翼疊加成像品質(zhì)更高，與之前針對(duì)反演模型分析的結(jié)果吻合。

圖1　原始單炮部分排列拾取示意圖(a)與初至?xí)r間-炮檢距統(tǒng)計(jì)分析圖(b)Fig.1 Partly arrangement Picking map of original shot(a)and The first break time-offset statistical analysis map(b)

圖2　不同初至范圍的層析反演模型及靜校正量曲線對(duì)比Fig.2 Tomographic inversion models of different range of the first break and comparison map of their statics correction curves

本次研究過程中也對(duì)初至拾取進(jìn)行了量化統(tǒng)計(jì)分析。據(jù)工區(qū)主要地表介質(zhì)分布，分別選取具代表性的山地、礫石及農(nóng)田3個(gè)區(qū)域一定數(shù)量的單炮進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)。在山地與礫石區(qū)域由于受表層結(jié)構(gòu)縱、橫向劇烈變化影響，在1 800~3 000 m炮檢距范圍內(nèi)自動(dòng)拾取精度分別為55.42%和71.65%，較低的初至拾取精度將直接影響層析反演結(jié)果。

圖3　不同初至范圍的層析反演所對(duì)應(yīng)的靜校正應(yīng)用效果對(duì)比Fig.3 Statics correction application effects comparion of Tomographic inversion models of different range of the first break

表1　初至自動(dòng)拾取精度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Precision statistics table of automatic picking the first break

因此，通過上述各種對(duì)比分析，安集海背斜三維初至拾取炮檢距范圍為0~1 800 m/s，該范圍的初至?xí)r間能滿足表層模型反演及靜校正精度需求。

1.2排列的選擇方法

高密度三維具排列多、炮道密度大的特點(diǎn)，導(dǎo)致在層析反演過程中造成大量初至數(shù)據(jù)冗余。初至拾取量不在于多而在于精，能覆蓋近地表即可，且初至數(shù)據(jù)量少易于修改調(diào)整。因此，針對(duì)安集海背斜三維，在限定拾取炮檢距范圍為0~1 800 m/s的基礎(chǔ)上，如何進(jìn)一步限定拾取的排列個(gè)數(shù)，降低初至數(shù)據(jù)冗余，提高初至拾取和層析反演效率就成了需要解決的關(guān)鍵問題。

安集海背斜三維野外地震采集觀測(cè)系統(tǒng)為每炮32個(gè)排列接收，橫向檢波點(diǎn)線距為160 m，在先前所限定的炮檢距范圍0~1 800 m內(nèi)，所涉及到的最大排列個(gè)數(shù)為24個(gè)。據(jù)之前分析，只有當(dāng)炮檢距大于600 m時(shí)才能接收來自低降速帶底界面的初至波信息，因此在橫向所需保持的最小接收排列個(gè)數(shù)為10個(gè)，以此為基數(shù)，本次研究試驗(yàn)在0~1 800 m炮檢距范圍內(nèi)分別抽取與炮點(diǎn)最近10個(gè)、14個(gè)、18個(gè)及24個(gè)排列的初至?xí)r間信息進(jìn)行表層層析反演。

圖4為4種排列抽取方案的層析反演結(jié)果，除了圖4-a由于抽取的最近排列較少、橫向覆蓋次數(shù)較低，引起模型邊緣存在一定程度畸變以外，其它3種排列抽取方案所反演的模型結(jié)果基本一致，對(duì)其靜校正量精度對(duì)比分析也無本質(zhì)區(qū)別。模型邊緣畸變是由于抽取排列放大了邊界效應(yīng)，文獻(xiàn)對(duì)此也進(jìn)行過研究[10-12]。因此，在不影響靜校正量精度的前提下，安集海背斜三維初至拾取只需保留最近的14個(gè)排列即可滿足層析反演精度需求。

2　實(shí)際應(yīng)用效果分析

通過上述試驗(yàn)分析，確定安集海背斜高密度三維的初至自動(dòng)拾取可在0~1 800 m炮檢距范圍，與炮點(diǎn)最近的14個(gè)接收排列進(jìn)行。由表1中的自動(dòng)拾取精度統(tǒng)計(jì)來看，炮檢距在1 200 m的初至拾取精度較高，在山地與山前礫石區(qū)域中1 200~1 800 m炮檢距范圍內(nèi)的初至精度還有進(jìn)一步提升空間，可通過人工交互拾取實(shí)現(xiàn)。此種自動(dòng)與人工交互拾取方式的優(yōu)勢(shì)可體現(xiàn)在如下兩方面：

人工交互拾取目標(biāo)性更強(qiáng)，工作量大幅減小

此種人工交互拾取的目標(biāo)性更強(qiáng)，只為進(jìn)一步提高1 200~1 800 m炮檢距范圍的初至?xí)r間精度，能大幅降低拾取周期。在保證同樣拾取精度和拾取偏移距范圍的條件下，單一人工交互拾取每炮需拾取近1 600道，現(xiàn)在再限定炮檢距范圍和接收排列個(gè)數(shù)的前提下利用自動(dòng)和人工交互相結(jié)合的方式每炮拾取道數(shù)不足600道，拾取效率更高。

反演模型與靜校正量精度更高 雖然排列與偏移距優(yōu)選舍去了大部分初至?xí)r間，但模型反演精度和疊加成像剖面效果并未受到影響，甚至精度更高。原因在于優(yōu)選的初至?xí)r間是模型反演的主要貢獻(xiàn)者，舍去的大炮檢距初至?xí)r間因偏移距過大反而對(duì)近地表模型反演起到了均化作用，模糊了模型速度和厚度變化的細(xì)節(jié)，降低了模型精度。

為清楚說明本方法的效果，在準(zhǔn)南安集海背斜高密度三維整個(gè)工區(qū)內(nèi)抽取一條線進(jìn)行全部初至拾取與優(yōu)選地震道初至拾取的詳細(xì)對(duì)比(圖5)，顯然，該方法反演的模型低降速帶底界面清晰、聚焦，速度和厚度細(xì)節(jié)變化刻畫更細(xì)致，收斂程度更高。同樣在疊加剖面上(圖6)，兩翼地震反射同相軸更光滑，延續(xù)更長(zhǎng)且連續(xù)性更好，成像品質(zhì)有較大提高，更有利于后續(xù)構(gòu)造解釋。

從時(shí)效性來看，對(duì)于全部初至拾取抽取了1條線，投入4人次，用時(shí)32小時(shí)。該方法初至拾取，同樣人數(shù)卻只用了12小時(shí)，效率提高近3倍，且利用相同計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的條件下模型反演的計(jì)算時(shí)間從2.4小時(shí)降低至1.8小時(shí)，效率提高了30%。

3　結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地南緣地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信噪比不高，在自動(dòng)初至拾取精度還未能達(dá)到生產(chǎn)要求之前，對(duì)地震道數(shù)的有效約簡(jiǎn)，減少初至?xí)r間數(shù)據(jù)的冗余，是現(xiàn)階段高密度三維初至波法基準(zhǔn)面靜校正時(shí)效性的根本保證。

圖4　4種排列抽取方案的層析反演結(jié)果對(duì)比Fig.4 Tomographic inversion results comparison of 4 extracting solutions of arrangement

(2)考慮高密度三維特點(diǎn)及區(qū)域內(nèi)表層介質(zhì)分布和表層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，先利用自動(dòng)拾取方式對(duì)初至?xí)r間進(jìn)行拾取，并進(jìn)行不同炮檢距和不同炮點(diǎn)最近接收排列個(gè)數(shù)的層析反演試驗(yàn)，并確定人工交互拾取、修改范圍，在保證同等初至?xí)r間精度的前提下能大幅減小人工交互拾取工作量，使其滿足高密度三維層析反演需求。

圖5　不同拾取方式層析反演模型對(duì)比Fig.5 Tomographic inversion models comparison of different picking mode

圖6　不同拾取方式疊加效果對(duì)比Fig.6　Stacking effects comparison of different picking mode

(3)自動(dòng)與人工交互拾取相結(jié)合的方式能使層析反演所得靜校正量精度更高，滿足后續(xù)地震資料處理成像需求，且縮短了高密度三維靜校正環(huán)節(jié)的生產(chǎn)周期，對(duì)其它高密度三維靜校正處理環(huán)節(jié)具一定借鑒意義。

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Optimization of Seismic Channel for High-density 3D Near-surface Model Inversion in Southern J unggar Basin

Liu Yiwen1,Zheng Chao2,Wang Kefei1,Ma Junyan1,Yin Xiaolan1
(1.Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina, Urumqi,Xinjiang,830013,China;2.Northwest Sichuan Gas District,PetroChina Southwest Oil&Gas field Company, Jiangyou,Sichuan,610000,China)

The data of high-density 3D of Anjihai anticline in southern Junggar Basin is characterized by high density of shots,high folds,and large amount of seismic information etc.,which brings new challenges to the application of statics correction method(such as chromatography and refraction)depending on the first break as doing datum statics correction. The difficulty is large quantity of first-break picking,and failing to guarantee picking efficiency and accuracy simultaneously,so it is hard to meet the requirements of seismic data processing timeliness.Therefore,for offset and the seismic receiving arrangement reduction of first-wave inversion method,by tomographic inversion experiment studying and quantitatively statistically analyzing the accuracy of automatically picking up first arrival,this paper offers a design how to select the arrangement and the scope of picking up first break under guarantee precision to improve pick overall efficiency. The way of picking up with diversity,automatic and manual based on the statistical analysis provide a practical work ideas to similar high-density 3D first break pick up.

High-density;Picking the first break;Tomographic inversion;Static correction;Selective preference

1000-8845(2016)03-432-04

P631.4

A

2015-09-16;

2015-11-10;作者E-mail:lyiwen@petrochina.com.cn

劉宜文（1983-），男，湖北仙桃人，本科，工程師，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)，現(xiàn)從事石油物探工作