多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)及應(yīng)用

佟愷林,李　瑞,潘樹林,吳　波

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610059;2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都610500;3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司,四川成都610041;4.中國石油化工股份有限公司多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610041)

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多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)及應(yīng)用

佟愷林1,李瑞1,潘樹林2,吳波3,4

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610059;2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都610500;3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司,四川成都610041;4.中國石油化工股份有限公司多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610041)

轉(zhuǎn)換波地震勘探是海上和陸上多波多分量地震勘探的主要工作方法。由于轉(zhuǎn)換波具有傳播速度低、吸收衰減大、能量相對較弱等特點(diǎn),因此其地震資料靜校正問題突出。常規(guī)轉(zhuǎn)換波靜校正方法在表層縱橫波速度比不詳、橫波初至不易識別的情況下,效果都不太理想。針對轉(zhuǎn)換波靜校正難點(diǎn),提出了多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù),該技術(shù)通過P-P-P折射波初至拾取技術(shù)和P-P-SV折射波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)的聯(lián)合,實(shí)現(xiàn)了P-P-SV折射波初至的成像及準(zhǔn)確識別；以此為基礎(chǔ),再聯(lián)合利用P-P-P折射波折射靜校正技術(shù)和P-P-SV折射波延遲時(shí)差提取技術(shù),求取P-P-SV折射波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間。最后,根據(jù)P-P-SV折射波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間,求解出P-SV波檢波點(diǎn)基準(zhǔn)面靜校正量。實(shí)際數(shù)據(jù)測試結(jié)果表明,多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)提高了轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量計(jì)算精度,能夠明顯提高轉(zhuǎn)換波資料成像質(zhì)量。

轉(zhuǎn)換波;折射;靜校正;延遲時(shí)間;初至疊加

地震波在傳播過程中,轉(zhuǎn)換波(P-SV)相對縱波(P-P)具有傳播速度低、吸收衰減大、能量相對較弱、低速帶厚度不一致、傳播路徑不相同等特點(diǎn),轉(zhuǎn)換波的表層靜校正量更大,變化更加復(fù)雜,導(dǎo)致P-SV波靜校正量通常是相同位置P-P波靜校正量的數(shù)倍,P-SV波靜校正量難以準(zhǔn)確估計(jì);轉(zhuǎn)換波記錄信噪比通常較低,初至附近P-P波折射、P-SV波折射等信息混雜在一起,使得P-SV波初至不易分辨,難以拾取,這些難點(diǎn)造成了轉(zhuǎn)換波靜校正處理問題突出。

在P-SV波靜校正處理過程中,由于炮點(diǎn)靜校正量是通過P-P波靜校正處理得到,因此難點(diǎn)是求取P-SV波檢波點(diǎn)靜校正量。實(shí)際資料處理多利用P-P波靜校正量中的檢波點(diǎn)靜校正量乘以一個(gè)系數(shù)來獲取P-SV波檢波點(diǎn)靜校正量。雖然此方法能夠提高轉(zhuǎn)換波資料的成像質(zhì)量,但是,由于求得的轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量精度不夠,會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換波資料處理成果中經(jīng)常出現(xiàn)假構(gòu)造現(xiàn)象,且在低信噪比地區(qū)還可能出現(xiàn)無法成像的情況。

針對轉(zhuǎn)換波靜校正的特點(diǎn),前人進(jìn)行了大量研究,并提出了很多方法。楊海申等[1]提出利用轉(zhuǎn)換波與縱波初至的互相關(guān)函數(shù)疊加結(jié)果來推測轉(zhuǎn)換波初至位置的算法為轉(zhuǎn)換波初至拾取方法提供了新的思路。這種算法在轉(zhuǎn)換波初至特別清晰的時(shí)候,可以大體上確定出轉(zhuǎn)換波初至的位置,在這個(gè)大體位置附近使用手工拾取精確的轉(zhuǎn)換波初至。潘樹林等[2]總結(jié)出轉(zhuǎn)換波初至判定的標(biāo)準(zhǔn),提出使用初至疊加法確定轉(zhuǎn)換波初至,并用τ-p變換自動拾取轉(zhuǎn)換波初至的思路。該算法提出在CRP(共檢波點(diǎn))道集中使P-P-SV波(P波入射,在折射界面上以P波速度滑行,然后以SV波形式出射)同相折射初至能量通過疊加得到增強(qiáng),而其它信息能量被衰減,從而分辨出P-P-SV波折射初至。

雖然轉(zhuǎn)換波靜校正方法較多[3-7],但是,目前仍然沒有一套能夠適用于實(shí)際生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換波表層靜校正技術(shù)?；诖?結(jié)合縱波和轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn),提出了一種新的多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù),以求解轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量。該方法利用成熟的縱波折射波(P-P-P波,即P波入射,在折射界面上以P波速度滑行,然后以P波形式出射)靜校正技術(shù),求取較準(zhǔn)確的折射層厚度和縱波檢波點(diǎn)延遲時(shí),并結(jié)合共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)和P-P-SV波延遲時(shí)差法,求解轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量[8-12]。該技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)換波實(shí)際資料處理,能夠提高轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量精度,改善轉(zhuǎn)換波資料成像質(zhì)量,構(gòu)造形態(tài)更加真實(shí)[13-19]。

1　多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正基本方法

分析P-P-P折射波初至延遲時(shí)法靜校正技術(shù)、P-P-SV折射波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)以及P-P-SV折射波延遲時(shí)差法的方法原理,并以這3種方法為基礎(chǔ),進(jìn)行多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正。

1.1P-P-P折射波初至延遲時(shí)法靜校正技術(shù)

延遲時(shí)是指地震波從激發(fā)點(diǎn)經(jīng)折射界面滑行傳播到接收點(diǎn)所用的時(shí)間相對于地震波從激發(fā)點(diǎn)直接以折射層速度傳播到接收點(diǎn)所用的時(shí)間差。這個(gè)延遲時(shí)可以分解為炮點(diǎn)延遲時(shí)和檢波點(diǎn)延遲時(shí)[3]。

如圖1所示,設(shè)A為炮點(diǎn),B為檢波點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)的表層厚度分別為Za和Zb,臨界角為α,則A點(diǎn)激發(fā),B點(diǎn)接收到的折射初至?xí)r間為：

(1)

檢波點(diǎn)延遲時(shí)間為：

(2)

對工區(qū)內(nèi)有效的炮點(diǎn)-檢波點(diǎn)對,建立一個(gè)超大規(guī)模的、超定的方程組,解這個(gè)方程組,得到檢波點(diǎn)延遲時(shí)(dP)、檢波點(diǎn)處的折射層厚度(Zb,即B點(diǎn)的表層厚度)和縱波折射波速度(v1)。

圖1　折射模型

1.2P-P-SV折射波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)

對多個(gè)水平層或傾斜界面情況下的P波和P-SV波的折射波時(shí)距曲線進(jìn)行推導(dǎo),發(fā)現(xiàn)P-P-P折射波和P-P-SV折射波的時(shí)距曲線在同一構(gòu)造下曲線斜率相同,即在同一構(gòu)造下兩者相互平行。

基于以上發(fā)現(xiàn),利用共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)確定縱波初至與轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差(Δt),具體過程為：

1) 首先將轉(zhuǎn)換波記錄所對應(yīng)縱波分量的P-P-P折射初至波進(jìn)行準(zhǔn)確拾取;

2) 將拾取到的初至,應(yīng)用于對應(yīng)的P-SV波記錄上,所有初至水平校正至某個(gè)時(shí)間點(diǎn),記錄為T0;

3) 將P-SV波中的每一道使用對應(yīng)的移動量進(jìn)行校正,移動量為P-P-P折射初至?xí)r間和某個(gè)固定時(shí)間與T0的差值;

4) 然后將改變位置之后的P-SV波CRP道集進(jìn)行疊加;

5) 拾取疊加道中能量最強(qiáng)的波峰所對應(yīng)的時(shí)間位置作為P-P-SV折射初至與P-P-P折射初至的時(shí)間差。結(jié)果如圖2所示。

圖2　某地區(qū)轉(zhuǎn)換波初至疊加a 轉(zhuǎn)換波資料CRP道集(紅線為縱波初至,藍(lán)線為轉(zhuǎn)換波初至); b 轉(zhuǎn)換波資料CRP疊加道

1.3轉(zhuǎn)換波延遲時(shí)差法

轉(zhuǎn)換波延遲時(shí)差法[1]的原理為：轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)延遲時(shí)等于轉(zhuǎn)換波與縱波初至?xí)r差及縱波檢波點(diǎn)延遲時(shí)之和。

如圖3所示,從激發(fā)點(diǎn)A到接收點(diǎn)B的縱波與轉(zhuǎn)換波初至?xí)r間差為：

圖3　縱波和轉(zhuǎn)換波初至傳播路徑

Δt=[TAC+TCE+TEB]-[TAC+TCD+TDB]

=TDE+TEB-TDB

=TEB-TEF+TEF+TDE-TDB

=(TEB-TEF)-(TDB-TDF)

(3)

dS=Δt+dP

(4)

dP=TDB-TDF

dS=TEB-TEF

(5)

式中：dP為縱波檢波點(diǎn)延遲時(shí);dS為轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)延遲時(shí);Δt為轉(zhuǎn)換波與縱波的初至?xí)r差。

1.4多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)

1.4.1技術(shù)思路

利用高質(zhì)量的P-P-P折射波初至信息獲得P-P波近地表模型,以此為基礎(chǔ),獲取高質(zhì)量的P-P-SV折射波初至信息,通過建立檢波點(diǎn)處P-P-P折射波與P-P-SV折射波的參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系,獲得檢波點(diǎn)處P-SV波近地表模型,從而實(shí)現(xiàn)P-SV波基準(zhǔn)面靜校正。

1.4.2基本原理

利用P-P-P折射波初至延遲時(shí)法靜校正技術(shù)、P-P-SV折射波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)以及P-P-SV折射波延遲時(shí)差法分別得到每一折射層檢波點(diǎn)處折射層厚度(Zb)、折射層速度(v1)、轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)延遲時(shí)(dS)?；谶@些信息,采用多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)綜合反演得到每一折射層相應(yīng)的橫波速度(vS)。

(6)

(7)

式中：β為轉(zhuǎn)換波折射角。

聯(lián)合求解(6)式和(7)式,可得：

(8)

由公式(8),可知β=arctan[Zb/(dSv1)],代入(6)式即可求得vS。

當(dāng)各檢波點(diǎn)對應(yīng)折射層的厚度和橫波速度已知,利用高程靜校正技術(shù)就可以求解出各檢波點(diǎn)轉(zhuǎn)換波靜校正量:

(9)

式中:vc為填充速度，通常根據(jù)工區(qū)特點(diǎn)給定一個(gè)常速度;zbi為第i層的檢波點(diǎn)處折射層厚度;vSi為第i層的橫波速度;Eg為物理點(diǎn)高程;Ed為固定基準(zhǔn)面;Δt為檢波點(diǎn)轉(zhuǎn)換波靜校正量。

1.4.3實(shí)現(xiàn)方法

方法的實(shí)現(xiàn)步驟為：

1) 精確拾取P-P波初至信息;

2) 利用P-P波初至信息,采用縱波折射波靜校正技術(shù),獲得P-P-P折射波近地表模型參數(shù),包括檢波點(diǎn)折射層厚度、P-P-P折射波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間、P-P-P折射波折射層速度;

3) 利用P-P波初至信息,采用P-P-SV波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù),獲得P-P-SV折射波初至與P-P-P折射波初至的時(shí)間差值;

4) 利用P-P-SV折射波初至與P-P-P折射波初至的時(shí)間差值和P-P-P折射波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間,采用P-P-SV折射波延遲時(shí)差技術(shù),獲得P-P-SV折射波的檢波點(diǎn)延遲時(shí)間;

5) 結(jié)合檢波點(diǎn)折射層厚度、P-P-P折射波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間、P-P-P折射波折射層速度、P-P-SV折射波的檢波點(diǎn)延遲時(shí)間,采用多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù),獲得P-SV波檢波點(diǎn)處的橫波速度;

6) 綜合以上P-SV波的近地表結(jié)構(gòu),利用基于近地表模型的靜校正技術(shù)可以求解出P-SV波檢波點(diǎn)基準(zhǔn)面靜校正量。

2　實(shí)際資料應(yīng)用

利用多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)對某工區(qū)3D3C資料進(jìn)行轉(zhuǎn)換波靜校正處理,該資料共10398炮,每炮12個(gè)排列,共35322個(gè)檢波點(diǎn)。資料信噪比較低,低降速帶橫向變化劇烈。具體處理過程如下：

1) 首先采用P-P-P折射波初至延遲時(shí)法靜校正技術(shù)對縱波資料進(jìn)行處理,得到每個(gè)檢波點(diǎn)對應(yīng)折射層的厚度、速度和每個(gè)檢波點(diǎn)的縱波延遲時(shí)間。

2) 采用P-P-SV折射波共檢波點(diǎn)初至疊加技術(shù)確定每個(gè)檢波點(diǎn)的轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差,圖4為轉(zhuǎn)換波資料CRP疊加剖面轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差拾取效果,可以看出,初至疊加效果較好,拉平后的縱波初至?xí)r間下方明顯出現(xiàn)強(qiáng)能量的轉(zhuǎn)換波初至,有利于初至拾取。

3) 對步驟2)得到的轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差和縱波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間,采用P-P-SV折射波延遲時(shí)差法求取轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)延遲時(shí)間。

4) 最后采用多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù),結(jié)合每個(gè)檢波點(diǎn)的轉(zhuǎn)換波延遲時(shí)間,及其對應(yīng)折射層的厚度、速度,計(jì)算出轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量。

圖5對比了縱波和轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量?？梢钥闯?計(jì)算出的轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量分布范圍為-19～109ms,遠(yuǎn)大于縱波檢波點(diǎn)靜校正量分布范圍(-12～70ms),并且圖5 中靜校正量曲線特征與轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差大致相當(dāng),也與近地表高程特征相符合,因此可以認(rèn)為計(jì)算出的轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量正確。

圖6分別為轉(zhuǎn)換波資料施加轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差后的遠(yuǎn)、中、近偏移距炮集和轉(zhuǎn)換波CRP疊加剖面對比圖?？梢钥闯?當(dāng)施加本方法計(jì)算的轉(zhuǎn)換波靜校正量后,轉(zhuǎn)換波炮集的初至更加平滑,且深層的反射波呈現(xiàn)出雙曲線特征,與P-P-SV折射波基本原理相符,說明計(jì)算出的轉(zhuǎn)換波靜校正量是正確的。

圖7a是施加縱波炮點(diǎn)靜校正量的疊加剖面,可看出,剖面上構(gòu)造起伏不大,但信噪比較低,成像質(zhì)量不高;圖7b是施加縱波炮點(diǎn)靜校正量和縱波檢波點(diǎn)靜校正量的疊加剖面,可看出,加入縱波檢波點(diǎn)靜校正量后,疊加剖面成像質(zhì)量有所提高,但改善程度不大;圖7c是施加縱波炮點(diǎn)靜校正量和轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量的疊加剖面。比較圖7c和圖7b可以看出,加入轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量后的疊加剖面,淺、中、深層成像質(zhì)量均得到了改善,構(gòu)造特征更加清晰,沒有出現(xiàn)串相位現(xiàn)象,說明轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量比縱波檢波點(diǎn)靜校正量準(zhǔn)確。

圖4　轉(zhuǎn)換波資料CRP疊加剖面轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差拾取效果(紅線為轉(zhuǎn)換波初至)a 道號14130到21194; b 道號21195到28259;

圖5　縱波和轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量對比a 縱波檢波點(diǎn)靜校正量; b 轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量

圖6　轉(zhuǎn)換波資料施加轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差后的近(a)、中(b)、遠(yuǎn)(c)偏移距炮集和轉(zhuǎn)換波CRP疊加剖面對比

圖7　施加不同靜校正量靜校正后轉(zhuǎn)換波疊加剖面對比a 縱波炮點(diǎn)靜校正量; b 縱波炮點(diǎn)靜校正量和縱波檢波點(diǎn)靜校正量; c 縱波炮點(diǎn)靜校正量和轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量

3　結(jié)束語

針對轉(zhuǎn)換波靜校正處理中轉(zhuǎn)換波資料信噪比低、轉(zhuǎn)換波初至不易分辨和轉(zhuǎn)換波檢波點(diǎn)靜校正量大等難點(diǎn),充分利用縱波折射延遲時(shí)靜校正、疊加法確定轉(zhuǎn)換波初至?xí)r差和轉(zhuǎn)換波延遲時(shí)差提取三項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢,建立了一種新的適用于實(shí)際資料處理的多波聯(lián)合的轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)。實(shí)際地震資料處理效果表明：轉(zhuǎn)換波靜校正問題得到了很好的解決,單炮記錄上轉(zhuǎn)換波同相軸連續(xù)性增強(qiáng);疊加剖面上消除了串相位現(xiàn)象、信噪比明顯提高、構(gòu)造形態(tài)更加合理、成像效果顯著改善。表明多波聯(lián)合轉(zhuǎn)換波折射靜校正技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。

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(編輯：朱文杰)

Refraction static correction technique for multi-wave joint converted wave and its application

TONG Kailin1,LI Rui1,PAN Shulin2,WU Bo3,4

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China;3.SinopecSouthwestCompany,Chengdu610041,China;4.SinopecKeyLaboratoryofMultiComponentsSeismicTechnology,Chengdu610041,China)

The converted wave seismic exploration is the main method of multi-wave and multi-component seismic exploration applied to onshore and offshore exploration.However,the converted wave is characterized by low velocity,serious absorption and attenuation,weak energy and so on,which highlights static correction of converted wave.Research of converted wave static correction undertaken by many researchers is of little help,when surface P-velocity/S-velocity is unknown and first break of S-wave is difficult to identify.We propose a refraction static correction technique for multi-wave combined converted wave aimed at the difficulty.This technique achieved P-P-SV first break imaging and identification by the combination of the first break pickup for P-P-P refraction wave and the first break stacking in CRP gather for P-P-SV refraction wave.On this basis,to solve the delay time of receiver point for P-P-SV refraction wave we combined the refraction static correction of P-P-P refraction wave with the delay time extraction of P-P-SV refraction wave.At last,according to the delay times of receiver point for P-P-SV refraction wave,the datum level statics of P-SV receiver point can be obtained.The experimental result shows that the refraction static correction technique of multi-wave combined converted wave improved the calculation accuracy of converted wave static correction and the imaging quality.

converted wave,refraction,static correction,delay time,first break stacking

2016-04-15;改回日期：2016-06-07。

佟愷林(1987—),男,博士,主要從事地震資料處理及解釋等工作。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41204101)和四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2015trqdz03)聯(lián)合資助。

P631

A

1000-1441(2016)05-0674-08

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.05.006

This research is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.41204101) and the Opening Foundation for Sichuan Provincial Key Laboratory (Grant No.2015trqdz03).