YE地區(qū)低信噪比復(fù)雜地表資料的靜校正處理技術(shù)

肖盈，居興國,齊玉濤,劉燕峰，鄒少峰

(1.中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103；2.四川大學(xué)，四川 成都 611731)

YE地區(qū)低信噪比復(fù)雜地表資料的靜校正處理技術(shù)

肖盈1，居興國1,齊玉濤2,劉燕峰1，鄒少峰1

(1.中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103；2.四川大學(xué)，四川 成都 611731)

當(dāng)?shù)卣鹳Y料既存在嚴(yán)重靜校正問題，信噪比又極低時(shí)，嚴(yán)重的靜校正問題會(huì)制約提高信噪比技術(shù)的效果，同時(shí)低信噪比問題又會(huì)嚴(yán)重導(dǎo)致靜校正問題得不到很好解決，兩者形成一種耦合關(guān)系，嚴(yán)重影響資料的成像效果。以解決復(fù)雜地表?xiàng)l件下低信噪比資料的靜校正問題為出發(fā)點(diǎn)，討論了折射層析靜校正和初至波層析靜校正適用性，提出了層析靜校正融合技術(shù)；分析了生產(chǎn)中常用模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正方法的適用性，提出了基于蒙特卡羅剩余靜校正與模型約束最大能量剩余靜校正的綜合剩余靜校正技術(shù)，摸索出一套有效解決低信噪比資料靜校正問題的處理技術(shù)。以YE地區(qū)存在嚴(yán)重靜校正問題的低信噪比資料為例，驗(yàn)證了所述靜校正處理技術(shù)的有效性。

靜校正；低信噪比；層析靜校正融合；綜合剩余靜校正

0 引言

低信噪問題和復(fù)雜地表嚴(yán)重的靜校正問題是地震資料處理中的兩大難題，當(dāng)?shù)托旁氡葐栴}和嚴(yán)重靜校正問題耦合在一起時(shí)，低信噪比問題影響靜校正處理效果，靜校正問題又約束著提高信噪比技術(shù)的應(yīng)用，兩者相互影響，相互制約。

對于低信噪比地震資料的去噪技術(shù)已有眾多的地球物理學(xué)家進(jìn)行了廣泛、深入的研究與實(shí)踐，并取得卓有成效的研究成果，該文不再論述。

對于低信噪比資料的靜校正處理技術(shù)，許多科研工作者也進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐，主要分為基準(zhǔn)面靜校正和剩余靜校正兩類，其中基準(zhǔn)面靜校正包括高程靜校正、折射靜校正、層析靜校正等[1]，剩余靜校正包括模型迭代剩余靜校正、非地表一致性剩余靜校正、蒙特卡羅剩余靜校正、最大能量剩余靜校正等[2]。在資料處理中常采用層析靜校正、模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正組合方法來解決靜校正問題[3]。目前生產(chǎn)中常用層析靜校正方法主要有折射層析靜校正方法和初至波層析靜校正方法[4-5]，YE地區(qū)表層結(jié)構(gòu)變化非?？?，部分區(qū)域折射層析靜校正效果較好，部分區(qū)域初至波層析靜校正效果較好，對2種層析靜校正方法進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，仍然無法找到一種對整個(gè)工區(qū)都適用的層析靜校正方法。模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正計(jì)算時(shí)都需要輸入疊加剖面作為模型道，而低信噪比資料的疊加剖面成像效果很差，模型品質(zhì)太差，常規(guī)剩余靜校正處理效果不佳，達(dá)不到預(yù)期的效果。

該文針對YE地區(qū)低信噪比資料靜校正處理難點(diǎn)，提出了層析靜校正融合處理技術(shù)和基于蒙特卡羅剩余靜校正和模型約束的最大能量剩余靜校正的綜合剩余靜校正處理技術(shù)，形成了一套低信噪比資料的靜校正處理思路。

1 低信噪比資料靜校正處理難點(diǎn)分析

(1)該區(qū)的地震資料存在嚴(yán)重的靜校正問題。工區(qū)地表為沙漠覆蓋，沙丘起伏很大，最大相對高差達(dá)到350m，坡度很陡，低降速帶的速度和厚度橫向變化非常劇烈。相對高差大和表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致了工區(qū)資料的靜校正問題非常嚴(yán)重。

(2)該區(qū)的地震資料信噪比特別低。地震資料采集時(shí)，在高速層中激發(fā)效果比較好。工區(qū)內(nèi)低降速層厚度約100m，受鉆機(jī)設(shè)備的影響，鉆井深度不夠，無法在高速層中激發(fā)，激發(fā)效果較差，激發(fā)能量弱。工區(qū)內(nèi)的沙質(zhì)比較疏松，散射嚴(yán)重，激發(fā)能量下傳困難，壓制干擾波效果很差，資料中干擾波非常發(fā)育。另外，地下介質(zhì)波組抗差異很小，地震反射以弱信號為主。受激發(fā)效果差、干擾波發(fā)育和地震反射信號微弱的影響，工區(qū)資料的信噪比特別低。

2 針對性靜校正處理技術(shù)

在靜校正處理方面，生產(chǎn)中常用的方法有折射層析靜校正、初至波層析靜校正、模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正[6-8]。對于有一定信噪比的資料，用這些方法能得到較好的處理效果，而對于信噪比極低、靜校正問題非常嚴(yán)重的資料，上述方法處理效果不佳，需要尋找新的處理技術(shù)。

2.1 層析靜校正方法的適用性

目前生產(chǎn)中常用的層析靜校正方法主要有折射層析靜校正方法和初至波層析靜校正方法。折射層析成像方法包括首波法和彎曲射線法2種，其中首波法假設(shè)近地表為局部平坦地層，初至波是沿層間折射界面?zhèn)鞑サ氖撞?。首波法在這種假設(shè)的前提下建立的近地表模型與初至旅行時(shí)是線性關(guān)系，其計(jì)算結(jié)果非常穩(wěn)定，但是近地表非常復(fù)雜時(shí)適應(yīng)性相對較差。彎曲射線法假設(shè)近地表為垂直速度梯度的模型，初至是沿彎曲射線路徑傳播的波至。彎曲射線法在這種假設(shè)前提下建立的近地表模型與初至旅行時(shí)是非線性關(guān)系，其反演時(shí)需要進(jìn)行射線追蹤，反演結(jié)果對初始近地表模型非常敏感。Osypow K發(fā)現(xiàn)，在域中垂直速度梯度的近地表模型與初至旅行時(shí)為線性關(guān)系[9-10]。因此，可將首波法和彎曲射線法相結(jié)合，在反演近地表模型時(shí)，第一層用延遲時(shí)間來確定(即首波法)，其余層用彎曲射線法來確定，既有首波法的穩(wěn)定性，又有彎曲射線法的靈活性[11]。

折射層析靜校正方法與折射靜校正有相似之處，是以假設(shè)地下存在局部平坦地層為前提，在計(jì)算的過程中需要識別折射層[12]。若近地表比較接近局部平坦這個(gè)假設(shè)，該方法結(jié)合了折射波法和層析法的優(yōu)點(diǎn)，效果優(yōu)于折射靜校正和初至波層析靜校正。由于該方法是采用線性反演的方法來求解近地表模型，實(shí)質(zhì)上并沒有跳出常規(guī)折射靜校正方法的局限性，同樣受到折射“盲區(qū)”的影響，在近地表結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的區(qū)域效果受到影響[13]。

初至波層析靜校正方法[14]記錄初至波射線走時(shí)和路徑，反演介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)，此方法綜合考慮初至信息中的直達(dá)波(均勻介質(zhì))、回轉(zhuǎn)波(連續(xù)介質(zhì))和折射波(層狀介質(zhì))，無需分清初至波的類型，避開了折射波靜校正必須首先識別折射波的限制。該方法在建立初始速度模型時(shí)采用的是常規(guī)折射波的方法(即延遲時(shí)方法)，建立反映近地表模型的非線性方程組，用非線性反演算法求得全局最優(yōu)解，其反演結(jié)果不依賴于初始的速度模型，比較適用于低降速帶變化比較劇烈的地區(qū)[15]。

由于折射層析的假設(shè)前提是“局部平坦”，因此，它反演出的近地表模型在局部區(qū)域內(nèi)也是呈層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間是平行關(guān)系，是對實(shí)際地層的一種近似，實(shí)際上是一種等效模型。初至波層析反演出的近地表模型精度比較高，在細(xì)節(jié)的刻畫上也比較精細(xì)(圖1)。

(上圖為折射層析反演的近地表模型，下圖為初至波層析反演的近地表模型)圖1 折射層析和初至波層析反演的近地表模型

圖2和圖3分別為折射層析靜校正和初至波層析靜校正疊加剖面，結(jié)合圖1、圖2和圖3分析可知，紅色方框?qū)?yīng)的區(qū)域表層結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不符合“局部平坦”的假設(shè)，用層狀模型來描述近地表模型時(shí)，折射層析反演的近地表等效模型與實(shí)際地質(zhì)模型誤差比較大，相對來說，初至波層析反演的近地表模型精度較高，對復(fù)雜近地表?xiàng)l件的適應(yīng)性更強(qiáng)，該區(qū)域初至波層析靜校正效果更好。藍(lán)色方框?qū)?yīng)的區(qū)域表層結(jié)構(gòu)相對比較簡單，符合“局部平坦”的假設(shè)，折射層析反演的層狀等效模型與實(shí)際地層更吻合，雖然初至波層析對近地表也能較好地刻畫，但折射層析靜校正的結(jié)果更穩(wěn)定，該區(qū)域折射層析靜校正效果更好。

圖2 折射層析靜校正疊加剖面

圖3 初至波層析靜校正疊加剖面

根據(jù)前面的分析可知，由于該地區(qū)表層結(jié)構(gòu)變化非常快，無論單獨(dú)采用哪一種層析靜校正方法都不能很好地解決基準(zhǔn)面靜校正問題。對于有一定信噪比的資料，通常采用折衷的辦法進(jìn)行處理，即選擇一種對整條測線成像效果相對比較好的基準(zhǔn)面靜校正方法，然后利用剩余靜校正進(jìn)一步改善成像效果，最終也能獲得高質(zhì)量的成果剖面。但是對于信噪比極低的資料，剩余靜校正效果也很不理想，成像效果很難得到改善，所以要盡可能地使基準(zhǔn)面靜校正效果達(dá)到最好，常規(guī)處理思路在低信噪比地區(qū)難以達(dá)到目標(biāo)，必須尋找新的處理思路。

2.2 模型迭代剩余靜校正方法的適用性

由于層析靜校正處理過程中采用的反演模型是速度和厚度之間折衷的地質(zhì)構(gòu)造的一種簡化[16]，加之工區(qū)表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，資料信噪比低，層析靜校方法難以求取精確的靜校正量，處理后僅能解決資料的中、長波長和部分短波長靜校正問題，殘余有較大的短波長靜校正問題，需要用剩余靜校正和速度分析多次迭代來解決。

目前的剩余靜校正方法大多都是基于地表一致性假設(shè)條件，由于地表一致性的約束，使得剩余靜校正問題實(shí)際上是一個(gè)非線性、具有多參數(shù)多極值的全局優(yōu)化問題[17]。在地震資料處理中，常規(guī)的處理策略是采用模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正聯(lián)合處理的方法。模型迭代剩余靜校正是通過計(jì)算CMP道集中各道與模型道相關(guān)值的大小確定剩余時(shí)差，建立剩余時(shí)差的線性方程組，采用高斯—賽德爾迭代法求解方程組[18]。非地表一致性剩余靜校正的前提假設(shè)是資料的剩余靜校正量空間波長足夠短，完全在一個(gè)CMP道集內(nèi)，用于把CMP道集中的反射同相軸最佳對齊[19]。

這2種方法均是采用線性反演的方法來解決非線性問題，得到剩余靜校正量，對于信噪比較高、剩余靜校正量較小的資料，常規(guī)聯(lián)合剩余靜校正處理方法收斂速度快，計(jì)算穩(wěn)定，可以得到比較理想的處理效果。對于工區(qū)有效信號微弱、信噪比極低的資料，模型道中有效波能量與噪音能量相當(dāng)，甚至低于噪音能量，模型道中難以識別有效反射波，模型迭代剩余靜校正只能得到局部極值解，無法得到最佳解，導(dǎo)致該方法處理效果不理想。在此基礎(chǔ)上采用非地表一致性剩余靜校正容易產(chǎn)生虛假反射，成像效果甚至?xí)儾睢?/p>

圖4 模型迭代剩余靜校正疊加剖面

圖5 非地表一致性剩余靜校正疊加剖面

圖4為模型迭代剩余靜校正疊加剖面，圖5為非地表一致性剩余靜校正疊加剖面，與層析靜校正融合疊加剖面相比(圖6)，經(jīng)過剩余靜校正方法處理之后，剖面的成像效果并未得到改善，相反，在大部分區(qū)域，成像效果變差。由此可見，常規(guī)的模型迭代剩余靜校正和非地表一致性剩余靜校正方法不能很好地解決低信噪比資料的剩余靜校正問題，因此，需要尋找一種適合該地區(qū)低信噪比資料的剩余靜校正方法。

2.3 層析靜校正融合處理技術(shù)

該文對基準(zhǔn)面靜校正的處理對策為：結(jié)合折射層析靜校正方法和初至波層析靜校正方法的優(yōu)點(diǎn)，分別用折射層析靜校正方法和初至波層析靜校正方法進(jìn)行層析靜校正計(jì)算并應(yīng)用，再選出各自成像效果好的優(yōu)勢區(qū)域，根據(jù)優(yōu)勢區(qū)域?qū)?種方法得到的層析靜校正量進(jìn)行融合，從而使整個(gè)工區(qū)資料的成像效果達(dá)到最佳，稱之為層析靜校正融合技術(shù)。

(1)用相同的平滑半徑對折射層析靜校正量和初至波層析靜校正量進(jìn)行高低頻分離，得到各自對應(yīng)于炮檢點(diǎn)的高頻分量和對應(yīng)于CMP的低頻分量。

(2)選擇合適的低頻分量。低頻分量選擇依據(jù)是疊加剖面構(gòu)造形態(tài)的合理性，比較2種靜校正方法的疊加剖面，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，判斷哪種方法的疊加剖面構(gòu)造形態(tài)更合理、更符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律，將其低頻分量作為層析靜校正融合的低頻分量。

(3)選擇合適的高頻分量。從疊加剖面上比較2種層析靜校正的效果，選出各自成像效果好的優(yōu)勢區(qū)域，取兩種層析靜校正方法優(yōu)勢區(qū)域的高頻分量作為整條測線融合后的高頻分量。

(4)將融合后的高頻分量和低頻分量相加，得到融合后的總靜校正量。

2.4 綜合剩余靜校正處理技術(shù)

對于靜校正問題嚴(yán)重的低信噪比資料而言，經(jīng)過層析靜校正處理之后，剩余靜校正量往往比較大[20]，常規(guī)剩余靜校正方法處理效果不佳，需要采用非線性反演的方法來求取剩余靜校正量。非線性反演的方法包括全局尋優(yōu)和局部尋優(yōu)2類方法，全局尋優(yōu)方法能求得全局極值，但收斂速度很慢，局部尋優(yōu)收斂速度很快，但往往只能求得局部極值，得不到全局最優(yōu)解。

蒙特卡羅剩余靜校正方法是一種非線性全局尋優(yōu)方法，此方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要精確的數(shù)學(xué)模型和模型道，自適應(yīng)性強(qiáng)，能夠獲得全局最優(yōu)解，剩余靜校正效果較好，缺點(diǎn)是計(jì)算非常耗時(shí)。在實(shí)際低信噪比資料處理中，由于剩余靜校正量與速度是解耦的關(guān)系，需要剩余靜校正與速度分析多次迭代來求取準(zhǔn)確的剩余靜校正量，逐步逼近真實(shí)的地下速度場，此方法參數(shù)選擇及控制較為復(fù)雜，不利于剩余靜校正的多次迭代處理。

最大能量剩余靜校正方法是一種非線性局部尋優(yōu)方法，該方法以剖面疊加能量最大為準(zhǔn)則進(jìn)行剩余靜校正量計(jì)算，在剩余靜校正量較小、資料有一定的信噪比時(shí)，計(jì)算效率較快，處理效果也較好。但是，在剩余靜校正量較大的情況下容易陷入局部極值而出現(xiàn)“周波跳躍”現(xiàn)象，剖面上表現(xiàn)為串相位。為了克服“周波跳躍”現(xiàn)象，在處理過程中可以在剖面中拾取比較可靠的反射波同相軸作為模型進(jìn)行約束，并且在計(jì)算時(shí)以模型為中心，選擇一定大小的時(shí)窗(通常為300～500ms)進(jìn)行限制，這樣可以較好地克服“周波跳躍”現(xiàn)象，不會(huì)出現(xiàn)串相位現(xiàn)象，稱之為模型約束最大能量剩余靜校正方法。

該文提出的剩余靜校正處理對策為：在蒙特卡羅全局尋優(yōu)方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用局部搜索能力很強(qiáng)的模型約束最大能量剩余靜校正方法進(jìn)行迭代，即將蒙特卡羅剩余靜校正的全局最優(yōu)解作為模型約束最大能量剩余靜校正的迭代初值，以解決模型約束最大能量剩余靜校正全局收斂性弱的缺點(diǎn)，稱之為綜合剩余靜校正技術(shù)。

具體步驟為：首先采用蒙特卡羅剩余靜校正方法得到全局優(yōu)化的剩余靜校正量，解決部分剩余靜校正問題。再在蒙特卡羅剩余靜校正的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)的速度分析，得到比較準(zhǔn)確的反射波模型道，最后采用模型約束最大能量剩余靜校正方法和速度分析進(jìn)行多次迭代處理，解決工區(qū)的剩余靜校正問題。

圖6為低信噪比復(fù)雜地表資料的靜校正處理流程，其中，綠色虛線框區(qū)域?yàn)閷游鲮o校正融合處理流程，紅色虛線框區(qū)域?yàn)榫C合剩余靜校正處理流程。

圖6 低信噪比復(fù)雜地表靜校正處理流程

3 處理效果分析

3.1 層析靜校正融合處理技術(shù)

圖7為層析靜校正融合疊加剖面，結(jié)合圖2、圖3和圖7分析可知，在藍(lán)色方框標(biāo)識的區(qū)域，折射層析靜校正的成像效果明顯優(yōu)于初至波層析靜校正，是折射層析靜校正的優(yōu)勢區(qū)域；在紅色方框標(biāo)識的區(qū)域，初至波層析靜校正的成像效果好于折射層析靜校正，是初至波層析靜校正的優(yōu)勢區(qū)域。應(yīng)用層析靜校正融合技術(shù)之后，將2種層析靜校正的優(yōu)勢區(qū)域結(jié)合起來，且融合后的剖面成像效果優(yōu)于折射層析靜校正和初至波層析靜校正，同相軸的連續(xù)性較好，達(dá)到了優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。由此可見，該文應(yīng)用的層析靜校正融合技術(shù)可以較好地解決該地區(qū)的基準(zhǔn)面靜校正問題。

圖7 層析靜校正融合疊加剖面

3.2 綜合剩余靜校正處理技術(shù)

圖8為蒙特卡羅剩余靜校正疊加剖面、圖9為模型約束最大能量剩余靜校正疊加剖面。比較圖7至圖9可知，層析靜校正融合處理后的疊加剖面整體信噪比很低，僅能粗略刻畫淺層1000ms附近的反射形態(tài)，中深層構(gòu)造形態(tài)無法落實(shí)。經(jīng)蒙特卡羅剩余靜校正處理后，剖面中深層成像效果改善明顯，信噪比得到較大提升。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行速度分析和模型約束最大能量剩余靜校正迭代處理，經(jīng)過3次迭代處理之后，剖面中同相軸的連續(xù)性、信噪比和波組特征都有很大提高，短波長靜校正問題得到較好解決。

圖8 蒙特卡羅剩余靜校正疊加剖面

圖9 模型約束最大能量剩余靜校正疊加剖面

層析靜校正融合技術(shù)與綜合剩余靜校正處理技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，較好地解決了該地區(qū)的靜校正問題，為進(jìn)一步獲得波組特征良好、地層接觸關(guān)系清楚、信噪比較高的最終處理成果打下了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)YE地區(qū)資料的信噪比極低、靜校正問題嚴(yán)重。該文提出了層析靜校正融合處理技術(shù)、基于蒙特卡羅剩余靜校正和模型約束的最大能量剩余靜校正的綜合剩余靜校正技術(shù)的處理技術(shù)，實(shí)際資料處理結(jié)果表明，該處理技術(shù)能夠較好地解決低信噪比資料嚴(yán)重的靜校正問題,為低信噪比資料的靜校正處理提供了一種較好處理思路。

(2)低信噪比地區(qū)復(fù)雜地表?xiàng)l件下的靜校正問題是資料處理中的一大難題，處理過程中需要進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，判斷構(gòu)造形態(tài)的合理性，選擇合適的靜校正參數(shù)，為最終獲得高品質(zhì)的處理成果打下良好的基礎(chǔ)。

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ApplicationofProcessingTechniqueofStaticCorrectioninComplexSurfaceStructurewithLowS/NinYEArea

XIAO Ying1,JU Xingguo1, QI Yutao2, LIU Yanfeng1,ZOU Shaofeng1

(1.Sinopec Geophysical Research Institute, Jiangsu Nanjing 211103, China;2.Sichuan University, Sichuan Chengdu 611731, China)

When there are both serious seismic data statics problem and low signal to noise ratio, the static correction problem will be restricted to improve the effect of signal-to-noise ratio seriously, and the low SNR will lead to static correction problems which cannot be solved seriously. They form a kind of coupling relation, and seriously affect the effect of imaging data. In order to solve the complex surface conditions of low SNR data static correction problem, the suitability of the refraction tomographic static correction and tomographic static correction have been analyzed, and tomographic static correction fusion technology has been put forward. Applicability of the commonly used model in the production of iterative residual static correction and non surface consistent residual static correction method have been analyzed. Comprehensive residual static correction technology based on Monte Carlo model constrained maximum residual static correction and residual static correction energy has been put forward. A set of effective solution to low SNR data static correction processing technology have been explored. Taking the low signal-to-noise ratio (SNR) data of severe static correction in YE area as an example, the effectiveness of the proposed static correction technique is verified.

Static correction; low signal-to-noise ratio; tomostatics fusion; integrated residual static correction

P631

B

2017-03-20；

2017-04-12；編輯曹麗麗

肖盈(1984—)，女，四川雙流人，工程師，主要從事地震資料處理工作；E-mail：xiaoying7701@126.com

肖盈，居興國，齊玉濤，等.YE地區(qū)低信噪比復(fù)雜地表資料的靜校正處理技術(shù)[J].山東國土資源，2017,33(11)：72-77.

XIAO Ying,JU Xingguo,QI Yutao, etc.Application of Processing Technique of Static Correction in Complex Surface Structure with Low S/N in YE Area[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：72-77.