初至波剩余靜校正技術(shù)在南安集海地區(qū)的應(yīng)用

潘 龍 劉宜文 鄭鴻明 趙 勇 郭 琪

(中國石油新疆油田勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆烏魯木齊 830013)

0 引言

南安集海背斜位于噶爾盆地南緣齊古斷褶帶中西段，屬準(zhǔn)噶爾盆地南緣第一排構(gòu)造，構(gòu)造相對完整、保存條件良好，是近期盆地南緣天然氣勘探的有利目標(biāo)。近年來隨著精細(xì)勘探的深入，高精度地震成像對靜校正提出了更高要求，以往靜校正中靜校不“凈”問題顯得更加突出[1-3]。由于南緣地震資料信噪比較低，且表層結(jié)構(gòu)縱橫向變化復(fù)雜，常用的折射法[4-7]、層析法[8-10]靜校正計(jì)算不能完全滿足處理成像精度需求，且依賴基于統(tǒng)計(jì)相關(guān)法、最大能量法[11-13]和模擬退火法等[14]的反射波剩余靜校正技術(shù)在低信噪比地區(qū)解決剩余靜校正問題的效果也不穩(wěn)定，難以獲得理想的地震成像結(jié)果。而初至波剩余靜校正技術(shù)[15]是在應(yīng)用野外基準(zhǔn)面校正之后進(jìn)行剩余量計(jì)算，其技術(shù)特點(diǎn)是： ①不依賴反射波信噪比，且對是否拾取真正的初至起跳時(shí)間無要求； ②無須反演近地表速度模型，直接從初至?xí)r間估算靜校正量； ③不要求預(yù)先知道上覆地層的速度和厚度； ④對靜校正量值的大小無限制。根據(jù)這些特點(diǎn)，應(yīng)用初至波剩余靜校正方法解決了準(zhǔn)南山前復(fù)雜地表區(qū)以往因剩余靜校正量大、常規(guī)自動(dòng)剩余靜校正無法精確求解的難題，有效提高了整體靜校正量精度。

現(xiàn)階段常用的初至波剩余靜校正算法包括共炮檢距域的統(tǒng)計(jì)方法、全差分法、模型曲線法、共CMP域的統(tǒng)計(jì)方法等，各算法均有各自的假設(shè)條件和優(yōu)缺點(diǎn)[19-20]。在南安集海地區(qū)綜合應(yīng)用模型曲線法和全差分法，使基準(zhǔn)面靜校正量整體精度得到明顯提高，該思路具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 初至波剩余靜校正原理與思路

1.1 模型曲線法

模型曲線法，假設(shè)應(yīng)用基準(zhǔn)面靜校正量之后的初至?xí)r間等于正常的旅行時(shí)與剩余校正量之和，模型道初至?xí)r間與實(shí)際初至?xí)r間之間的差為該道的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)剩余靜校正量之和。假設(shè)每個(gè)共炮點(diǎn)道集中所有檢波點(diǎn)剩余靜校正量之和為零，每個(gè)共檢波點(diǎn)道集中炮點(diǎn)剩余靜校正量之和為零，可通過給定區(qū)域的初至?xí)r間—炮檢距散點(diǎn)圖擬合相應(yīng)的模型道，并通過地表一致性分解得到每道的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)剩余靜校正量。

1.1.1 模型道的建立

初至?xí)r間模型道的準(zhǔn)確性對模型法初至波剩余靜校正量的計(jì)算影響至關(guān)重要。為此，在模型道建立過程中采用多道統(tǒng)計(jì)方式做線性擬合。即搜索給定炮檢點(diǎn)范圍內(nèi)的初至?xí)r間，建立初至?xí)r間—炮檢距散點(diǎn)圖，通過給定炮檢距范圍和滑動(dòng)步長逐步擬合此炮檢距范圍內(nèi)的初至線性關(guān)系(初至?xí)r間—炮檢距)，將該曲線分解即可得對應(yīng)炮檢點(diǎn)范圍內(nèi)的模型道(圖1)； 通過給定搜索半徑和滑動(dòng)步長得到全工區(qū)范圍內(nèi)的模型道。

考慮到近地表橫向變化極其劇烈的地質(zhì)條件，可根據(jù)不同方向速度變化規(guī)律，分方向建立模型道，此方法可提高模型道的區(qū)域一致性，可進(jìn)一步改善橫向變化劇烈特別是基巖出露的山地探區(qū)初至波剩余靜校正效果。

圖1 模型道與實(shí)際道初至曲線對比示意圖

1.1.2 地表一致性分解

統(tǒng)計(jì)擬合得到每個(gè)共炮點(diǎn)道集的模型道后，第Si炮的第Rj接收點(diǎn)道的模型道與實(shí)際道之間的旅行時(shí)間差即可表示為

(1)

按照假設(shè)前提，ΔTi，j還可表示為該道的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)剩余靜校正量之和，即

ΔTi，j=TSi+TRj

(2)

假如第i炮共有J道，對上式求和可得

(3)

按照共炮點(diǎn)道集中所有檢波點(diǎn)剩余靜校正量之和為零的假設(shè)，即可通過式(3)求得第i炮的炮點(diǎn)剩余靜校正量

(4)

同理，可得每個(gè)檢波點(diǎn)的剩余靜校正量。

1.2 全差分法

差分法假設(shè)給定區(qū)域內(nèi)存在穩(wěn)定折射界面。圖2為不同炮、檢點(diǎn)關(guān)系示意圖，可假設(shè)每一道在線性校正前的初至?xí)r間為

(5)

圖2 不同炮、檢點(diǎn)關(guān)系示意圖

對式(5)進(jìn)行線性校正后，消除了在折射界面上的傳播時(shí)間，則式(5)變?yōu)?/p>

TSiRj=TSi+TRj

(6)

假如TSiRj1和TSiRj2是炮點(diǎn)為Si、檢波點(diǎn)分別為Rj1和Rj2經(jīng)過線性校正后的初至?xí)r間，則可得到Rj1和Rj2兩個(gè)檢波點(diǎn)的靜校正量之差為

TRj1-TRj2=TSiRj1-TSiRj2

(7)

同理，可得任意具有共同炮點(diǎn)的兩個(gè)檢波點(diǎn)的靜校正量之差，通過積分求和即可得到所有炮點(diǎn)的剩余靜校正量； 進(jìn)而可求得所有炮點(diǎn)的靜校正量。

從理論上講，該方法隱含假設(shè)“折射界面為直線且上覆層速度為常數(shù)”。但按式(7)對相同炮點(diǎn)的多個(gè)不同檢波點(diǎn)求取時(shí)差，并從冗余的多個(gè)時(shí)差中統(tǒng)計(jì)出剩余靜校正量，這樣有利于減小實(shí)際地層與假設(shè)的偏差導(dǎo)致的誤差。

1.3 應(yīng)用思路

上述兩種初至波剩余靜校正方法均有各自的假設(shè)前提，根據(jù)其原理可知模型曲線法采用了多道統(tǒng)計(jì)擬合模型道，且模型道旅行時(shí)與實(shí)際旅行時(shí)之間的差值為該道炮、檢點(diǎn)剩余靜校正量之和，可在給定的搜索半徑里求取相對較大的中、高頻剩余靜校正量。差分法假定區(qū)域內(nèi)存在穩(wěn)定的折射界面，進(jìn)行線性動(dòng)校后在同一共炮點(diǎn)道集或共檢波點(diǎn)道集內(nèi)各道之間的初至?xí)r間差即為剩余靜校正量差，此方法可進(jìn)一步提高高頻剩余靜校正精度。

因此，針對準(zhǔn)南復(fù)雜山地探區(qū)，在初至波剩余靜校正的綜合應(yīng)用過程中(圖3)，其思路是首先應(yīng)用層析模型法靜校正量解決區(qū)域上存在的長波長靜校正問題，減小地表高程、表層速度、低降速帶底界空間橫向變化對初至波旅行時(shí)的影響，使實(shí)際應(yīng)用條件更加接近初至波剩余靜校正方法的假設(shè)前提； 然后利用模型曲線初至波剩余靜校正技術(shù)計(jì)算較大的中、高頻剩余靜校正量； 最后利用差分法初至波剩余技術(shù)再次求取高頻剩余，使整體野外靜校正精度達(dá)到最優(yōu)。在初至波剩余靜校正求解過程中，可根據(jù)質(zhì)控效果進(jìn)行多次組合迭代。

圖3 初至波剩余靜校正綜合應(yīng)用流程

2 應(yīng)用效果分析

針對南安集海地區(qū)近地表結(jié)構(gòu)進(jìn)行層析反演并選擇相對穩(wěn)定的底界面模型計(jì)算校正量，對共炮點(diǎn)道集進(jìn)行層析模型法靜校正后，其道集(圖4b)相對于原始道集(圖4a)初至光滑，連續(xù)性較好，但存在一個(gè)35ms左右的小幅凸起，結(jié)合實(shí)際地表介質(zhì)分析，此處還存在靜校正問題。此后，分別進(jìn)行模型曲線法和差分法兩次初至波剩余靜校正計(jì)算，并先后依次應(yīng)用，圖4c應(yīng)用模型法初至波剩余靜校正后道集先前存在的小幅凸起明顯改善，并在應(yīng)用差分法剩余靜校正后道集(圖4d)初至更加光滑、連續(xù)，剩余靜校正效果明顯。

圖4 共炮點(diǎn)道集應(yīng)用靜校正前、后效果對比

對比應(yīng)用靜校正量前、后的疊加剖面發(fā)現(xiàn)，只應(yīng)用層析模型法靜校正量的疊加剖面(圖5b)在背斜構(gòu)造的兩翼，其反射同相軸不連續(xù)，聚焦性也較差，存在較為明顯的靜校正問題。而在應(yīng)用多次初至波剩余靜校正后，其構(gòu)造主體同相軸更聚焦，連續(xù)性變好，成像效果得到明顯改善(圖5c)。

圖5 應(yīng)用靜校正前、后疊加剖面對比

針對不同基準(zhǔn)面靜校正方法，為了算法的實(shí)現(xiàn)，往往對近地表模型做不同程度的簡化，限定一些應(yīng)用條件，這樣實(shí)際近地表結(jié)構(gòu)與假設(shè)模型之間的差異將導(dǎo)致基準(zhǔn)面靜校正后殘余的剩余靜校正量引起折射初至?xí)r間非線性變化。初至波剩余靜校正的目的就是消除這種殘余量，恢復(fù)初至?xí)r間的線性關(guān)系。具體應(yīng)用過程中主要涉及到三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)： 搜索統(tǒng)計(jì)半徑、滑動(dòng)步長和剩余靜校正量極限值，這幾個(gè)參數(shù)的選擇對剩余靜校正量精度產(chǎn)生較大影響。

滑動(dòng)步長能控制各道參與模型道擬合的覆蓋次數(shù)，控制其成果的空間一致性；搜索統(tǒng)計(jì)半徑是控制參與模型道擬合數(shù)據(jù)范圍，半徑太小時(shí)不能覆蓋所有表層介質(zhì)變化引起的初至?xí)r間異常變化信息，太大則容易引入其他速度信息，從而導(dǎo)致模型道建立不準(zhǔn)。圖6為不同搜索統(tǒng)計(jì)半徑所得初至剩余靜校正量在表層介質(zhì)變化區(qū)域的共炮點(diǎn)道集上的應(yīng)用效果，隨著搜索統(tǒng)計(jì)半徑的增加，共炮點(diǎn)道集上的“初至隆起”現(xiàn)象被逐步改善，初至剩余靜校正效果明顯變好，但當(dāng)半徑達(dá)到2000m時(shí)其改善效果已不明顯。剩余靜校正量極限值是控制校正效果的關(guān)鍵參數(shù)，太小導(dǎo)致校正量不夠，太大則容易引起異常抖動(dòng)，且曲線難以收斂。圖7為據(jù)不同剩余靜校正量極限值計(jì)算的初至剩余靜校正量的處理效果對比，從未應(yīng)用初至剩余量的共炮點(diǎn)道集上看表層介質(zhì)變化引起的初至隆起幅度近50ms，當(dāng)極限值小于50ms時(shí)初至剩余產(chǎn)生明顯異常抖動(dòng)，高頻效果變差，當(dāng)極限值達(dá)到80ms效果沒有本質(zhì)改變。

圖6 不同搜索統(tǒng)計(jì)半徑所得的初至波剩余靜校正量應(yīng)用效果對比

圖7 不同剩余靜校正量極限值所得初至波剩余靜校正量應(yīng)用效果對比

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過研究與南安集海地區(qū)的實(shí)例應(yīng)用，綜合模型曲線法和差分法兩種初至波剩余靜校正能對模型法基準(zhǔn)面靜校正量精度進(jìn)行有效補(bǔ)充，使基準(zhǔn)面靜校正量整體精度獲得大幅提高。該方法與應(yīng)用思路對其他準(zhǔn)南山前復(fù)雜探區(qū)的靜校正計(jì)算有一定的借鑒作用。

(2)模型曲線法和差分法兩種初至波剩余靜校正均具有一定的統(tǒng)計(jì)與平均效應(yīng)，因此在應(yīng)用過程中的搜索統(tǒng)計(jì)半徑、滑動(dòng)步長、剩余靜校正量極限值等參數(shù)就尤為重要，需要針對工區(qū)表層結(jié)構(gòu)特征和基準(zhǔn)面靜校正應(yīng)用效果進(jìn)行綜合判斷，并在多次剩余靜校正計(jì)算過程中逐步調(diào)整。

(3)在準(zhǔn)南復(fù)雜山地探區(qū)，初至波剩余靜校正技術(shù)的綜合應(yīng)用過程也是一個(gè)實(shí)際條件逐步向其應(yīng)用假設(shè)前提逼近的過程，因此，可針對實(shí)際問題調(diào)整不同剩余靜校正方法的計(jì)算順序，使假設(shè)條件盡可能地滿足。