高利東，劉連升，張志禹

（1.長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；2.北京帕美智軟件開發(fā)有限公司，北京 100085；3.西安理工大學(xué)，陜西西安 710048）

目前，靜校正問題仍是復(fù)雜探區(qū)地震勘探和資料處理的“瓶頸”，近地表速度場的研究是解決復(fù)雜探區(qū)靜校正的關(guān)鍵。生產(chǎn)中的近地表建?？梢苑譃槿箢?。一是基于野外低速帶調(diào)查（如小折射和微測井）的結(jié)果，采用各種內(nèi)插的方法，得到近地表的速度分布，這種方法得到的近地表速度模型，取決于野外低速帶測量控制點(diǎn)的采集密度和每個(gè)控制點(diǎn)所測結(jié)果的精度，如果近地表速度橫向變化大，高速頂不穩(wěn)定，特別是當(dāng)存在巨厚低降速層時(shí)，野外低速帶調(diào)查的結(jié)果誤差很大，難以得到高精度的近地表速度分布。二是假設(shè)地質(zhì)模型由“層狀”介質(zhì)構(gòu)成，每層的速度不變，基于折射波傳播理論，如延遲時(shí)方法和擴(kuò)展廣義互換法等，計(jì)算近地表的速度分布，當(dāng)近地表的速度和高速頂界面橫向穩(wěn)定時(shí)，這種方法可以得到高精度的速度場，在平原地區(qū)，一般都能得到較好的結(jié)果，但是，在沙漠、戈壁和山地等復(fù)雜探區(qū)，由于近地表速度和厚度橫向變化劇烈，理論假設(shè)同實(shí)際地質(zhì)情況存在較大的誤差，也很難取得好的靜校正效果，還會(huì)引入中、長波長靜校正問題。三是基于初至波層析反演理論，假設(shè)地質(zhì)模型由“塊狀”介質(zhì)構(gòu)成，每個(gè)單元的速度恒定，單元和單元之間，速度不同，采用正、反演逐步迭代逼近的方法，得到速度分布。理論上講，層析反演可以模擬任意復(fù)雜的近地表速度分布，允許地形劇烈起伏或速度橫向變化，是目前最適合復(fù)雜探區(qū)近地表建模的算法。但是，受到觀測系統(tǒng)和射線分布的影響，反演結(jié)果也存在一定的精度問題。

綜上所述，每種方法都有一定的假設(shè)條件，所利用的數(shù)據(jù)不一樣，計(jì)算結(jié)果的精度也不盡相同，如小折射和微測井點(diǎn)處的精度很高，但是，橫向變化難以控制；折射波理論只有存在明顯界面和速度橫向平穩(wěn)的情況下，精度較高，而初至波層析反演在速度變化劇烈的地區(qū)，相比較于前兩種方法，計(jì)算精度高，但是，由于缺少近道和有限觀測角度的影響，得到的結(jié)果也不可避免地存在誤差。因此，根據(jù)不同觀測方式和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，研究不同數(shù)據(jù)之間的相互約束和補(bǔ)充，提高近地表模型的精度，是切實(shí)可行的技術(shù)路線。

1 約束初至波層析反演

小折射和微測井是專門的近地表速度調(diào)查數(shù)據(jù)，精度高，但是，空間連續(xù)性差，另外，由于探測深度有限，在低速層巨厚區(qū)，很難得到高速頂界面；大炮初至由于檢波點(diǎn)組合或者炮點(diǎn)偏離測線，缺少足夠多的高精度近道信息，導(dǎo)致表層反演速度的精度低，但是，由于是連續(xù)觀測，空間連續(xù)性強(qiáng)，而且，由于排列長度大，可以得到較深的探測深度，兩種數(shù)據(jù)之間存在互補(bǔ)的基礎(chǔ)。本文利用小折射和微測井建立高精度的極淺層近地表速度模型，用于約束大炮初至層析反演，進(jìn)而，提高整個(gè)反演模型的精度。

層析反演中，M條射線和N個(gè)未知數(shù)建立的層析方程組可表示為：

式中：A、ΔS和ΔT和分別是Jacob矩陣、慢度修正量和旅行時(shí)殘差。其中：

L個(gè)約束條件建立的約束方程組可表示為：

式中：Si為第i個(gè)單元上一次迭代層析反演速度值。

旅行時(shí)和約束方程構(gòu)建成的聯(lián)合方程組可表示為：

式中：B是（M+L）×N維矩陣。

其中：

拉格朗日最優(yōu)約束的目標(biāo)函數(shù)可表示為：

當(dāng)目標(biāo)函數(shù)最小時(shí)，存在▽?duì)疲é）=0，可獲得方程式（2），因此式（2）計(jì)算出的就是最優(yōu)解，從目標(biāo)函數(shù)中可看出λ=0，相當(dāng)于沒有約束，λ越大，相當(dāng)于約束方程在目標(biāo)函數(shù)中所占權(quán)重越大，約束越強(qiáng)。使用LSQT方法求解約束層析方程式（2），即可獲得小折射和微測井約束下的初至波層析反演近地表速度模型。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

圖1是某工區(qū)二維測線無約束層析反演速度模型，綠色豎線表示微測井，長度表示深度，黑色實(shí)線表示高速頂界面，觀察這5口微測井都沒有達(dá)到高速頂界面的埋深；圖2是這5口微測井得到的低速層速度同無約束反演結(jié)果的疊合顯示，兩者的差別比較明顯，特別是無約束反演結(jié)果缺少表層的低速信息；圖3是將自適應(yīng)約束反演后的速度模型同微測井速度進(jìn)行疊合，在微測井控制點(diǎn)處，反演結(jié)果與微測井的速度差別很小，并且在沒有微測井的地方，反演結(jié)果中包含了更多的低速信息，整個(gè)反演速度模型沒有出現(xiàn)突變或異常，符合實(shí)際地質(zhì)規(guī)律。

圖4是第一口微測井速度的對(duì)比圖，藍(lán)色、紅色和綠色曲線分別是無約束、約束和微測井自地表到該點(diǎn)最大探測深度處的速度曲線，很明顯，約束層析反演后，極淺層的速度更低，與微測井速度更加接近，經(jīng)過計(jì)算，無約束、約束和微測井在這個(gè)深度范圍之內(nèi)的平均速度分別是 1 139米/秒、990米/秒和 949米/秒，也就是說，經(jīng)過約束，反演精度進(jìn)一步提高。

3 結(jié)論

目前，生產(chǎn)中的小折射和微測井等低速帶信息，一般都被用來計(jì)算野外靜校正量，室內(nèi)處理中，大都又采用基于折射或者初至的層析反演靜校正方法，所以，小折射和微測井的高精度低速帶信息，并沒有得到很好的應(yīng)用。本文提出的約束層析反演，將高精度極淺層低速帶信息與大炮初至數(shù)據(jù)的優(yōu)勢綜合起來，提高了近地表模型的精度，是復(fù)雜探區(qū)近地表研究領(lǐng)域的發(fā)展的一個(gè)新的思路。

［1］張繼國，劉連升.復(fù)雜區(qū)初至層析反演靜校正［J］.石油地球物理勘探，2006，41（4）：383-385.

［2］李衛(wèi)忠.復(fù)雜地表近地表建模與靜校正［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2007，16（3）:73-76.