姜宇東，宋維琪，郭曉中，劉太偉，馮 超

（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.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

由于地面微地震監(jiān)測檢波器布設(shè)在地表，微地震有效事件的初至?xí)艿降乇砥鸱偷徒邓賻Ш穸茸兓挠绊?。這些影響不利于微地震資料提高信噪比的處理效果［1－2］，還會影響最終微地震有效事件定位結(jié)果的精度。

實際地面微地震監(jiān)測資料處理中假設(shè)：每個微地震事件所用到的靜校正量都是由檢波器位置所決定的，也就是說每個微地震事件使用的靜校正量都是相同的。由于測線覆蓋面積相對較廣，而產(chǎn)生微地震事件的破裂源分布范圍有限，不同事件傳播路徑之間不會有巨大變化。因此，通常情況下這個假設(shè)是成立的。

由于缺少表層速度信息，因此相對于常規(guī)地震資料來說，地面微地震資料的靜校正處理難度更大［3－4］。目前，在國內(nèi)外相關(guān)研究中，地面微地震資料的靜校正量要靠射孔事件的信息來求取。射孔事件是射孔彈在已知位置進行強能量激發(fā)產(chǎn)生并由地面微地震資料采集系統(tǒng)接收到的地震信號。射孔事件能量要比大部分微地震事件的能量強，在記錄資料中易于識別，所以其初至走時大多可以拾取。這與井中微地震監(jiān)測方法相同。不同的是，由于井中微地震資料的信噪比較高，幾乎在每一個記錄道上都能準(zhǔn)確地拾取到射孔事件的相應(yīng)走時；而地面微地震資料的信噪比很低，微地震信號能量弱，并不是每個記錄道上都能拾取到準(zhǔn)確的初至走時。

針對上述情況，嘗試?yán)靡阎纳淇孜恢门c射孔事件初至走時，通過迭代調(diào)整地層速度模型，再根據(jù)射孔事件初至走時，計算各條測線上記錄道的靜校正量。

1 靜校正方法

1.1 初至拾取方法

1.1.1 射孔事件初至拾取與校正

初至拾取是近地表靜校正的前提和基礎(chǔ)，初至拾取的精確程度直接影響靜校正質(zhì)量的好壞，尤其是在地表起伏以及速度變化劇烈的地區(qū)，初至波的精確拾取尤為重要。

由于實際地面微地震數(shù)據(jù)信噪比通常很低，常用的自動初至拾取方法拾取的事件初至精度往往較差。并且，每個事件能夠準(zhǔn)確拾取初至的記錄道是有限的，使得能求取靜校正量的記錄道數(shù)很少，或者不連續(xù)。在微地震波傳播過程中，由于不同事件的傳播路徑的不同，其靜校正值往往不一樣。造成的典型現(xiàn)象是用射孔和某些微地震強事件算出的靜校正量［5－7］應(yīng)用到其它強事件中去時，事件同相軸經(jīng)過校正后并不是呈嚴(yán)格的水平直線，而在局部存在抖動。

由于微地震資料初至拾取的這些特點，需要對初步拾取的走時進行校正。首先用人工初步拾取的初至校正對應(yīng)的強事件數(shù)據(jù)，如果拾取的走時是完全準(zhǔn)確的，則經(jīng)校正后的有效事件同相軸完全水平，在各道上的初至波相位是一樣的，那么用一個標(biāo)準(zhǔn)子波對每道數(shù)據(jù)做互相關(guān)時，變量為走時的互相關(guān)函數(shù)的最大值所對應(yīng)的走時。如果拾取的走時存在擾動，則擾動量即為互相關(guān)函數(shù)最大值對應(yīng)走時與標(biāo)準(zhǔn)值的差值。在實際處理中，一個標(biāo)準(zhǔn)的事件子波是得不到的，而且不同事件的子波波形也不相同?；诖耍x定一個初至拾取較準(zhǔn)確即信噪比較高的道作為標(biāo)準(zhǔn)道，在這個道對應(yīng)初至的地方選取一個合適大小的時窗，用該時窗道與測線中的每一道進行互相關(guān)運算，得到與最大互相關(guān)值對應(yīng)的時移量是一樣的，在對每一道做時移后，將每一條測線的所有道疊加起來就得到一個初始引導(dǎo)道。然后，用此引導(dǎo)道與測線中的所有道做互相關(guān)。如此往復(fù)，直到最后算出的時移量達到要求。圖1為微地震原始記錄預(yù)處理剖面。圖2為用強能量微地震事件初步拾取到的初至對原始數(shù)據(jù)進行拉平后的結(jié)果，可以看到利用初步拾取的初至進行拉平后的剖面局部存在著一些抖動。圖3為應(yīng)用校正后的初至對原始數(shù)據(jù)進行拉平后的結(jié)果，顯示拉平后這些抖動得到了糾正。由拉平后的同相軸的一致性可以看出校正后的初至信息更加準(zhǔn)確。

1.1.2 強能量有效事件初至拾取

對于射孔事件，通常不可能在全部記錄道中都拾取到初至走時。因此，計算出的靜校正量是部分道的，將其應(yīng)用到實際數(shù)據(jù)時，雖然可以對這些道數(shù)據(jù)進行校正，但是當(dāng)?shù)罃?shù)較少或者不連續(xù)時，對處理的影響較大?？紤]到地面微地震數(shù)據(jù)中有一些比較強的微地震事件，可將這些強微地震事件的初至拾取后，用射孔事件走時算出的速度模型進行基于走時的反演，計算出這些強事件的理論走時，從而得到這些強事件拾取道所對應(yīng)的靜校正量。這樣，通過射孔事件和部分強事件，就可得到大多數(shù)記錄道的靜校正量。

1.1.3 利用疊加處理資料拾取初至

在未進行疊加處理的微地震資料上拾取的初至包含了局部和區(qū)域的微地震波走時信息，這種初至拾取方法固然精度較高，但是初至拾取過程太繁瑣。另一方面，即便是準(zhǔn)確地拾取了初至，因其包含了局部和區(qū)域的微地震波走時信息，進行校正量計算時未必能準(zhǔn)確地利用這個局部走時信息，因為局部走時信息是由局部不均勻速度引起的，而這個局部速度模型很難建立。如果通過疊加或擬合處理，在把局部初至走時信息去掉的同時，又不影響區(qū)域初至走時信息，則利用區(qū)域初至走時更容易進行靜校正量的計算。其實，事件的初至走時信息應(yīng)該是區(qū)域信息，局部走時信息只是干擾信息，可作為剩余靜校正量。

根據(jù)地震波傳播理論，微地震事件地面記錄的時距曲線是二次曲線，可設(shè)計二次曲線疊加方法。對實際資料進行疊加處理，疊加原則是沿著期望初至方向達到疊加能量最大，且互相關(guān)最大。疊加窗口的大小應(yīng)隨著不同局部干擾空間范圍而不同，如果局部干擾空間橫向范圍大，則疊加窗口應(yīng)隨之增大。

1.2 利用射孔資料進行靜校正量計算

對于地面微地震監(jiān)測，觀測測線高程隨地形變化，并不在一個水平面上，而且，由于聲波測井資料缺乏淺層數(shù)據(jù)，以及地表風(fēng)化層、低降速帶資料和近地表速度均未知，導(dǎo)致靜校正量難以確定，給資料處理以及微地震事件反演定位造成了困難。

為此，需要針對這種情況，進行靜校正處理方法研究。以一實際微地震監(jiān)測為例，觀測系統(tǒng)如圖4所示，10條地面測線呈放射狀排列。圖5為微地震事件射線路徑示意圖，紅色點為射孔點，綠色點為某一微地震事件點位置，藍(lán)色三角形為地面檢波點，曲線為地表觀測面，紫色虛線為水平基準(zhǔn)面。如前所述，由于基準(zhǔn)面至地表的地層速度未知，導(dǎo)致靜校正量無法直接確定。這里將借助射孔資料進行靜校正量計算。

1.2.1 射孔事件實際走時差

針對不同測線，分別拾取各測線上的射孔事件初至，根據(jù)拾取的各測線上的射孔初至tperf（i），計算相鄰檢波器的射孔事件走時差dtperf（i），i為道號。

1.2.2 射孔事件理論走時差

根據(jù)聲波測井資料建立初始水平層狀速度模型，通過射線追蹤正演方法，求取射孔事件理論走時tm（i），計算相鄰觀測點在基準(zhǔn)面上的射孔事件理論走時差dtm（i），i為道號。

1.2.3 初始靜校正量

實際射孔記錄的初至走時差減去理論計算的射孔點的初至走時差，作為初始靜正量δt0（i），即

1.2.4 靜校正量的反演校正

由于利用測井聲波時差建立的速度模型和實際的速度模型不盡相同［8－10］，必然存在一定的誤差，因此，計算的理論初至走時也存在誤差，為了使這個誤差盡量小，利用反演方法進行速度模型調(diào)整。速度模型調(diào)整得越精確，計算的走時就越準(zhǔn)確，靜校正量的計算也就越精確。

一般情況下，淺層速度變化比深層速度變化對走時曲線的影響大，因此，建立準(zhǔn)確的淺層速度模型更為重要。為此，在建立速度模型時，將淺層速度模型建立為二維速度模型，深層速度模型建立為一維水平層狀速度模型。這里把測井聲波時差范圍內(nèi)（基準(zhǔn)面以下）的速度視為深層速度模型，其上的速度模型作為淺層速度模型。

淺部地層的速度較低，假定在基準(zhǔn)面之上的地震波的射線近似垂直于水平面，則淺部地層初始速度為

式中：i為道號；m 為總道數(shù)；h（i）為基準(zhǔn)面到第i檢波器處地表觀測面的高度。

為了求取最佳靜校正量，利用反演方法，通過淺部和深部地層速度模型的不斷調(diào)整，使理論計算的整個地層速度模型下的理論走時差和實際射孔走時差的均方差值最小，即

1.3 總靜校正量計算

速度模型校正后的正演走時與實際觀測的射孔事件拾取走時對比結(jié)果如圖6所示。校正后速度模型的正演走時不可能與實際走時完全吻合，即反演迭代最終誤差不可能為零，將這個不為零的誤差視為剩余靜校正量ε（i）［11］。高程靜校正量Δth（i）等于檢波器高度h（i）除以校正后的淺層速度vq?？傂Ｕ繛槭Ｓ囔o校正量與高程靜校正量之和［12］，即

具體的靜校正值計算流程為：

1）通過聲波測井資料，建立基準(zhǔn)面以下的深部初始速度模型；

2）拾取各條測線的射孔事件初至；

3）利用射孔初至減去基準(zhǔn)面之下的理論初至得到初始靜校正量；

4）利用初始靜校正量建立淺部地層初始速度模型；

5）利用反演方法調(diào)整地層速度模型和靜校正量；

6）如果達到誤差精度，則輸出速度模型與靜校正量；若未達到誤差精度，則返回步驟5）；

7）輸出總靜校正量。

圖6 速度模型校正之后正演走時與實際走時對比

2 實際應(yīng)用效果分析

圖7 靜校正前地面微地震數(shù)據(jù)（兩相鄰測線）

按照上述靜校正量計算流程，得到了大部分?jǐn)?shù)據(jù)道對應(yīng)的靜校正量。為了驗證求取靜校正量方法的正確性，進行了實際微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)的靜校正處理試驗。圖7為靜校正之前的地面微地震剖面。為了方便顯示，選取了其中2條測線。從校正前的數(shù)據(jù)剖面可以看出同相軸局部抖動相當(dāng)嚴(yán)重（紅圈）。圖8為靜校正處理后的地面微地震數(shù)據(jù)剖面。從靜校正處理前后結(jié)果的對比可以看出，通過計算出的靜校正量將原先起伏的有效事件同相軸校正為符合透射波走時的雙曲線形狀，處理后的剖面面貌得到明顯改善，局部抖動不再存在。

圖8 靜校正后地面微地震數(shù)據(jù)（兩相鄰測線）

3 結(jié)束語

對于地面微地震監(jiān)測資料，接收到的有效事件一般為透射波，信噪比低，甚至出現(xiàn)看不到同相軸的情況，因此，初至難以拾取。由于表層速度資料的缺乏，很難利用常規(guī)的方法進行地面微地震資料的靜校正。本文提出的引導(dǎo)道方法可以拾取不可見同相軸的記錄道初至。由于淺層速度變化比深層速度變化對走時曲線的影響大，在建立速度模型時，淺層速度模型采用二維速度模型，深層速度模型采用一維水平層狀速度模型，較好地體現(xiàn)不同深度速度變化對初至?xí)r間的影響。同時，速度的反演校正過程也分為相對應(yīng)的兩部分，避免反演迭代時由于深、淺部速度變化不同，使得變化相對大的數(shù)據(jù)吃掉變化小的數(shù)據(jù)，從而提高反演的敏感性和精度。根據(jù)初至走時和聲波測井資料反演出地下速度模型，同時得到近地表速度模型。由速度模型正演得到的理論走時和事件實際走時的殘差作為剩余靜校正量，高程靜校正量與剩余靜校正量之和即為總靜校正量。實際地面微地震數(shù)據(jù)的處理結(jié)果驗證了本文所研究靜校正方法的應(yīng)用效果。

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