張新東 呂景峰 蔡 明 萬 軍 陳學(xué)強

（1中國石油塔里木油田公司2中國石油東方地球物理公司）

一種適用于復(fù)雜地貌山前帶的表層調(diào)查方法

張新東1呂景峰2蔡 明1萬 軍2陳學(xué)強2

（1中國石油塔里木油田公司2中國石油東方地球物理公司）

塔里木盆地庫車地區(qū)地表條件復(fù)雜，山前堆積的巨厚戈壁礫石區(qū)表層調(diào)查及建模困難。通過設(shè)計淺層層析表層調(diào)查方法、層析反演解釋、深井微測井標(biāo)定的方式，準確剖析了巨厚戈壁礫石區(qū)表層結(jié)構(gòu)，提高了剖面的成像效果，為類似區(qū)域的表層調(diào)查及建模工作提供了有益的借鑒。圖4表1參3

巨厚戈壁礫石表層調(diào)查淺層層析靜校正微測井

0 引言

塔里木盆地庫車山地地表類型多種多樣，地表條件復(fù)雜多變，包括第四系的戈壁礫石區(qū)、山前洪積的巨厚戈壁礫石區(qū)、西域組礫石山體區(qū)及新近系和古近系的砂泥巖山體，表層速度、厚度在縱、橫向變化劇烈，表層建模困難。而表層模型精度是靜校正的關(guān)鍵，它直接影響到剖面成像的效果，目前已成為制約庫車勘探深入開展的難題之一。

表層調(diào)查方法有許多種，目前庫車山地最常應(yīng)用的是微測井和淺層折射表層調(diào)查方法，其中淺層折射法因應(yīng)用原理的限制，適用條件較為苛刻，只有在地表平坦、均勻?qū)訝罱橘|(zhì)、無速度反轉(zhuǎn)、較小地層夾角并且風(fēng)化層厚度較小的情況下，其解釋精度才能滿足勘探需求。而庫車山地復(fù)雜的地表條件很難滿足其適用條件，因此，近年來在山地勘探中主要采用微測井開展表層調(diào)查工作。但是微測井法需要鉆入地層的高速層中，并且只能得到單點的表層準確信息。遇到分布范圍廣泛、風(fēng)化層厚度甚至在150 m以上的巨厚戈壁礫石區(qū)，如果大面積實施微測井表層調(diào)查，生產(chǎn)時間及成本壓力較大。

圖1 巨厚戈壁礫石區(qū)典型單炮

針對巨厚戈壁礫石區(qū)，以往曾根據(jù)單炮淺層反射及初至信息預(yù)測低降速帶厚度（圖1a）：首先在單炮上讀出地表到第一高速層折射波之間的旅行時ΔT，然后由低速層的距離和初至?xí)r差可以計算出低速帶的平均速度Va，同理得到高速層速度Vs，最后根據(jù)下式可以估算風(fēng)化層厚度：

式中：

h—風(fēng)化層厚度，m；

Va—低速層速度，m/s；

Vs—高速層速度，m/s；

ΔT—第一層折射波時間，s。

但是這種方法的應(yīng)用是有前提條件的，需要在單炮上識別地表到第一高速層折射波之間的旅行時間，只有表層的第一高速層頂界面是潛水面等強反射界面才可行，否則無法估算風(fēng)化層的厚度?？死?巨厚戈壁礫石區(qū)是由南北兩個礫石山體向下堆積所致，表層為連續(xù)介質(zhì)，單炮（圖1b）上很難分辨第一高速層的反射界面，無法采用上述方法估算低降速帶厚度。因此，如何在該區(qū)進行表層調(diào)查及建模成為開展勘探工作的瓶頸問題之一。

1 方法

為解決巨厚戈壁礫石區(qū)表層建模問題，可以引進模型反演技術(shù)：野外擺放一段排列開展淺層折射或者是淺層層析表層調(diào)查，實測每一個炮、檢點的坐標(biāo)和高程，室內(nèi)根據(jù)拾取的初至?xí)r間運用模型反演的方法解釋，并與微測井標(biāo)定相結(jié)合來剖析巨厚戈壁礫石區(qū)的表層結(jié)構(gòu)。

1.1 原理

初至?xí)r間反演模型的方法最常用的是折射法和層析法，但是折射法需要地表淺層存在穩(wěn)定的折射界面，其反演結(jié)果才能準確，而庫車山地山前帶的巨厚戈壁礫石區(qū)不存在穩(wěn)定的折射界面，所以選擇層析的方法反演模型。

層析反演的原理是假設(shè)地震波從任意一個源點S到任意一個接收點R的旅行時為t（S,R），介質(zhì)的慢度（即速度的倒數(shù)）分布為S(x,y,z)，傳播路徑為L，那么旅行時可寫為:

把反演區(qū)域的慢度離散化，假如離散化后的單元格數(shù)目為N。每個單元慢度為一對應(yīng)常數(shù)，記為Sj。這樣，根據(jù)（2）第i條射線的旅行時表示為:

其中aij是第i條射線穿過第j個網(wǎng)格單元的長度。當(dāng)有大量射線(如M條射線)穿過反演區(qū)域時，根據(jù)式（3）就可以得到關(guān)于未知量Sj（j=1,2…，N）的M個方程（i=1,2,…，M），M個方程組合成一個線性方程組：

其中，A＝（aij）M×N為距離矩陣；T＝（t1t2……tM）T為旅行時列向量，即初至旅行時間；S＝（S1S2……SN）T為慢度列向量。從形式上看，通過求解式（4）方程組就可以得到離散慢度分布，從而實現(xiàn)射線覆蓋區(qū)域的速度場反演成像。但矩陣A是由S確定的，而S是未知的，因此S不能從式（4）中直接獲得。解決的辦法是通過不斷迭代，逐漸逼近正確的慢度值，當(dāng)正演旅行時和實際旅行時的差小于某個極小值時，就得到最終慢度（速度）分布，從而完成表層模型的層析反演。

1.2 淺層層析表層調(diào)查方法的確定

因為受到淺層折射儀器接收道數(shù)以及生產(chǎn)成本的限制，淺層層析表層調(diào)查方法需要通過對比、分析確定，主要是確定排列長度及炮距等參數(shù)。

（1）排列長度的確定

選擇庫車山地巨厚戈壁礫石區(qū)道距較小的施工測線，固定炮距60 m、道距20 m，分別采用470 m及940 m的排列長度開展層析反演，得到不同的近地表速度模型，對比發(fā)現(xiàn)采用470 m排列長度層析反演的結(jié)果不能完全獲得2000 m/s速度層界面，尤其是巨厚戈壁礫石區(qū)更是如此，而采用940 m排列長度層析反演在測線的不同區(qū)域都能夠獲得2000 m/s的速度層。將全排列7190 m層析反演的2000 m/s速度界面作為標(biāo)準模型底界，與940 m排列長度層析反演結(jié)果進行對比分析，在巨厚戈壁礫石區(qū)，二者底界重合區(qū)域為300 m，可見，采用940 m的排列長度開展層析反演是可行的，可以準確獲得300 m范圍的速度模型。

（2）炮距的確定

固定排列長度940 m、道距20 m，分別抽取120 m（圖2a）及240 m（圖2b）的炮距開展層析反演，得到2000 m/s速度層界面，與標(biāo)準模型對比發(fā)現(xiàn)，采用120 m炮距層析反演的模型底界有240 m（圖2a中黑色線與蘭色線重合部分）是準確的，雖然采用240 m炮距層析反演結(jié)果可以獲得160 m（圖2b中黑色線與蘭色線重合部分）準確模型，但是在速度模型中，淺層存在速度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象（圖2b橢圓處），這與巨厚戈壁礫石區(qū)的實際情況不符，因此其反演結(jié)果可信度較差。綜合考慮，120 m炮距較為合適。

1.3 淺層層析表層調(diào)查方法精度分析

在庫車山地巨厚戈壁礫石區(qū)開展淺層層析表層調(diào)查，固定940 m排列48道接收，共計9炮，采用滾動放炮的方式，具體施工參數(shù)如下：

炮距：120 m，道距：20 m，激發(fā)深度：7.5 m，藥量：6 kg，采樣率：0.25 ms，記錄長度：3 s。

同時在排列中心位置實施200 m超深微測井，對淺層層析表層調(diào)查結(jié)果予以標(biāo)定和驗證。淺層層析表層調(diào)查在層析反演后得到表層速度速度模型（圖3a），與微測井解釋成果（圖3b）對比發(fā)現(xiàn)，1600 m/s速度層頂界面吻合程度很高，厚度誤差為107.44-106.6＝0.84 m（0.78%）。表層速度模型中2000m/s速度層頂界面與微測井解釋成果的2200 m/s速度層頂界面相對應(yīng)，厚度誤差為146.79-149.60＝-2.81m（1.91%），其精度可以滿足勘探需求。但同時可以看到，淺層層析表層調(diào)查層析反演獲得的速度與微測井調(diào)查的速度不完全一致，因此，淺層層析表層調(diào)查需要一定數(shù)量的深井微測井加以標(biāo)定。

圖2 不同炮距層析反演結(jié)果對比

圖3 微測井標(biāo)定層析反演表層速度模型

2 應(yīng)用實例

在庫車山地某三維地震勘探的巨厚戈壁礫石區(qū)，按照上述方法實施了5段淺層層析表層調(diào)查，結(jié)合已有的8條二維測線層析反演結(jié)果，并采用5口深井微測井對層析反演速度進行標(biāo)定，獲得了巨厚戈壁礫石區(qū)的近地表速度模型。

對比不同表層調(diào)查方法低降速帶厚度（表1），與微測井解釋成果相比，淺層層析表層調(diào)查獲得的低降速帶厚度最大誤差不超過2.9 m，誤差控制在2.6%范圍內(nèi)，可見，淺層層析表層調(diào)查解釋成果精度較高。

表1 不同表層調(diào)查方法低降速帶厚度對比

根據(jù)反演的速度模型可以計算表層模型靜校正量，與高程靜校正（圖4a）相比而言，在巨厚戈壁礫石區(qū)表層模型靜校正（圖4b）整體效果突出，淺、中、深地震反射波同相軸連續(xù)性好、成像精度高。

圖4 不同靜校正方法時間疊加剖面效果對比

3 結(jié)論

（1）在庫車山地山前帶，野外實施淺層層析表層調(diào)查，室內(nèi)運用層析反演的方法解釋，最后采用少量微測井標(biāo)定相結(jié)合的方式可以準確剖析巨厚戈壁礫石區(qū)的表層結(jié)構(gòu)。

（2）淺層層析表層調(diào)查方法具備很好的推廣價值，不僅適用于巨厚戈壁礫石區(qū)，還能夠在巨厚黃土源等類似探區(qū)推廣應(yīng)用，有利于降低勘探成本。

1Mike Cox[美]著，李培明等譯.反射地震勘探靜校正技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2004.

2R.E.謝里夫[美].勘探地震學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社，1999.

3陸基孟.地震勘探原理[M].山東東營:石油大學(xué)出版社，1993.

（修改回稿日期2014-12-09編輯陳玲）

張新東，男，1967年出生，山東禹城人，高級工程師；中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司勘探開發(fā)部物探部副主任，主要從事地震勘探方法研究和項目管理工作。地址：（841000）新疆庫爾勒市塔里木油田公司勘探開發(fā)部。E-mail：zhangxindtlm@petrochina.com.cn