王克非,鄭 超,薛為平,尹麗麗,殷曉蘭

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊830013;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川西北氣礦,四川江油621709)

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準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正分析與應(yīng)用研究

王克非1,鄭 超2,薛為平1,尹麗麗1,殷曉蘭1

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊830013;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川西北氣礦,四川江油621709)

準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)由于地表高程變化大,低、降速層速度和低、降速帶底界速度橫向不穩(wěn)定,容易引起疊加剖面的靜校正長(zhǎng)波長(zhǎng)問題,造成構(gòu)造形態(tài)畸變。為解決準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題,從沙漠區(qū)的近地表結(jié)構(gòu)研究入手,分析了地震剖面中存在中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題的原因。試驗(yàn)對(duì)比了分層建模法和初至折射法靜校正的效果,指出了這兩種靜校正方法的優(yōu)、缺點(diǎn),并提出了靜校正量分解與融合的互補(bǔ)方法。此方法有效解決了準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題,消除了地震疊加成像中的構(gòu)造形態(tài)扭曲現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

沙漠;調(diào)查點(diǎn);微測(cè)井;長(zhǎng)波長(zhǎng);靜校正;厚度;速度

造成沙漠區(qū)靜校正問題的原因主要有兩方面:一是近地表速度和厚度的突變引起的高頻分量不準(zhǔn)確,疊加成像效果不好;二是巨厚沙層及橫向速度的低頻變化所導(dǎo)致的構(gòu)造形態(tài)扭曲。分層建模方法主要采用微測(cè)井和小折射調(diào)查的成果作為分層內(nèi)插控制點(diǎn)完成模型建立。其優(yōu)點(diǎn)是在有足夠控制點(diǎn)的條件下,能準(zhǔn)確獲取近地表模型結(jié)構(gòu),得到最佳的低頻分量,解決長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題;缺點(diǎn)是當(dāng)近地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí),控制點(diǎn)間的低、降速層模型插值延拓就會(huì)不準(zhǔn)確,導(dǎo)致高頻分量誤差。若近地表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在橫向速度差異不大的情況下,所建模型基本能夠得到較為準(zhǔn)確的高、低頻分量[1]。初至折射靜校正利用單炮記錄中有效的折射波初至信息,通過反演模型計(jì)算靜校正量。它的優(yōu)點(diǎn)在于能通過大量的折射波初至信息,對(duì)每一個(gè)炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)進(jìn)行多次覆蓋,避免了插值引起的高頻分量誤差,能有效解決短波長(zhǎng)靜校正問題;缺點(diǎn)是該方法要求有一個(gè)平穩(wěn)光滑的低、降速帶底界面,需追蹤同一折射層,在條件不滿足的情況下,使折射高速層的定義速度范圍過窄,導(dǎo)致靜校正長(zhǎng)波長(zhǎng)分量精度欠佳。分層建模與初至折射靜校正方法,最終都體現(xiàn)在層狀介質(zhì)模型上,在已知微測(cè)井成果對(duì)兩者模型的約束下,通過靜校正量間的最終融合互補(bǔ),解決由于建模差異和反演帶來的誤差,最終達(dá)到疊加剖面成像與構(gòu)造形態(tài)要求的精度,解決長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題[2-5]。隨著精細(xì)勘探程度的不斷深入以及勘探區(qū)域地形地貌和表層結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜,解決靜校正問題的難度加大,長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題日益突出。為解決這一問題,不僅要研究近地表結(jié)構(gòu)野外調(diào)查的方式和方法,同時(shí)還要研究表層模型的反演構(gòu)建模式[6-8]。

根據(jù)對(duì)初至波靜校正和模型靜校正的分析，通過長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量的分離與融合，使地震資料處理剖面滿足成像的要求，保證了構(gòu)造形態(tài)的可靠性。

1 問題分析

1.1 地貌與表層結(jié)構(gòu)分析

準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)主要被天山、阿爾泰山和克拉美麗山所環(huán)抱。地表覆蓋有第四系沉積風(fēng)化物沙粒,沙丘形態(tài)多為蜂窩狀和條帶沙垅。蜂窩狀沙丘主要分布于沙漠的邊緣帶,其它區(qū)域基本為條帶沙垅,南北走向。在沙漠的周邊,由于沉積物成因類型不同,沉積物成分特征存在著較大的差別。東部山前帶多為礫石,南部主要為農(nóng)田,西部為濕地黃土,北部殘留古近系和新近系露頭風(fēng)化物砂土。西南部沙漠海拔約300m,東北海拔約800m。圖1展示了準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠及周邊區(qū)域地貌和穿越沙漠區(qū)的A,B兩條表層結(jié)構(gòu)線。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)地貌及表層結(jié)構(gòu)示意

從區(qū)域調(diào)查的微測(cè)井成果可知,沙漠介質(zhì)縱向速度連續(xù)遞增,高速層頂存在一個(gè)相對(duì)良好的波阻抗界面。在腹部沙漠區(qū),此界面之下介質(zhì)成分多為含砂軟膠泥,地震速度為1900～2200m/s?？拷角皫У慕缑嬉殉蓭r,地震速度為2200～2400m/s。與沙漠相接壤的邊緣帶戈壁、農(nóng)田,低、降速帶之下為含水礫石層,此界面被稱為潛水面,地震速度為1600～1800m/s。盆地沙漠區(qū)高速層頂界面的總體變化趨勢(shì),A線由南向北逐漸下探,越過三個(gè)泉大溝則快速拉高;B線由西向東逐漸抬升,東部只覆蓋較薄的砂礫,并伴有低、降速層層數(shù)的減少。兩線在沙漠的主體部位,砂層厚度較大,橫向速度隨砂礫屬性變化,這些現(xiàn)象均是引起長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題的原因。因此,解決沙漠區(qū)表層問題應(yīng)考慮3個(gè)方面:①表層調(diào)查點(diǎn)(微測(cè)井)的合理布控;②正確選擇初至折射靜校正模型反演的初始速度;③建立相對(duì)統(tǒng)一的高速層頂校正速度界面模型。

1.2 中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題分析

靜校正短波長(zhǎng)影響地震剖面同相軸的聚焦成像,中、長(zhǎng)波長(zhǎng)影響地震剖面構(gòu)造形態(tài)的準(zhǔn)確性。短波長(zhǎng)的精度容易分辨,可以從原始單炮道集靜校正后的平滑度進(jìn)行判斷,也可以根據(jù)疊加地震剖面的聚焦程度評(píng)判。中波長(zhǎng)相對(duì)排列的長(zhǎng)度而言,可以在道集上依據(jù)同向軸的曲率或近、遠(yuǎn)道炮檢距疊加是否存在時(shí)差進(jìn)行判斷。長(zhǎng)波長(zhǎng)的判斷通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)從疊加剖面時(shí)間方向構(gòu)造形態(tài)的上下一致性判斷。排除靜校正建模與計(jì)算過程中的人為因素，存在靜校正問題的主要原因：一是近地表調(diào)查點(diǎn)布設(shè)的位置和密度不合理,調(diào)查點(diǎn)的成果不能控制模型的空間變化;其次是低、降速帶表層速度模型構(gòu)建準(zhǔn)確性。總之,了解整個(gè)工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)變化的情況非常重要,特別是在確定低、降速帶底界面的層位時(shí),如果速度橫向變化較大,若用同一個(gè)替換速度也會(huì)帶來長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題[9-11]。

目前,靜校正所用的表層速度建模方法主要分為兩大類:一類是使用野外采集調(diào)查點(diǎn)的數(shù)據(jù)建模,即依據(jù)本線和相鄰線調(diào)查點(diǎn)的層速度、厚度劃分其結(jié)構(gòu)關(guān)系;另一類是利用原始單炮初至信息反演建模,即借助外部速度與所獲延遲時(shí)反演模型,或利用射線走時(shí)在預(yù)設(shè)網(wǎng)格中正、反演擬合獲取模型。第一類建模準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵在于點(diǎn)與點(diǎn)之間層位劃分是否符合表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。第二類則表現(xiàn)在初至拾取是否串層和反演模型初始速度的準(zhǔn)確性上[12-16]。

從疊加剖面上判斷長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題存在的主要依據(jù)是看同一位置反射地震波組特征的起伏是否存在一致性。因?yàn)榈刭|(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在一個(gè)較短的時(shí)期,不可能影響到整個(gè)層系。圖2為準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)某疊加剖面,可以看出,剖面中部從上至下有一個(gè)明顯的凹陷,存在中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題的可能性極大。

靜校正問題難以解決的原因分析如下。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地沙漠區(qū)某疊加剖面

1) 沙漠區(qū)靜校正量的高頻變化主要由地表高程引起。低、降速帶橫向速度和厚度的不規(guī)則變化是引起低頻靜校正中、長(zhǎng)波長(zhǎng)問題的主要因素之一。對(duì)于復(fù)雜區(qū),即使調(diào)查點(diǎn)的密度滿足設(shè)計(jì)要求,能獲得較為準(zhǔn)確的高速層頂,但是點(diǎn)與點(diǎn)間的插值直接控制著分層建模的精度。

2) 使用初至?xí)r間反演近地表模型時(shí),如何從點(diǎn)、線、面準(zhǔn)確地劃分出相對(duì)一致的折射速度層數(shù)及確立第一層初始速度,對(duì)模型的準(zhǔn)確建立尤為重要。反演中，通常以常速替代第一層初始速度，當(dāng)表層厚度不大時(shí)，對(duì)反演結(jié)果的精度影響不大。但準(zhǔn)噶爾沙漠厚度往往超過300m，若仍使用常速反演近地表模型，則引起的中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題就不容忽視。

3) 若沙漠區(qū)海拔與低、降速帶結(jié)構(gòu)存在異常變化,基準(zhǔn)面選取不合理時(shí),也會(huì)帶來一定的中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題。另外,需注意替換速度的選擇,理論上替換速度由高速層頂?shù)乃俣葋泶_定,但在準(zhǔn)噶爾有些區(qū)域高速層頂?shù)乃俣炔惶€(wěn)定,若選擇的替換速度偏離高速層頂速度較大時(shí),均有可能出現(xiàn)靜校正的中、長(zhǎng)波長(zhǎng)問題。

2 解決方法

2.1 基礎(chǔ)工作

1) 布控表層調(diào)查點(diǎn)。表層調(diào)查點(diǎn)不但是近地表結(jié)構(gòu)質(zhì)控點(diǎn),同時(shí)也是分層建模和其它靜校正方法的最重要的基礎(chǔ)約束參數(shù)。模型的準(zhǔn)確性則依賴于表層調(diào)查點(diǎn)密度的合理布控。從長(zhǎng)波長(zhǎng)的基礎(chǔ)理論來分析,若在最大炮檢距內(nèi)無調(diào)查點(diǎn)控制,此模型很可能會(huì)因遺漏部分近地表結(jié)構(gòu)的重要信息而帶來異常變化,將會(huì)在疊加剖面中引起長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題。因此,表層調(diào)查點(diǎn)的合理布控,直接關(guān)系到后續(xù)各靜校正方法的建模精度以及有效解決低頻靜校正問題。布控表層調(diào)查點(diǎn)的基本原則是:①在沙漠區(qū)若地表高程起伏較大且表層結(jié)構(gòu)存在橫向變化，在結(jié)構(gòu)變化位置處布設(shè)微測(cè)井;②參照最大炮檢距的長(zhǎng)度進(jìn)行布控,最好不要跨越該長(zhǎng)度,否則從道集上不好識(shí)別;③依據(jù)該地區(qū)以往采集的或鄰近的地震剖面的成像效果布設(shè)。

2) 初至折射靜校正模型反演。在獲取準(zhǔn)確延遲時(shí)的同時(shí),還要借助表層調(diào)查點(diǎn)數(shù)據(jù)成果得到對(duì)應(yīng)于第一延遲時(shí)反演的可靠疊加剖面中的初始速度。通過延遲時(shí)與表層初始速度的綜合約束,反演出較高精度的近地表模型,解決高頻靜校正問題。

3) 確立統(tǒng)一的低、降速帶校正速度界面。由于存在區(qū)域性表層橫向速度的變化,在建模過程中,需要對(duì)整個(gè)工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)變化情況有所了解。利用微測(cè)井的標(biāo)定,盡可能選擇高速層頂相對(duì)穩(wěn)定的速度界面,而且速度的差異不宜過大,否則會(huì)因高速層頂速度的不一致,加大了近地表低、降速帶的厚度變化,造成高速層頂速度界面的起伏,帶來中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題。圖3為準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)二維地震測(cè)線近地表模型。此模型在微測(cè)井標(biāo)定下,真實(shí)地反映出近地表低、降速帶層間速度及厚度的不均勻變化。若只考慮高速層頂?shù)乃俣?而不考慮高速層頂、底界的平緩性,此模型底界將會(huì)出現(xiàn)凸起,因?yàn)辄S色區(qū)域的速度已達(dá)到1750m/s。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)二維地震測(cè)線近地表模型

4) 選擇合理的基準(zhǔn)面與填充速度。無論是選擇水平基準(zhǔn)面,還是選擇浮動(dòng)基準(zhǔn)面,都要考慮到地形起伏,同時(shí)還要考慮地震資料處理和解釋工作的需要。若地形起伏較大,從處理的角度考慮可選擇浮動(dòng)基準(zhǔn)面。由于準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)地形趨勢(shì)較為平緩,低、降速帶高速頂界結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定,因此采用水平基準(zhǔn)面(500m)。靜校正填充速度也被稱為替換速度,此速度一般選擇為所勘探區(qū)域內(nèi)高速層頂界校正面的平均速度,或者以目標(biāo)區(qū)高速層頂?shù)乃俣葹闇?zhǔn)。從該區(qū)域微測(cè)井成果可得,高速層頂界的速度變化在2000～2200m/s,因此靜校正填充速度選擇為2000m/s。

2.2 靜校正量的分解與融合

分層建模靜校正方法主要是依據(jù)實(shí)測(cè)的表層調(diào)查點(diǎn)成果建立表層模型,若表層調(diào)查點(diǎn)精度可靠,位置滿足建模需求,能夠保證中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正的精度。本次研究主要采用工區(qū)內(nèi)微測(cè)井成果完成近地表低、降速帶建模,剔除了存在異議的微測(cè)井資料,并對(duì)較大空缺處進(jìn)行了新微測(cè)井的采集,最終獲得了較為理想的模型。由于控制點(diǎn)之間模型的內(nèi)插精度隨近地表結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度的增加而降低,致使疊加剖面聚焦成像質(zhì)量變差。

初至折射靜校正方法主要是利用折射波初至迭代獲取的延遲時(shí)與初始速度反演表層模型,由于炮檢點(diǎn)信息量大,覆蓋次數(shù)高,在具有較好的統(tǒng)計(jì)性條件下,避免了插值引起的誤差。但是,當(dāng)?shù)?、降速帶變化劇?高速層頂界面速度不穩(wěn)定時(shí),很容易引起靜校正的中、長(zhǎng)波長(zhǎng)問題。本次研究采用了在微測(cè)井成果中提取的初始速度進(jìn)行近地表低、降速帶模型反演,獲得了較為理想的高頻分量。

本次準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)二維地震測(cè)線靜校正處理采用的方法是:①在微測(cè)井的約束下,分別進(jìn)行分層與初至折射反演建模;②分別對(duì)兩種模型采用統(tǒng)一基準(zhǔn)面和填充速度做靜校正量計(jì)算;③對(duì)兩種靜校正量進(jìn)行長(zhǎng)、短波長(zhǎng)的分離。我們采用平滑濾波法對(duì)靜校正量進(jìn)行分離,平滑半徑依據(jù)地表起伏的程度來確定,相對(duì)平緩的地區(qū)平滑半徑可大一些,高程變化大的地區(qū)平滑半徑要小一些,準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值在3000～5000m。本次處理則借用處理系統(tǒng)的高、低頻靜校正量分離模塊實(shí)現(xiàn),分別對(duì)分層建模靜校正方法和初至折射靜校正方法的靜校正量進(jìn)行統(tǒng)一平滑半徑下的分離,并提取分層建模靜校正方法的低頻分量和初至折射靜校正方法的高頻分量;最后將分層建模靜校正方法的低頻分量與初至折射靜校正方法的高頻分量進(jìn)行融合,得到一個(gè)完整的、涵蓋了兩者優(yōu)勢(shì)的靜校正值。此方法的應(yīng)用有效解決了準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)測(cè)線短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題。

3 應(yīng)用效果

微測(cè)井主要起到了對(duì)近地表模型的約束和控制作用,對(duì)提高中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正精度至關(guān)重要。本次微測(cè)井不但使用新采集點(diǎn),同時(shí)也調(diào)取了周邊點(diǎn),并進(jìn)行了統(tǒng)一模式下的解釋,以低、降速帶高速層頂?shù)乃俣?1900～2200m/s)作為校正面速度,盡可能保持分層建模法與初至折射法的高速層頂統(tǒng)一。因分層建模法對(duì)最終靜校正量的貢獻(xiàn)是長(zhǎng)波長(zhǎng)分量,空間插值的方法不是很重要。初至折射法由于精細(xì)的初至拾取,經(jīng)折射廣義互換法得到延遲時(shí),并結(jié)合微測(cè)井的初始速度綜合反演其近地表結(jié)構(gòu)模型,它決定了靜校正分量短波長(zhǎng)的精度。

圖4為準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)某二維地震測(cè)線應(yīng)用了多種靜校正量后的疊加剖面。圖4a為采用分層建模靜校正量的疊加剖面,剖面淺中深部未出現(xiàn)明顯的隆起現(xiàn)象(綠線),但存在高頻抖動(dòng)。圖4b 為采用折射綜合靜校正量的疊加剖面,成像效果好于圖4a,但剖面中部3s以上明顯出現(xiàn)一個(gè)隆起(紅線),而且時(shí)間方向有一定的相似性,疑似由中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正引起。剛好在該位置上有口探井,發(fā)現(xiàn)分層建模(綠線)疊加剖面和折射綜合(紅線)疊加剖面在井的標(biāo)定下,存在近80ms的時(shí)差,分析其原因主要有兩方面:①沙漠區(qū)低、降速帶厚度較大,空間上低、降速帶速度存在異常變化(圖3);②初至折射靜校正在劃分偏移距高速頂速度層段時(shí),在低、降速帶速度異常變化帶存在差異,使初至折射延遲時(shí)與微測(cè)井綜合反演的高速頂速度界面沒有與實(shí)際校正界面相吻合,造成校正不足。

將高、低頻靜校正量校正融合后得到的疊加剖面如圖4c所示,可以看出,疊加剖面的成像聚焦程度與圖4b相當(dāng)，仍然保留了折射靜校正高頻成分的優(yōu)勢(shì)，但中部的隆起消失(綠線)，恢復(fù)了圖4a正確的構(gòu)造形態(tài)，有效校正了靜校正長(zhǎng)波長(zhǎng)的影響。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)二維測(cè)線應(yīng)用不同靜校正量后的疊加剖面a 分層建模; b 折射綜合; c 校正融合

4 結(jié)論

隨著勘探程度的逐漸深入,圈閉構(gòu)造越來越隱蔽,對(duì)中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正的精度要求越來越高。目前靜校正方法也很多,而且各種靜校正方法均有各自的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用范圍,同時(shí)存在不同的限制條件,任何一種方法很難滿足現(xiàn)今高精度勘探對(duì)靜校正精度的要求。

本文介紹的相互融合的靜校正方法是在多種靜校正方法的基礎(chǔ)上,取不同方法的長(zhǎng)處,重新組合,得到更為精確的靜校正值。該方法很好地解決了準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)的中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問題,經(jīng)過多個(gè)區(qū)塊的應(yīng)用,證明該方法穩(wěn)定可靠。

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(編輯:顧石慶)

Analysis and application on long wavelength static correction in desert area of central Junggar Basin

WANG Kefei1,ZHENG Chao2,XUE Weiping1,YIN Lili1,YIN Xiaolan1

(1.InstituteofGeophysics,ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,XinjiangOilfieldCompany,PetroChina,Urumqi830013,China;2.NorthwestSichuanGasFieldofSouthwestOil&GasFieldCompany,PetroChina,Jiangyou621709,China)

In desert area of central Junggar Basin,the great changes of surface elevation and the lateral instability of interval velocity and bottom velocity in the weathering and sub-weathering zones are easy to produce the long wavelength static correction problem in seismic stack section resulting the structural configuration distortion.We analyze the long wavelength static correction of seismic data in desert area of central Junggar Basin.Firstly,we studied near-surface structure of the desert area and analyzed the reason to cause the middle and long wavelength static correction problem in seismic section.Secondly,we compared the effect of layered modeling statics method with first arrival refraction statics method,then pointed out the advantages and disadvantages of these two static correction methods and put forward a new statics method combining the two statics methods.The new method can effectively solve long wavelength static correction problems in desert area of central Junggar Basin and avoid structural configuration distortion in seismic stacking imaging.

desert,investigation spot,uphole survey,long wavelength,static correction,thickness,velocity

2015-11-11;改回日期:2016-06-12。

王克非(1960—),男,工程師,主要從事地震資料處理及靜校正方法研究。

P631

A

1000-1441(2016)06-0825-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.06.007