楊智超 侯澤富 王 佚 王雪梅 耿 春 胡 峰 劉 偉

1. 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司西南物探分公司 2. 中國(guó)石油西南油氣田分公司

0 引言

隨著四川盆地油氣勘探開發(fā)的不斷深入，地震勘探已由找構(gòu)造、找有利區(qū)帶的普查勘探階段，進(jìn)入到面向地質(zhì)目標(biāo)體的精細(xì)地震勘探階段。四川盆地油氣儲(chǔ)層具有產(chǎn)層多、厚度薄、橫向分布不穩(wěn)定、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。再加上地腹廣泛發(fā)育正斷層、逆斷層、推覆構(gòu)造，地表為典型的山地地形，起伏劇烈，廣泛出露第四系礫石堆積層、侏羅系泥巖、泥砂巖、砂巖，二、三疊系砂巖，巖性橫向變化快，低降速層厚度和速度結(jié)構(gòu)變化也大，這些復(fù)雜的因素綜合在一起，注定了四川盆地地震勘探是一個(gè)高難區(qū)域。但是，四川盆地?fù)碛胸S富的油氣資源，有必要進(jìn)行精細(xì)地震勘探，獲得高精度地震成果[1-3]。

復(fù)雜地表給地震勘探帶來(lái)的影響相當(dāng)嚴(yán)重，不但會(huì)造成激發(fā)和接收條件劇烈變化,進(jìn)而導(dǎo)致資料能量和頻率差；也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的次生干擾,影響單炮資料的信噪比；更會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的靜校正問(wèn)題，直接影響資料的成像效果。要獲得高品質(zhì)的地震成果，必須構(gòu)建高精度的近地表模型，為地震測(cè)線布設(shè)、觀測(cè)系統(tǒng)確定，激發(fā)井深、藥量等參數(shù)的優(yōu)選，接收方式設(shè)計(jì)以及采集施工重難點(diǎn)的把控提供直接、真實(shí)的依據(jù)，只有構(gòu)建了高精度的近地表模型，才能獲得準(zhǔn)確的靜校正量，改善地震資料的成像效果[4-7]。

1 近地表建模技術(shù)概況

目前，近地表模型構(gòu)建和靜校正量求取的有效方法主要有2類：①初至波層析成像法；②直接測(cè)定法。

初至波層析成像方法是利用地震波旅行時(shí)來(lái)反演地下介質(zhì)的層速度和反射界面。地震層析成像可分為地震射線層析和波動(dòng)方程層析，波動(dòng)方程層析方法是利用地震波旅行時(shí)、振幅、相位和頻率等全波形記錄，大大增加了研究介質(zhì)的信息量，能提高分辨率和減少由于透射角不全所造成的假象，但是在應(yīng)用中存在一些困難和問(wèn)題，如由于地表的起伏和地表結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致地震波傳播路徑畸變，而層析反演基本沒(méi)有考慮傳播路徑畸變的問(wèn)題，如散射數(shù)據(jù)的提取及對(duì)波形產(chǎn)生嚴(yán)重影響的各種干擾波的消除。同時(shí)，地震勘探中，由于成本問(wèn)題，一般會(huì)采用較大的炮點(diǎn)距和接收點(diǎn)距，炮點(diǎn)間距一般大于80 m，接收點(diǎn)間距一般超過(guò)20 m?？臻g采樣間隔較大，地震波傳播的射線密度較為稀疏，會(huì)大大影響層析反演淺層模型的精度[8-10]。

中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物探公司西南物探分公司（以下簡(jiǎn)稱西南物探分公司）研發(fā)了小道距層析技術(shù)，該方法采用小藥量、小接收點(diǎn)距（2～5 m），通過(guò)加密接收點(diǎn)采樣間隔，增加地震波傳播的射線密度，提高淺層結(jié)構(gòu)模型精度。圖1為小道距層析反演與大炮層析反演速度模型對(duì)比圖，可見小道距層析反演結(jié)果的淺層結(jié)構(gòu)模型精度有一定提高，速度與真實(shí)成果更接近，分層更清晰，體現(xiàn)了更多的細(xì)節(jié)，但是與真實(shí)地表結(jié)構(gòu)依然存在差異[11-13]。

圖1 小道距層析與大炮層析反演速度模型對(duì)比圖

雖然層析方法存在淺層結(jié)構(gòu)模型的精度較低的缺點(diǎn)。但是該方法適用條件廣泛，適用于各種地表和各種結(jié)構(gòu)狀態(tài)的地層，并且可以連續(xù)刻畫近地表結(jié)構(gòu)，模型深度大，可以提供高精度靜校正量。是近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的主要方法。

直接測(cè)定近地表速度厚度是利用波在地層中傳播的時(shí)間和距離信息來(lái)計(jì)算地層速度和厚度，進(jìn)而剖析近地表的結(jié)構(gòu)。該方法包括小折射、微測(cè)井等方法，小折射方法采用地面激發(fā)地面接收方式。而利用淺層折射波和直達(dá)波來(lái)研究表層結(jié)構(gòu)則是根據(jù)折射波的時(shí)距方程，從觀測(cè)到的初至?xí)r間入手，計(jì)算出表層厚度和速度模型。適用于地表比較平坦、地下界面為平面（水平或單斜面）、界面傾角不大、速度從淺到深速度遞增的層狀介質(zhì)地區(qū)。小折射方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行、成本低；缺點(diǎn)是適用條件較苛刻、解釋結(jié)果可能存在多解性、受環(huán)境噪音影響大[14-16]。

微測(cè)井一般采用井中激發(fā)地面接收或地面激發(fā)井中接收的方式，接收直達(dá)波在地層中傳播的時(shí)間初至信息，根據(jù)初至波的拾取時(shí)間和各點(diǎn)的激發(fā)深度，擬合時(shí)深曲線解釋出各層的速度和厚度參數(shù)。微測(cè)井方法適用于各種地表，各種結(jié)構(gòu)地層，如速度倒轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、非層狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)等，且操作簡(jiǎn)單易行，單點(diǎn)成果精度高，速度和分層精確；缺點(diǎn)是成本高，調(diào)查的深度有限，調(diào)查點(diǎn)密度稀，橫向范圍內(nèi)不具備統(tǒng)計(jì)效應(yīng)，難以提供較準(zhǔn)確的靜校正量。

對(duì)于劇烈起伏、出露巖性多樣、表層結(jié)構(gòu)縱橫向變化快的四川盆地，以上任何一種方法都難以獲得高精度的近地表結(jié)構(gòu)模型，不能提供高精度的靜校正量[17-19]。只有采用多種方法聯(lián)合建模，各取所長(zhǎng)，才能構(gòu)建較高精度近地表模型和獲得高精度靜校正量。因此，西南物探分公司開發(fā)了一套加權(quán)融合建模方法。

2 雙向加權(quán)融合建模原理

權(quán)重是一個(gè)相對(duì)的概念，是針對(duì)某一指標(biāo)而言。某一指標(biāo)的權(quán)重是指該指標(biāo)在整體評(píng)價(jià)中的相對(duì)重要程度。權(quán)重表示在評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)各評(píng)價(jià)因子在總體評(píng)價(jià)中的作用進(jìn)行區(qū)別對(duì)待,根據(jù)重要程度進(jìn)行定量分配。對(duì)各個(gè)變量值具有權(quán)衡輕重作用的數(shù)值就稱為權(quán)數(shù)。在地震勘探表層建模中，有人進(jìn)行過(guò)反距離加權(quán)法研究, 反距離加權(quán)法是指隨著未知點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)距離的增加，某變量的權(quán)重隨之增加或減小的方法。該方法可以較好地解決多種表層調(diào)查數(shù)據(jù)在橫向上的融合問(wèn)題。但是，沒(méi)有考慮縱向深度方向多種表層調(diào)查數(shù)據(jù)的融合問(wèn)題[20-21]。

深度加權(quán)法是利用已知深度作為約束，隨著未知點(diǎn)深度的增加，某變量的權(quán)重隨之增加或減小的方法，該方法可以解決多種表層調(diào)查數(shù)據(jù)深度方向融合問(wèn)題。針對(duì)復(fù)雜的四川盆地近地表，首次采用了雙向加權(quán)融合建模方法，即綜合應(yīng)用反距離加權(quán)法和深度加權(quán)法進(jìn)行建模，得到的結(jié)果更接近于真實(shí)界面形態(tài)。

四川盆地雙向加權(quán)融合建模，主要應(yīng)用的近地表數(shù)據(jù)有微測(cè)井、小折射、小道距層析和大炮層析數(shù)據(jù)。該方法首先需要利用三角插值算法將微測(cè)井、小折射成果數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)近地表淺層模型，該模型在微測(cè)井或小折射點(diǎn)位置附近精度較高，但是受微測(cè)井或小折射點(diǎn)密度稀的影響，在復(fù)雜地區(qū)，該模型很難反映橫向上地層結(jié)構(gòu)的變化。而大炮層析模型則可以連續(xù)刻畫近地表結(jié)構(gòu)的橫向變化趨勢(shì)，但是存在淺層精度不高的問(wèn)題，小道距層析結(jié)果精度在中淺層優(yōu)于大炮層析。

雙向加權(quán)融合建模過(guò)程中，結(jié)合野外實(shí)際情況，根據(jù)每種方法在不同位置、不同深度點(diǎn)獲得成果精度的高低, 給予一定的權(quán)值，橫向上采用了反距離加權(quán)的方式對(duì)微測(cè)井小折射成果，即離微測(cè)井或小折射位置點(diǎn)越遠(yuǎn)的部位，微測(cè)井或小折射模型的權(quán)值越小。相反，小道距層析和大炮層析模型的權(quán)值則隨離微測(cè)井或小折射位置點(diǎn)距離增加而權(quán)值增加?？v向上也進(jìn)行加權(quán)融合，即隨深度的增加，微測(cè)井或小折射成果的權(quán)值變小，反之，小道距和大炮層析成果的權(quán)值增加。圖2是加權(quán)融合建模的流程示意圖，這樣所獲得的模型既具有微測(cè)井對(duì)地表淺層刻畫的精度，又具有層析對(duì)近地表中、深層刻畫的精度，可以獲得準(zhǔn)確的靜校正量。

3 應(yīng)用實(shí)例

圖2 加權(quán)融合建模法流程示意圖

冬瓜場(chǎng)構(gòu)造位于四川盆地西南部盆地邊緣地帶，屬淺丘地形，地勢(shì)較平，海拔約450 m左右。地表廣泛出露第四系礫石，交替出現(xiàn)白堊系砂泥巖夾礫巖、侏羅系砂泥巖、三疊系須家河組砂巖，地表低降速層在縱、橫向上厚度、速度、巖性變化較快，有些地區(qū)厚度可達(dá)100 m，礫石堆積區(qū)厚度普遍大于10 m。根據(jù)圖3冬瓜場(chǎng)構(gòu)造微測(cè)井調(diào)查解釋結(jié)果，將地層分為3層，0～5 m是礫石層，地層速度為877 m/s； 5～9.6 m是風(fēng)化泥巖層，地層速度為1466 m/s；9.6～15 m是泥巖層，地層速度2 075 m/s；該地區(qū)礫石堆積層的速度大概在900 m/s左右。圖4-a冬瓜場(chǎng)構(gòu)造層析反演結(jié)果，礫石堆積層的速度一般都大于 1 300 m/s，由于層析模型是個(gè)等效模型，所反演的近地表速度偏高，分層界面不清楚（圖中漸變的顏色表示地層速度是漸變性），從野外地層露頭看，該地區(qū)礫石層與下覆巖層具有明顯的分界面，明顯與野外實(shí)際情況不符。

圖3 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造微測(cè)井成果圖

圖4 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造雙向加權(quán)融合建模與層析模型對(duì)比圖

筆者利用小折射、微測(cè)井、小道距和大炮層析資料，進(jìn)行雙向加權(quán)融合建模，獲得的近地表模型與實(shí)際近地表的結(jié)構(gòu)較為一致，得到了高精度的靜校正量，有效改善了地震剖面的成像效果。在建模過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)微測(cè)井解釋成果的速度和分層結(jié)果的精度最高，與實(shí)際情況比較一致。有些部位小折射獲得的速度成果誤差較大，分析原因，主要受近地表地層的不均質(zhì)性影響，因其傳播路徑不規(guī)則，而影響了小折射的精度。因此，首先需要利用微測(cè)井解釋成果對(duì)小折射成果進(jìn)行校正。在融合建模構(gòu)建近地表淺于15 m的結(jié)構(gòu)時(shí)，小折射和微測(cè)井資料的權(quán)重采用0.80，小道距資料的權(quán)重采用0.15，大炮層析在淺層的權(quán)重是0.05；在構(gòu)建近地表中淺層15～40 m的結(jié)構(gòu)時(shí)，小折射和微測(cè)井資料的權(quán)重采用0.30，小道距資料的權(quán)重采用0.60，大炮層析在淺層的權(quán)重是0.10；而在構(gòu)建近地表深層大于40 m的結(jié)構(gòu)時(shí)，小折射和微測(cè)井資料的權(quán)重采用0.05，小道距資料的權(quán)重采用0.30，大炮層析在淺層的權(quán)重是0.60。在橫向上微測(cè)井和小折射成果的權(quán)重從0.90隨建模點(diǎn)與微測(cè)井或小折射距離的增加逐漸減小，每100 m權(quán)重降低0.10，即離微測(cè)井或小折射位置點(diǎn)越遠(yuǎn)的部位，微測(cè)井或小折射模型的權(quán)值越小，相反，小道距資料的權(quán)重則隨離微測(cè)井或小折射位置點(diǎn)距離增加而權(quán)值增加，每100 m權(quán)重增加0.05，大炮層析模型的權(quán)值則隨離微測(cè)井或小折射位置點(diǎn)距離增加而權(quán)值增加，每100 m權(quán)重增加0.05。

圖4為冬瓜場(chǎng)構(gòu)造融合建模與層析模型對(duì)比圖，層析模型低降速層分層不明顯，速度介于1605～1900 m/s（圖4-a）。而加權(quán)融合建模方法獲得的近地表模型，淺層低降速帶分層更清楚，低降速層的速度340～830 m/s（圖4-b），與實(shí)際近地表情況更吻合。

圖5 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造大炮層析建模圖

圖6 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造雙向加權(quán)融合建模模型圖

圖5 、圖6分別是對(duì)冬瓜場(chǎng)構(gòu)造大炮層析模型和加權(quán)融融合模型按不同深度進(jìn)行切片所獲得的等深圖。大炮層析模型基本能反映的近地表結(jié)構(gòu)的形態(tài)，但是，縱向上分層性較差，從5 m到50 m低降速層的分布形態(tài)變化不大，并且速度偏高，基本都大于1 300 m/s，與微測(cè)井成果相比速度和厚度相差一倍左右。加權(quán)融合法構(gòu)建的模型，淺地層速度700 m/s左右，在5～15 m的淺層，低降速層的分布形態(tài)變化很大，與圖7微測(cè)井結(jié)果吻合，較真實(shí)地反映了該地區(qū)低降速層的變化情況。

圖8是冬瓜場(chǎng)構(gòu)造不同靜校正方法應(yīng)用后的疊加剖面對(duì)比圖。大炮層析獲得的靜校正量精度優(yōu)于高程靜校正，在高程靜校正沒(méi)有成像的地方，獲得了較連續(xù)的成像剖面，而雙向加權(quán)融合建模所獲得的靜校正量精度更高，使地震反射成像更收斂，同相軸更連續(xù)。這也進(jìn)一步證明了加權(quán)融合建模取得的效果，不但可以構(gòu)建高精度近地表模型，也能很好解決靜校正問(wèn)題。

4 結(jié)論

1）雙向加權(quán)融合法建?？梢暂^真實(shí)刻畫近地表低降速層的結(jié)構(gòu)，所獲得速度更精準(zhǔn)和地層分層更準(zhǔn)確。

圖7 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造微測(cè)井建模模型圖

圖8 四川盆地冬瓜場(chǎng)構(gòu)造初疊剖面對(duì)比圖

2）雙向加權(quán)融合法建模所獲得的模型靜校正量精度高，應(yīng)用于地震資料處理后，同相軸更收斂、更連續(xù)。

3）用于雙向加權(quán)融合法建模的微測(cè)井成果，盡可能深一些，最好能調(diào)查到高速地層，微測(cè)井點(diǎn)的密度以能控制表層變化趨勢(shì)為佳，否則，該方法也難以準(zhǔn)確反映近地表低降速層的速度和厚度情況。