陳德武，魏新建，祿娟，李冬，何欣 (中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅 蘭州 730020)

近地表問題一直是陸上地震勘探的瓶頸[1]。復(fù)雜近地表會嚴(yán)重影響地震波的激發(fā)和接收，且容易產(chǎn)生散射、次生干擾等噪聲，淹沒有效信號。近地表速度變化容易引起反射波同相軸和振幅的畸變，嚴(yán)重影響地震成像[2～4]。地震勘探中表層結(jié)構(gòu)調(diào)查的目的主要是為激發(fā)井深的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為靜校正提供低、降速帶的厚度和速度資料[5]。表層調(diào)查的實(shí)現(xiàn)方式主要有小折射法和微測井法，其中微測井法又分為井中微測井、地面微測井和雙井微測井。目前，大部分野外地震采集的表層調(diào)查范圍已進(jìn)入黃土高原、山地和沙漠，地形變化巨大[6]，導(dǎo)致低、降速帶地層變化劇烈，常規(guī)小折射調(diào)查法難以正確地建立近地表結(jié)構(gòu)[7]。

微測井是對近地表直接鉆孔，通過透射波和虛反射波來研究近地表的結(jié)構(gòu)[8]，它克服了小折射的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確解釋如黃土高原、山地等復(fù)雜地表工區(qū)內(nèi)低、降速帶各層速度和厚度變化劇烈的情況。地面微測井是一種井中激發(fā)、地面接收的微測井方式(見圖1)。地面微測井現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)以SEG-2文件格式存儲，經(jīng)過工作人員解釋得到工區(qū)的表層速度圖和表層厚度圖。但是，由于低、降速帶可能存在地層異常點(diǎn)，若將上述異常點(diǎn)接收的道跟其他正常道一起進(jìn)行解釋，則會影響解釋結(jié)果的精度。

目前，關(guān)于地面微測井的研究較少，潘宏勛等[9]將微測井的分布情況與測區(qū)地形變化相結(jié)合，提出了距離比、積分比等微測井資料密度多參數(shù)評價(jià)方法，來評價(jià)地形變化劇烈地表微測井解釋結(jié)果的精確性，但該方法無法校正微測井資料解釋過程中的異常初至?xí)r間。王克非等[10]提出了在不改變原微測井觀測方式的基礎(chǔ)上，增加中遠(yuǎn)偏移距接收點(diǎn)記錄，校正微測井時(shí)深關(guān)系曲線中的異?，F(xiàn)象，但該方式的現(xiàn)場實(shí)施過程較為復(fù)雜。為此，筆者提出了一種基于迭代線性擬合方法的高精度地面微測井資料解釋方法。

1 地面微測井資料解釋

地面微測井資料解釋過程如圖2所示，其中最關(guān)鍵的步驟是自動拾取初至?xí)r間、計(jì)算垂直時(shí)間和選擇拐點(diǎn)自動解釋。

自動拾取初至?xí)r間技術(shù)包括滑動時(shí)窗的能量比法、分形維法以及相關(guān)法等[11]。若采用合理的激發(fā)方式和激發(fā)藥量采集的地面微測井資料，初至?xí)r間清晰、起跳干脆，并且每炮只有幾十道，初至?xí)r間拾取的結(jié)果均可達(dá)到較高的精度。研究中筆者采用能量比法，其公式為[12]：

(1)

式中：R為地面微測井?dāng)?shù)據(jù)某一道某個(gè)時(shí)窗的能量比；X(t)為該時(shí)窗中時(shí)間t的振幅值；T1為時(shí)窗起點(diǎn)，ms；T0為時(shí)窗中點(diǎn)，ms；T2為時(shí)窗終點(diǎn)，ms。

首先，選取合適的時(shí)窗長度和滑動步長，將各道地面微測井?dāng)?shù)據(jù)按時(shí)窗長度和滑動步長分成若干小時(shí)窗；然后計(jì)算每個(gè)時(shí)窗的能量比，某道上最大能量比所對應(yīng)的時(shí)間即為該道的初至?xí)r間。計(jì)算第i道的垂直時(shí)間t0i的公式為：

(2)

式中：di為第i道的井檢距，m；ti為第i道的初至?xí)r間，ms。

由于井中激發(fā)的每一炮對應(yīng)地面的很多道，每一道都可以計(jì)算出其垂直時(shí)間，但垂直時(shí)間與深度交會圖中的垂直時(shí)間是某一炮的等效垂直時(shí)間，需要由該炮所有道的垂直時(shí)間計(jì)算得來。目前普遍采用的計(jì)算方法是將某一炮所有道的垂直時(shí)間求平均值得到該炮的等效垂直時(shí)間，該方法對于低、降速帶地層存在的異常點(diǎn)引起的某道初至?xí)r間存在跳變情況的計(jì)算結(jié)果不夠精確，導(dǎo)致在交會圖上解釋的速度和厚度存在偏差。目前在一些專業(yè)軟件中考慮到了上述情況，如KLSeis 6.0軟件，它采取的是人工剔除初至?xí)r間異常道或修改初至?xí)r間異常值的方式[13]，但是該方式的準(zhǔn)確性依賴于解釋人員的經(jīng)驗(yàn)，且解釋效率不高。

2 基于迭代線性擬合方法的高精度地面微測井資料解釋

地面微測井資料解釋過程中，對于井中不同深度的每一炮，完成每一道的初至?xí)r間拾取之后，根據(jù)式(2)計(jì)算出每一道的垂直時(shí)間?；诘€性擬合方法計(jì)算該炮等效垂直時(shí)間的步驟如下：

1)按照常規(guī)方法求取該炮所有道垂直時(shí)間的平均值作為該炮的等效垂直時(shí)間toe：

(3)

式中：n為某一炮的道數(shù)。

2)對于每一道，垂直時(shí)間誤差函數(shù)ε(di,ti)有2種形式：

(4)

(5)

(6)

5)按照步驟1)～4)的過程，計(jì)算出某口井每一炮的精確等效垂直時(shí)間，將所有炮的深度和等效垂直時(shí)間以散點(diǎn)的形式繪制到交會圖中，基于最小二乘法自動擬合出每一層的時(shí)深曲線，計(jì)算出每一層的速度和厚度。

對于交會圖中包含m炮的某一地層，設(shè)某一炮的深度和等效垂直時(shí)間的散點(diǎn)坐標(biāo)為(H，toe)，擬合出該地層的時(shí)距曲線方程：

toe=AH+B

(7)

式中：A為斜率；B為截距。

根據(jù)最小二乘原理，求A和B的公式為[15]：

(8)

(9)

其中：

(10)

3 實(shí)際應(yīng)用

川南某二維地震工區(qū)地表復(fù)雜，低、降速帶巖性變化較大(見圖3)，導(dǎo)致地面微測井采集的數(shù)據(jù) 有較多的初至?xí)r間異常道(見圖4中第2炮的第12道)。

分別采用常規(guī)方法和筆者提出的基于迭代線性擬合方法的高精度地面微測井資料解釋方法對2017MLC001測線某口井的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，解釋結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，筆者提出的方法自動剔除了初至?xí)r間異常道后，計(jì)算的等效垂直時(shí)間更加精確，交會圖中散點(diǎn)基本沒有出現(xiàn)偏離擬合時(shí)距曲線的情況，計(jì)算的各層速度和厚度也更為精確。

圖6是分別使用常規(guī)方法和筆者提出的方法解釋得到的厚度和速度資料對2017MLC001測線剖面進(jìn)行靜校正處理的結(jié)果對比，可以看出，使用筆者提出的方法解釋成果進(jìn)行靜校正處理后，表層成像效果比常規(guī)方法改善明顯。

4 結(jié)語

基于迭代線性擬合方法的高精度地面微測井資料解釋方法，可以快速自動剔除由于低、降速帶地層異常點(diǎn)導(dǎo)致的初至?xí)r間異常道，保證了計(jì)算井中每一炮等效垂直時(shí)間的精確性，從而大幅度提高了井中微測井解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。相較于常規(guī)方法和常用專業(yè)軟件，它無需增加施工現(xiàn)場額外的工作量，也不用手動剔除初至?xí)r間異常道或修改初至?xí)r間異常值，使地面微測井解釋過程更加自動高效。筆者提出的基于迭代線性擬合方法的高精度地面微測井垂直時(shí)間計(jì)算方法已經(jīng)集成到地震采集質(zhì)量監(jiān)控軟件系統(tǒng)GeoSeisQCV3.0中，在野外地震采集現(xiàn)場進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。