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        微測(cè)井與常速約束建模折射靜校正對(duì)比研究及應(yīng)用效果

        2020-11-17 12:01:40馮美娜肖關(guān)華王彥軍唐美斌
        物探化探計(jì)算技術(shù) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域模型

        卓 武,馮美娜,肖關(guān)華,王彥軍,唐美斌

        (中國(guó)石油東方地球物理公司 遼河物探分公司,盤錦 124010)

        0 引言

        現(xiàn)今隨著勘探區(qū)域越來越向復(fù)雜區(qū)域發(fā)展,尤其是地表?xiàng)l件復(fù)雜的西部大沙漠戈壁區(qū)域,地震資料處理的難度逐漸加大,其中地震資料處理的靜校正問題尤為重要。為了保證勘探的精度,在進(jìn)行地震資料處理時(shí)就必須對(duì)表層結(jié)構(gòu)針對(duì)性地研究,依據(jù)表層結(jié)構(gòu)特征采用相應(yīng)的靜校正方法,為地震資料的后續(xù)處理提供可靠的靜校正量[1-5]。地震勘探常用的靜校正方法有:①野外靜校正;②高程靜校正;③折射波靜校正;④初至層析反演靜校正[6-9]。

        目前,初至折射波靜校正技術(shù)已廣泛應(yīng)用在地震勘探生產(chǎn)中。折射波靜校正分為直接計(jì)算靜校正量和基于模型的靜校正,后者是基于層狀介質(zhì)結(jié)構(gòu),根據(jù)波傳播的路徑,初至?xí)r間被分解成延遲時(shí)和滑行時(shí)兩部分,以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時(shí)轉(zhuǎn)換成層厚度,這樣折射法就可以獲得折射面以上地層的速度、折射面深度、和折射面下層速度(界面速度),從而可以建立起近地表模型,然后計(jì)算靜校正量[10]。

        筆者將研究基于模型的折射靜校正方法,重點(diǎn)研究表層微測(cè)井速度與固定常速約束建立折射靜校正的反演模型,然后分別進(jìn)行折射靜校正,將靜校正量應(yīng)用到地震資料的處理當(dāng)中,對(duì)比不同方法的靜校正效果。

        1 研究區(qū)域概況

        本區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣YL勘探區(qū)域,其表層為巨厚沙漠戈壁帶,地勢(shì)整體較為平緩,呈南高、北低的分布特點(diǎn),地表主要為沙漠地帶,戈壁區(qū),以及少量山前沖溝發(fā)育。據(jù)以往資料表明,區(qū)域表層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,沙漠地區(qū)低速層厚度一般在10 m以內(nèi),個(gè)別點(diǎn)低速層厚度在10 m~20 m之間,低速層速度約為350 m/s~450 m/s,高速層速度約為1 600 m/s~2 200 m/s;戈壁和山前沖溝區(qū)低降速層厚度在20 m以內(nèi),個(gè)別點(diǎn)低降速層厚度在20 m~30 m。

        在此地表?xiàng)l件復(fù)雜的沙漠戈壁混合區(qū),戈壁區(qū)包含大量的粗砂和礫石,使其整個(gè)區(qū)域的介質(zhì)呈現(xiàn)典型的低降速性,且厚度大至幾十米的情況下,會(huì)對(duì)采集的地震資料造成嚴(yán)重的靜校正問題,將會(huì)嚴(yán)重影響地震資料處理的成像質(zhì)量。

        2 方法原理

        基于模型的折射靜校正流程見圖1。

        圖1 靜校正流程圖

        2.1 初至拾取

        初至波拾取方法采用交互和批量拾取兩種方式配合進(jìn)行。在初至波自動(dòng)拾取后,執(zhí)行 QC 檢查,并且以交互的方式進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)。此外,地震數(shù)據(jù)在初至波自動(dòng)拾取后初至拾取效果一般不能夠達(dá)到靜校正的要求,所以有必要對(duì)初至波拾取結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)交互修改,以確保靜校正結(jié)果的精度和效果。表1是基于地震記錄整體特征的方法對(duì)比。

        表1 初至拾取方法

        由于沙漠地區(qū)信噪比較高,采用能量比法拾取大炮初至。能量比值法充分利用地震數(shù)據(jù)的振幅特征,根據(jù)初至波能量較強(qiáng),而初至波之前的信號(hào)相對(duì)較弱的特點(diǎn)來估算初至起跳時(shí)間。這種初至拾取采用單道拾取的方法,方法比較簡(jiǎn)單,計(jì)算速度快,實(shí)現(xiàn)起來比較方便。圖2所示為西部沙漠地區(qū)某三維地震大炮部分初至的拾取結(jié)果,效果較好。

        圖2 大炮初至

        2.2 折射分層

        基于近地表結(jié)構(gòu)在空間上有不同的變化,導(dǎo)致不同層位的折射波出現(xiàn)的激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)距范圍有所不同,因此必需定義多個(gè)控制點(diǎn)。對(duì)于共中心點(diǎn)道集可以按炮檢距范圍對(duì)全區(qū)進(jìn)行分組,從而計(jì)算各層的折射速度和延遲時(shí)。在具體實(shí)現(xiàn)過程中,還可以對(duì)折射初至進(jìn)行線性動(dòng)校正計(jì)算,從而“放大”不同段的初至形態(tài),使拐點(diǎn)表現(xiàn)得更為明顯,利于準(zhǔn)確劃分折射層段。

        在分層時(shí)選擇初至分布較密的區(qū)域優(yōu)選初至收斂較好的控制點(diǎn),選擇折射層數(shù)目,以及相應(yīng)的炮檢距分布范圍,確保分層合理性。圖3和圖4分別為大炮初至折射分層控制點(diǎn)及共中心點(diǎn)初至分層結(jié)果圖。

        圖3 初至折射分層控制點(diǎn)

        圖4 共中心點(diǎn)初至分層

        2.3 折射速度計(jì)算

        我們采用互換法計(jì)算折射速度,它是利用兩炮共同的地面檢波點(diǎn)之間的關(guān)系,消除地表起伏影響,計(jì)算折射波速度,運(yùn)算效率低但計(jì)算精度高,其原理如圖5所示。

        圖5 互換法示意圖

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        其中:A、B為炮點(diǎn);Di為檢波點(diǎn);TADi、TBDi為初至?xí)r間;TA、TB為炮點(diǎn)延遲時(shí);TDi為檢點(diǎn)延遲時(shí);V2為折射層速度;ADi、BDi為炮檢距。

        互換法涉及到誤差剔除,即當(dāng)初至誤差超過某程度時(shí),剔除大于n倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的初至,值越大剔除的初至越少,n取值2.5。然后設(shè)置反演的最小的折射層速度和最大的折射層速度,反演出的模型速度將會(huì)在最小速度和最大速度之間。并且對(duì)模型速度做剔除和平滑處理,目的是消除一些異常點(diǎn)或邊界效應(yīng)。計(jì)算出的折射速度如圖6所示,整個(gè)三維勘探區(qū)域折射速度比較收斂,大致在1 800 m/s~2 000 m/s,邊界效應(yīng)也控制的挺好,符合該區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)情況。

        圖6 折射速度圖

        2.4 延遲時(shí)計(jì)算

        延遲時(shí)表示由于地表低降速帶造成的折射波的時(shí)間的延遲。延遲時(shí)計(jì)算基于基本折射方程、初至?xí)r間和折射層速度來計(jì)算炮檢點(diǎn)的延遲時(shí)。有三種算法:①高斯賽德爾法;②擴(kuò)展廣義互換法;③混合算法。

        根據(jù)沙漠三維勘探區(qū)域的復(fù)雜地表?xiàng)l件,采用高斯—塞德爾方法計(jì)算折射波延遲時(shí)間較合適。它是一種漸進(jìn)式校正(迭代)方法,計(jì)算速度快,穩(wěn)定性高,可靠性高,可提供高質(zhì)量的長(zhǎng)波和短波長(zhǎng)靜校正,高斯—塞德爾方法可以用于二維和三維地震勘探的延遲時(shí)計(jì)算。

        對(duì)于每一道初至,其基本折射方程為:

        (5)

        (6)

        圖7 炮檢點(diǎn)網(wǎng)格圖

        根據(jù)得到的折射層速度VR,以及炮檢點(diǎn)AB間的距離和初至?xí)r間,再依據(jù)基本折射方程可知,已知炮點(diǎn)延遲時(shí)TA和檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB之和,然后要分離出炮點(diǎn)延遲時(shí)TA和檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB。

        當(dāng)要求出炮點(diǎn)延遲時(shí),將基本折射方程改為式(7)。

        (7)

        同樣,檢波點(diǎn)延遲時(shí)方程為式(8)。

        (8)

        得到檢波點(diǎn)延遲時(shí)TB,應(yīng)估算炮點(diǎn)延遲時(shí)TA,然后再將計(jì)算的炮點(diǎn)延遲時(shí)作為估算值計(jì)算檢波點(diǎn)延遲時(shí)。繼續(xù)該迭代直到估算值不再變化,即方程收斂,從而獲得了炮點(diǎn)和檢點(diǎn)的延遲時(shí)。計(jì)算出的延遲時(shí)如圖8所示。

        圖8 炮檢點(diǎn)延遲時(shí)

        2.5 反演模型建立及靜校正量計(jì)算

        折射靜校正反演模型的建立是我們研究的重點(diǎn)。它是根據(jù)延遲時(shí)、折射層速度和表層速度,反演地表模型,模型包括折射界面和風(fēng)化層速度。根據(jù)折射波的傳播路徑,初至?xí)r間被分解成延遲時(shí)間和滑行時(shí)間兩部分,以獲得折射層速度和表層速度。如果再將延遲時(shí)轉(zhuǎn)換成層厚度,這樣就可以獲得折射面以上地層的速度、折射面深度和折射面下層速度(界面速度),因此可以建立近地表速度模型,然后計(jì)算靜校正量。

        以往認(rèn)為表層調(diào)查資料對(duì)模型約束的影響很小,認(rèn)為延遲時(shí)相同時(shí)對(duì)靜校正量沒有影響,而直接采用常速進(jìn)行約束反演,實(shí)際上這種認(rèn)識(shí)和做法是不準(zhǔn)確的。根據(jù)折射波反演模型式(9)推導(dǎo)出式(10),知同一延遲時(shí)對(duì)應(yīng)無數(shù)組等效的速度和厚度值,但這些速度和厚度對(duì)于靜校正量并不是等效的。所以根據(jù)得出的不同炮檢點(diǎn)的延遲時(shí),還需要其準(zhǔn)確的表層速度,從而提高t0時(shí)間的轉(zhuǎn)換精度,才能反演出準(zhǔn)確的模型。

        (9)

        (10)

        其中:td為延遲時(shí);vr為填充速度;t0為時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)間;vw為表層速度。

        這里涉及到建立折射靜校正反演模型需要的表層速度,在常規(guī)計(jì)算建立基于折射波延遲時(shí)的靜校正反演模型時(shí),需要的表層速度都是根據(jù)勘探區(qū)域以往的數(shù)據(jù),在建立反演模型時(shí)統(tǒng)一給定一個(gè)相同的數(shù)值,即固定常速值。但是勘探區(qū)域在沙漠復(fù)雜區(qū)域,其實(shí)際表層構(gòu)造不是一維性的,它存在橫向和縱向以及垂向上的變化,若采用同一速度來建立反演模型就造成模型的誤差可能較大,精度不夠。因此將均勻分布于勘探區(qū)域的微測(cè)井解釋出來的表層速度成果,加入到反演模型中來約束折射靜校正模型,這樣反演模型的速度和厚度在橫縱向以及垂向上就呈現(xiàn)三維特征,使反演模型更加精確。并且我們還建立固定常速約束建立的反演模型,進(jìn)行折射靜校正,與前者表層微測(cè)井約束的靜校正進(jìn)行對(duì)比。

        在建立完反演模型之后,可以計(jì)算靜校正量。根據(jù)圖9所示的表層示意圖,得出的靜校正計(jì)算公式為式(11)。

        圖9 表層示意圖

        (11)

        其中:T為靜校正量;hw為表層厚度;Hd為靜校正基準(zhǔn)面高程;Hg為高速層頂界面高程;Vr為折射界面速度。

        3 應(yīng)用效果

        在西部YL勘探區(qū)域,其表層為巨厚沙漠礫石帶,表層介質(zhì)的速度在橫向和縱向以及垂向上都呈現(xiàn)三維性的變化,如果在建立折射靜校正反演模型時(shí)用一個(gè)固定常速度來約束,建立的該反演模型就不能反映該區(qū)域表層介質(zhì)的實(shí)際情況,從而基于模型的折射靜校正就不能準(zhǔn)確地計(jì)算出靜校正量,影響后期的地震資料處理。而在該區(qū)域我們?cè)O(shè)計(jì)了合理的微測(cè)井控制點(diǎn)并采集了微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),解釋出表層成果,包括每口微測(cè)井點(diǎn)的低降速層的厚度和速度,以及高速層的速度,因此,可以將微測(cè)井解釋成果,利用到折射波靜校正的反演模型建立當(dāng)中,約束模型在橫向和縱向以及垂向上的表層速度和厚度的變化,達(dá)到精確控制反演模型的目的,使反演模型更加符合勘探區(qū)域的表層構(gòu)造實(shí)際情況,再利用約束反演模型計(jì)算出折射靜校正量,并將兩種不同模型靜校正效果作對(duì)比。

        勘探區(qū)域內(nèi)的微測(cè)井點(diǎn)位如圖10所示,共有28個(gè)微測(cè)井點(diǎn),均勻分布,覆蓋到所有的三維炮檢點(diǎn),解釋成果如表2所示,符合勘探區(qū)域表層構(gòu)造情況。

        圖10 微測(cè)井點(diǎn)位圖

        表2 微測(cè)井解釋成果

        在建立反演模型時(shí),采取兩種方式約束模型的建立。

        1)基于同一固定常速約束的反演模型的建立(圖11)。在建立基于折射波延遲時(shí)的反演模型時(shí),將需要的模型速度在全區(qū)域給定一個(gè)固定常數(shù)值,即速度取500 m/s,這個(gè)常數(shù)值是根據(jù)該區(qū)域以往獲取的速度取平均值確定的。

        圖11 固定常速建立的反演模型

        2)基于表層微測(cè)井解釋成果約束的反演模型的建立(圖12)。如表2所示,將解釋出來的表層微測(cè)井成果,加入到需要建立的表層反演模型中,來約束折射靜校正模型,這樣反演模型的速度和厚度在橫縱向以及垂向上就呈現(xiàn)三維特征,使反演模型更加精確。

        圖12 微測(cè)井約束建立的反演模型

        對(duì)比圖11和圖12可以看出,基于同一固定常速約束建立的反演模型(圖11),其低降速層厚度大概在15 m左右,而基于表層微測(cè)井解釋出成果約束建立的反演模型的低降速層厚度大概在5 m~10 m,兩者相差較大。但從微測(cè)井解釋出的表層厚度結(jié)果(表2)看出,基于表層微測(cè)井解釋出成果約束建立的反演模,型更加符合勘探區(qū)域的實(shí)際表層情況。

        由圖13和圖14可以看出,基于固定常速反演模型的折射靜校正結(jié)果,在局部接收道上還有部分靜態(tài)效應(yīng)未消除(如圖13中圓圈所示),而在同一單炮記錄上,基于微測(cè)井約束反演模型的折射靜校正效果就非常好,基本消除了靜態(tài)效應(yīng),達(dá)到并符合地震資料處理中靜校正處理要求。

        圖13 固定常速約束反演模型折射靜校正炮集

        圖14 微測(cè)井約束反演模型折射靜校正炮集

        經(jīng)過后續(xù)的處理,抽取了三維處理數(shù)據(jù)中的一條CMP線作疊加剖面對(duì)比(圖15和圖16)。經(jīng)過基于固定常速約束反演模型的折射靜校正后的疊加剖面,整體上地震波同相軸已經(jīng)顯現(xiàn)出來了,相比于基于微測(cè)井約束反演模型的折射靜校正后的疊加剖面,后者疊加剖面的地震波同相軸的連續(xù)性更好,而且比較平順,沒有出現(xiàn)前者疊加剖面在局部上的突兀和斷陷(如圖16中圓圈所示部位)。

        圖15 固定常速約束反演模型折射靜校正剖面

        圖16 微測(cè)井約束反演模型折射靜校正剖面

        4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

        靜校正在地震資料處理中是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù),在我國(guó)西部塔里木盆地山前帶沙漠戈壁復(fù)雜地區(qū),其表層屬于沙漠礫石帶,地震資料的靜校正問題尤其嚴(yán)重,針對(duì)此復(fù)雜地區(qū)的靜校正問題,需要做試驗(yàn)對(duì)比得出較好的靜校正方法,以解決此類區(qū)域地震資料的靜校正問題。

        通過對(duì)比基于固定常速約束反演模型折射靜校正和基于微測(cè)井約束反演模型折射靜校正,得出進(jìn)行模型靜校正時(shí),利用表層微測(cè)井解釋成果來約束建立折射靜校正反演模型,然后進(jìn)行靜校正計(jì)算,其結(jié)果應(yīng)用到后期的地震資料處理中后能取得較好的效果。

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