沿層微測井插值方法反演復雜地區近地表模型

劉志懷

(1.河南理工大學現代教育技術中心，河南焦作454000;2.哈密職業技術學校，新疆哈密839000)

0 引言

隨著地震勘探工作的不斷深入，黃土塬、沙漠和山地等具有復雜近地表條件的地區逐漸成為未來勘探的主要區域.在復雜地表條件的地區，近地表低降速帶速度和厚度的橫向變化會在地震剖面上產生嚴重的靜校正問題，這會影響構造的成像質量，甚至產生假構造.因此，建立合理準確的近地表速度和厚度模型來解決靜校正問題是地震資料處理過程中極其重要的一個環節.

為了解決靜校正問題，在野外采用例如微測井、小折射、淺層反射、面波勘探等方法能夠較為準確地給出局部某個位置的近地表低降速帶信息;在室內地震資料處理中基于初至時間的折射波和層析成像的反演技術能夠反演出某個區域內的近地表模型.由于近地表條件極其復雜，綜合利用各種技術和地質、地球物理數據來建立近地表模型已經被很多學者所采用［1］.Robert Ley 等［2］和Ralph Bridle等［3］對利用微測井、反射波的折射信息、沙丘曲線等方法建立的沙特阿拉伯盆地的近地表模型進行了研究;梁承敏等［4］綜合利用小折射、大折射、微測井資料和雙程旅行時間曲線法來反演低降速帶表層結構模型;孫維昭等［5］提出將微測井技術與層析反演方法相結合，利用微測井資料進行層析反演建立高分辨率近地表速度模型，求取表層速度和厚度參數并用于靜校正處理.在近地表條件不是很復雜的地區，該方法能夠得到較為滿意的結果;然而，當近地表低降速帶速度和厚度橫向變化非常劇烈時，僅僅利用局部幾個位置點的微測井資料來準確建立一個區域內的近地表模型將會非常困難.

筆者提出了利用微測井資料沿地震構造解釋層來建立復雜地區近地表初始模型，所得到的模型更符合地質沉積原理，然后利用該方法得到的模型作為層析成像反演方法的初始模型，將有助于層析反演技術準確反演近地表模型，進而解決靜校正問題.實際應用結果表明，該方法能得到滿意的結果.

1 原理方法

1.1 微測井方法

微測井方法是近地表調查中獲得表層低降速帶速度和厚度最直接的方法之一.微測井方法是根據野外鉆井觀測取得不同深度點的時間數據，然后對這些時深關系進行處理和解釋，得到調查點處的速度和厚度.由于微測井方法只能獲得調查點處局部的近地表信息，如果要想得到一個面上的區域近地表信息，需要測量多個調查點，然后通過某種插值算法根據這些控制點信息進行插值，來得到一個面的近地表信息.

1.2 層析成像靜校正技術

層析成像技術是一種利用大量炮點和檢波點綜合觀測結果求取速度與反射系數分布的方法［6］.層析反演的目的是獲得一個與觀測到的折射波到達時間吻合最好的近地表模型.在層析技術中，地下介質被分解為面元，層析的目標是求解每個面元的速度.根據初始近地表模型，從炮點到接收點的射線路徑是由位于不同面元中的射線段組成，根據各個面元中射線段的長度和各個小面元的速度計算折射波的波至時間.在觀測到的折射波波至時間與初始近地表模型的正演得到的初至時間之間進行比較.然后用得到的時間差對初始近地表模型進行校正或修改.反復迭代這個過程，直到時差足夠小或者多次迭代之間不再改變為止［7］.具體流程如圖1所示.

圖1 傳統層析成像反演流程Fig.1 The flow of conventional tomography inversion

1.3 微測井信息和層析成像聯合反演近地表模型

在層析成像靜校正技術中，初始模型是根據現有資料確定的，它對反演的結果起著非常重要的作用.一個符合近地表構造趨勢的初始模型，能夠幫助層析成像反演技術得到滿意的近地表模型;相反，如果初始近地表模型與實際的地下構造相差較大，很難獲得滿意的靜校正解.因此，對于初始近地表模型的構建應該非常小心.

筆者提出利用微測井信息，沿近地表構造層位來建立初始近地表模型.這種方法根據沉積學原理來構建初始模型，它能與地下構造相吻合，因此可以避免構建出的初始模型與實際模型相差較遠而導致層析成像結果失敗，具體的實現過程如圖2所示.

圖2 新的層析成像反演技術流程Fig.2 The flow of new tomography inversion

第一步，根據微測井信息，通過線性插值的方法，構建一個初始近地表模型A;

第二步，利用初始近地表模型A作為層析成像靜校正方法的初始模型，反演出更為準確的近地表模型B;

第三步，沿著近地表模型B，解釋近地表地下的構造層位;將模型D賦值給模型 B，轉到第三步;

第四步，利用微測井信息，沿著第三步解釋的構造層位進行沿層插值，得到近地表模型C;

第五步，將近地表模型C做為初始模型，再進行層析成像反演，反演出新的近地表模型B，新反演出的近地表模型B會更準確;

第六步，如果新的近地表模型B比較理想，輸出;否則，直至反演出滿意的近地表模型.

2 實際應用效果及分析

在試驗區內，地表起伏劇烈，高程變化較大，相對高差達到了140 m，近地表結構較為復雜，既有巨厚的黃土覆蓋，也有高速巖石裸露，近地表低速帶厚度及速度橫向變化較大.采集到的地震數據信噪比較低，靜校正問題嚴重.工區內有5個調查點的微測井信息可以利用.

為了驗證筆者給出的方法的效果，作者利用試驗區內5個觀測點的微測井信息和上文給出的方法，解釋了其地下構造層位的變化趨勢;然后，沿著層位建立了近地表模型，并作為層析成像靜校正方法的初始模型來反演近地表模型，進而計算靜校正量.圖3和圖4分別給出了一條檢波線的近地表速度和厚度模型.圖5給出了利用筆者給出的方法反演得到的最終的近地表模型，從圖上可以看出，反演得到的近地表模型的變化趨勢和地表高程的變化趨勢非常的吻合，由此可知反演結果的準確性，圖5(d)給出的靜校正量也與圖5(a)，(b)，(c)的變化趨勢是一致的.圖6是經過高程校正后的單炮記錄，圖7是利用筆者方法校正后的單炮記錄.對比這兩個圖可以看出，初至變得非常的光滑，畸變的有效波形也得到了恢復.圖8是應用高程靜校正后的疊加剖面，圖9是經過傳統層析反演技術的疊加剖面，圖10是利用筆者給出的方法得到的疊加剖面.對比圖9和圖8可以看出，剖面圖9比圖8的地下構造成像質量已經有了明顯改善，然而，再對比圖10和圖9，可以看出，圖10的地震同相軸與圖9相比更光滑，連續性更好，更有利于同相軸的追蹤解釋，說明本方法能夠更好地解決復雜地形地區的靜校正問題.

3 結論

筆者提出的利用微測井信息，并沿地震構造解釋層來構建復雜地區近地表初始模型方法能夠建立更合理的風化層模型.實際應用表明，利用筆者提出的方法所建立的初始近地表模型能夠更好地幫助層析成像反演技術解決復雜地區的靜校正問題.

［1］李衛忠.復雜地表地區近地表模型與靜校正［J］.油氣地質與采收率，2007，14(3):73-93.

［2］LEY R，BRIDLE R，AMARASINGHE D，et al.Development of near surface models in Saudi Arabia for low relief structures and complex near surface geology［C］//Expanded Abstracts of 73rd Annual Internat SEG Mtg.Texas:Society of Exploration Geophysicists 2003:1992-1995.

［3］BRIDLE R，LEY R，Al-MUSTAFA A，et al.Evolution of a near-surface model in all area of complex topography［C］//Expanded Abstracts of 75 rd Annual Internat SEG Mtg.Texas:Society of Exploration Geophysicists 2005:2225-2229.

［4］梁承敏，薛為平，邵雨.綜合建模靜校正技術在低幅度構造研究中的應用［C］//CPS/SEG北京2003國際地球物理會議暨展覽.北京:［出版者不詳］，2003.

［5］孫維昭，谷躍民，徐剛，等.高分辨率近地表速度模型重建極在靜校正中應用［J］.地球物學進展，2010，25(5):1757-1762.

［6］SHERIFF R E.Encyclopedic dictionary of exploration geophysics［M］.［S.l.］:Soc.Expl.Geophys，1991.

［7］COX M.反射地震勘探靜校正技術［M］李培明，柯本喜，譯.北京:石油工業出版社，2004.