庫車復雜地表區偽三維表層建模與靜校正技術

呂景峰，周冰峰，邸江偉

（中國石油 東方地球物理公司，涿州 072751）

庫車復雜地表區偽三維表層建模與靜校正技術

呂景峰，周冰峰，邸江偉

（中國石油 東方地球物理公司，涿州 072751）

塔里木盆地庫車山地一直是塔里木油田油氣勘探的重點區域之一，但是該區地表條件復雜多樣，表層調查、建模困難，靜校正問題突出。這里通過采用微測井約束的淺層層析表層調查方法、偽三維表層建模及綜合靜校正技術，準確剖析了該區的表層結構，提高了剖面的成像效果，為類似區域的表層建模及靜校正工作提供了借鑒。

山地；表層調查；表層建模；靜校正；偽三維層析

0 引言

塔里木庫車前陸盆地油氣資源豐富，勘探潛力巨大，是國家重要的能源戰略接替區。上世紀末至本世紀初，庫車前陸盆地先后發現了克拉2、迪那、大北1等一批大型天然氣田，促成了“西氣東輸”工程的啟動并成為主要氣源地，為改變我國能源結構和新疆經濟發展做出了巨大貢獻［1］。

庫車前陸盆地具有中國西部典型的山地山前帶特征。地表類型多樣，包括山體、山前沖積扇、戈壁、農田村莊以及河流、沖溝等地表類型；地表巖性復雜多變，第四系的礫石堆積、西域組礫石山體及新近系和古近系的砂泥巖山體遍布；表層速度、厚度在縱、橫向變化劇烈。

庫車復雜的近地表結構致使野外靜校正工作面臨以下問題：①表層調查難度大，庫車山前帶巨厚戈壁礫石區分布范圍廣泛，風化層厚度巨厚，甚至達到200m以上，采用淺層折射法調查精度很低，而大面積采用微測井進行表層調查，生產時間及成本壓力較大；②合理的野外表層模型不易準確構建，野外表層建模一般采用層間關系系數法，通過內插微測井的解釋成果來獲得近地表模型，微測井數量的多寡嚴重制約著模型的精度；③靜校正問題突出，庫車坳陷山前帶受本身地震地質條件的影響，地震勘探主要面臨著波場復雜、低信噪比問題。由于靜校正的精度將直接影響最終剖面成像效果，因而對靜校正技術提出了更高的要求。

1 表層建模與靜校正方法

針對上述問題，結合庫車探區自身的特點，采取以下關鍵技術措施。

1.1 微測井約束的淺層層析表層調查方法

針對巨厚戈壁礫石區，可以采用淺層層析表層調查的方法：野外擺放一段排列，采用固定全排列接收、炮點滾動激發的方式開展淺層層析表層調查，實測每一個炮、檢點的坐標和高程，室內根據拾取的初至時間采用層析反演方法解釋，最后運用微測井標定相結合的方式，來剖析巨厚戈壁礫石區的表層結構［2］。

1.1.1 參數的確定

淺層層析表層調查參數可以通過試驗或分析工區內道距小的二維測線來確定，也可以通過室內模型正演方法確定。為保證淺層層析表層調查的解釋精度同時考慮生產成本，各參數確定過程中需充分注意以下因素：①接收道數不能超過采集儀器接收道數的上限；②較小的道距；③排列長度能夠滿足反演獲得所需求的高速；④較為合理的炮數及炮距。

1.1.2 適用條件分析

該方法對地表形態有一定的要求，在地表起伏劇烈的情況下會產生較大的誤差。按照野外微測井調查結果，建立地表逐漸起伏的不同正演理論模型：風化層速度為1 350m／s，高速層速度為2 200 m／s，2 200m／s的速度界面為水平，海拔高程為0 m；地表高程在1km范圍內存在不同的幅度，幅度自0m以10m為階梯逐漸遞增，最大幅度為100 m，風化層厚度在沒有地表起伏幅度的情況下為80 m（圖1（a））。采用10m道距、10m炮距、3 000m排列長度全排列接收的方式，對不同的理論模型開展模型正演，獲得正演記錄并拾取大炮初至后開展層析反演，反演后分別提取高速頂界面高程并與理論正演模型對比分析（圖1（b））。分析發現，在1 km范圍內地表高程幅度變化小于40m時，層析反演的高速頂界面高程起伏不超過5m，也就是說精度可達到5m。在1km范圍內地表高程幅度為50 m時，層析反演的高速頂界面高程只有極少部分超過5m（最大7.5m），大部分高程都小于5m。而在1km范圍內地表高程變化幅度大于50m情況下，層析反演的高速頂界面高程很大部分都大于5m，最大甚至達到25m。由此可見，地表高程幅度控制在50m范圍內時，正、反演模型的誤差在5m之內，淺層層析表層調查方法能夠滿足生產需求。采用30m道距、60m炮距常規二維測線施工方式開展模型正演，并對正演記錄拾取初至開展反演，對比后結論也是如此。因此在地表平緩的風化層巨厚區，可以采用淺層層析表層調查或者老二維測線資料層析反演的方法來剖析近地表結構。

圖1 地表高程起伏帶來的誤差分析Fig.1 An analysis to the error caused by surface elevation fluctuation

1.2 偽三維表層建模

由于巨厚戈壁礫石區分布廣、風化層厚度大，受限于鉆機的鉆深能力以及勘探成本的壓力，該區微測井數量較少，采用表層模型方法合理構建近地表模型較為困難，提供現場處理的野外靜校正量精度較低。但是巨厚戈壁礫石區的地勢整體較為平坦、地表高程變化趨勢平穩、漸進、高程差相對較小，符合淺層層析表層調查方法的適用條件，可以采用偽三維層析的表層建模方法開展該區近地表模型的構建，以便能夠滿足野外現場處理的需求。充分利用工區內已有的二維資料，在測網達到一定密度（如果密度不夠可以考慮實施淺層層析表層調查線來保證測網的密度）的基礎上，分別拾取每一條二維測線的大炮初至時間，將所有二維測線建成稀疏三維數據庫［3］，統一層析反演巨厚戈壁礫石區的表層模型，再結合山體區微測井建立整個工區的近地表模型，并提供現場處理模型靜校正量。

1.3 綜合靜校正技術

靜校正方法有很多種，在西部復雜山地中最常用的靜校正方法主要有表層模型法、折射波靜校正法、層析反演法等［4］。

1.3.1 不同靜校正方法的適應性及特點

1）表層模型靜校正方法適合表層結構相對簡單、表層速度和厚度在縱向、橫向上比較穩定的地區。該方法的優點是建立近地表模型效率高，能夠較好地解決中、長波長靜校正問題；缺點是其精度嚴重依賴于表層調查控制點的精度、密度以及層間關系系數的準確性，同時其解決短波長靜校正問題能力比較弱。

2）折射波靜校正方法適合于已知表層速度或厚度并具有穩定折射層的地區，尤其是在有明顯分層的山體區特別是老地層出露的山體區效果明顯。由于該方法采用分層模型，不能模擬層內的速度變化，因此不適合求解不存在明顯折射界面或者存在速度倒轉和層尖滅的近地表速度模型［5］。其優勢是在初始條件準確、分層合理的前提下，能夠提供高質量的短波長靜校正量、有效改善剖面的成像效果；劣勢是在沒有穩定折射界面的情況下，折射分層過程中易出現跨層現象，從而降低了靜校正量的精度，而且在初始條件與所劃分的折射層不能相互對應時，容易引起長波長靜校正問題［6］。

3）層析反演靜校正方法不受地表條件的限制，適合各種復雜地表區開展靜校正量的計算，特別是在風化層巨厚的戈壁礫石區，解決中、長波長靜校正量問題效果明顯［7］。由于層析反演靜校正方法在反演過程中需要對速度模型進行平滑處理，導致反演的近地表模型高頻信息有一定損失，因此在計算靜校正量時，高頻信息相對較少，在提高剖面成像精度方面不具優勢，需要采取針對性的措施予以彌補。

1.3.2 綜合靜校正技術

鑒于庫車地區復雜的近地表條件下單一的靜校正方法很難解決問題，因此考慮融合層析和折射靜校正的優勢于一體，采用綜合靜校正技術解決該區靜校正問題［8］。作者通過靜校正量拼接和模型拼接兩種途徑來實現。

1）靜校正量拼接是通過統一的平滑參數對不同的靜校正量進行平滑，平滑后的值為靜校正量低頻分量，平滑后的值減去平滑前的值為高頻靜校正量，在統一的低頻靜校正量基礎上，集各種高頻靜校正量成像優勢于一體，從而達到最終改善剖面成像效果的目的。但是這種方法存在一定的弊端，如果不能合理地確定平滑參數，往往會人為造成中、長波長靜校正問題。

2）模型拼接實現綜合靜校正技術主要有以下幾個步驟：①開展層析反演及折射反演獲得不同的近地表模型；②通過剖面對比明確不同靜校正方法的優勢范圍及分界線；③確定分界線附近模型過渡區域的范圍；④在折射法和層析法優勢區域內分別保留各自的反演模型；⑤確定過渡區域低降速帶厚度和速度的權重系數；⑥根據公式計算獲得過渡區域的低降速帶厚度和速度；⑦全工區綜合靜校正量的計算。

模型拼接法的關鍵在于過渡區，過渡區域的低降速帶厚度和速度可以根據公式（1）和公式（2）計算獲得。

其中：hC為過渡區域的低降速帶厚度；hT為層析反演的低降速帶厚度；nT為層析反演的權重系數，其值在戈壁礫石區為“1”，山體區為“0”，中間漸進過渡；hR為折射反演的低降速帶厚度；nR為折射反演的權重系數，其值在山體區為“1”，戈壁礫石區為“0”，中間漸進過渡；VC為過渡區域的低降速帶速度；VT為層析反演的低降速帶速度；VR為折射反演的低降速帶速度。

2 應用實例

2013年庫車地區某三維地震勘探應用上述技術開展了表層建模及靜校正攻關，取得了較好的效果。

1）在淺層層析表層調查方法的基礎上，偽三維層析表層建模技術的應用較好的剖析了巨厚戈壁礫石區的近地表結構。在風化層巨厚區采用道距20m、炮距120m、固定4km排列長度接收的方式，開展了2條測線的淺層層析表層調查，結合以往二維測線老資料（30道距、60m炮距）使得測網密度達到2km×6km，將所有二維測線建成稀疏三維；然后按照三維的方式層析反演巨厚戈壁礫石區的表層模型，再聯合山體區微測井建立了整個工區的近地表模型。

由工區高速頂界面高程平面分布（圖2（a））可見，其等值線的變化是自然漸近的，總體上較為平緩，分布趨勢與工區地表高程平面圖（圖2（b））分布趨勢整體一致，符合該區淺層地質變化規律。通過分布在巨厚戈壁礫石區的微測井老資料解釋成果，來約束標定和驗證偽三維層析淺

層建模的精度（圖2（c）中微測井6、7、8為標定約束作用，其余為精度驗證作用），與微測井解釋成果相比，偽三維層析表層建模獲得的低降速帶厚度（表1）最大誤差不超過3.7m，誤差控制在5.8%范圍內。該區如果按照常規的微測井表層建模方式至少需要24口微測井才能達到勘探精度要求，采用偽三維層析表層建模方法后，僅以8口微測井就完成了巨厚戈壁礫石區表層模型的建立。由此可見，偽三維層析表層建模不僅精度較高，還能降低深井微測井的數量，節約勘探成本。

表1 不同表層調查方法低降速帶厚度對比Tab.1 Comparison of the LVL thickness for different surface investigation methods

2）綜合靜校正技術的運用（圖3（a））既保留了戈壁礫石區層析靜校正能夠改善剖面成像效果（圖3（b））的特點，同時具備了山體區折射靜校正有利于成像（圖3（c））的優勢，真正實現了取長補短，大大地提高了初至波靜校正的精度，有效地改善了剖面的成像效果。

圖2 工區高速頂界面高程、地表高程平面圖及二維測線位置分布Fig.2 The high－velocity top surface elevation，surface elevation plan and the 2Dline layout in the work area

圖3 不同靜校正方法時間初疊剖面效果對比Fig.3 Comparison of the time primary stack section effects for different static methods

3 認識

1）微測井約束的淺層層析表層調查方法結合偽三維層析表層建模，可以準確剖析巨厚礫石區的表層結構，還可在巨厚黃土塬等類似探區推廣應用，有利于降低勘探成本。

2）庫車地區只有綜合各種靜校正方法的優勢，才能提高剖面的成像精度，而這里討論的綜合靜校正技術能夠集層析靜校正方法和折射靜校正方法優勢于一體，有效改善剖面的成像效果，是解決復雜地表區靜校正問題的有效途徑之一。

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Complex surface area pseudo 3D near－surface modeling and static correction techniques in Kuqa

LV Jing－feng，ZHOU Bing－feng，DI Jiang－wei
（Bureau of Geophysical Prospecting，Zhuozhou 072751，China）

The Tarim basin is one of the key areas for hydrocarbon prospection for the Tarim oilfield company.Kuqa Mountain in Tarim basin has significant LVL survey，modeling difficulty and statics problems due to its diversified near－surface conditions.In this paper，the author makes an accurate analysis on the near－surface structure in the area using the upholeconstraint shallow－layer tomography LVL surface method.The new method is the pseudo 3Dnear－surface modeling and the comprehensive statics technology.Therefore，the imaging of sections is improved，which provides a reference for the nearsurface modeling and statics works in similar areas.

mountain；LVL survey；near－surface modeling；statics；pseudo 3Dtomography

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.17

1001－1749（2015）06－0773－05

2014－11－14改回日期：2014－12－16

國家科技重大專項（2011ZX05046）

呂景峰（1975－），男，高級工程師，一直從事野外地震勘探研究工作，E－mail：lvjingfeng＠cnpc.com.cn。