準南高密度三維近地表速度模型反演的地震道優選

劉宜文，鄭超，王克非，馬俊彥，殷曉蘭(.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 83003；.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 60000)

準南高密度三維近地表速度模型反演的地震道優選

劉宜文1，鄭超2，王克非1，馬俊彥1，殷曉蘭1
(1.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 610000)

準南安集海背斜高密度三維具有炮道密度大、覆蓋次數高、地震數據量大等特點，在進行層析法、折射法等初至波基準面靜校正應用過程中帶來了困難和挑戰，主要表現在初至拾取量大，拾取效率和精度難以同時保證，模型反演運算時間長，達不到地震資料處理時效性要求。為此，針對初至波反演方法中數據量的約簡、自動初至拾取精度量化統計方法進行了分析研究，從排列選擇和高效初至拾取方法入手，通過大量試驗及驗證確定了安集海背斜高密度三維靜校正方案，有效解決了高密度、大數據量靜校正求解的難題，縮短了靜校正的計算周期，為類似高密度三維區塊的靜校正計算提供了一種實用的工作思路和手段。

高密度；初至拾取；層析反演；靜校正；優選

安集海背斜三維是在準噶爾盆地南緣山地探區采集的第一塊高密度三維，野外觀測方式為32L2S320R，即每炮32個排列、每排列320道，每炮共計10 240道接收。炮道密度大和接收道數多直接導致地震數據量巨大，且受表層速度、厚度的縱、橫向劇烈變化影響，地震數據原始炮集記錄信噪比較差，為后續靜校正方法的實施帶來諸多困難。

經以往經驗和部分數據測算，完成整個安集海背斜三維靜校正實施過程需長達幾個月的時間，包括初至拾取和模型反演建立過程，勘探節奏和處理周期實不允許。在保證靜校正精度前提下，如何提高初至拾取精度，減少數據量冗余，縮短靜校正計算周期是高密度安集海背斜三維靜校正實現的關鍵。本文在前人研究基礎上針對復雜地表的一些特性及層析靜校正方法原理和適應性進行研究，并進一步開展了不同初至拾取范圍條件下的層析反演試驗與對比分析，總結了一套適應于復雜地表條件下高密度三維的拾取方式，以及炮檢排列的約簡方法，取得了可行方案和一定效果。

1　初至拾取范圍與靜校正精度的試驗

1.1炮檢距范圍的選擇

初至波近地表結構模型反演，是利用地震波在近地表傳播旅行時實現的。生產記錄為得到深層信息設計偏移距很大，隨偏移距增大，旅行時對近地表模型貢獻的比例逐漸降低，因此，近地表模型的反演需根據近地表結構特點，選擇一定偏移距范圍。經過對準南安集海背斜高密度三維近地表結構分析，認為在0~3 000 m的炮檢距范圍內足以涵蓋低降速帶的結構信息。因此，在初至拾取過程中應基于包含低、降速層所有速度信息和反演夠用等原則進行初至拾取(圖1)。據圖1-b單炮初至的時距關系可看出，表層結構可劃分為3層，第1層為速度600 m/s的低速層、第2層為速度1 200 m/s的降速層、第3層速度達2 400 m/s，從全區單炮記錄分析,該層較穩定，可作基準面靜校正反演底界面。關鍵是約3/4的初至拾取工作量都來自2 400 m/s這個界面，全部拾取或只拾取一部分能否滿足要求是試驗的主要目的。為驗證不同炮檢距范圍內初至時間對層析反演的影響，并結合以往表層模型反演經驗及初至拾取工作量大小等因素，特選擇0~1 200 m、0~1 800 m和0~3 000 m 3個不同炮檢距范圍的初至時間進行相同參數條件下的層析反演及分析。

據層析反演結果(圖2)，3個不同偏移距段反演的模型整體低頻趨勢基本一致，僅在淺層低速介質和低降速帶底界面的穩定性上存在差異。由于層析反演是一個將表層速度、厚度與目標旅行時之間的綜合體現，反演所得模型是一個等效模型。因此，模型低降速層反演的差異并不代表疊加成像的效果，只要低降速帶各層累積的垂向延遲時間與實際相符即可。由圖2-②可見，模型一定程度上保留了圖2-①③的優勢，綜合比較精度相對較高。靜校正量的對比更直觀，圖2-④絕對時間差在15 ms以內，更加量化地反映了主體目標區及兩翼模型的高頻變化。圖3為應用不同的靜校正量所得疊加效果對比，可見，利用0~1 800 m炮檢距范圍初至時間進行層析反演的靜校正量精度相對較高，在主體構造軸部及兩翼疊加成像品質更高，與之前針對反演模型分析的結果吻合。

圖1　原始單炮部分排列拾取示意圖(a)與初至時間-炮檢距統計分析圖(b)Fig.1 Partly arrangement Picking map of original shot(a)and The first break time-offset statistical analysis map(b)

圖2　不同初至范圍的層析反演模型及靜校正量曲線對比Fig.2 Tomographic inversion models of different range of the first break and comparison map of their statics correction curves

本次研究過程中也對初至拾取進行了量化統計分析。據工區主要地表介質分布，分別選取具代表性的山地、礫石及農田3個區域一定數量的單炮進行統計分析(表1)。在山地與礫石區域由于受表層結構縱、橫向劇烈變化影響，在1 800~3 000 m炮檢距范圍內自動拾取精度分別為55.42%和71.65%，較低的初至拾取精度將直接影響層析反演結果。

圖3　不同初至范圍的層析反演所對應的靜校正應用效果對比Fig.3 Statics correction application effects comparion of Tomographic inversion models of different range of the first break

表1　初至自動拾取精度統計表Table 1 Precision statistics table of automatic picking the first break

因此，通過上述各種對比分析，安集海背斜三維初至拾取炮檢距范圍為0~1 800 m/s，該范圍的初至時間能滿足表層模型反演及靜校正精度需求。

1.2排列的選擇方法

高密度三維具排列多、炮道密度大的特點，導致在層析反演過程中造成大量初至數據冗余。初至拾取量不在于多而在于精，能覆蓋近地表即可，且初至數據量少易于修改調整。因此，針對安集海背斜三維，在限定拾取炮檢距范圍為0~1 800 m/s的基礎上，如何進一步限定拾取的排列個數，降低初至數據冗余，提高初至拾取和層析反演效率就成了需要解決的關鍵問題。

安集海背斜三維野外地震采集觀測系統為每炮32個排列接收，橫向檢波點線距為160 m，在先前所限定的炮檢距范圍0~1 800 m內，所涉及到的最大排列個數為24個。據之前分析，只有當炮檢距大于600 m時才能接收來自低降速帶底界面的初至波信息，因此在橫向所需保持的最小接收排列個數為10個，以此為基數，本次研究試驗在0~1 800 m炮檢距范圍內分別抽取與炮點最近10個、14個、18個及24個排列的初至時間信息進行表層層析反演。

圖4為4種排列抽取方案的層析反演結果，除了圖4-a由于抽取的最近排列較少、橫向覆蓋次數較低，引起模型邊緣存在一定程度畸變以外，其它3種排列抽取方案所反演的模型結果基本一致，對其靜校正量精度對比分析也無本質區別。模型邊緣畸變是由于抽取排列放大了邊界效應，文獻對此也進行過研究[10-12]。因此，在不影響靜校正量精度的前提下，安集海背斜三維初至拾取只需保留最近的14個排列即可滿足層析反演精度需求。

2　實際應用效果分析

通過上述試驗分析，確定安集海背斜高密度三維的初至自動拾取可在0~1 800 m炮檢距范圍，與炮點最近的14個接收排列進行。由表1中的自動拾取精度統計來看，炮檢距在1 200 m的初至拾取精度較高，在山地與山前礫石區域中1 200~1 800 m炮檢距范圍內的初至精度還有進一步提升空間，可通過人工交互拾取實現。此種自動與人工交互拾取方式的優勢可體現在如下兩方面：

人工交互拾取目標性更強，工作量大幅減小

此種人工交互拾取的目標性更強，只為進一步提高1 200~1 800 m炮檢距范圍的初至時間精度，能大幅降低拾取周期。在保證同樣拾取精度和拾取偏移距范圍的條件下，單一人工交互拾取每炮需拾取近1 600道，現在再限定炮檢距范圍和接收排列個數的前提下利用自動和人工交互相結合的方式每炮拾取道數不足600道，拾取效率更高。

反演模型與靜校正量精度更高 雖然排列與偏移距優選舍去了大部分初至時間，但模型反演精度和疊加成像剖面效果并未受到影響，甚至精度更高。原因在于優選的初至時間是模型反演的主要貢獻者，舍去的大炮檢距初至時間因偏移距過大反而對近地表模型反演起到了均化作用，模糊了模型速度和厚度變化的細節，降低了模型精度。

為清楚說明本方法的效果，在準南安集海背斜高密度三維整個工區內抽取一條線進行全部初至拾取與優選地震道初至拾取的詳細對比(圖5)，顯然，該方法反演的模型低降速帶底界面清晰、聚焦，速度和厚度細節變化刻畫更細致，收斂程度更高。同樣在疊加剖面上(圖6)，兩翼地震反射同相軸更光滑，延續更長且連續性更好，成像品質有較大提高，更有利于后續構造解釋。

從時效性來看，對于全部初至拾取抽取了1條線，投入4人次，用時32小時。該方法初至拾取，同樣人數卻只用了12小時，效率提高近3倍，且利用相同計算機節點的條件下模型反演的計算時間從2.4小時降低至1.8小時，效率提高了30%。

3　結論

(1)準噶爾盆地南緣地表結構復雜，信噪比不高，在自動初至拾取精度還未能達到生產要求之前，對地震道數的有效約簡，減少初至時間數據的冗余，是現階段高密度三維初至波法基準面靜校正時效性的根本保證。

圖4　4種排列抽取方案的層析反演結果對比Fig.4 Tomographic inversion results comparison of 4 extracting solutions of arrangement

(2)考慮高密度三維特點及區域內表層介質分布和表層結構變化規律，先利用自動拾取方式對初至時間進行拾取，并進行不同炮檢距和不同炮點最近接收排列個數的層析反演試驗，并確定人工交互拾取、修改范圍，在保證同等初至時間精度的前提下能大幅減小人工交互拾取工作量，使其滿足高密度三維層析反演需求。

圖5　不同拾取方式層析反演模型對比Fig.5 Tomographic inversion models comparison of different picking mode

圖6　不同拾取方式疊加效果對比Fig.6　Stacking effects comparison of different picking mode

(3)自動與人工交互拾取相結合的方式能使層析反演所得靜校正量精度更高，滿足后續地震資料處理成像需求，且縮短了高密度三維靜校正環節的生產周期，對其它高密度三維靜校正處理環節具一定借鑒意義。

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Optimization of Seismic Channel for High-density 3D Near-surface Model Inversion in Southern J unggar Basin

Liu Yiwen1,Zheng Chao2,Wang Kefei1,Ma Junyan1,Yin Xiaolan1
(1.Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina, Urumqi,Xinjiang,830013,China;2.Northwest Sichuan Gas District,PetroChina Southwest Oil&Gas field Company, Jiangyou,Sichuan,610000,China)

The data of high-density 3D of Anjihai anticline in southern Junggar Basin is characterized by high density of shots,high folds,and large amount of seismic information etc.,which brings new challenges to the application of statics correction method(such as chromatography and refraction)depending on the first break as doing datum statics correction. The difficulty is large quantity of first-break picking,and failing to guarantee picking efficiency and accuracy simultaneously,so it is hard to meet the requirements of seismic data processing timeliness.Therefore,for offset and the seismic receiving arrangement reduction of first-wave inversion method,by tomographic inversion experiment studying and quantitatively statistically analyzing the accuracy of automatically picking up first arrival,this paper offers a design how to select the arrangement and the scope of picking up first break under guarantee precision to improve pick overall efficiency. The way of picking up with diversity,automatic and manual based on the statistical analysis provide a practical work ideas to similar high-density 3D first break pick up.

High-density;Picking the first break;Tomographic inversion;Static correction;Selective preference

1000-8845(2016)03-432-04

P631.4

A

2015-09-16;

2015-11-10;作者E-mail:lyiwen@petrochina.com.cn

劉宜文（1983-），男，湖北仙桃人，本科，工程師，2004年畢業于長江大學應用物理專業，現從事石油物探工作