初至波剩余靜校正技術在南安集海地區的應用

潘 龍 劉宜文 鄭鴻明 趙 勇 郭 琪

(中國石油新疆油田勘探開發研究院地球物理研究所，新疆烏魯木齊 830013)

0 引言

南安集海背斜位于噶爾盆地南緣齊古斷褶帶中西段，屬準噶爾盆地南緣第一排構造，構造相對完整、保存條件良好，是近期盆地南緣天然氣勘探的有利目標。近年來隨著精細勘探的深入，高精度地震成像對靜校正提出了更高要求，以往靜校正中靜校不“凈”問題顯得更加突出[1-3]。由于南緣地震資料信噪比較低，且表層結構縱橫向變化復雜，常用的折射法[4-7]、層析法[8-10]靜校正計算不能完全滿足處理成像精度需求，且依賴基于統計相關法、最大能量法[11-13]和模擬退火法等[14]的反射波剩余靜校正技術在低信噪比地區解決剩余靜校正問題的效果也不穩定，難以獲得理想的地震成像結果。而初至波剩余靜校正技術[15]是在應用野外基準面校正之后進行剩余量計算，其技術特點是： ①不依賴反射波信噪比，且對是否拾取真正的初至起跳時間無要求； ②無須反演近地表速度模型，直接從初至時間估算靜校正量； ③不要求預先知道上覆地層的速度和厚度； ④對靜校正量值的大小無限制。根據這些特點，應用初至波剩余靜校正方法解決了準南山前復雜地表區以往因剩余靜校正量大、常規自動剩余靜校正無法精確求解的難題，有效提高了整體靜校正量精度。

現階段常用的初至波剩余靜校正算法包括共炮檢距域的統計方法、全差分法、模型曲線法、共CMP域的統計方法等，各算法均有各自的假設條件和優缺點[19-20]。在南安集海地區綜合應用模型曲線法和全差分法，使基準面靜校正量整體精度得到明顯提高，該思路具有一定的指導和借鑒意義。

1 初至波剩余靜校正原理與思路

1.1 模型曲線法

模型曲線法，假設應用基準面靜校正量之后的初至時間等于正常的旅行時與剩余校正量之和，模型道初至時間與實際初至時間之間的差為該道的炮點和檢波點剩余靜校正量之和。假設每個共炮點道集中所有檢波點剩余靜校正量之和為零，每個共檢波點道集中炮點剩余靜校正量之和為零，可通過給定區域的初至時間—炮檢距散點圖擬合相應的模型道，并通過地表一致性分解得到每道的炮點和檢波點剩余靜校正量。

1.1.1 模型道的建立

初至時間模型道的準確性對模型法初至波剩余靜校正量的計算影響至關重要。為此，在模型道建立過程中采用多道統計方式做線性擬合。即搜索給定炮檢點范圍內的初至時間，建立初至時間—炮檢距散點圖，通過給定炮檢距范圍和滑動步長逐步擬合此炮檢距范圍內的初至線性關系(初至時間—炮檢距)，將該曲線分解即可得對應炮檢點范圍內的模型道(圖1)； 通過給定搜索半徑和滑動步長得到全工區范圍內的模型道。

考慮到近地表橫向變化極其劇烈的地質條件，可根據不同方向速度變化規律，分方向建立模型道，此方法可提高模型道的區域一致性，可進一步改善橫向變化劇烈特別是基巖出露的山地探區初至波剩余靜校正效果。

圖1 模型道與實際道初至曲線對比示意圖

1.1.2 地表一致性分解

統計擬合得到每個共炮點道集的模型道后，第Si炮的第Rj接收點道的模型道與實際道之間的旅行時間差即可表示為

(1)

按照假設前提，ΔTi，j還可表示為該道的炮點和檢波點剩余靜校正量之和，即

ΔTi，j=TSi+TRj

(2)

假如第i炮共有J道，對上式求和可得

(3)

按照共炮點道集中所有檢波點剩余靜校正量之和為零的假設，即可通過式(3)求得第i炮的炮點剩余靜校正量

(4)

同理，可得每個檢波點的剩余靜校正量。

1.2 全差分法

差分法假設給定區域內存在穩定折射界面。圖2為不同炮、檢點關系示意圖，可假設每一道在線性校正前的初至時間為

(5)

圖2 不同炮、檢點關系示意圖

對式(5)進行線性校正后，消除了在折射界面上的傳播時間，則式(5)變為

TSiRj=TSi+TRj

(6)

假如TSiRj1和TSiRj2是炮點為Si、檢波點分別為Rj1和Rj2經過線性校正后的初至時間，則可得到Rj1和Rj2兩個檢波點的靜校正量之差為

TRj1-TRj2=TSiRj1-TSiRj2

(7)

同理，可得任意具有共同炮點的兩個檢波點的靜校正量之差，通過積分求和即可得到所有炮點的剩余靜校正量； 進而可求得所有炮點的靜校正量。

從理論上講，該方法隱含假設“折射界面為直線且上覆層速度為常數”。但按式(7)對相同炮點的多個不同檢波點求取時差，并從冗余的多個時差中統計出剩余靜校正量，這樣有利于減小實際地層與假設的偏差導致的誤差。

1.3 應用思路

上述兩種初至波剩余靜校正方法均有各自的假設前提，根據其原理可知模型曲線法采用了多道統計擬合模型道，且模型道旅行時與實際旅行時之間的差值為該道炮、檢點剩余靜校正量之和，可在給定的搜索半徑里求取相對較大的中、高頻剩余靜校正量。差分法假定區域內存在穩定的折射界面，進行線性動校后在同一共炮點道集或共檢波點道集內各道之間的初至時間差即為剩余靜校正量差，此方法可進一步提高高頻剩余靜校正精度。

因此，針對準南復雜山地探區，在初至波剩余靜校正的綜合應用過程中(圖3)，其思路是首先應用層析模型法靜校正量解決區域上存在的長波長靜校正問題，減小地表高程、表層速度、低降速帶底界空間橫向變化對初至波旅行時的影響，使實際應用條件更加接近初至波剩余靜校正方法的假設前提； 然后利用模型曲線初至波剩余靜校正技術計算較大的中、高頻剩余靜校正量； 最后利用差分法初至波剩余技術再次求取高頻剩余，使整體野外靜校正精度達到最優。在初至波剩余靜校正求解過程中，可根據質控效果進行多次組合迭代。

圖3 初至波剩余靜校正綜合應用流程

2 應用效果分析

針對南安集海地區近地表結構進行層析反演并選擇相對穩定的底界面模型計算校正量，對共炮點道集進行層析模型法靜校正后，其道集(圖4b)相對于原始道集(圖4a)初至光滑，連續性較好，但存在一個35ms左右的小幅凸起，結合實際地表介質分析，此處還存在靜校正問題。此后，分別進行模型曲線法和差分法兩次初至波剩余靜校正計算，并先后依次應用，圖4c應用模型法初至波剩余靜校正后道集先前存在的小幅凸起明顯改善，并在應用差分法剩余靜校正后道集(圖4d)初至更加光滑、連續，剩余靜校正效果明顯。

圖4 共炮點道集應用靜校正前、后效果對比

對比應用靜校正量前、后的疊加剖面發現，只應用層析模型法靜校正量的疊加剖面(圖5b)在背斜構造的兩翼，其反射同相軸不連續，聚焦性也較差，存在較為明顯的靜校正問題。而在應用多次初至波剩余靜校正后，其構造主體同相軸更聚焦，連續性變好，成像效果得到明顯改善(圖5c)。

圖5 應用靜校正前、后疊加剖面對比

針對不同基準面靜校正方法，為了算法的實現，往往對近地表模型做不同程度的簡化，限定一些應用條件，這樣實際近地表結構與假設模型之間的差異將導致基準面靜校正后殘余的剩余靜校正量引起折射初至時間非線性變化。初至波剩余靜校正的目的就是消除這種殘余量，恢復初至時間的線性關系。具體應用過程中主要涉及到三個關鍵參數： 搜索統計半徑、滑動步長和剩余靜校正量極限值，這幾個參數的選擇對剩余靜校正量精度產生較大影響。

滑動步長能控制各道參與模型道擬合的覆蓋次數，控制其成果的空間一致性；搜索統計半徑是控制參與模型道擬合數據范圍，半徑太小時不能覆蓋所有表層介質變化引起的初至時間異常變化信息，太大則容易引入其他速度信息，從而導致模型道建立不準。圖6為不同搜索統計半徑所得初至剩余靜校正量在表層介質變化區域的共炮點道集上的應用效果，隨著搜索統計半徑的增加，共炮點道集上的“初至隆起”現象被逐步改善，初至剩余靜校正效果明顯變好，但當半徑達到2000m時其改善效果已不明顯。剩余靜校正量極限值是控制校正效果的關鍵參數，太小導致校正量不夠，太大則容易引起異常抖動，且曲線難以收斂。圖7為據不同剩余靜校正量極限值計算的初至剩余靜校正量的處理效果對比，從未應用初至剩余量的共炮點道集上看表層介質變化引起的初至隆起幅度近50ms，當極限值小于50ms時初至剩余產生明顯異常抖動，高頻效果變差，當極限值達到80ms效果沒有本質改變。

圖6 不同搜索統計半徑所得的初至波剩余靜校正量應用效果對比

圖7 不同剩余靜校正量極限值所得初至波剩余靜校正量應用效果對比

3 結論與認識

(1)通過研究與南安集海地區的實例應用，綜合模型曲線法和差分法兩種初至波剩余靜校正能對模型法基準面靜校正量精度進行有效補充，使基準面靜校正量整體精度獲得大幅提高。該方法與應用思路對其他準南山前復雜探區的靜校正計算有一定的借鑒作用。

(2)模型曲線法和差分法兩種初至波剩余靜校正均具有一定的統計與平均效應，因此在應用過程中的搜索統計半徑、滑動步長、剩余靜校正量極限值等參數就尤為重要，需要針對工區表層結構特征和基準面靜校正應用效果進行綜合判斷，并在多次剩余靜校正計算過程中逐步調整。

(3)在準南復雜山地探區，初至波剩余靜校正技術的綜合應用過程也是一個實際條件逐步向其應用假設前提逼近的過程，因此，可針對實際問題調整不同剩余靜校正方法的計算順序，使假設條件盡可能地滿足。