標志層控制的靜校正方法在巨厚黃土塬地區的應用

鄔達理,李 洋,劉衛華,余青露,鄒少峰

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院,江蘇南京211103)

黃土塬地區由于長期雨水沖刷切割,地表形成了樹狀水系及塬、梁、坡并存的獨特地貌,地形極其復雜,地表起伏變化劇烈,高差大,黃土層厚度變化大,表層速度空變快。以鄂爾多斯某黃土塬地區為例,其表層覆蓋黃土層厚度為100～300m,且隨機變化。黃土層下伏新近系和古近系膠泥和白堊系砂巖地層;低速層厚度為6～50m,速度為400～700m/s;表層黃土層速度250～700m/s;紅土層速度為700～1700m/s;潛水面埋深變化大。受表層結構特征(高程、風化層的速度、厚度和潛水面埋深)的區域不均勻性等諸多因素的影響,黃土塬地區除了存在嚴重的短波長靜校正問題外,還存在嚴重的中、長波長靜校正問題,在地震資料處理中,這些問題嚴重影響了均方根速度的求取和地震成像最終構造的落實。因此,如何確保靜校正真實可靠是黃土塬地區地震資料處理中的重大難點之一。

近地表靜校正是地震數據成像獲得可靠構造形態的基礎,只有在近地表靜校正可靠的情況下,才能獲得較為真實的速度,進而才能獲得可靠的構造形態。當前巨厚黃土塬地震數據處理中,靜校正處理技術尚未成熟。目前靜校正方法根據其理論主要可分為:高程靜校正、模型靜校正、折射靜校正和層析靜校正等。高程靜校正:由于黃土塬區表層的速度和厚度變化大、高差大,故難以找到一個適合全區的替換速度,且替換速度對靜校正的精度影響大,靜校正效果不理想。模型靜校正:小折射和微測井是低速帶調查時采用的傳統方法,在地形起伏劇烈、風化層厚度大的黃土塬地區,由于低速帶調查未能或未能全部探測到高速帶頂部的深度,測點密度也不夠大,故模型靜校正不能保證獲得可靠的構造形態。折射靜校正:基于折射波方程的表層速度反演,較適用于地表起伏不劇烈、表層速度橫向均勻性較好、有明顯折射面且折射面的橫向變化緩慢的地區,針對巨厚黃土塬地區難以獲得理想的效果。層析靜校正:因為突破了常規折射理論的限制,在一般復雜的地區,相較于折射靜校正可獲得更準確的靜校正量[1],但因巨厚黃土塬地區的低速帶厚,層析靜校正難以單獨解決如此復雜的靜校正問題。為此,前人針對黃土塬地區的靜校正問題開展了大量的研究,近地表靜校正方法主要包括:三維折射靜校正[2]、基于廣義速度單元策略的層析靜校正[3]、綜合長波長靜校正方法[4]等;剩余靜校正方法主要包括:折射波剩余靜校正方法[5]、Satan算法剩余靜校正[6]、共地面點法剩余靜校正[6]、最大能量法剩余靜校正[6]等;多方法靜校正聯合應用方法主要包括:模型初至反演靜校正+折射初至交互迭代靜校正+最大能量法、模擬退火法和遺傳算法相結合的綜合尋優靜校正方法[7]、微測井控制下的多種靜校正+剩余靜校正方法[8]、三維線性模型反演+多域迭代靜校正方法[9]、層析反演靜校正+初至波剩余靜校正+反射波剩余靜校正方法[10]、分步逐級靜校正方法[11]、模型約束等效層析結構“三步法”靜校正方法[12]等;多方法靜校正量融合方法主要包括:層析法和折射法靜校正量融合方法[13]、多方法靜校正量融合方法[14]等。這些靜校正方法均針對各自的特殊情況,不同程度地解決了實際地震資料處理中的問題,不同的靜校正方法均有其各自的適應性,目前巨厚黃土塬地區的靜校正問題仍有待進一步解決。

對復雜表層速度結構的正確理解以及清晰的靜校正概念,在解決復雜靜校正問題中將發揮重要作用[15]。本文提出一種針對巨厚黃土塬地區由基于標志層構造形態控制的高程靜校正、基于初至波疊加的中波長靜校正、基于標志層修正的剩余靜校正組合而成的三步遞進方法,即標志層控制的靜校正方法。首先介紹了標志層控制的靜校正方法及技術流程,接著對依據鄂爾多斯某巨厚黃土塬地區的實際地震地質條件和已知信息生成的二維數值模擬數據,展開了標志層控制的靜校正方法測試,驗證了該靜校正方法的有效性和可靠性,最后給出了該靜校正方法在鄂爾多斯某地區地震數據處理中的應用效果。

1 標志層控制的靜校正方法

針對長波長靜校正問題,探索出在淺層速度橫向變化不劇烈情況下,宜采用基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法;在淺層速度橫向變化復雜情況下,宜采用其它有效的長波長靜校正方法[16-17]代替高程靜校正方法。針對中波長靜校正問題,探索出基于初至波疊加的中波長剩余靜校正方法。針對短波長靜校正問題,探索出基于標志層修正的地表一致性剩余靜校正方法或其它各種有效的剩余靜校正方法。

1.1 基于標志層構造形態控制的高程靜校正

基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法,主要目的是解決長波長靜校正問題。該方法包括以下4個關鍵步驟。①合理選取處理基準面:對于巨厚黃土塬地區地表起伏劇烈的情況,高程靜校正的替換速度難以準確選取,如果處理基準面選擇不當,則會導致其獲得的靜校正量產生較大的誤差,因此處理基準面通常選取探區的平均高程處,其形成的累積誤差相對較小。②常規高程靜校正、速度分析及疊加:由于巨厚黃土塬地區不同地段的速度譜質量差異大,由常規高程靜校正和盲選速度譜位置的速度分析產生的初始疊加剖面品質差,但可為優選生成速度譜點位提供參考。③優選生成速度譜點位及求取可靠的速度場:利用初始疊加剖面和高程信息,優選生成速度譜點位,再次生成速度譜并拾取更精確的速度函數,獲得更為可靠的速度場。④替換速度求取以及標志層構造形態控制的高程靜校正:在可靠速度場基礎上,采用替換速度掃描方式,依據高品質地段標志層的構造形態選擇替換速度。當替換速度偏低時標志層反射波同相軸兩端上翹;當替換速度偏高時標志層反射波同相軸兩端下彎;當替換速度準確時標志層反射波同相軸平坦。依據這一判斷準則,可獲得更為精確的替換速度。依靠合理的處理基準面、可靠的速度場和精確的替換速度,可求取準確的長波長靜校正量。

該方法雖然受巨厚黃土塬的影響,在高地表處(黃土巨厚)靜校正量的誤差大;但在表層速度橫向變化不劇烈地區或受黃土塬低速帶影響程度低的低地表處,高程靜校正方法解決了該地段的長波長靜校正問題,并為保持構造形態不被破壞奠定了良好的基礎。

1.2 基于初至波疊加的中波長剩余靜校正

在進行巨厚黃土塬地區的地震數據處理時,經過基于標志層構造形態控制的高程靜校正后,往往會出現嚴重影響構造形態和信噪比的高值中波長靜校正問題,不能僅依靠地表一致性剩余靜校正方法予以解決。為此,提出了基于初至波疊加的中波長剩余靜校正方法,該方法的主要目的是解決中波長靜校正問題,包括以下4個關鍵步驟。①抽取共檢波點道集記錄和共炮點道集記錄:在基于標志層構造形態控制的高程靜校正處理基礎上,將數據分別抽取為共檢波點道集記錄和共炮點道集記錄。②速度掃描以獲取合適的線性動校正速度:在共檢波點道集記錄和共炮點道集記錄的線性動校正速度掃描疊加的基礎上,本著疊加剖面初至波起跳清晰干脆以及便于拾取初至到達時間的目的,獲得可靠的線性動校正速度。③優選參與疊加的炮檢距范圍并進行疊加:由于近炮檢距的直達波和遠炮檢距的折射波不能用同一線性動校正速度校平,故需要優選參與初至波疊加的炮檢距范圍,保留相對穩定的折射波記錄,以實現共檢波點道集和共炮點道集的初至波同相疊加,達到初至波起跳干脆的目的。④檢波點和炮點中波長靜校正量提取及應用:沿共檢波點和共炮點初至波的低頻平滑趨勢拾取“零時間線”,沿共檢波點和共炮點初至波到達時拾取用于提取中波長剩余靜校正的“延遲時間線”,將拾取的“延遲時間線”減去“零時間線”,可分別求取檢波點和炮點的中波長剩余靜校正量。

1.3 基于標志層修正的地表一致性剩余靜校正

基于初至波疊加的中波長剩余靜校正處理后,因初至拾取不準等因素造成的嚴重短波長靜校正問題仍然存在,其疊加剖面的部分地段的信噪比過低,如果直接將該疊加剖面用作地表一致性剩余靜校正處理的外部模型,處理效果難以保證,故提出了基于標志層修正的地表一致性剩余靜校正方法,該方法的主要目的是解決短波長靜校正問題,包括以下2個關鍵步驟。①修正標志層并建立剩余靜校正的外部模型:在上述兩步靜校正處理的疊加數據上,根據區域地質情況、測井資料和已有的老處理成果等信息,對疊后數據進行修飾,以提高外部模型的品質。②地表一致性剩余靜校正迭代:利用高品質的外部模型數據和準確的速度,采用多次迭代地表一致性剩余靜校正的處理方法,由大到小地調整限制門檻值,使得靜校正量逐步收斂,最終可求得準確的剩余靜校正量;或采用適應高值靜校正量的非線性反射波剩余靜校正方法。

1.4 標志層控制的靜校正處理流程

綜上所述,標志層控制的靜校正處理流程如圖1

圖1 標志層控制的靜校正處理流程

所示。

2 模型數據測試

2.1 模型建立及正演模擬

1) 不含水平層的巨厚黃土塬地區二維數值模型(圖2)。首先從巨厚黃土塬地區BC三維工區實際地震數據處理成果中,選取一條有代表性的二維測線;然后利用可靠的井資料和地表高程數據,并結合區域地質特征和實際炮點檢波點位置關系,提取二維測線對應的地表高程(高差為360m)、地層速度及埋深以及構造形態等信息;最后構建該二維數值模型。模型各層段彈性參數見表1。

2) 含水平層的巨厚黃土塬地區二維數值模型(圖3)。為研究巨厚黃土塬地區近地表靜校正方法的處理效果,在上述模型中將第7層和第8層替換為一個水平地層,以判斷構造形態保真情況,并檢驗基于標志層構造形態控制的高程靜校正處理后構造形態的可靠性。

參照本區地震采集實際情況,本次采用中間激發兩端接收觀測系統,最大偏移距為3340m,炮點間距為40m,檢波點間距為40m,模型剖面長26565.5m,

圖2 巨厚黃土塬地區二維數值模型(不含水平地層)

圖3 巨厚黃土塬地區二維數值模型(含水平地層)

垂向深度為2143.06m。采用26Hz的零相位雷克子波,點震源球面波激發,接收點排列隨炮點移動,共495炮,每炮171道接收。記錄時間長度為2s,采樣率為1ms。采用彈性波有限差分方法對上述兩個模型進行地震波場正演模擬,地表定義為不可見地表。

表1 模型各層段彈性參數

2.2 測試應用及效果分析

按照圖1所示的標志層控制的靜校正處理流程,對圖2、圖3正演模擬得到的地震數據分別進行測試處理。

將圖3所示模型正演模擬得到的地震數據經常規高程靜校正、速度分析和疊加處理后,得到的剖面如圖4 所示,圖中上方的曲線為高程曲線,圖中箭頭所指的部位疊加段品質高,可作為生成速度譜的有利點位,其一般分布在地勢低洼處。

對圖3所示模型正演模擬得到的地震數據應用基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法,獲得的疊加剖面如圖5a所示,由于該方法只對高程差引起的長波長靜校正量進行校正,復雜的中短波長靜校正問題未能得到解決,故剖面中存在部分地段信噪比低的現象,但箭頭所指處的地層產狀正確,總體構造形態未失真,因此可繼續進行中、短波長的剩余靜校正處理。對圖3模型正演模擬得到的地震數據應用折射靜校正方法,得到的疊加剖面如圖5b 所示,盡管部分地段波組連續性優于圖5a,但箭頭所指部分構造形態出現失真,故不宜在此基礎上進行后續的處理。

圖4 利用常規靜校正和速度分析的疊加剖面進行速度譜點位選取示意

圖5 應用基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法(a)與折射靜校正方法(b)得到的疊加剖面

對圖2所示的模型正演模擬得到的地震數據應用基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法,得到的共檢波點初至波線性動校疊加剖面如圖6a所示。長波長靜校正后,如果不存在中波長剩余靜校正問題,則該初至波應以低頻平滑趨勢出現,即為“零時間線”(藍色)。圖6a中初至波到達時代表中波長剩余靜校正的“延遲時間線”(紅色),將“延遲時間線”減去“零時間線”可獲得檢波點的中波長剩余靜校正量(圖6b)。將同樣的方法應用于共炮點初至波疊加剖面,可以獲得炮點的中波長剩余靜校正量(圖6c)[18]。

對圖2所示的模型正演模擬得到的數據應用標志層控制的靜校正方法處理,該過程的單炮記錄如圖7 所示。與原始的單炮記錄(圖7a)相比,圖7b、圖7c 和圖7d上的反射波雙曲線規律逐漸明顯。

圖6 基于初至波線性動校疊加剖面提取檢波點和炮點中波長剩余靜校正量a 共檢波點初至波線性動校疊加剖面; b 提取的檢波點中波長剩余靜校正量; c 提取的炮點中波長剩余靜校正量

在圖5a疊加剖面的基礎上,應用中波長剩余靜校正和標志層修正的地表一致性剩余靜校正方法進行處理,獲得的疊加剖面品質顯著提高,并且保持了可靠的構造形態(圖8)。

圖7 對圖2所示模型正演模擬得到的數據應用標志層控制的靜校正方法處理過程的單炮記錄a 原始單炮記錄; b 基于標志層構造形態控制的高程靜校正+線性去噪; c 基于標志層構造形態控制的高程靜校正+基于初至波疊加的中波長剩余靜校正+線性去噪; d 標志層控制的靜校正

圖8 應用中波長剩余靜校正和標志層修正的地表一致性剩余靜校正方法處理得到的疊加剖面

對圖2所示的模型正演模擬得到的地震數據應用不同靜校正方法處理,得到的疊加剖面如圖9所示。圖9a為采用層析靜校正+剩余靜校正方法處理得到的疊加剖面,其構造形態與圖2所示模型的構造形態相似度低,構造形態嚴重失真;圖9b為采用折射層析靜校正+剩余靜校正方法處理得到的疊加剖面,其構造形態與圖2所示模型的構造形態相似度不高,中部構造形態優于圖9a,但邊界處構造形態嚴重失真;圖9c為采用標志層控制的靜校正方法處理得到的疊加剖面,其構造形態與圖2所示模型的構造形態相似度最高,說明本文方法具有一定優勢,也說明方法復雜未必處理效果好,只有在滿足方法適用條件的前提下展開應用才能體現其優勢[19]。

圖9 應用不同靜校正方法處理得到的疊加剖面(不同處理系統截圖)a 層析靜校正+剩余靜校正; b 折射層析靜校正+剩余靜校正; c 標志層控制的靜校正方法

3 實際數據應用

從鄂爾多斯盆地某巨厚黃土塬地區的地震數據中,選取了一條二維測線應用不同靜校正方法進行處理。由于該工區的原始數據信噪比低,在高程靜校正疊加剖面上未發現理想的標志層,故實際處理過程中將剖面中0.6s和1.5s處出現的相對強反射同相軸視為標志層。考慮該工區的地表高程情況和老資料處理的基準面(1200m)及本次基準面測試處理情況,也為了便于對比處理效果,仍將處理基準面定為1200m。考慮替換速度測試結果和老資料處理的替換速度(3000m/s),將本次處理的替換速度仍定為3000m/s。經不同炮檢距范圍的初至波疊加測試,將共炮點道集、共檢波點道集疊加的炮檢距范圍定為500～2500m。

圖10為對實際二維地震數據應用中波長剩余靜校正方法前、后的初至波疊加剖面,對比圖10a與圖10b 可知,該靜校正方法較好地解決了共檢波點的中波長靜校正問題;對比圖10c與圖10d可知,該方法較好地解決了共炮點的中波長靜校正問題。

對實際地震數據應用標志層控制的靜校正方法進行處理,該過程的單炮記錄如圖11所示,可以看出靜校正問題逐步得到了解決,反射波同相軸的雙曲線規律逐漸明顯。

圖12a為應用層析靜校正和剩余靜校正方法處理得到疊加剖面,剖面出現了串層,波組特征不理想;圖12b為應用標志層控制的靜校正方法處理得到的疊加剖面,剖面品質明顯提升,其構造形態可靠且信噪比高。

圖10 對實際二維地震數據應用中波長剩余靜校正方法前、后共檢波點和共炮點道集疊加剖面a 靜校正前共檢波點道集疊加剖面; b 靜校正后共檢波點道集疊加剖面; c 靜校正前共炮點道集疊加剖面; d 靜校正后共炮點道集疊加剖面

圖11 對實際二維地震數據應用標志層控制的靜校正方法處理過程的單炮記錄a 原始記錄; b 基于標志層構造形態控制的高程靜校正; c 基于標志層構造形態控制的高程靜校正+基于初至波疊加的中波長剩余靜校正; d 標志層控制的靜校正方法(包括反褶積和去噪)

圖12 對實際二維地震數據應用不同靜校正方法處理得到的疊加剖面a 層析靜校正+剩余靜校正; b 標志層控制的靜校正方法

4 結束語

本文針對巨厚黃土塬的靜校正難題,提出了一種由基于標志層構造形態控制的高程靜校正、基于初至波疊加的中波長靜校正、基于標志層修正的剩余靜校正的3步遞進式組合構成的標志層控制的靜校正方法。根據該方法對不含水平層和含水平層二維數值模擬地震數據及鄂爾多斯地區實際二維地震數據的應用效果,可以得到如下結論:

1) 在具有良好標志層的巨厚黃土塬地區,在表層速度橫向變化不劇烈的情況下,基于標志層構造形態控制的高程靜校正處理方法,可較好地解決巨厚黃土塬地區地震數據靜校正的長波長靜校正問題;在應用基于標志層構造形態控制的高程靜校正方法處理的基礎上,應用基于初至波疊加的中波長剩余靜校正處理方法,可較好地解決黃土塬地區地震數據中波長剩余靜校正問題;在應用基于初至波疊加的中波長剩余靜校正方法處理的基礎上,應用基于標志層修正的地表一致性剩余靜校正多次迭代處理方法,可較好地解決黃土塬地區地震數據短波長剩余靜校正問題。

2) 盡管上述遞進式的靜校正方法是一種簡單的從反射疊加的形態去質控靜校正的技術措施,但在基本滿足該方法假設條件的前提下,靜校正極其復雜且現有技術難以獲得理想靜校正效果的情況下,該方法不失為一種良好的選擇。模型和實際數據的應用結果證明了該方法理論上的正確性及應用中的有效性和實用性。采用該靜校正方法,可在一定程度上克服巨厚黃土塬地區地震數據的靜校正技術難題,提高地震數據處理成果的品質和構造可靠性。

本文僅對二維數值模型和二維實際地震數據進行了處理研究,同理標志層控制的靜校正處理方法也適用于三維資料的處理,只需將二維中的“零時間線”、“延遲時間線”用三維中的“零時間面”、“延遲時間面”替代即可。標志層控制的靜校正方法不足在于應用條件苛刻,在標志層不理想或標志層本身的基本構造形態認識不清,或表層速度橫向變化過大的情況下,該靜校正方法的應用效果難以得到保證。另外,原始記錄信噪比與該靜校正方法的處理效果關系密切,在難以獲得理想的有效波記錄的情況下,該靜校正方法的應用效果受到一定限制。