沙漠區近地表處理技術研究及應用

閆艷琴，楊 威

（1.中國石化石油物探技術研究院，江蘇南京210000；2.中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830000）

1 概述

塔里木盆地表層地震地質條件的類型主要為沙漠區，又可分為高大沙丘區、中等沙丘區和小沙丘區，局部地區伴有山體、戈壁、農田和沼澤等地形。表層結構調查結果表明，沙漠區高速層頂界面基本是該區的潛水面，是一個較為穩定隨高程平緩變化的界面。

塔里木盆地沙漠區近地表的主要特征包括：表層被巨厚的沙層所覆蓋，低速帶厚度變化大，一般在20～80m 之間；地表高程變化大，海拔為1000～1280m。高大沙丘區多為復合型壟狀沙梁和蜂窩狀沙山。高大沙丘區造成地震勘探的激發和接收條件變差，沙丘對地震波的吸收衰減嚴重。

為此，針對塔里木盆地沙漠區近地表結構的特點建立具有針對性的近地表地震資料處理技術，減少或消除近地表結構對地震波的影響，有助于提高深層成像處理的質量。

2 沙漠區近地表處理技術及應用

2.1 地震資料處理浮動基準面

浮動基準面[2]是地震資料處理中的處理中間面，即水平基準面，只是不同CMP對應的基準面的高程是變化的，所有CMP 水平基準面的高程構成了隨CMP 變化的浮動基準面，主要用于速度分析和動校正處理，得到準確的速度和成像結果。

（1）現有浮動基準面建立技術的缺點。在塔里木盆地沙漠區地震資料處理中，確定每個CMP 的高程，不同的方法所形成的浮動基準面有差異，一般采用平均靜校正量法或平滑地表高程法建立浮動基準面。

（2）平均靜校正量法。平均靜校正量法[3]通過計算每個CMP道集內各道的炮、檢波點靜校正量的求和平均值作為該點浮動基準面，為時間域的平滑面，利用替換速度將其轉換至深度域中的浮動基準面通常高于真實地表，無明確的物理含義。平均靜校正量法[2]所產生的浮動基準面不利于深度域表層速度與中深層速度的一體化速度建模和基于平滑地表的疊前深度偏移成像處理。

（3）平滑地表高程法。平滑地表高程法通過對地表高程進行尺度平滑，所建立的浮動基準面是地表高程的平滑面，平滑地表高程法產生的浮動基準面有著明確的物理意義，有助于深度域速度建模成像。

在實際地震資料處理中，地表高程數據通常由地震資料采集的炮點和檢波點高程內插CMP高程獲得，但受到野外采集物理點空間密度的限制（線距200～400m、道距50m），對沙漠、山地等起伏較為劇烈的近地表類型來說，地表高程數據受空間采樣密度的影響精度有限，不能完全恢復地表高低起伏變化。炮點、檢波點分布范圍不一致對高程內插算法容易造成邊界效應，從而影響了浮動基準面的精度。

基于SRTM 遙感數據的浮動基準面。SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）航天飛機雷達影像數據，相對于常規的地震采集資料野外測量結果，SRTM地表高程數據的采樣密度高且分布均勻。

在實際處理中，根據地震資料處理目標區域的經緯度分布范圍，獲得SRTM遙感測量數據，再用高斯—克呂格投影方法將SRTM遙感測量數據的經緯度坐標系統轉換為WGS84/BJ1954 平面坐標系統，以滿足地震資料處理和解釋系統的需求。

式中：x——平面坐標系統的橫坐標；

y——平面坐標系統的縱坐標；

L——橢圓球面上的大地坐標的經度；

B——橢圓球面上的大地坐標的緯度；

S——由赤道至緯度B的經線弧長；

N——卯酉圈曲率半徑。

η可以由公式η2=e′2cos2B得到，其中e′為地球的第二偏心率。

通過對塔里木盆地的近地表調查結果的分析表明，在沙漠地表覆蓋區具有較為穩定的潛水面，在保留近地表高程變化趨勢的前提下，對表層沙丘進行大尺度迭代平滑，結合近地表結構調查數據對平滑后地表高程進行校正，建立地表高程浮動基準面：

式中：f（x,y）——平滑前地表高程；

σ——平滑尺度算子；

Δd——潛水面深度校正量；

fs（x,y）——平滑后地表高程。

在平滑算子σ的選擇上，將地震資料采集的排列長度或排列片寬度作為尺度平滑算子，對高于特定高度的沙丘進行削截處理，對上述過程進行多次迭代，從而得到大尺度平滑地表高程浮動基準面（見圖1）。

圖1 不同浮動基準面的對比

本文方法不依賴于地震資料采集的野外實際測量結果，而是通過對SRTM 遙感測量數據進行大尺度平滑迭代，并結合近地表結構調查數據建立全區沙漠地表條件下的地震資料處理浮動基準面。基于SRTM的地震資料處理浮動基準面具有直接平滑、結果明確、事先得到等特點，不與替換速度、低降速層、觀測系統等發生關聯，確保了浮動基準面建立的客觀性和獨立性。

2.2 靜校正

在塔里木盆地沙漠覆蓋地區，由于表層高大沙丘的影響，地震波激發和接收因素相差較大，造成單炮記錄中的雙曲線扭曲嚴重，靜校正問題突出，給地震資料處理和解釋帶來了較大困難。

2.2.1 初至波層析靜校正技術的缺陷

在沙漠區地震資料處理中，通常采用初至波層析反演方法[4]進行靜校正的處理和計算。但從實際應用效果來看，初至波層析反演方法仍存在著一定的技術缺陷，主要表現在：

（1）初至波層析反演得到的低降速層速度模型的精度較低。從沙漠區層析速度反演的結果上看，沙丘頂部的速度反演結果較為合理，但沙丘底部和沙梁[5]等構造低部位非沉積壓實地層的速度明顯偏大（圖2左圖）。

（2）初至波層析反演得到的低降速層速度模型和根據低降速層速度模型計算的靜校正量存在著邊界效應。層析反演獲得的速度模型的計算范圍僅限于炮點范圍內，炮點范圍外的檢波點速度模型外推的精度有限，存在著明顯的邊界效應，影響靜校正的精度（圖2右圖）。

（3）初至波層析反演得到的低降速層速度模型和靜校正量存在著多解性。造成多解性的原因包括：輸入條件和控制參數的不確定性；反演方法的固有缺陷，由于層析反演是局部尋優和擬合的過程，每次反演的結果會有差異。

2.2.2 雙壓實沙丘曲線靜校正

通過對塔里木盆地沙漠區近地表測量結果分析表明，在塔里木盆地沙漠區在潛水面之上和潛水面之下的地層存在著較為明顯的速度界限。

由于表層沙丘具有較為一致的速度—深度關系，將近地表結構劃分為浮動基準面之上的表層沉積壓實規律地層和浮動基準面之下的正常沉積壓實規律地層。利用微測井或小折射得到的近地表速度調查結果進行統計處理，并擬合得到表層沉積壓實規律地層和正常沉積壓實規律地層的深度—速度關系曲線，從而得到表層沉積壓實規律地層和正常沉積壓實規律地層的速度模型（如圖3所示）。

圖2 初至波層析反演速度模型

圖3 正常沉積壓實深度—速度關系

利用沙丘曲線靜校正方法將地震數據校正到浮動基準面上，炮點靜校正量ΔTS為：

式中：ES——炮點高程；

Esm——浮動基準面高程；

EW——炮點井深；

vs（D）——浮動基準面之上表層沉積壓實地層的速度；

vd（D）——浮動基準面之下正常沉積壓實地層的速度。

檢波點靜校正量ΔTR為：

式中：EG——檢波點高程。

從靜校正前后單炮記錄（圖4）中可以看出雙壓實沙丘曲線靜校正有效提高了靜校正的質量，地震初至波更為光滑，反射波雙曲線的規律性更好。

2.3 近地表速度建模

在沙漠區近地表速度建模成像處理中，所采集的地震資料在淺層數據上缺失較為嚴重，無論是基于反射波理論的速度拾取還是數據驅動方式都難以得到較為準確的近地表速度模型。

初至時間中包含著豐富的表層速度信息，為了充分利用這些信息解決復雜近地表條件下的表層速度建模問題，在浮動基準面和雙壓實沙丘曲線靜校正消除表層沙丘起伏影響的基礎上，利用初至波層析速度反演技術建立淺表層速度模型作為深度偏移的初始速度模型，一是有利于淺中深層一體化速度建模，二是可有效避免淺表層低速帶造成的偏移頻散效應，從而可有效提高近地表速度模型的精度。從速度模型上看（圖5），相對于傳統的時深轉換速度建模方法，初至波層析反演出的速度模型的細節更為豐富，反演出的近地表速度場也相對合理可靠。

2.4 表層吸收衰減補償

在塔里木盆地沙漠地表覆蓋區，相對于成巖介質，表層松散沙丘對地震波中的高頻成分具有更強的吸收衰減作用[7]，降低了地震資料的分辨率。因此，沙漠區表層的空間變化要遠大于地層和油氣因素引起的儲層信息的空間變化，從而給儲層成像和油氣檢測帶來了困難。

圖4 靜校正前后單炮記錄

圖5 近地表速度模型對比

2.4.1 表層Q值提取

（1）利用微測井數據求取近地表實測Q值。Youli?Quan 等根據地震波吸收過程中高頻成分的吸收快于低頻成分的特點，利用頻譜中心頻率的偏移進行吸收衰減研究。在實際應用中，將微測井或雙微測井中最小炮檢距的檢波點視為震源，大炮檢距數據視為表層吸收衰減后信號，利用質心頻移法求取表層實測Q值。

（2）相對Q值計算。相對Q值計算旨在獲得近地表Q值的相對大小關系，通過共炮點和共檢波點域的頻率關系與表層旅行時來確定表層Q值的空間變化。相對衰減系數是相對Q值求取的一個重要基礎數據，反映表層對地震波能量的吸收。

2.4.2 近地表Q場標定與建立

在實際資料應用中，通過利用井點實測Q值的大小范圍和變化規律約束相對Q值，進而得到整個工區的近地表Q場。

相對衰減系數通過對實際地震數據進行地表一致性分析得出，是表層Q值求取和吸收補償技術中重要的基礎數據，其相對變化關系是不能輕易改變的，否則會破壞相對振幅關系，因此在進行標定時，從相對衰減系數的調整著手，保證不改變R值的相對關系。

2.4.3 表層吸收衰減補償

表層吸收補償消除了地表一致性表層吸收影響，同時提高地震波的分辨率。在進行Q補償處理時，要充分注意資料的橫向變化及信噪比的特征變化，對選取Q補償方法和參數進行反復的試驗，選擇最優參數，實現參數時變空變，以保證全區波組特征的一致性。

從補償前后的單炮記錄和疊加剖面中可以看出（如圖6和圖7所示），補償后淺層地震資料的主頻和分辨率得到提高，低頻有效保留，高頻成分合理拓寬10～20Hz，同相軸連續性變好，波組特征清楚，串珠聚焦性好。

圖6 表層補償前后單炮記錄對比分析

3 結論

（1）在傳統的沙漠區近地表處理中，浮動基準面的建立和靜校正處理是兩個相互獨立的過程分別進行的，即便采用平滑地表法建立浮動基準面，靜校正仍然是計算到固定基準面的，因此靜校正和浮動基準面之間存在物理機制的一致性和銜接問題。而雙壓實規律沙丘曲線靜校正結合SRTM 浮動基準面建立方法，將靜校正和浮動基準面作為一個整體進行處理，不存在靜校正和基準面的匹配問題。

（2）在雙壓實規律沙丘曲線靜校正和SRTM 浮動基準面基礎上，利用初至波速度反演方法建立近地表速度模型，提高了淺表層速度模型精度，有助于淺中深層速度模型的一體化和偏移成像處理。

（3）在近地表結構調查的基礎上進行表層Q值計算，近地表吸收衰減補償顯著提高了地震資料的分辨率，實現了深層目標的寬頻成像。