复杂地表条件下层析静校正技术的应用

复杂地表条件下层析静校正技术的应用

福津盆地位于准噶尔盆地北部，西与哈萨克斯坦接壤赞桑盆地相连。这是赞桑盆地向中国延伸的程度。吉木乃坳陷为福津盆地次级构造单位元,呈北西—南东向展布,整体构造西低东高,西部局部有凹陷,沉积南厚北薄,保存条件相对较好。已完钻的吉参1井二叠系、石炭系钻遇烃源岩,并见气测异常。由于该区地形起伏剧烈,表层结构复杂多变,野外静校正严重制约着地震资料处理成像品质的提高。因此,建立一套适于该区复杂地表条件的表层模型反演与静校正计算流程就显得至关重要。1表面层结构与分层分析的困难1.1地表激发条件福津盆地地貌主要为山地、戈壁、沙漠,北部发育一条东西向河流——额尔齐斯河。该区地形起伏变化较大,海拔为500~950m,南面山地及山前地带平均海拔可达1300m.地表出露地层由老到新为泥盆系变质岩,石炭系和二叠系玄武岩、安山岩、凝灰岩,侏罗系砂泥岩、砾岩,古近-新近系石英砾岩、砂泥岩,第四系戈壁砾石和风成沙漠。地表激发条件复杂。通过对该区采集的微测井成果进行分析,在第四系风成沙漠和农田区表层结构可分为两层,低速层速度为500~850m/s,厚度一般在8~15m,高速层顶部速度在1650~1950m/s;戈壁砾石区为三层结构,低速层速度为500~850m/s,降速层速度为850~1200m/s,低、降速层总厚度一般在5~36m,高速层顶部速度在1650~2500m/s;出露的老地层一般为两层结构,低速层速度为300~500m/s,厚度一般在3~5m,高速层顶部速度在3000~3800m/s.整体看,没有稳定的低速层和高速层顶界面。针对与微测井点相同位置的共炮域初至时间拟合速度分析,拟合速度与微测井成果速度差异较大(图1),高速层顶界面速度为1700~5100m/s变化剧烈,不存在稳定的低降速带与高速层顶折射界面。1.2地表二维网格组合从福津盆地区域表层结构特征来看,建立近地表结构模型的常规方法(如分层法、折射法)并不适于该区层析法是把近地表划分为若干个规则常速网格,通过正演射线穿过网格的累计时间与实测的时间相比较,时差用于修改模型的速度,经过多次迭代使得各炮检对正演的旅行时与实际达到最佳逼近,即完成速度模型的构建。由于微小的网格组合可以容易地描述任意复杂的近地表结构特征,同时可以利用各种类型的初至波。因此,层析法理论上能够适应任何复杂地表近地表模型的反演1.3精度地震成像的需求虽然层析法反演近地表结构模型理论上适应于任何复杂地表条件,但在实际的生产中受实际资料与反演算法的影响,反演模型精度还难以满足现今高精度地震成像的需求,主要表现在如下3个方面。层析反演法能较好地反映表层速度的低频趋势受野外地震采集观测系统的影响,在层析反演时炮点范围外的区域射线无法形成回路去修正初始模型,从而使满覆盖点与首、尾检波点之间的模型只能依靠外推得到,其精度与表层厚度的大小有直接关系目前市场上的层析软件还无法从真正意义上实现二维多条测线的表层模型整体反演,从而在测线单独反演过程中容易造成测线交点处的模型不闭合。2静态层析技术的应用研究和效果2.1剩余静校正方法在常用的层析软件中,为解决高频精度难以实现的问题,一般在根据反演模型计算静校正量后再进行剩余静校正量的求取,以此来提高高频精度。常用的剩余静校正方法有模型法和差分法两种。模型法剩余静校正是基于同一炮集内各检波点的剩余时差之算术和为零、同一检波点道集内各炮点的剩余时差之算术和为零的假设前提,通过在共炮点道集和共检波点道集分别拾取初至波的时间曲线,并用合适的速度对地震记录进行线性动校正,在每个道集上通过多次迭代并利用综合寻优的算法求取每个炮点、检波点的剩余静校正量差分法剩余静校正也是利用折射初至时间与相邻道的时间差建立差分方程组,方程的个数取决于道集内的道数,这个方程组可以采用递归求和方法求解,也可以采用高斯-赛德尔迭代方法求解,分别得到炮点和检波点的剩余静校正量。差分法是一种网格算法,以时间差与道距差商代替时差的导数,即用差分方程代替微分方程,将偏微分方程转化为代数方程组求解,大大提高了运算效率。针对两种剩余静校正方法的优点,在福津盆地二维测线的应用过程中,通过对表层结构的认识,在折射层局部稳定的地方利用模型法,中间过渡段利用差分法,分段求取剩余静校正量,然后在整体应用的基础上再进行差分法剩余量的求取,完善两种方法拼接过程中的闭合差。图2为分段优化组合静校正前后叠加剖面的效果对比,从图中可以看出,分段优化组合后静校正量精度明显提高。2.2剩余静校正量的计算在层析反演与剩余静校正量计算中,常规做法是层析反演时的输入初至信息与高频剩余量计算时的输入信息一致,并且炮点以外的初至信息被剔除,使炮点以外的检波点无法计算剩余静校正量,从而影响边界静校正量精度的提高。针对此问题,在福津盆地的应用中,增加了测线两端初至信息的拾取(全排列),并保留所有有效的初至信息来进行剩余静校正量的计算,提高了边界检波点在计算剩余静校正量时的覆盖次数,以此来减小边界效应。图3为初至信息优化前后应用旅行时间的对比,在图中标识处优化后边界信息量明显增加,其相应的静校正量在边界处精度也明显提高,图4中在测线端点单炮在应用此静校正量后初至被校平,效果明显提高。2.3统一层析参数反演及参数验证在层析反演表层模型过程中,制约模型精度的几个主要因素分别是初始模型、初至信息、网格大小、平滑半径等。在单线进行层析反演时一般为了让模型最优化都是针对本测线表层结构特点建立单一的初始模型,并根据近地表低降速层厚度输入一定范围的初至信息,以此来进行层析反演,但这样往往会造成二维测线交点处模型的闭合问题。基于此,在福津盆地的层析反演中,首先单线反演全区13条测线,得到相应的表层模型并进行分析,寻找全区统一的高速层顶界面,并确定该界面之上地层厚度的变化范围。根据厚度范围来寻找与之相对应的初至信息偏移距范围,用以确保输入的初至信息包含统一高速层顶界面以及之上足够初至信息量参与层析反演;其次根据全区表层结构变化规律,建立统一的初始模型,并统一反演的基本参数,如网格大小、平滑半径、平滑因子等;最后利用统一的各种反演参数再次进行单线反演。图5为统一参数反演前后二维测线模型交点闭合对比,在统一反演参数后模型低降速带厚度、速度均得到较好的闭合。并且在此模型基础上计算所得的静校正量应用后,叠加剖面交点满足闭合要求(图6)。最后,应当指出的是,本文有效应用层析静校正