YE地区低信噪比复杂地表资料的静校正处理技术

肖盈，居兴国,齐玉涛,刘燕峰，邹少峰

(1.中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏 南京 211103；2.四川大学，四川 成都 611731)

YE地区低信噪比复杂地表资料的静校正处理技术

肖盈1，居兴国1,齐玉涛2,刘燕峰1，邹少峰1

(1.中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏 南京 211103；2.四川大学，四川 成都 611731)

当地震资料既存在严重静校正问题，信噪比又极低时，严重的静校正问题会制约提高信噪比技术的效果，同时低信噪比问题又会严重导致静校正问题得不到很好解决，两者形成一种耦合关系，严重影响资料的成像效果。以解决复杂地表条件下低信噪比资料的静校正问题为出发点，讨论了折射层析静校正和初至波层析静校正适用性，提出了层析静校正融合技术；分析了生产中常用模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正方法的适用性，提出了基于蒙特卡罗剩余静校正与模型约束最大能量剩余静校正的综合剩余静校正技术，摸索出一套有效解决低信噪比资料静校正问题的处理技术。以YE地区存在严重静校正问题的低信噪比资料为例，验证了所述静校正处理技术的有效性。

静校正；低信噪比；层析静校正融合；综合剩余静校正

0 引言

低信噪问题和复杂地表严重的静校正问题是地震资料处理中的两大难题，当低信噪比问题和严重静校正问题耦合在一起时，低信噪比问题影响静校正处理效果，静校正问题又约束着提高信噪比技术的应用，两者相互影响，相互制约。

对于低信噪比地震资料的去噪技术已有众多的地球物理学家进行了广泛、深入的研究与实践，并取得卓有成效的研究成果，该文不再论述。

对于低信噪比资料的静校正处理技术，许多科研工作者也进行了大量的研究与实践，主要分为基准面静校正和剩余静校正两类，其中基准面静校正包括高程静校正、折射静校正、层析静校正等[1]，剩余静校正包括模型迭代剩余静校正、非地表一致性剩余静校正、蒙特卡罗剩余静校正、最大能量剩余静校正等[2]。在资料处理中常采用层析静校正、模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正组合方法来解决静校正问题[3]。目前生产中常用层析静校正方法主要有折射层析静校正方法和初至波层析静校正方法[4-5]，YE地区表层结构变化非常快，部分区域折射层析静校正效果较好，部分区域初至波层析静校正效果较好，对2种层析静校正方法进行了大量的试验，仍然无法找到一种对整个工区都适用的层析静校正方法。模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正计算时都需要输入叠加剖面作为模型道，而低信噪比资料的叠加剖面成像效果很差，模型品质太差，常规剩余静校正处理效果不佳，达不到预期的效果。

该文针对YE地区低信噪比资料静校正处理难点，提出了层析静校正融合处理技术和基于蒙特卡罗剩余静校正和模型约束的最大能量剩余静校正的综合剩余静校正处理技术，形成了一套低信噪比资料的静校正处理思路。

1 低信噪比资料静校正处理难点分析

(1)该区的地震资料存在严重的静校正问题。工区地表为沙漠覆盖，沙丘起伏很大，最大相对高差达到350m，坡度很陡，低降速带的速度和厚度横向变化非常剧烈。相对高差大和表层结构复杂，导致了工区资料的静校正问题非常严重。

(2)该区的地震资料信噪比特别低。地震资料采集时，在高速层中激发效果比较好。工区内低降速层厚度约100m，受钻机设备的影响，钻井深度不够，无法在高速层中激发，激发效果较差，激发能量弱。工区内的沙质比较疏松，散射严重，激发能量下传困难，压制干扰波效果很差，资料中干扰波非常发育。另外，地下介质波组抗差异很小，地震反射以弱信号为主。受激发效果差、干扰波发育和地震反射信号微弱的影响，工区资料的信噪比特别低。

2 针对性静校正处理技术

在静校正处理方面，生产中常用的方法有折射层析静校正、初至波层析静校正、模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正[6-8]。对于有一定信噪比的资料，用这些方法能得到较好的处理效果，而对于信噪比极低、静校正问题非常严重的资料，上述方法处理效果不佳，需要寻找新的处理技术。

2.1 层析静校正方法的适用性

目前生产中常用的层析静校正方法主要有折射层析静校正方法和初至波层析静校正方法。折射层析成像方法包括首波法和弯曲射线法2种，其中首波法假设近地表为局部平坦地层，初至波是沿层间折射界面传播的首波。首波法在这种假设的前提下建立的近地表模型与初至旅行时是线性关系，其计算结果非常稳定，但是近地表非常复杂时适应性相对较差。弯曲射线法假设近地表为垂直速度梯度的模型，初至是沿弯曲射线路径传播的波至。弯曲射线法在这种假设前提下建立的近地表模型与初至旅行时是非线性关系，其反演时需要进行射线追踪，反演结果对初始近地表模型非常敏感。Osypow K发现，在域中垂直速度梯度的近地表模型与初至旅行时为线性关系[9-10]。因此，可将首波法和弯曲射线法相结合，在反演近地表模型时，第一层用延迟时间来确定(即首波法)，其余层用弯曲射线法来确定，既有首波法的稳定性，又有弯曲射线法的灵活性[11]。

折射层析静校正方法与折射静校正有相似之处，是以假设地下存在局部平坦地层为前提，在计算的过程中需要识别折射层[12]。若近地表比较接近局部平坦这个假设，该方法结合了折射波法和层析法的优点，效果优于折射静校正和初至波层析静校正。由于该方法是采用线性反演的方法来求解近地表模型，实质上并没有跳出常规折射静校正方法的局限性，同样受到折射“盲区”的影响，在近地表结构特别复杂的区域效果受到影响[13]。

初至波层析静校正方法[14]记录初至波射线走时和路径，反演介质速度结构，此方法综合考虑初至信息中的直达波(均匀介质)、回转波(连续介质)和折射波(层状介质)，无需分清初至波的类型，避开了折射波静校正必须首先识别折射波的限制。该方法在建立初始速度模型时采用的是常规折射波的方法(即延迟时方法)，建立反映近地表模型的非线性方程组，用非线性反演算法求得全局最优解，其反演结果不依赖于初始的速度模型，比较适用于低降速带变化比较剧烈的地区[15]。

由于折射层析的假设前提是“局部平坦”，因此，它反演出的近地表模型在局部区域内也是呈层状结构，层与层之间是平行关系，是对实际地层的一种近似，实际上是一种等效模型。初至波层析反演出的近地表模型精度比较高，在细节的刻画上也比较精细(图1)。

(上图为折射层析反演的近地表模型，下图为初至波层析反演的近地表模型)图1 折射层析和初至波层析反演的近地表模型

图2和图3分别为折射层析静校正和初至波层析静校正叠加剖面，结合图1、图2和图3分析可知，红色方框对应的区域表层结构非常复杂，不符合“局部平坦”的假设，用层状模型来描述近地表模型时，折射层析反演的近地表等效模型与实际地质模型误差比较大，相对来说，初至波层析反演的近地表模型精度较高，对复杂近地表条件的适应性更强，该区域初至波层析静校正效果更好。蓝色方框对应的区域表层结构相对比较简单，符合“局部平坦”的假设，折射层析反演的层状等效模型与实际地层更吻合，虽然初至波层析对近地表也能较好地刻画，但折射层析静校正的结果更稳定，该区域折射层析静校正效果更好。

图2 折射层析静校正叠加剖面

图3 初至波层析静校正叠加剖面

根据前面的分析可知，由于该地区表层结构变化非常快，无论单独采用哪一种层析静校正方法都不能很好地解决基准面静校正问题。对于有一定信噪比的资料，通常采用折衷的办法进行处理，即选择一种对整条测线成像效果相对比较好的基准面静校正方法，然后利用剩余静校正进一步改善成像效果，最终也能获得高质量的成果剖面。但是对于信噪比极低的资料，剩余静校正效果也很不理想，成像效果很难得到改善，所以要尽可能地使基准面静校正效果达到最好，常规处理思路在低信噪比地区难以达到目标，必须寻找新的处理思路。

2.2 模型迭代剩余静校正方法的适用性

由于层析静校正处理过程中采用的反演模型是速度和厚度之间折衷的地质构造的一种简化[16]，加之工区表层地震地质条件复杂，资料信噪比低，层析静校方法难以求取精确的静校正量，处理后仅能解决资料的中、长波长和部分短波长静校正问题，残余有较大的短波长静校正问题，需要用剩余静校正和速度分析多次迭代来解决。

目前的剩余静校正方法大多都是基于地表一致性假设条件，由于地表一致性的约束，使得剩余静校正问题实际上是一个非线性、具有多参数多极值的全局优化问题[17]。在地震资料处理中，常规的处理策略是采用模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正联合处理的方法。模型迭代剩余静校正是通过计算CMP道集中各道与模型道相关值的大小确定剩余时差，建立剩余时差的线性方程组，采用高斯—赛德尔迭代法求解方程组[18]。非地表一致性剩余静校正的前提假设是资料的剩余静校正量空间波长足够短，完全在一个CMP道集内，用于把CMP道集中的反射同相轴最佳对齐[19]。

这2种方法均是采用线性反演的方法来解决非线性问题，得到剩余静校正量，对于信噪比较高、剩余静校正量较小的资料，常规联合剩余静校正处理方法收敛速度快，计算稳定，可以得到比较理想的处理效果。对于工区有效信号微弱、信噪比极低的资料，模型道中有效波能量与噪音能量相当，甚至低于噪音能量，模型道中难以识别有效反射波，模型迭代剩余静校正只能得到局部极值解，无法得到最佳解，导致该方法处理效果不理想。在此基础上采用非地表一致性剩余静校正容易产生虚假反射，成像效果甚至会变差。

图4 模型迭代剩余静校正叠加剖面

图5 非地表一致性剩余静校正叠加剖面

图4为模型迭代剩余静校正叠加剖面，图5为非地表一致性剩余静校正叠加剖面，与层析静校正融合叠加剖面相比(图6)，经过剩余静校正方法处理之后，剖面的成像效果并未得到改善，相反，在大部分区域，成像效果变差。由此可见，常规的模型迭代剩余静校正和非地表一致性剩余静校正方法不能很好地解决低信噪比资料的剩余静校正问题，因此，需要寻找一种适合该地区低信噪比资料的剩余静校正方法。

2.3 层析静校正融合处理技术

该文对基准面静校正的处理对策为：结合折射层析静校正方法和初至波层析静校正方法的优点，分别用折射层析静校正方法和初至波层析静校正方法进行层析静校正计算并应用，再选出各自成像效果好的优势区域，根据优势区域对2种方法得到的层析静校正量进行融合，从而使整个工区资料的成像效果达到最佳，称之为层析静校正融合技术。

(1)用相同的平滑半径对折射层析静校正量和初至波层析静校正量进行高低频分离，得到各自对应于炮检点的高频分量和对应于CMP的低频分量。

(2)选择合适的低频分量。低频分量选择依据是叠加剖面构造形态的合理性，比较2种静校正方法的叠加剖面，结合区域地质资料，判断哪种方法的叠加剖面构造形态更合理、更符合区域地质规律，将其低频分量作为层析静校正融合的低频分量。

(3)选择合适的高频分量。从叠加剖面上比较2种层析静校正的效果，选出各自成像效果好的优势区域，取两种层析静校正方法优势区域的高频分量作为整条测线融合后的高频分量。

(4)将融合后的高频分量和低频分量相加，得到融合后的总静校正量。

2.4 综合剩余静校正处理技术

对于静校正问题严重的低信噪比资料而言，经过层析静校正处理之后，剩余静校正量往往比较大[20]，常规剩余静校正方法处理效果不佳，需要采用非线性反演的方法来求取剩余静校正量。非线性反演的方法包括全局寻优和局部寻优2类方法，全局寻优方法能求得全局极值，但收敛速度很慢，局部寻优收敛速度很快，但往往只能求得局部极值，得不到全局最优解。

蒙特卡罗剩余静校正方法是一种非线性全局寻优方法，此方法的优点是不需要精确的数学模型和模型道，自适应性强，能够获得全局最优解，剩余静校正效果较好，缺点是计算非常耗时。在实际低信噪比资料处理中，由于剩余静校正量与速度是解耦的关系，需要剩余静校正与速度分析多次迭代来求取准确的剩余静校正量，逐步逼近真实的地下速度场，此方法参数选择及控制较为复杂，不利于剩余静校正的多次迭代处理。

最大能量剩余静校正方法是一种非线性局部寻优方法，该方法以剖面叠加能量最大为准则进行剩余静校正量计算，在剩余静校正量较小、资料有一定的信噪比时，计算效率较快，处理效果也较好。但是，在剩余静校正量较大的情况下容易陷入局部极值而出现“周波跳跃”现象，剖面上表现为串相位。为了克服“周波跳跃”现象，在处理过程中可以在剖面中拾取比较可靠的反射波同相轴作为模型进行约束，并且在计算时以模型为中心，选择一定大小的时窗(通常为300～500ms)进行限制，这样可以较好地克服“周波跳跃”现象，不会出现串相位现象，称之为模型约束最大能量剩余静校正方法。

该文提出的剩余静校正处理对策为：在蒙特卡罗全局寻优方法的基础上，应用局部搜索能力很强的模型约束最大能量剩余静校正方法进行迭代，即将蒙特卡罗剩余静校正的全局最优解作为模型约束最大能量剩余静校正的迭代初值，以解决模型约束最大能量剩余静校正全局收敛性弱的缺点，称之为综合剩余静校正技术。

具体步骤为：首先采用蒙特卡罗剩余静校正方法得到全局优化的剩余静校正量，解决部分剩余静校正问题。再在蒙特卡罗剩余静校正的基础上进行精细的速度分析，得到比较准确的反射波模型道，最后采用模型约束最大能量剩余静校正方法和速度分析进行多次迭代处理，解决工区的剩余静校正问题。

图6为低信噪比复杂地表资料的静校正处理流程，其中，绿色虚线框区域为层析静校正融合处理流程，红色虚线框区域为综合剩余静校正处理流程。

图6 低信噪比复杂地表静校正处理流程

3 处理效果分析

3.1 层析静校正融合处理技术

图7为层析静校正融合叠加剖面，结合图2、图3和图7分析可知，在蓝色方框标识的区域，折射层析静校正的成像效果明显优于初至波层析静校正，是折射层析静校正的优势区域；在红色方框标识的区域，初至波层析静校正的成像效果好于折射层析静校正，是初至波层析静校正的优势区域。应用层析静校正融合技术之后，将2种层析静校正的优势区域结合起来，且融合后的剖面成像效果优于折射层析静校正和初至波层析静校正，同相轴的连续性较好，达到了优势互补的效果。由此可见，该文应用的层析静校正融合技术可以较好地解决该地区的基准面静校正问题。

图7 层析静校正融合叠加剖面

3.2 综合剩余静校正处理技术

图8为蒙特卡罗剩余静校正叠加剖面、图9为模型约束最大能量剩余静校正叠加剖面。比较图7至图9可知，层析静校正融合处理后的叠加剖面整体信噪比很低，仅能粗略刻画浅层1000ms附近的反射形态，中深层构造形态无法落实。经蒙特卡罗剩余静校正处理后，剖面中深层成像效果改善明显，信噪比得到较大提升。在此基础上进行速度分析和模型约束最大能量剩余静校正迭代处理，经过3次迭代处理之后，剖面中同相轴的连续性、信噪比和波组特征都有很大提高，短波长静校正问题得到较好解决。

图8 蒙特卡罗剩余静校正叠加剖面

图9 模型约束最大能量剩余静校正叠加剖面

层析静校正融合技术与综合剩余静校正处理技术的联合应用，较好地解决了该地区的静校正问题，为进一步获得波组特征良好、地层接触关系清楚、信噪比较高的最终处理成果打下了基础。

4 结论

(1)YE地区资料的信噪比极低、静校正问题严重。该文提出了层析静校正融合处理技术、基于蒙特卡罗剩余静校正和模型约束的最大能量剩余静校正的综合剩余静校正技术的处理技术，实际资料处理结果表明，该处理技术能够较好地解决低信噪比资料严重的静校正问题,为低信噪比资料的静校正处理提供了一种较好处理思路。

(2)低信噪比地区复杂地表条件下的静校正问题是资料处理中的一大难题，处理过程中需要进行反复试验分析，结合区域地质背景，判断构造形态的合理性，选择合适的静校正参数，为最终获得高品质的处理成果打下良好的基础。

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ApplicationofProcessingTechniqueofStaticCorrectioninComplexSurfaceStructurewithLowS/NinYEArea

XIAO Ying1,JU Xingguo1, QI Yutao2, LIU Yanfeng1,ZOU Shaofeng1

(1.Sinopec Geophysical Research Institute, Jiangsu Nanjing 211103, China;2.Sichuan University, Sichuan Chengdu 611731, China)

When there are both serious seismic data statics problem and low signal to noise ratio, the static correction problem will be restricted to improve the effect of signal-to-noise ratio seriously, and the low SNR will lead to static correction problems which cannot be solved seriously. They form a kind of coupling relation, and seriously affect the effect of imaging data. In order to solve the complex surface conditions of low SNR data static correction problem, the suitability of the refraction tomographic static correction and tomographic static correction have been analyzed, and tomographic static correction fusion technology has been put forward. Applicability of the commonly used model in the production of iterative residual static correction and non surface consistent residual static correction method have been analyzed. Comprehensive residual static correction technology based on Monte Carlo model constrained maximum residual static correction and residual static correction energy has been put forward. A set of effective solution to low SNR data static correction processing technology have been explored. Taking the low signal-to-noise ratio (SNR) data of severe static correction in YE area as an example, the effectiveness of the proposed static correction technique is verified.

Static correction; low signal-to-noise ratio; tomostatics fusion; integrated residual static correction

P631

B

2017-03-20；

2017-04-12；编辑曹丽丽

肖盈(1984—)，女，四川双流人，工程师，主要从事地震资料处理工作；E-mail：xiaoying7701@126.com

肖盈，居兴国，齐玉涛，等.YE地区低信噪比复杂地表资料的静校正处理技术[J].山东国土资源，2017,33(11)：72-77.

XIAO Ying,JU Xingguo,QI Yutao, etc.Application of Processing Technique of Static Correction in Complex Surface Structure with Low S/N in YE Area[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：72-77.