初至波剩余静校正技术在南安集海地区的应用

潘 龙 刘宜文 郑鸿明 赵 勇 郭 琪

(中国石油新疆油田勘探开发研究院地球物理研究所，新疆乌鲁木齐 830013)

0 引言

南安集海背斜位于噶尔盆地南缘齐古断褶带中西段，属准噶尔盆地南缘第一排构造，构造相对完整、保存条件良好，是近期盆地南缘天然气勘探的有利目标。近年来随着精细勘探的深入，高精度地震成像对静校正提出了更高要求，以往静校正中静校不“净”问题显得更加突出[1-3]。由于南缘地震资料信噪比较低，且表层结构纵横向变化复杂，常用的折射法[4-7]、层析法[8-10]静校正计算不能完全满足处理成像精度需求，且依赖基于统计相关法、最大能量法[11-13]和模拟退火法等[14]的反射波剩余静校正技术在低信噪比地区解决剩余静校正问题的效果也不稳定，难以获得理想的地震成像结果。而初至波剩余静校正技术[15]是在应用野外基准面校正之后进行剩余量计算，其技术特点是： ①不依赖反射波信噪比，且对是否拾取真正的初至起跳时间无要求； ②无须反演近地表速度模型，直接从初至时间估算静校正量； ③不要求预先知道上覆地层的速度和厚度； ④对静校正量值的大小无限制。根据这些特点，应用初至波剩余静校正方法解决了准南山前复杂地表区以往因剩余静校正量大、常规自动剩余静校正无法精确求解的难题，有效提高了整体静校正量精度。

现阶段常用的初至波剩余静校正算法包括共炮检距域的统计方法、全差分法、模型曲线法、共CMP域的统计方法等，各算法均有各自的假设条件和优缺点[19-20]。在南安集海地区综合应用模型曲线法和全差分法，使基准面静校正量整体精度得到明显提高，该思路具有一定的指导和借鉴意义。

1 初至波剩余静校正原理与思路

1.1 模型曲线法

模型曲线法，假设应用基准面静校正量之后的初至时间等于正常的旅行时与剩余校正量之和，模型道初至时间与实际初至时间之间的差为该道的炮点和检波点剩余静校正量之和。假设每个共炮点道集中所有检波点剩余静校正量之和为零，每个共检波点道集中炮点剩余静校正量之和为零，可通过给定区域的初至时间—炮检距散点图拟合相应的模型道，并通过地表一致性分解得到每道的炮点和检波点剩余静校正量。

1.1.1 模型道的建立

初至时间模型道的准确性对模型法初至波剩余静校正量的计算影响至关重要。为此，在模型道建立过程中采用多道统计方式做线性拟合。即搜索给定炮检点范围内的初至时间，建立初至时间—炮检距散点图，通过给定炮检距范围和滑动步长逐步拟合此炮检距范围内的初至线性关系(初至时间—炮检距)，将该曲线分解即可得对应炮检点范围内的模型道(图1)； 通过给定搜索半径和滑动步长得到全工区范围内的模型道。

考虑到近地表横向变化极其剧烈的地质条件，可根据不同方向速度变化规律，分方向建立模型道，此方法可提高模型道的区域一致性，可进一步改善横向变化剧烈特别是基岩出露的山地探区初至波剩余静校正效果。

图1 模型道与实际道初至曲线对比示意图

1.1.2 地表一致性分解

统计拟合得到每个共炮点道集的模型道后，第Si炮的第Rj接收点道的模型道与实际道之间的旅行时间差即可表示为

(1)

按照假设前提，ΔTi，j还可表示为该道的炮点和检波点剩余静校正量之和，即

ΔTi，j=TSi+TRj

(2)

假如第i炮共有J道，对上式求和可得

(3)

按照共炮点道集中所有检波点剩余静校正量之和为零的假设，即可通过式(3)求得第i炮的炮点剩余静校正量

(4)

同理，可得每个检波点的剩余静校正量。

1.2 全差分法

差分法假设给定区域内存在稳定折射界面。图2为不同炮、检点关系示意图，可假设每一道在线性校正前的初至时间为

(5)

图2 不同炮、检点关系示意图

对式(5)进行线性校正后，消除了在折射界面上的传播时间，则式(5)变为

TSiRj=TSi+TRj

(6)

假如TSiRj1和TSiRj2是炮点为Si、检波点分别为Rj1和Rj2经过线性校正后的初至时间，则可得到Rj1和Rj2两个检波点的静校正量之差为

TRj1-TRj2=TSiRj1-TSiRj2

(7)

同理，可得任意具有共同炮点的两个检波点的静校正量之差，通过积分求和即可得到所有炮点的剩余静校正量； 进而可求得所有炮点的静校正量。

从理论上讲，该方法隐含假设“折射界面为直线且上覆层速度为常数”。但按式(7)对相同炮点的多个不同检波点求取时差，并从冗余的多个时差中统计出剩余静校正量，这样有利于减小实际地层与假设的偏差导致的误差。

1.3 应用思路

上述两种初至波剩余静校正方法均有各自的假设前提，根据其原理可知模型曲线法采用了多道统计拟合模型道，且模型道旅行时与实际旅行时之间的差值为该道炮、检点剩余静校正量之和，可在给定的搜索半径里求取相对较大的中、高频剩余静校正量。差分法假定区域内存在稳定的折射界面，进行线性动校后在同一共炮点道集或共检波点道集内各道之间的初至时间差即为剩余静校正量差，此方法可进一步提高高频剩余静校正精度。

因此，针对准南复杂山地探区，在初至波剩余静校正的综合应用过程中(图3)，其思路是首先应用层析模型法静校正量解决区域上存在的长波长静校正问题，减小地表高程、表层速度、低降速带底界空间横向变化对初至波旅行时的影响，使实际应用条件更加接近初至波剩余静校正方法的假设前提； 然后利用模型曲线初至波剩余静校正技术计算较大的中、高频剩余静校正量； 最后利用差分法初至波剩余技术再次求取高频剩余，使整体野外静校正精度达到最优。在初至波剩余静校正求解过程中，可根据质控效果进行多次组合迭代。

图3 初至波剩余静校正综合应用流程

2 应用效果分析

针对南安集海地区近地表结构进行层析反演并选择相对稳定的底界面模型计算校正量，对共炮点道集进行层析模型法静校正后，其道集(图4b)相对于原始道集(图4a)初至光滑，连续性较好，但存在一个35ms左右的小幅凸起，结合实际地表介质分析，此处还存在静校正问题。此后，分别进行模型曲线法和差分法两次初至波剩余静校正计算，并先后依次应用，图4c应用模型法初至波剩余静校正后道集先前存在的小幅凸起明显改善，并在应用差分法剩余静校正后道集(图4d)初至更加光滑、连续，剩余静校正效果明显。

图4 共炮点道集应用静校正前、后效果对比

对比应用静校正量前、后的叠加剖面发现，只应用层析模型法静校正量的叠加剖面(图5b)在背斜构造的两翼，其反射同相轴不连续，聚焦性也较差，存在较为明显的静校正问题。而在应用多次初至波剩余静校正后，其构造主体同相轴更聚焦，连续性变好，成像效果得到明显改善(图5c)。

图5 应用静校正前、后叠加剖面对比

针对不同基准面静校正方法，为了算法的实现，往往对近地表模型做不同程度的简化，限定一些应用条件，这样实际近地表结构与假设模型之间的差异将导致基准面静校正后残余的剩余静校正量引起折射初至时间非线性变化。初至波剩余静校正的目的就是消除这种残余量，恢复初至时间的线性关系。具体应用过程中主要涉及到三个关键参数： 搜索统计半径、滑动步长和剩余静校正量极限值，这几个参数的选择对剩余静校正量精度产生较大影响。

滑动步长能控制各道参与模型道拟合的覆盖次数，控制其成果的空间一致性；搜索统计半径是控制参与模型道拟合数据范围，半径太小时不能覆盖所有表层介质变化引起的初至时间异常变化信息，太大则容易引入其他速度信息，从而导致模型道建立不准。图6为不同搜索统计半径所得初至剩余静校正量在表层介质变化区域的共炮点道集上的应用效果，随着搜索统计半径的增加，共炮点道集上的“初至隆起”现象被逐步改善，初至剩余静校正效果明显变好，但当半径达到2000m时其改善效果已不明显。剩余静校正量极限值是控制校正效果的关键参数，太小导致校正量不够，太大则容易引起异常抖动，且曲线难以收敛。图7为据不同剩余静校正量极限值计算的初至剩余静校正量的处理效果对比，从未应用初至剩余量的共炮点道集上看表层介质变化引起的初至隆起幅度近50ms，当极限值小于50ms时初至剩余产生明显异常抖动，高频效果变差，当极限值达到80ms效果没有本质改变。

图6 不同搜索统计半径所得的初至波剩余静校正量应用效果对比

图7 不同剩余静校正量极限值所得初至波剩余静校正量应用效果对比

3 结论与认识

(1)通过研究与南安集海地区的实例应用，综合模型曲线法和差分法两种初至波剩余静校正能对模型法基准面静校正量精度进行有效补充，使基准面静校正量整体精度获得大幅提高。该方法与应用思路对其他准南山前复杂探区的静校正计算有一定的借鉴作用。

(2)模型曲线法和差分法两种初至波剩余静校正均具有一定的统计与平均效应，因此在应用过程中的搜索统计半径、滑动步长、剩余静校正量极限值等参数就尤为重要，需要针对工区表层结构特征和基准面静校正应用效果进行综合判断，并在多次剩余静校正计算过程中逐步调整。

(3)在准南复杂山地探区，初至波剩余静校正技术的综合应用过程也是一个实际条件逐步向其应用假设前提逼近的过程，因此，可针对实际问题调整不同剩余静校正方法的计算顺序，使假设条件尽可能地满足。