一种高精度地面微测井资料解释方法

陈德武，魏新建，禄娟，李冬，何欣 (中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃 兰州 730020)

近地表问题一直是陆上地震勘探的瓶颈[1]。复杂近地表会严重影响地震波的激发和接收，且容易产生散射、次生干扰等噪声，淹没有效信号。近地表速度变化容易引起反射波同相轴和振幅的畸变，严重影响地震成像[2～4]。地震勘探中表层结构调查的目的主要是为激发井深的设计提供依据，为静校正提供低、降速带的厚度和速度资料[5]。表层调查的实现方式主要有小折射法和微测井法，其中微测井法又分为井中微测井、地面微测井和双井微测井。目前，大部分野外地震采集的表层调查范围已进入黄土高原、山地和沙漠，地形变化巨大[6]，导致低、降速带地层变化剧烈，常规小折射调查法难以正确地建立近地表结构[7]。

微测井是对近地表直接钻孔，通过透射波和虚反射波来研究近地表的结构[8]，它克服了小折射的缺点，可以准确解释如黄土高原、山地等复杂地表工区内低、降速带各层速度和厚度变化剧烈的情况。地面微测井是一种井中激发、地面接收的微测井方式(见图1)。地面微测井现场采集的数据以SEG-2文件格式存储，经过工作人员解释得到工区的表层速度图和表层厚度图。但是，由于低、降速带可能存在地层异常点，若将上述异常点接收的道跟其他正常道一起进行解释，则会影响解释结果的精度。

目前，关于地面微测井的研究较少，潘宏勋等[9]将微测井的分布情况与测区地形变化相结合，提出了距离比、积分比等微测井资料密度多参数评价方法，来评价地形变化剧烈地表微测井解释结果的精确性，但该方法无法校正微测井资料解释过程中的异常初至时间。王克非等[10]提出了在不改变原微测井观测方式的基础上，增加中远偏移距接收点记录，校正微测井时深关系曲线中的异常现象，但该方式的现场实施过程较为复杂。为此，笔者提出了一种基于迭代线性拟合方法的高精度地面微测井资料解释方法。

1 地面微测井资料解释

地面微测井资料解释过程如图2所示，其中最关键的步骤是自动拾取初至时间、计算垂直时间和选择拐点自动解释。

自动拾取初至时间技术包括滑动时窗的能量比法、分形维法以及相关法等[11]。若采用合理的激发方式和激发药量采集的地面微测井资料，初至时间清晰、起跳干脆，并且每炮只有几十道，初至时间拾取的结果均可达到较高的精度。研究中笔者采用能量比法，其公式为[12]：

(1)

式中：R为地面微测井数据某一道某个时窗的能量比；X(t)为该时窗中时间t的振幅值；T1为时窗起点，ms；T0为时窗中点，ms；T2为时窗终点，ms。

首先，选取合适的时窗长度和滑动步长，将各道地面微测井数据按时窗长度和滑动步长分成若干小时窗；然后计算每个时窗的能量比，某道上最大能量比所对应的时间即为该道的初至时间。计算第i道的垂直时间t0i的公式为：

(2)

式中：di为第i道的井检距，m；ti为第i道的初至时间，ms。

由于井中激发的每一炮对应地面的很多道，每一道都可以计算出其垂直时间，但垂直时间与深度交会图中的垂直时间是某一炮的等效垂直时间，需要由该炮所有道的垂直时间计算得来。目前普遍采用的计算方法是将某一炮所有道的垂直时间求平均值得到该炮的等效垂直时间，该方法对于低、降速带地层存在的异常点引起的某道初至时间存在跳变情况的计算结果不够精确，导致在交会图上解释的速度和厚度存在偏差。目前在一些专业软件中考虑到了上述情况，如KLSeis 6.0软件，它采取的是人工剔除初至时间异常道或修改初至时间异常值的方式[13]，但是该方式的准确性依赖于解释人员的经验，且解释效率不高。

2 基于迭代线性拟合方法的高精度地面微测井资料解释

地面微测井资料解释过程中，对于井中不同深度的每一炮，完成每一道的初至时间拾取之后，根据式(2)计算出每一道的垂直时间。基于迭代线性拟合方法计算该炮等效垂直时间的步骤如下：

1)按照常规方法求取该炮所有道垂直时间的平均值作为该炮的等效垂直时间toe：

(3)

式中：n为某一炮的道数。

2)对于每一道，垂直时间误差函数ε(di,ti)有2种形式：

(4)

(5)

(6)

5)按照步骤1)～4)的过程，计算出某口井每一炮的精确等效垂直时间，将所有炮的深度和等效垂直时间以散点的形式绘制到交会图中，基于最小二乘法自动拟合出每一层的时深曲线，计算出每一层的速度和厚度。

对于交会图中包含m炮的某一地层，设某一炮的深度和等效垂直时间的散点坐标为(H，toe)，拟合出该地层的时距曲线方程：

toe=AH+B

(7)

式中：A为斜率；B为截距。

根据最小二乘原理，求A和B的公式为[15]：

(8)

(9)

其中：

(10)

3 实际应用

川南某二维地震工区地表复杂，低、降速带岩性变化较大(见图3)，导致地面微测井采集的数据 有较多的初至时间异常道(见图4中第2炮的第12道)。

分别采用常规方法和笔者提出的基于迭代线性拟合方法的高精度地面微测井资料解释方法对2017MLC001测线某口井的数据进行解释，解释结果如图5所示。从图5中可以看出，笔者提出的方法自动剔除了初至时间异常道后，计算的等效垂直时间更加精确，交会图中散点基本没有出现偏离拟合时距曲线的情况，计算的各层速度和厚度也更为精确。

图6是分别使用常规方法和笔者提出的方法解释得到的厚度和速度资料对2017MLC001测线剖面进行静校正处理的结果对比，可以看出，使用笔者提出的方法解释成果进行静校正处理后，表层成像效果比常规方法改善明显。

4 结语

基于迭代线性拟合方法的高精度地面微测井资料解释方法，可以快速自动剔除由于低、降速带地层异常点导致的初至时间异常道，保证了计算井中每一炮等效垂直时间的精确性，从而大幅度提高了井中微测井解释结果的准确性。相较于常规方法和常用专业软件，它无需增加施工现场额外的工作量，也不用手动剔除初至时间异常道或修改初至时间异常值，使地面微测井解释过程更加自动高效。笔者提出的基于迭代线性拟合方法的高精度地面微测井垂直时间计算方法已经集成到地震采集质量监控软件系统GeoSeisQCV3.0中，在野外地震采集现场进行了推广应用，取得了较好的应用效果。