復(fù)雜地表?xiàng)l件下層析靜校正技術(shù)的應(yīng)用

福津盆地位于準(zhǔn)噶爾盆地北部，西與哈薩克斯坦接壤贊桑盆地相連。這是贊桑盆地向中國(guó)延伸的程度。吉木乃坳陷為福津盆地次級(jí)構(gòu)造單位元,呈北西—南東向展布,整體構(gòu)造西低東高,西部局部有凹陷,沉積南厚北薄,保存條件相對(duì)較好。已完鉆的吉參1井二疊系、石炭系鉆遇烴源巖,并見(jiàn)氣測(cè)異常。由于該區(qū)地形起伏劇烈,表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,野外靜校正嚴(yán)重制約著地震資料處理成像品質(zhì)的提高。因此,建立一套適于該區(qū)復(fù)雜地表?xiàng)l件的表層模型反演與靜校正計(jì)算流程就顯得至關(guān)重要。1表面層結(jié)構(gòu)與分層分析的困難1.1地表激發(fā)條件福津盆地地貌主要為山地、戈壁、沙漠,北部發(fā)育一條東西向河流——額爾齊斯河。該區(qū)地形起伏變化較大,海拔為500~950m,南面山地及山前地帶平均海拔可達(dá)1300m.地表出露地層由老到新為泥盆系變質(zhì)巖,石炭系和二疊系玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r,侏羅系砂泥巖、礫巖,古近-新近系石英礫巖、砂泥巖,第四系戈壁礫石和風(fēng)成沙漠。地表激發(fā)條件復(fù)雜。通過(guò)對(duì)該區(qū)采集的微測(cè)井成果進(jìn)行分析,在第四系風(fēng)成沙漠和農(nóng)田區(qū)表層結(jié)構(gòu)可分為兩層,低速層速度為500~850m/s,厚度一般在8~15m,高速層頂部速度在1650~1950m/s;戈壁礫石區(qū)為三層結(jié)構(gòu),低速層速度為500~850m/s,降速層速度為850~1200m/s,低、降速層總厚度一般在5~36m,高速層頂部速度在1650~2500m/s;出露的老地層一般為兩層結(jié)構(gòu),低速層速度為300~500m/s,厚度一般在3~5m,高速層頂部速度在3000~3800m/s.整體看,沒(méi)有穩(wěn)定的低速層和高速層頂界面。針對(duì)與微測(cè)井點(diǎn)相同位置的共炮域初至?xí)r間擬合速度分析,擬合速度與微測(cè)井成果速度差異較大(圖1),高速層頂界面速度為1700~5100m/s變化劇烈,不存在穩(wěn)定的低降速帶與高速層頂折射界面。1.2地表二維網(wǎng)格組合從福津盆地區(qū)域表層結(jié)構(gòu)特征來(lái)看,建立近地表結(jié)構(gòu)模型的常規(guī)方法(如分層法、折射法)并不適于該區(qū)層析法是把近地表劃分為若干個(gè)規(guī)則常速網(wǎng)格,通過(guò)正演射線穿過(guò)網(wǎng)格的累計(jì)時(shí)間與實(shí)測(cè)的時(shí)間相比較,時(shí)差用于修改模型的速度,經(jīng)過(guò)多次迭代使得各炮檢對(duì)正演的旅行時(shí)與實(shí)際達(dá)到最佳逼近,即完成速度模型的構(gòu)建。由于微小的網(wǎng)格組合可以容易地描述任意復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)可以利用各種類型的初至波。因此,層析法理論上能夠適應(yīng)任何復(fù)雜地表近地表模型的反演1.3精度地震成像的需求雖然層析法反演近地表結(jié)構(gòu)模型理論上適應(yīng)于任何復(fù)雜地表?xiàng)l件,但在實(shí)際的生產(chǎn)中受實(shí)際資料與反演算法的影響,反演模型精度還難以滿足現(xiàn)今高精度地震成像的需求,主要表現(xiàn)在如下3個(gè)方面。層析反演法能較好地反映表層速度的低頻趨勢(shì)受野外地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的影響,在層析反演時(shí)炮點(diǎn)范圍外的區(qū)域射線無(wú)法形成回路去修正初始模型,從而使?jié)M覆蓋點(diǎn)與首、尾檢波點(diǎn)之間的模型只能依靠外推得到,其精度與表層厚度的大小有直接關(guān)系目前市場(chǎng)上的層析軟件還無(wú)法從真正意義上實(shí)現(xiàn)二維多條測(cè)線的表層模型整體反演,從而在測(cè)線單獨(dú)反演過(guò)程中容易造成測(cè)線交點(diǎn)處的模型不閉合。2靜態(tài)層析技術(shù)的應(yīng)用研究和效果2.1剩余靜校正方法在常用的層析軟件中,為解決高頻精度難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,一般在根據(jù)反演模型計(jì)算靜校正量后再進(jìn)行剩余靜校正量的求取,以此來(lái)提高高頻精度。常用的剩余靜校正方法有模型法和差分法兩種。模型法剩余靜校正是基于同一炮集內(nèi)各檢波點(diǎn)的剩余時(shí)差之算術(shù)和為零、同一檢波點(diǎn)道集內(nèi)各炮點(diǎn)的剩余時(shí)差之算術(shù)和為零的假設(shè)前提,通過(guò)在共炮點(diǎn)道集和共檢波點(diǎn)道集分別拾取初至波的時(shí)間曲線,并用合適的速度對(duì)地震記錄進(jìn)行線性動(dòng)校正,在每個(gè)道集上通過(guò)多次迭代并利用綜合尋優(yōu)的算法求取每個(gè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的剩余靜校正量差分法剩余靜校正也是利用折射初至?xí)r間與相鄰道的時(shí)間差建立差分方程組,方程的個(gè)數(shù)取決于道集內(nèi)的道數(shù),這個(gè)方程組可以采用遞歸求和方法求解,也可以采用高斯-賽德?tīng)柕椒ㄇ蠼?分別得到炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的剩余靜校正量。差分法是一種網(wǎng)格算法,以時(shí)間差與道距差商代替時(shí)差的導(dǎo)數(shù),即用差分方程代替微分方程,將偏微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組求解,大大提高了運(yùn)算效率。針對(duì)兩種剩余靜校正方法的優(yōu)點(diǎn),在福津盆地二維測(cè)線的應(yīng)用過(guò)程中,通過(guò)對(duì)表層結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),在折射層局部穩(wěn)定的地方利用模型法,中間過(guò)渡段利用差分法,分段求取剩余靜校正量,然后在整體應(yīng)用的基礎(chǔ)上再進(jìn)行差分法剩余量的求取,完善兩種方法拼接過(guò)程中的閉合差。圖2為分段優(yōu)化組合靜校正前后疊加剖面的效果對(duì)比,從圖中可以看出,分段優(yōu)化組合后靜校正量精度明顯提高。2.2剩余靜校正量的計(jì)算在層析反演與剩余靜校正量計(jì)算中,常規(guī)做法是層析反演時(shí)的輸入初至信息與高頻剩余量計(jì)算時(shí)的輸入信息一致,并且炮點(diǎn)以外的初至信息被剔除,使炮點(diǎn)以外的檢波點(diǎn)無(wú)法計(jì)算剩余靜校正量,從而影響邊界靜校正量精度的提高。針對(duì)此問(wèn)題,在福津盆地的應(yīng)用中,增加了測(cè)線兩端初至信息的拾取(全排列),并保留所有有效的初至信息來(lái)進(jìn)行剩余靜校正量的計(jì)算,提高了邊界檢波點(diǎn)在計(jì)算剩余靜校正量時(shí)的覆蓋次數(shù),以此來(lái)減小邊界效應(yīng)。圖3為初至信息優(yōu)化前后應(yīng)用旅行時(shí)間的對(duì)比,在圖中標(biāo)識(shí)處優(yōu)化后邊界信息量明顯增加,其相應(yīng)的靜校正量在邊界處精度也明顯提高,圖4中在測(cè)線端點(diǎn)單炮在應(yīng)用此靜校正量后初至被校平,效果明顯提高。2.3統(tǒng)一層析參數(shù)反演及參數(shù)驗(yàn)證在層析反演表層模型過(guò)程中,制約模型精度的幾個(gè)主要因素分別是初始模型、初至信息、網(wǎng)格大小、平滑半徑等。在單線進(jìn)行層析反演時(shí)一般為了讓模型最優(yōu)化都是針對(duì)本測(cè)線表層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立單一的初始模型,并根據(jù)近地表低降速層厚度輸入一定范圍的初至信息,以此來(lái)進(jìn)行層析反演,但這樣往往會(huì)造成二維測(cè)線交點(diǎn)處模型的閉合問(wèn)題。基于此,在福津盆地的層析反演中,首先單線反演全區(qū)13條測(cè)線,得到相應(yīng)的表層模型并進(jìn)行分析,尋找全區(qū)統(tǒng)一的高速層頂界面,并確定該界面之上地層厚度的變化范圍。根據(jù)厚度范圍來(lái)尋找與之相對(duì)應(yīng)的初至信息偏移距范圍,用以確保輸入的初至信息包含統(tǒng)一高速層頂界面以及之上足夠初至信息量參與層析反演;其次根據(jù)全區(qū)表層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,建立統(tǒng)一的初始模型,并統(tǒng)一反演的基本參數(shù),如網(wǎng)格大小、平滑半徑、平滑因子等;最后利用統(tǒng)一的各種反演參數(shù)再次進(jìn)行單線反演。圖5為統(tǒng)一參數(shù)反演前后二維測(cè)線模型交點(diǎn)閉合對(duì)比,在統(tǒng)一反演參數(shù)后模型低降速帶厚度、速度均得到較好的閉合。并且在此模型基礎(chǔ)上計(jì)算所得的靜校正量應(yīng)用后,疊加剖面交點(diǎn)滿足閉合要求(圖6)。最后,應(yīng)當(dāng)指出的是,本文有效應(yīng)用層析靜校正