地球物理学进展  2014, Vol. 29 Issue (1): 306-311   PDF    
联合纵波确定转换波接收点大的静校正量
陈海峰1,2,3, 李向阳1,2,3,4, 钱忠平2, 狄帮让1,3    
1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249;

2. 中国石油东方地球物理公司, 涿州 072751;

3. 中国石油大学(北京)CNPC物探重点实验室, 北京 102249;

4. 英国地质调查局, Murchison House, West Mains Road, Edinburgh EH9 3LA, U.K.

摘要:在转换波地震勘探数据处理中, 接收点的横波静校正一直是较难解决的问题.因为横波速度基本不受潜水面的影响, 横波低速带厚且不均匀, 速度又比较低, 通常会造成转换波接收点的横波静校正量大且横向变化剧烈, 与纵波静校正没有直接相关性.针对这种情况, 我们采用改进的纵波构造时间控制方法求取转换波接收点的静校正, 在转换波的共接收点叠加剖面上追踪拾取多组同相轴, 联合纵波对应层位的地下构造时间确定接收点大的横波静校正量.通过不同的时移将几个相邻的层位合成一个反射层位, 解决同相轴不能连续追踪的难题, 同时利用浅、中和深层多组层位对一个接收点的静校正量求其平均, 降低拾取误差对静校正量的影响, 兼顾地下浅、中和深层的静校正效果.实际数据处理结果表明, 该静校正方法能稳定的解决转换波静校正问题, 取得了较好的应用效果.
关键词转换波     联合纵波     共接收点叠加     静校正    
Estimating C-wave receiver large statics associated with p-wave imaging
CHEN Hai-feng1,2,3, LI Xiang-yang1,2,3,4, QIAN Zhong-ping2, DI Bang-rang1,3    
1. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China Petroleum University, Beijing 102249, China;

2. BGP Inc., CNPC, Zhuozhou 072751, China;

3. CNPC Key Laboratory of Geophysical Prospecting, China Petroleum University, Beijing 102249, China;

4. Edinburgh Anisotropy Project, British Geophysical Survey, Edinburgh, U. K.

Abstract: In converted wave seismic data processing an important and hard step is the evaluation of the receiver statics for the horizontal components. The receiver statics of converted-wave is frequently large, lateral variability severely and noncorrelation with the P-wave static, because the S-wave velocity is almost unaffected by water-table and generally very low, and S-wave associated with thick belt, laterally varying in the near surface. Considering that, here we adopt an improved method which is constrained by subsurface structure time of matching events of P-wave to estimate the large receiver statics of converted wave, by Tracking and picking several time events on the common receiver stack section. The difficult problem that the event can not be continuous tracking is solved by picking adjacent event with a time shift. While taking advantage of average the receiver statics of shallow, medium and deep events to reduce picking error and obtain effect of overall. The real application indicates this method can stably evaluate receiver statics of converted wave with encouraging results.
Key words: converted-wave     associate with P-wave     common receiver stack     static    

0 引 言

在转换波地震勘探数据处理中,静校正一直是较难解决的问题,原因是转换波的静校正量由震源点(炮点)的纵波静校正量和接收点(检波点)的横波静校正量组成.对于前者,与常规的纵波静校正问题相同,可以用传统方法从纵波处理中得到.而对于横波静校正,问题则比较复杂,需要专门的方法进行求取.横波与纵波在近地表的传播速度差异极大,横波不受孔隙流体影响,它的近地表层往往延伸至潜水面以下且起伏很大,基本不受潜水面的影响,低速带比纵波厚,特别是低速带、裂缝的影响使得横波对表层结构的响应要比纵波复杂得多,造成横波静校正量变化非常剧烈.在地表浅层横波速度比纵波速度要小很多,致使横波静校正量是纵波静校正量的2~10倍(Tatham et al.,1991),并且通常与纵波静校正没有直接相关性.因此,转换波的接收点静校正一直是转换波地震勘探数据处理的关键和难点.

目前,已研究的转换波静校正方法中,横波小折射法利用S波折射资料可以求出低速带速度和厚度(胡中平,1998胡中平和张山, 1995段云卿等,2008),但折射层位追踪难;横波微测井表层调查求取的横波静校正量能很好地解决长波长问题(曹务祥和李海翔,2006李桂花和朱光明,2006张志锋等,2012),但成本高,受地质条件等因素限制;由于转换波数据上非转换型的横波折射波(Hall,1964Schafer,1991)难以拾取,使得折射波静校正实用性较低;转换波延迟时静校正能较好地解决了横波的长、短波长静校正问题(Li,2002杨海申等,2006Li et al.,2006Liu and Wei,2008Roizman and De Meersman,2009潘树林等,2010李彦鹏等,2012),但该方法的前提是地震勘探数据中存在可识别的转换型折射波;面波反演的静校正方法依据面波频散特性来反演表层横波速度模型(Muyzert,2000Bansal et al.,2009Huang et al.,2010Socco et al.,2010),但在石油地震勘探中面波频散严重,很难准确地确定面波的频散周期,并且反演深度受到面波频宽的制约,不适用于厚层速度反演,实际应用难度较大;反射波共接收点叠加法是目前常用的计算横波静校正量的方法,方法的基本原理是利用共接收点叠加道相干法来初步确定较大的静校正量.Cary和Eaton(1993)提出利用优化共接收点叠加道集相关的方法来初步确定短波长的较大的静校正量,适用于地下结构比较平缓,信噪比高的工区.该方法提出后,很多学者提出了改进意见(唐建侯和张金山,1994郭桂红等,2003潘树林等,2007Li and Peng,2008Ion and Galbraith,2011公亭等,2009),如:用井旁参考道外推法求剩余静校正量的分步消去静校正量的方法,适用于信噪比低但静校正量大的地区;改进共接收点叠加相关算法,适用于地下构造复杂的情况;多层共接收点层位构造平滑后剩余时差平均,适用于存在可连续拾取同相轴,求取较大的静校正量;纵波构造时间求取转换波长波长静校正,同样要求存在可连续追踪的层位.但这些方法对信噪比都有要求,只适用于计算较大静校正量或剩余静校正量.另外,近几年提出的混合射线干涉法转换波静校正(Henley,2010)、利用多分量地震勘探数据中的初至折射波反演近地表横波速度(Edme and Kragh,2009李晓明等,2012)以及基于波场延拓的变换坐标转换波静校正等方法(张正峰等,2013),也为解决转换波静校正问题提供了新的思路和方法.

上述这些求取转换波静校正量的方法都有一定的应用条件,特别是现有的反射波共接收点叠加法并不能有效的确定信噪比低、构造复杂、同相轴不能连续追踪的转换波接收点大的横波静校正.针对这种情况,通过大量的工作实践,本文改进了利用纵波构造时间控制求取转换波静校正的方法,通过不同的时移将几个层位合成一个反射层位,解决同相轴不能连续追踪的难题,同时利用浅、中和深层多组层位对一个接收点的静校正量求其平均,降低拾取误差对静校正量的影响,兼顾地下浅、中和深层的静校正效果.该方法在实际数据处理中见到了较好的应用效果.

1 改进的纵波构造时间控制法
1.1 方法原理

转换波的上行波是横波,不受地层孔隙流体的影响,只与地层的压实、胶结程度有关.在近地表,不论是干层还是含水层,横波速度与纵波相比都很低,表现出来的特征是转换波静校正量要明显大于纵波,并且与地表高程变化没有一致的变化关系.为此,转换波静校正的求取,是转换波处理的一个难点.但转换波处理一般在纵波处理后进行,纵波的静校正已得到较好的解决,已可获得纵波的叠加剖面.转换波应用炮点纵波静校正后,可以考虑利用纵波和转换波共接收点叠加剖面上的构造形态相似性的方法,来估算接收点大的横波静校正量.该方法的假设是转换波剖面上等效反射层和纵波剖面上拾取的转换时间之间的任何不规则性都是由于近地表的低速层所造成的.具体方法原理如下:

在转换波应用炮点静校正后,获得的转换波共接收点叠加剖面上,反射层位的时间可以分解为3部分

式(1)中,tps为转换波共接收点叠加上一个反射层时间,gj为j位置接收点横波静校正,yj为构造时间,nj是噪音分量.

对于转换波构造时间,可以从完成静校正应用的纵波共接收点叠加剖面上得到.在同一层位上,纵波和转换波具有相似的构造特征,利用速度比值进行纵波拉伸,就可得到转换波构造时间为

式中,tpp是纵波应用炮点和接收点纵波静校正后在共接收点叠加上拾取的层位时间,γ0是纵横波速度比,tc是一个时间常量.

消去构造时间项后,层位时间中还有噪音分量.这种噪音分量可以认为是由速度误差引起的构造歧变,或者是由拾取误差引起.可通过多个层位时间平均去除噪音分量,达到兼顾地下浅、中、深层的静校正的效果,这样在纵波构造时间控制下确定转换波接收点大的静校正量为

式中,NE 是拾取的层位数,拾取多个层位的情况下∑ NE i=1 nij≈0.这样,转换波接收点的横波静校正量为

综上所述,转换波的激发点的静校正采用纵波的常规方法求取,接收点的横波静校正利用纵波、转换波的共接收点叠加剖面求得.

1.2 方法的实现

这种利用纵波构造时间控制求取转换波静校正的方法,与其他的转换波静校正方法一样,假设纵波的静校正已得到精确的解决,利用纵波和转换横波共接收点叠加剖面上的构造形态相似性来求解接收点的横波静校正量.具体实现步骤如下:

(1)在纵波静校正已得到较好解决的情况下,得到纵波共接收点叠加剖面.

(2)转换波应用纵波的炮点静校正以及一个接收点的横波初始静校正量,得到转换波共接收点叠加剖面.这个接收点的横波初始静校正量可以是接收点的横波高程静校正量,也可以是纵波接收点的静校正量乘一个大于1的一个系数,甚至可以取为0.

(3)利用交互拾取层位的工具,沿纵波的共接收点叠加数据拾取一组反射层位,得到纵波反射层的时间 tpp ;沿转换波的共接收点叠加数据拾取一组反射层位,得到转换波反射层的时间 tps.

(4)利用公式(4)计算转换波接收点横波静校正量.

1.3 改进反射层位的拾取

本方法需要在共接收点叠加剖面上拾取一组反射层位,然而在实际的地震勘探数据处理中,特别是在信噪比低、构造较复杂的情况下,在共接收点叠加剖面上,整个工区是很难连续拾取一个反射层.针对这种情况,在实际应用中,通过拾取多个相邻的反射层位,各个层位在空间上重叠一部分,最终通过不同的时移将几个层位合成一个反射层位.这样,通过这种改进的反射层位的拾取方法,很好的解决了在信噪比低、构造较复杂的情况下,在共接收点叠加剖面上,反射层位的拾取问题.

1.4 纵横波速度比γ0的估计

在纵波和转换波共接收点叠加剖面上,选择能代表纵波和转换波构造形态的点,标定同一反射同相轴,匹配纵波和转换波相同的层位,得到稀疏纵横波速度比γ0值,也可在共中心点和共转换点叠加剖面上,匹配纵波和转换波相同的层位得到.最佳的γ0值的确定,可通过这种静校正过程,多次迭代获得.

2 实际数据处理

为了验证该方法的有效性和实用性,我们应用该方法对西部的一块三维三分量地震勘探数据进行了实际处理.该区地貌以盐碱平滩、沼泽和沙丘为主.近地表横波速度相对稳定,约300~500 m/s,而纵波速度约为500~2000 m/s.由于该区没有横波微测井资料,不易建立近地表横波速度模型,并且在转换波资料上识别不出转换型折射波,利用初至时差法解决不了该区的横波静校正问题.只有在利用纵波初至折射波解决好纵波静校正的基础上,联合纵波利用共检波点叠加先确定转换波接收点大的横波静校正量,然后此基础上进行横波剩余静校正.转换波的剩余静校正问题,可以采用动校正后共检波点叠加与平滑后模型道相关的方法获得准确的剩余静校正量,也可以采用用于常规纵波处理的地表一致性剩余静校正方法和非地表一致性剩余静校正方法以及全局最优静校正方法来解决.

我们首先利用纵波初至折射波和地表一致性剩余静校正获得了精确的纵波静校正,并进行精确的速度分析等相关的叠前处理,获得高质量的纵波叠加成像.在这里,我们必须要获得的是纵波共检波点叠加剖面.然后,对转换波地震数据应用纵波的炮点静校正量,进行速度分析以及相关的叠前去噪等处理,获得转换波共检波点叠加剖面.在获得纵波和转换波共检波点叠加剖面后,我们首先在纵波和转换波共检波点叠加剖面的浅层上标定同一组反射同相轴,计算出该组同相轴对应的速度比值,分别在纵波和转换波共检波点叠加剖面上拾取反射层位,在同相轴不能连续追踪时,拾取相邻层位,通过不同的时移将几个层位合成一个反射层位,可解决同相轴不能连续追踪的难题.为解决速度误差以及拾取误差对静校正量计算的影响,我们又用同样的方法,拾取了三组层位,直到中深层.最后利用公式(4)计算,获得了该区块转换波接收点的横波静校正量.

图1是应用接收点静校正量前后的转换波共接收点叠加对比图,从图中可以看出,应用接收点静校正量前,存在大的静校正量,反射时间起伏较大,同相轴一致性较差,应用本方法确定的静校正量后叠加剖面有了明显改善,同相轴更加连续和收敛,基于地表一致性静校正原理,此时浅、中、深层的静校正问题都会得到相应解决.为了说明本方法在实际地震记录中的效果,又做了炮点记录处理前后的比较.图2a 是原始的炮点记录,由于存在静校正量,记录上同相轴扭曲严重,消除静校正后炮点记录(图2b )上反射层同相轴呈现双曲特征,反射层更清楚、明显得到改善.图3b是应用本方法计算静校正量后的转换波叠加剖面,较应用前叠加剖面有了明显改善,同相轴连续光滑,连续性、一致性明显提高、构造形态可靠.

图 1 应用接收点静校正量前(a)、后(b)转换波共接收点叠加剖面 Fig.1 The common receiver stack of before (a) and after (b) application of the receiver statics

图 2 应用接收点静校正量前(a)、后(b)转换波共接收点叠加剖面 Fig.2 The shot gathers of the radial component of before (a) and after (b) application of the receiver statics

图.3 应用接收点静校正量前(a)后(b)共转换点叠加效果 Fig.2 The shot gathers of the radial component of before (a) and after (b) application of the receiver statics

实际数据处理结果表明,应用本方法能较好的解决转换波静校正问题,为后续获得准确的剩余静校正量提供了良好的成像条件.这种方法利用检波点叠加剖面上构造形态相似性来计算横波静校正量,实现简便、稳定,能有效计算转换波检波点大的横波静校正量,具有较强的适应性.

为进一步验证这种方法的实用性,我们又在另外一块三维工区进行了应用,应用接收点静校正量后共转换点叠加效果得到了较大改善( 图4),反射层更清楚.某些地方同相轴还存在小的短波长静校正量,这完全可通过剩余静校正方式来解决.

图.4 应用接收点静校正量前(a)后(b)共转换点叠加效果 Fig.3The results of C-wave CCP stack of before (a) and after (b) application of the receiver statics
3 认识与结论

本方法是基于联合纵波和转换波的反射波共接收点成像的方法,利用纵波构造时间控制,遵循了纵波和转换波的传播时差规律,确定转换波接收点大的静校正量,在实际地震勘探数据上能很好的解决转换波的静校正问题.通过实际转换波地震勘探数据的静校正效果分析,得到如下认识和结论:

(1)本方法基本保证了转换波剖面和纵波剖面时间上的一致形态,求取的接收点横波静校正量能很好地改善反射波质量,可解决转换波剖面上同相轴抖动严重,存在大的静校正问题;

(2)通过不同的时移将几个层位合成一个反射层位,可以稳定的估计低信噪比、构造较为复杂情况下的转换波接收点大的静校正量;

(3)联合纵波,利用多组层位对一个接收点的静校正量求其平均,降低了误差,稳定性较好.

致 谢 感谢东方地球物理公司物探技术研究中心多波技术研究组对本文研究的支持与帮助.

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