库车复杂地表区伪三维表层建模与静校正技术

吕景峰，周冰峰，邸江伟

（中国石油 东方地球物理公司，涿州 072751）

库车复杂地表区伪三维表层建模与静校正技术

吕景峰，周冰峰，邸江伟

（中国石油 东方地球物理公司，涿州 072751）

塔里木盆地库车山地一直是塔里木油田油气勘探的重点区域之一，但是该区地表条件复杂多样，表层调查、建模困难，静校正问题突出。这里通过采用微测井约束的浅层层析表层调查方法、伪三维表层建模及综合静校正技术，准确剖析了该区的表层结构，提高了剖面的成像效果，为类似区域的表层建模及静校正工作提供了借鉴。

山地；表层调查；表层建模；静校正；伪三维层析

0 引言

塔里木库车前陆盆地油气资源丰富，勘探潜力巨大，是国家重要的能源战略接替区。上世纪末至本世纪初，库车前陆盆地先后发现了克拉2、迪那、大北1等一批大型天然气田，促成了“西气东输”工程的启动并成为主要气源地，为改变我国能源结构和新疆经济发展做出了巨大贡献［1］。

库车前陆盆地具有中国西部典型的山地山前带特征。地表类型多样，包括山体、山前冲积扇、戈壁、农田村庄以及河流、冲沟等地表类型；地表岩性复杂多变，第四系的砾石堆积、西域组砾石山体及新近系和古近系的砂泥岩山体遍布；表层速度、厚度在纵、横向变化剧烈。

库车复杂的近地表结构致使野外静校正工作面临以下问题：①表层调查难度大，库车山前带巨厚戈壁砾石区分布范围广泛，风化层厚度巨厚，甚至达到200m以上，采用浅层折射法调查精度很低，而大面积采用微测井进行表层调查，生产时间及成本压力较大；②合理的野外表层模型不易准确构建，野外表层建模一般采用层间关系系数法，通过内插微测井的解释成果来获得近地表模型，微测井数量的多寡严重制约着模型的精度；③静校正问题突出，库车坳陷山前带受本身地震地质条件的影响，地震勘探主要面临着波场复杂、低信噪比问题。由于静校正的精度将直接影响最终剖面成像效果，因而对静校正技术提出了更高的要求。

1 表层建模与静校正方法

针对上述问题，结合库车探区自身的特点，采取以下关键技术措施。

1.1 微测井约束的浅层层析表层调查方法

针对巨厚戈壁砾石区，可以采用浅层层析表层调查的方法：野外摆放一段排列，采用固定全排列接收、炮点滚动激发的方式开展浅层层析表层调查，实测每一个炮、检点的坐标和高程，室内根据拾取的初至时间采用层析反演方法解释，最后运用微测井标定相结合的方式，来剖析巨厚戈壁砾石区的表层结构［2］。

1.1.1 参数的确定

浅层层析表层调查参数可以通过试验或分析工区内道距小的二维测线来确定，也可以通过室内模型正演方法确定。为保证浅层层析表层调查的解释精度同时考虑生产成本，各参数确定过程中需充分注意以下因素：①接收道数不能超过采集仪器接收道数的上限；②较小的道距；③排列长度能够满足反演获得所需求的高速；④较为合理的炮数及炮距。

1.1.2 适用条件分析

该方法对地表形态有一定的要求，在地表起伏剧烈的情况下会产生较大的误差。按照野外微测井调查结果，建立地表逐渐起伏的不同正演理论模型：风化层速度为1 350m／s，高速层速度为2 200 m／s，2 200m／s的速度界面为水平，海拔高程为0 m；地表高程在1km范围内存在不同的幅度，幅度自0m以10m为阶梯逐渐递增，最大幅度为100 m，风化层厚度在没有地表起伏幅度的情况下为80 m（图1（a））。采用10m道距、10m炮距、3 000m排列长度全排列接收的方式，对不同的理论模型开展模型正演，获得正演记录并拾取大炮初至后开展层析反演，反演后分别提取高速顶界面高程并与理论正演模型对比分析（图1（b））。分析发现，在1 km范围内地表高程幅度变化小于40m时，层析反演的高速顶界面高程起伏不超过5m，也就是说精度可达到5m。在1km范围内地表高程幅度为50 m时，层析反演的高速顶界面高程只有极少部分超过5m（最大7.5m），大部分高程都小于5m。而在1km范围内地表高程变化幅度大于50m情况下，层析反演的高速顶界面高程很大部分都大于5m，最大甚至达到25m。由此可见，地表高程幅度控制在50m范围内时，正、反演模型的误差在5m之内，浅层层析表层调查方法能够满足生产需求。采用30m道距、60m炮距常规二维测线施工方式开展模型正演，并对正演记录拾取初至开展反演，对比后结论也是如此。因此在地表平缓的风化层巨厚区，可以采用浅层层析表层调查或者老二维测线资料层析反演的方法来剖析近地表结构。

图1 地表高程起伏带来的误差分析Fig.1 An analysis to the error caused by surface elevation fluctuation

1.2 伪三维表层建模

由于巨厚戈壁砾石区分布广、风化层厚度大，受限于钻机的钻深能力以及勘探成本的压力，该区微测井数量较少，采用表层模型方法合理构建近地表模型较为困难，提供现场处理的野外静校正量精度较低。但是巨厚戈壁砾石区的地势整体较为平坦、地表高程变化趋势平稳、渐进、高程差相对较小，符合浅层层析表层调查方法的适用条件，可以采用伪三维层析的表层建模方法开展该区近地表模型的构建，以便能够满足野外现场处理的需求。充分利用工区内已有的二维资料，在测网达到一定密度（如果密度不够可以考虑实施浅层层析表层调查线来保证测网的密度）的基础上，分别拾取每一条二维测线的大炮初至时间，将所有二维测线建成稀疏三维数据库［3］，统一层析反演巨厚戈壁砾石区的表层模型，再结合山体区微测井建立整个工区的近地表模型，并提供现场处理模型静校正量。

1.3 综合静校正技术

静校正方法有很多种，在西部复杂山地中最常用的静校正方法主要有表层模型法、折射波静校正法、层析反演法等［4］。

1.3.1 不同静校正方法的适应性及特点

1）表层模型静校正方法适合表层结构相对简单、表层速度和厚度在纵向、横向上比较稳定的地区。该方法的优点是建立近地表模型效率高，能够较好地解决中、长波长静校正问题；缺点是其精度严重依赖于表层调查控制点的精度、密度以及层间关系系数的准确性，同时其解决短波长静校正问题能力比较弱。

2）折射波静校正方法适合于已知表层速度或厚度并具有稳定折射层的地区，尤其是在有明显分层的山体区特别是老地层出露的山体区效果明显。由于该方法采用分层模型，不能模拟层内的速度变化，因此不适合求解不存在明显折射界面或者存在速度倒转和层尖灭的近地表速度模型［5］。其优势是在初始条件准确、分层合理的前提下，能够提供高质量的短波长静校正量、有效改善剖面的成像效果；劣势是在没有稳定折射界面的情况下，折射分层过程中易出现跨层现象，从而降低了静校正量的精度，而且在初始条件与所划分的折射层不能相互对应时，容易引起长波长静校正问题［6］。

3）层析反演静校正方法不受地表条件的限制，适合各种复杂地表区开展静校正量的计算，特别是在风化层巨厚的戈壁砾石区，解决中、长波长静校正量问题效果明显［7］。由于层析反演静校正方法在反演过程中需要对速度模型进行平滑处理，导致反演的近地表模型高频信息有一定损失，因此在计算静校正量时，高频信息相对较少，在提高剖面成像精度方面不具优势，需要采取针对性的措施予以弥补。

1.3.2 综合静校正技术

鉴于库车地区复杂的近地表条件下单一的静校正方法很难解决问题，因此考虑融合层析和折射静校正的优势于一体，采用综合静校正技术解决该区静校正问题［8］。作者通过静校正量拼接和模型拼接两种途径来实现。

1）静校正量拼接是通过统一的平滑参数对不同的静校正量进行平滑，平滑后的值为静校正量低频分量，平滑后的值减去平滑前的值为高频静校正量，在统一的低频静校正量基础上，集各种高频静校正量成像优势于一体，从而达到最终改善剖面成像效果的目的。但是这种方法存在一定的弊端，如果不能合理地确定平滑参数，往往会人为造成中、长波长静校正问题。

2）模型拼接实现综合静校正技术主要有以下几个步骤：①开展层析反演及折射反演获得不同的近地表模型；②通过剖面对比明确不同静校正方法的优势范围及分界线；③确定分界线附近模型过渡区域的范围；④在折射法和层析法优势区域内分别保留各自的反演模型；⑤确定过渡区域低降速带厚度和速度的权重系数；⑥根据公式计算获得过渡区域的低降速带厚度和速度；⑦全工区综合静校正量的计算。

模型拼接法的关键在于过渡区，过渡区域的低降速带厚度和速度可以根据公式（1）和公式（2）计算获得。

其中：hC为过渡区域的低降速带厚度；hT为层析反演的低降速带厚度；nT为层析反演的权重系数，其值在戈壁砾石区为“1”，山体区为“0”，中间渐进过渡；hR为折射反演的低降速带厚度；nR为折射反演的权重系数，其值在山体区为“1”，戈壁砾石区为“0”，中间渐进过渡；VC为过渡区域的低降速带速度；VT为层析反演的低降速带速度；VR为折射反演的低降速带速度。

2 应用实例

2013年库车地区某三维地震勘探应用上述技术开展了表层建模及静校正攻关，取得了较好的效果。

1）在浅层层析表层调查方法的基础上，伪三维层析表层建模技术的应用较好的剖析了巨厚戈壁砾石区的近地表结构。在风化层巨厚区采用道距20m、炮距120m、固定4km排列长度接收的方式，开展了2条测线的浅层层析表层调查，结合以往二维测线老资料（30道距、60m炮距）使得测网密度达到2km×6km，将所有二维测线建成稀疏三维；然后按照三维的方式层析反演巨厚戈壁砾石区的表层模型，再联合山体区微测井建立了整个工区的近地表模型。

由工区高速顶界面高程平面分布（图2（a））可见，其等值线的变化是自然渐近的，总体上较为平缓，分布趋势与工区地表高程平面图（图2（b））分布趋势整体一致，符合该区浅层地质变化规律。通过分布在巨厚戈壁砾石区的微测井老资料解释成果，来约束标定和验证伪三维层析浅

层建模的精度（图2（c）中微测井6、7、8为标定约束作用，其余为精度验证作用），与微测井解释成果相比，伪三维层析表层建模获得的低降速带厚度（表1）最大误差不超过3.7m，误差控制在5.8%范围内。该区如果按照常规的微测井表层建模方式至少需要24口微测井才能达到勘探精度要求，采用伪三维层析表层建模方法后，仅以8口微测井就完成了巨厚戈壁砾石区表层模型的建立。由此可见，伪三维层析表层建模不仅精度较高，还能降低深井微测井的数量，节约勘探成本。

表1 不同表层调查方法低降速带厚度对比Tab.1 Comparison of the LVL thickness for different surface investigation methods

2）综合静校正技术的运用（图3（a））既保留了戈壁砾石区层析静校正能够改善剖面成像效果（图3（b））的特点，同时具备了山体区折射静校正有利于成像（图3（c））的优势，真正实现了取长补短，大大地提高了初至波静校正的精度，有效地改善了剖面的成像效果。

图2 工区高速顶界面高程、地表高程平面图及二维测线位置分布Fig.2 The high－velocity top surface elevation，surface elevation plan and the 2Dline layout in the work area

图3 不同静校正方法时间初叠剖面效果对比Fig.3 Comparison of the time primary stack section effects for different static methods

3 认识

1）微测井约束的浅层层析表层调查方法结合伪三维层析表层建模，可以准确剖析巨厚砾石区的表层结构，还可在巨厚黄土塬等类似探区推广应用，有利于降低勘探成本。

2）库车地区只有综合各种静校正方法的优势，才能提高剖面的成像精度，而这里讨论的综合静校正技术能够集层析静校正方法和折射静校正方法优势于一体，有效改善剖面的成像效果，是解决复杂地表区静校正问题的有效途径之一。

［1］ 王招明，夏义平，梁向豪，等.库车前陆冲断带复杂山地地震勘探技术［M］.北京：石油工业出版社，2012.

WANG ZH M，XIA Y P，LIANG X H，et al.Kuqa foreland thrust complex mountainous seismic exploration technology［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2012.（In Chinese）

［2］ 吕景峰，刘新文，王乃建.复杂地表浅层层析表层调查方法及应用［C］.物探技术研讨会专刊，2012：335－338.

LV J F，LIU X W，WANG N J.Complex surface shallow layer tomographic survey method and Its application［C］.Special of the Geophysical Prospecting Technology Conference，2012：335－338.（In Chinese）

［3］ 苏贵仕，黄莉莉，赵明秋.伪三维层析反演静校正技术及其应用［J］.石油地球物理勘探，2007，42（增）：111－114.

SU G SH，HUANG L L，ZHAO M Q.Pseudo 3Dtomographic inversion static correction technology and Its application［J］.Petroleum Geophysics，2007，42 （sup）：111－114.（In Chinese）

［4］ 李值六，吕景峰，张月芹.库车复杂山地山前带静校正技术应用研究［C］.物探技术研讨会专刊，2013：145－148.

LI ZH L，LV J F，ZHANG Y Q.Kuqa complex mountain foothill belt static correction technology application study［C］.Special of the Geophysical Prospecting Technology Conference，2013：145－148.（In Chinese）

［5］ 罗英伟，杨晶，段卫星，等.几种静校正方法比较研究［J］.石油仪器，2010，24（5）：41－43.

LUO Y W，YANG J，DUAN W J，et al.A comparative study on several static correction methods［J］.Petroleum Instrument，2010，24（5）：41－43.（In Chinese）

［6］ 白旭明，崔宏良，王瑞贞，等.一种近地表异常区的静校正方法及应用效果［J］.中国石油勘探，2013（1）：35 －38.

BAI X M，CUI H L，WANG R ZH，et al.A nearsurface abnormal area static correction method and its application effects［J］.Chinese Petroleum Exploration，2013（1）：35－38.（In Chinese）

［7］ 李继光.不同复杂近地表校正技术分析与应用［J］.石油天然气学报（江汉石油学院学报），2010，2（32）：223 －227.

LI J G.An analysis on different complex near surface correction techniques and their applications［J］.Oil and Gas Proceeding（Academic Journal of Jianghan Petroleum Institute），2010，2（32）：223－227.（In Chinese）

［8］ 宁宏晓，胡杰，章多荣，等.柴达木英雄岭复杂山地三维地震勘探技术［J］.石油科技论坛，2012（2）：2－6.

NING H X，HU J，ZHANG D R，et al.Qaidam Yingxiongling complex mountainous 3Dseismic exploration technology［J］.Petroleum Science and Technology Forum，2012（2）：2－6.（In Chinese）

Complex surface area pseudo 3D near－surface modeling and static correction techniques in Kuqa

LV Jing－feng，ZHOU Bing－feng，DI Jiang－wei
（Bureau of Geophysical Prospecting，Zhuozhou 072751，China）

The Tarim basin is one of the key areas for hydrocarbon prospection for the Tarim oilfield company.Kuqa Mountain in Tarim basin has significant LVL survey，modeling difficulty and statics problems due to its diversified near－surface conditions.In this paper，the author makes an accurate analysis on the near－surface structure in the area using the upholeconstraint shallow－layer tomography LVL surface method.The new method is the pseudo 3Dnear－surface modeling and the comprehensive statics technology.Therefore，the imaging of sections is improved，which provides a reference for the nearsurface modeling and statics works in similar areas.

mountain；LVL survey；near－surface modeling；statics；pseudo 3Dtomography

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.17

1001－1749（2015）06－0773－05

2014－11－14改回日期：2014－12－16

国家科技重大专项（2011ZX05046）

吕景峰（1975－），男，高级工程师，一直从事野外地震勘探研究工作，E－mail：lvjingfeng＠cnpc.com.cn。