沙漠区近地表处理技术研究及应用

闫艳琴，杨 威

（1.中国石化石油物探技术研究院，江苏南京210000；2.中国石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐830000）

1 概述

塔里木盆地表层地震地质条件的类型主要为沙漠区，又可分为高大沙丘区、中等沙丘区和小沙丘区，局部地区伴有山体、戈壁、农田和沼泽等地形。表层结构调查结果表明，沙漠区高速层顶界面基本是该区的潜水面，是一个较为稳定随高程平缓变化的界面。

塔里木盆地沙漠区近地表的主要特征包括：表层被巨厚的沙层所覆盖，低速带厚度变化大，一般在20～80m 之间；地表高程变化大，海拔为1000～1280m。高大沙丘区多为复合型垄状沙梁和蜂窝状沙山。高大沙丘区造成地震勘探的激发和接收条件变差，沙丘对地震波的吸收衰减严重。

为此，针对塔里木盆地沙漠区近地表结构的特点建立具有针对性的近地表地震资料处理技术，减少或消除近地表结构对地震波的影响，有助于提高深层成像处理的质量。

2 沙漠区近地表处理技术及应用

2.1 地震资料处理浮动基准面

浮动基准面[2]是地震资料处理中的处理中间面，即水平基准面，只是不同CMP对应的基准面的高程是变化的，所有CMP 水平基准面的高程构成了随CMP 变化的浮动基准面，主要用于速度分析和动校正处理，得到准确的速度和成像结果。

（1）现有浮动基准面建立技术的缺点。在塔里木盆地沙漠区地震资料处理中，确定每个CMP 的高程，不同的方法所形成的浮动基准面有差异，一般采用平均静校正量法或平滑地表高程法建立浮动基准面。

（2）平均静校正量法。平均静校正量法[3]通过计算每个CMP道集内各道的炮、检波点静校正量的求和平均值作为该点浮动基准面，为时间域的平滑面，利用替换速度将其转换至深度域中的浮动基准面通常高于真实地表，无明确的物理含义。平均静校正量法[2]所产生的浮动基准面不利于深度域表层速度与中深层速度的一体化速度建模和基于平滑地表的叠前深度偏移成像处理。

（3）平滑地表高程法。平滑地表高程法通过对地表高程进行尺度平滑，所建立的浮动基准面是地表高程的平滑面，平滑地表高程法产生的浮动基准面有着明确的物理意义，有助于深度域速度建模成像。

在实际地震资料处理中，地表高程数据通常由地震资料采集的炮点和检波点高程内插CMP高程获得，但受到野外采集物理点空间密度的限制（线距200～400m、道距50m），对沙漠、山地等起伏较为剧烈的近地表类型来说，地表高程数据受空间采样密度的影响精度有限，不能完全恢复地表高低起伏变化。炮点、检波点分布范围不一致对高程内插算法容易造成边界效应，从而影响了浮动基准面的精度。

基于SRTM 遥感数据的浮动基准面。SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）航天飞机雷达影像数据，相对于常规的地震采集资料野外测量结果，SRTM地表高程数据的采样密度高且分布均匀。

在实际处理中，根据地震资料处理目标区域的经纬度分布范围，获得SRTM遥感测量数据，再用高斯—克吕格投影方法将SRTM遥感测量数据的经纬度坐标系统转换为WGS84/BJ1954 平面坐标系统，以满足地震资料处理和解释系统的需求。

式中：x——平面坐标系统的横坐标；

y——平面坐标系统的纵坐标；

L——椭圆球面上的大地坐标的经度；

B——椭圆球面上的大地坐标的纬度；

S——由赤道至纬度B的经线弧长；

N——卯酉圈曲率半径。

η可以由公式η2=e′2cos2B得到，其中e′为地球的第二偏心率。

通过对塔里木盆地的近地表调查结果的分析表明，在沙漠地表覆盖区具有较为稳定的潜水面，在保留近地表高程变化趋势的前提下，对表层沙丘进行大尺度迭代平滑，结合近地表结构调查数据对平滑后地表高程进行校正，建立地表高程浮动基准面：

式中：f（x,y）——平滑前地表高程；

σ——平滑尺度算子；

Δd——潜水面深度校正量；

fs（x,y）——平滑后地表高程。

在平滑算子σ的选择上，将地震资料采集的排列长度或排列片宽度作为尺度平滑算子，对高于特定高度的沙丘进行削截处理，对上述过程进行多次迭代，从而得到大尺度平滑地表高程浮动基准面（见图1）。

图1 不同浮动基准面的对比

本文方法不依赖于地震资料采集的野外实际测量结果，而是通过对SRTM 遥感测量数据进行大尺度平滑迭代，并结合近地表结构调查数据建立全区沙漠地表条件下的地震资料处理浮动基准面。基于SRTM的地震资料处理浮动基准面具有直接平滑、结果明确、事先得到等特点，不与替换速度、低降速层、观测系统等发生关联，确保了浮动基准面建立的客观性和独立性。

2.2 静校正

在塔里木盆地沙漠覆盖地区，由于表层高大沙丘的影响，地震波激发和接收因素相差较大，造成单炮记录中的双曲线扭曲严重，静校正问题突出，给地震资料处理和解释带来了较大困难。

2.2.1 初至波层析静校正技术的缺陷

在沙漠区地震资料处理中，通常采用初至波层析反演方法[4]进行静校正的处理和计算。但从实际应用效果来看，初至波层析反演方法仍存在着一定的技术缺陷，主要表现在：

（1）初至波层析反演得到的低降速层速度模型的精度较低。从沙漠区层析速度反演的结果上看，沙丘顶部的速度反演结果较为合理，但沙丘底部和沙梁[5]等构造低部位非沉积压实地层的速度明显偏大（图2左图）。

（2）初至波层析反演得到的低降速层速度模型和根据低降速层速度模型计算的静校正量存在着边界效应。层析反演获得的速度模型的计算范围仅限于炮点范围内，炮点范围外的检波点速度模型外推的精度有限，存在着明显的边界效应，影响静校正的精度（图2右图）。

（3）初至波层析反演得到的低降速层速度模型和静校正量存在着多解性。造成多解性的原因包括：输入条件和控制参数的不确定性；反演方法的固有缺陷，由于层析反演是局部寻优和拟合的过程，每次反演的结果会有差异。

2.2.2 双压实沙丘曲线静校正

通过对塔里木盆地沙漠区近地表测量结果分析表明，在塔里木盆地沙漠区在潜水面之上和潜水面之下的地层存在着较为明显的速度界限。

由于表层沙丘具有较为一致的速度—深度关系，将近地表结构划分为浮动基准面之上的表层沉积压实规律地层和浮动基准面之下的正常沉积压实规律地层。利用微测井或小折射得到的近地表速度调查结果进行统计处理，并拟合得到表层沉积压实规律地层和正常沉积压实规律地层的深度—速度关系曲线，从而得到表层沉积压实规律地层和正常沉积压实规律地层的速度模型（如图3所示）。

图2 初至波层析反演速度模型

图3 正常沉积压实深度—速度关系

利用沙丘曲线静校正方法将地震数据校正到浮动基准面上，炮点静校正量ΔTS为：

式中：ES——炮点高程；

Esm——浮动基准面高程；

EW——炮点井深；

vs（D）——浮动基准面之上表层沉积压实地层的速度；

vd（D）——浮动基准面之下正常沉积压实地层的速度。

检波点静校正量ΔTR为：

式中：EG——检波点高程。

从静校正前后单炮记录（图4）中可以看出双压实沙丘曲线静校正有效提高了静校正的质量，地震初至波更为光滑，反射波双曲线的规律性更好。

2.3 近地表速度建模

在沙漠区近地表速度建模成像处理中，所采集的地震资料在浅层数据上缺失较为严重，无论是基于反射波理论的速度拾取还是数据驱动方式都难以得到较为准确的近地表速度模型。

初至时间中包含着丰富的表层速度信息，为了充分利用这些信息解决复杂近地表条件下的表层速度建模问题，在浮动基准面和双压实沙丘曲线静校正消除表层沙丘起伏影响的基础上，利用初至波层析速度反演技术建立浅表层速度模型作为深度偏移的初始速度模型，一是有利于浅中深层一体化速度建模，二是可有效避免浅表层低速带造成的偏移频散效应，从而可有效提高近地表速度模型的精度。从速度模型上看（图5），相对于传统的时深转换速度建模方法，初至波层析反演出的速度模型的细节更为丰富，反演出的近地表速度场也相对合理可靠。

2.4 表层吸收衰减补偿

在塔里木盆地沙漠地表覆盖区，相对于成岩介质，表层松散沙丘对地震波中的高频成分具有更强的吸收衰减作用[7]，降低了地震资料的分辨率。因此，沙漠区表层的空间变化要远大于地层和油气因素引起的储层信息的空间变化，从而给储层成像和油气检测带来了困难。

图4 静校正前后单炮记录

图5 近地表速度模型对比

2.4.1 表层Q值提取

（1）利用微测井数据求取近地表实测Q值。Youli⁃Quan 等根据地震波吸收过程中高频成分的吸收快于低频成分的特点，利用频谱中心频率的偏移进行吸收衰减研究。在实际应用中，将微测井或双微测井中最小炮检距的检波点视为震源，大炮检距数据视为表层吸收衰减后信号，利用质心频移法求取表层实测Q值。

（2）相对Q值计算。相对Q值计算旨在获得近地表Q值的相对大小关系，通过共炮点和共检波点域的频率关系与表层旅行时来确定表层Q值的空间变化。相对衰减系数是相对Q值求取的一个重要基础数据，反映表层对地震波能量的吸收。

2.4.2 近地表Q场标定与建立

在实际资料应用中，通过利用井点实测Q值的大小范围和变化规律约束相对Q值，进而得到整个工区的近地表Q场。

相对衰减系数通过对实际地震数据进行地表一致性分析得出，是表层Q值求取和吸收补偿技术中重要的基础数据，其相对变化关系是不能轻易改变的，否则会破坏相对振幅关系，因此在进行标定时，从相对衰减系数的调整着手，保证不改变R值的相对关系。

2.4.3 表层吸收衰减补偿

表层吸收补偿消除了地表一致性表层吸收影响，同时提高地震波的分辨率。在进行Q补偿处理时，要充分注意资料的横向变化及信噪比的特征变化，对选取Q补偿方法和参数进行反复的试验，选择最优参数，实现参数时变空变，以保证全区波组特征的一致性。

从补偿前后的单炮记录和叠加剖面中可以看出（如图6和图7所示），补偿后浅层地震资料的主频和分辨率得到提高，低频有效保留，高频成分合理拓宽10～20Hz，同相轴连续性变好，波组特征清楚，串珠聚焦性好。

图6 表层补偿前后单炮记录对比分析

3 结论

（1）在传统的沙漠区近地表处理中，浮动基准面的建立和静校正处理是两个相互独立的过程分别进行的，即便采用平滑地表法建立浮动基准面，静校正仍然是计算到固定基准面的，因此静校正和浮动基准面之间存在物理机制的一致性和衔接问题。而双压实规律沙丘曲线静校正结合SRTM 浮动基准面建立方法，将静校正和浮动基准面作为一个整体进行处理，不存在静校正和基准面的匹配问题。

（2）在双压实规律沙丘曲线静校正和SRTM 浮动基准面基础上，利用初至波速度反演方法建立近地表速度模型，提高了浅表层速度模型精度，有助于浅中深层速度模型的一体化和偏移成像处理。

（3）在近地表结构调查的基础上进行表层Q值计算，近地表吸收衰减补偿显著提高了地震资料的分辨率，实现了深层目标的宽频成像。