基于地表一致性假設的靜校正方法研究

基于地表一致性假設的靜校正方法研究

0復雜地表的速度對比靜校正一直是陸地地震勘探中的一個重要問題。靜校正的質(zhì)量直接影響地震剖面的質(zhì)量。特別是在山區(qū)煤田地震勘探中,靜校正問題尤其突出。在這些地區(qū),地形起伏較大,靜校正的地表一致性假設和地震勘探的水平層狀模型假設都與實際的地質(zhì)情況不符,主要表現(xiàn)在兩個方面:一是靜校正的地表一致性假設。地表一致性假設認為,近地表低速帶的速度遠遠低于其下伏地層的速度,地震波在低速帶內(nèi)認為是沿垂直方向傳播的,不同類型的地震波都認為是沿同一路徑傳播的,即在同一個炮點或檢波點處,所有地震波的延遲時間都是相同的。生產(chǎn)中使用的靜校正方法種類繁多,原理各異,但它們都是在地表一致性假設的前提下。而實際的地質(zhì)情況與地表一致性假設相差很大,有的地方表層速度可能接近甚至大于下伏地層速度,有的地方基巖直接出露地表。這時,來自地下不同深度的反射波在近地表層內(nèi)的傳播路徑與垂直出射的假設差異較大,出射的角度與反射層的深度,即旅行時間有關,這就是所謂的非地表一致性的問題。二是基準面校正。從目前所用的基準面校正方法來看,校正量只與低速帶厚度、速度等因素有關,這樣做的一個前提就是地層大致上是水平層狀結構的。但是在山區(qū),由于構造比較復雜,這些地區(qū)近地表的地層可能是傾斜的,地層傾角可能會很大,這種情況下再按照通常辦法進行基準面校正,就會產(chǎn)生很大的誤差。上述兩個方面的影響,將會導致常規(guī)的靜校正方法在消除低速帶對地震波旅行時的延遲上效果不好。本文將討論常規(guī)靜校正方法在應用中產(chǎn)生誤差的原因,及誤差的大小,并分析它們對地震勘探工作造成的影響,進而提出改進的方法。1巨速波靜校正地表一致性假設是目前靜校正方法的出發(fā)點。如圖1示,地表一致性假設認為低速帶的速度遠小于基巖速度,地震波在低速帶內(nèi)是垂直傳播的,與各層反射波入射到低速帶的方向無關,因此,在同一道記錄中所有采樣點的靜校正值都是相同的。1.1投資及炮點入射的一致性(1)每個檢波點和每個炮點都只有一個靜校正量,某一道的校正量是它所在炮點的靜校正量與它所在檢波點的靜校正量之和。(2)認為地震波在低速帶內(nèi)是垂直傳播的,將炮點或檢波點校正到某一基準面時,只需要考慮低速帶的厚度和速度的影響,與低速帶底界面的的射線入射傾角無關。地表一致性假設使靜校正問題本身得到了大大的簡化,使靜校正量的計算變得非常容易。在大多數(shù)地區(qū),這樣的簡化是合理的,它與實際情況的偏差不會太大,足以滿足生產(chǎn)的需要。因此,基于地表一致性假設的靜校正方法得到了廣泛的應用,成為目前所有靜校正處理系統(tǒng)的基礎。1.2折射波的靜校正量計算隨著地震勘探轉(zhuǎn)向一些地表情況復雜的地區(qū),地表一致性假設就變得不盡合理,它與實際情況的偏差也越來越大。造成地表一致性假設不合理的原因如下。(1)低速帶速度較高。地表一致性假設的核心在于低速帶速度遠遠小于折射界面下層的速度,因而認為地震波在低速帶中的傳播路徑都是垂直的。而當?shù)退賻俣扰c下層的速度相差不是太大時,地震波在低速帶內(nèi)的傳播路徑將不是垂直,而是傾斜的,同一個檢波點接收到的來自不同反射層的地震波在低速層中的傳播路徑不再相同,它們與該檢波點接收到的淺層折射波的傳播路徑也不相同。因此,同一檢波點上,來自不同反射層的反射波應該有不同的靜校正量,即使同一反射層的反射波也會因為炮檢距的不同而具有不同的靜校正量。(2)巨厚的低速帶。在沙漠和黃土塬地區(qū),潛水面深度或者低速帶的厚度有時能達到數(shù)hm。由于地震波在低速帶中傳播的路徑很長,兩條入射角度相差很小的射線在經(jīng)過如此長距離的傳播后,其旅行時也會因為路徑的不同發(fā)生較大的偏差。在偏移距不是太大的檢波點上,主要是折射波,而折射角相對于來自深層的反射波在進入低速層時入射角度要大,因而二者在低速帶中的射線路徑長度差異就比較大,旅行時的差異也會較大。這種情況下,再使用根據(jù)初至折射時間計算的靜校正量用于反射波的校正,就無法完全消除低速帶對反射波旅行時的影響。(3)基巖出露。在山區(qū),基巖出露地表是很常見的地質(zhì)現(xiàn)象,這會為靜校正工作帶來很大的不便?；鶐r出露使近地表地層的速度很高,地震波到達檢波點時的傳播方向差異也會比較大,在某些情況下甚至會出現(xiàn)射線接近水平的現(xiàn)象。這與靜校正時假設地震波射線比較接近豎直的情況是不吻合的。基巖出露的另一個影響是使初至波的成因更加復雜化,這時檢波器接收到的初至波甚至可能是反射波。而常用的靜校正方法中,很多是基于折射波計算靜校正量的,有的方法還要求存在穩(wěn)定的折射層,基巖出露地表會使這些方法失效。(4)地形起伏。地形的大幅度起伏會使靜校正基準面的選取成為一個大問題,因為不管基準面選在何處,都會與一些檢波點或者炮點存在很大的高差。這種高差對靜校正的影響與前面提到的巨厚的低速帶對靜校正的影響很相似,都會使靜校正后的地震波波場與實際的情況相差甚遠。2理論校正量的正演下面將以一個形態(tài)復雜的模型為例,分析用傳統(tǒng)的基準面靜校正方法得到的靜校正量與實際情況的差距到底有多大(本文以后的描述中,把根據(jù)地表一致性假設進行基準面校正得到的校正量叫做基準面校正量,把根據(jù)非地表一致性假設的模型正演得到的校正量叫做理論校正量)。圖2所示為一地形起伏的模型,模型寬4000m,檢波點間距40m。模型中地面高程從左到右逐步增加,最大高差約400m,近地表處有四個地段速度較低,另有些部分基巖出露地表,各層的速度如圖中所示。靜校正的基準面為海拔高程H=400m的水平基準面。在模型較深處有兩個速度界面,分別標記為Lv炮點A所處位置下方為一低速帶,圖3所示為炮點A激發(fā)時反射波和折射波的正演射線路徑圖。由于低速帶和地形起伏的存在,來自Lv圖5中實線所示為炮點A激發(fā)的地震波進行基準面校正后的旅行時時距曲線。圖中點劃線所示為炮點所在位置(以下同)。由于基準面校正并沒有能夠完全消除低速帶和地形起伏對地震波旅行時的影響,來自Lv3地表一致性靜校正方法的改進地表一致性靜校正雖然與實際的情況有出入,但它還是實際的靜校正量的一種近似,在某些部分它們還是很接近的。因此,在非地表一致性靜校正方法還不太成熟的情況下,對這些方法進行一些改進,選擇合理的計算方案,盡量減小地表一致性假設帶來的誤差,使靜校正量盡量接近實際情況,也不失為一種解決辦法。根據(jù)上一節(jié)的結論,可以采取的辦法包括選擇適當?shù)幕鶞拭?減小基準面厚度H)、對不同偏移距和不同深度的地震波采用不同的靜校正方法等。下面就這些問題進行討論,提出一些可行的辦法。3.1浮動基準面補差靜校正在靜校正中使用的基準面通常都是一個水平的基準面。這樣做是希望在靜校正后,炮點和檢波點都被校正到同一個水平面上,疊加后的同相軸的形態(tài)能夠比較接近地下界面的真實形態(tài)由前面的討論可知,地表一致性靜校正量與真實的靜校正量的偏差與基準面的位置有關:基準面與炮點或檢波點的高差越大,則該點處的靜校正量與真實靜校正量的差別就越大。而在山區(qū),地形的起伏很大,同一條測線甚至同一炮集內(nèi),地形的起伏可能達到幾百米到一兩千米。若選擇一水平基準面,不管基準面在何處,都會有炮點或檢波點與它存在較大的高差,地表一致性假設造成的靜校正誤差就很難消除。因此,使用一個隨地形起伏的彎曲基準面能夠使這種狀況得到改善。這個起伏的基準面叫做浮動基準面浮動基準面通常情況下都是取地形的平滑線,平滑半徑是CMP道集內(nèi)最大偏移距的一半。圖7中實線為地形線,虛線為浮動基準面。通過使用浮動基準面,可使基準面離地面點較近,能夠在一定程度上減少由于地表一致性假設帶來的誤差。圖中所示測線高差約500m。若使用水平基準面,基準面與地面點的最大高差將不會小于250m,平均高差不會小于100m。使用浮動基準面后,基準面與地面點的最大高差降到了100m,平均高差降到小于30m。在實際應用中,先根據(jù)地形的起伏狀況選擇一浮動基準面,并將炮點和檢波點校正到這個浮動基準面上。由于浮動基準面本身較為光滑,因此能夠消除短波長靜校正量的影響,使同相軸能夠聚焦,且不會對速度分析等造成大的影響。疊加后,再從疊加剖面上消去由浮動基準面起伏帶來的長波長靜校正量,使同相軸的形態(tài)接近實際情況。即先通過浮動基準面進行短波長靜校正,再在疊后資料上進行長波長靜校正這種方法對地表一致性靜校正誤差的控制表現(xiàn)在兩個方面。一是減小基準面與地面點的高差,二是在疊后資料上進行長波長靜校正。疊后的資料可以看作是自激自收道集,即偏移距為零。由上節(jié)的討論可知,偏移距越小,基準面校正量與實際校正量的偏差就越小。因此,在零偏移距道集上,基準面校正量可以用來近似替代實際的靜校正量。這種兩步法的靜校正方法方便地消除了由于地表一致性靜校正假設所引起的靜校正誤差,且實現(xiàn)簡單,在生產(chǎn)中得到廣泛的應用在靜校正中使用浮動基準面,成功的關鍵在于,將炮點和檢波點校正到浮動基準面上時,能夠消除短波長靜校正量的影響,使CMP道集內(nèi)的反射波時距曲線能夠接近雙曲線形態(tài)3.2加強測系統(tǒng)設計上節(jié)的討論說明了非地表一致性靜校正量與實際靜校正量之差與基準面位置、偏移距和地震波穿透深度的關系。在近偏移距處,基準面校正量與來自某一深度地震波的實際校正量之差隨偏移距不同而變化比較劇烈,但在遠偏移距處這種變化卻較小,不會對成像造成影響這種做法需要從野外觀測系統(tǒng)的設計開始就考慮靜校正的問題。要根據(jù)前期的地質(zhì)調(diào)查資料大致確定反射和折射界面的深度、上下地層速度關系,并由此估計實際靜校正量與基準面校正量差值的變化規(guī)律,確定差值變化比較平緩的最小偏移距,作為一個臨界偏移距。在觀測系統(tǒng)的設計上,盡量使炮檢距在這個臨界偏移距之外,以提高成像的質(zhì)量大排列的觀測系統(tǒng)也有利于接收更多的反射波信號。目前的很多靜校正方法都是利用初至折射波信息的,而淺層折射波的靜校正量與深部反射波的靜校正量相差較大。此外,大偏移距的觀測系統(tǒng)接收到的反射波信號更多,也有利于壓制折射波的影響,同時提高疊加時的反射波能量。另外,由于利用折射初至波的靜校正方法得到的靜校正量通常更接近淺部的靜校正量,而直接利用基準面校正方法得到的靜校正量更接近于深部的靜校正量,如果針對不同時間(深度)的地震波用不同的方法進行靜校正,就能使校正后的結果更接近于實際情況。3.3分塊靜校正的表現(xiàn)圖8所示為一山地地質(zhì)結構模型。模型中地表起伏為實際地形,高差約2000m,圖中各層速度分別為v圖9是其中某一炮的單炮記錄,炮點位于圖8中▽所在位置處。從圖中可以看出,由于低速帶的起伏,地震波受到很明顯的影響,來自同一反射(折射)界面的地震波同相軸發(fā)生了扭曲。首先對該數(shù)據(jù)進行了高程改正,然后在高程改正的基礎上用交互迭代靜校正進行了短波長的靜校正。校正后的的基準面是海拔高度為3910m的水平基準面。圖10是經(jīng)過常規(guī)靜校正的單炮記錄。從圖中可見,單炮中的地震波同相軸形態(tài)得到了較好的恢復。校正后的初至波同相軸已經(jīng)比較光滑,但深層的反射波同相軸光滑程度并不是非常高,特別是在偏移距比較小的部分,反射波同相軸的形態(tài)與真實的雙曲線相差仍然較大。圖11是分塊靜校正后該炮的理論記錄。對比二圖可以看出,理論的單炮記錄中反射波同相軸不僅比常規(guī)靜校正后的反射波同相軸更接近于雙曲線形態(tài),且來自兩圖的同一反射(折射)界面的地震波旅行時之間存在時差,這可能會導致疊加后的同相軸時間與理論的同相軸所在時間之間存在偏差。圖12是進行高程改正和交互迭代靜校正后的疊加剖面(在疊加的過程中,由于來自第一層和第二層的地震波主要是折射波,為了美觀也為了處理上的方便,對這兩層的地震波進行了切除。以下同)。利用分塊靜校正的思想,根據(jù)速度解釋過程中得到的速度場,對不同接收道上,對來自不同反射界面的地震波進行了靜校正量誤差估算,將估算結果與上述的靜校正量相加,作為新的靜校正量,對不同接收道的每一個反射(折射)波進行靜校正。圖13是進行分塊靜校正之后的疊加剖面。由圖中可見,分塊靜校正的疊加剖面同相軸能量相對圖12中同相軸而言更加集中,且兩者之間存在一定的時差。理論的計算結果表明,分塊靜校正的同相軸時間更加接近真實的情況。3.4疊加剖面的靜校正應用圖14是我國西部某線進行交互迭代靜校正后的疊加剖面。由于該地區(qū)地形起伏大,地表地質(zhì)狀況復雜,該靜校正方法未能取得理想的效果,剖面中同相軸聚焦不好,且連續(xù)性差。圖15是對該測線進行分塊靜校正之后的疊加剖面。進行分塊靜校正后,剖面的中部出現(xiàn)了較為連續(xù)的同相軸,構造形態(tài)也基本上顯示出來了。這說明了分塊靜校正是能夠取得較好的效果的。從上面對非地表一致性靜校正方法的探討可以看出,真正解決好山區(qū)靜校正問題是一個綜合的工程,需要從野外到室內(nèi)處理的全面協(xié)調(diào)。野外要從施工的一開始就考慮到靜校正問題的影響,通過適當?shù)囊巴庥^測系統(tǒng)布置從一開始就對靜校正的影響進行估計,其次要提供盡可能精確的野外近地表地質(zhì)狀況資料。室內(nèi)方面,要改變傳統(tǒng)的處理流程,針對靜校正問題制定專門的處理流程。同時,資料處理軟件也要針對靜校正問題編寫新的處理模塊,例如,分塊靜校正等,并研制允許進行空變