基于地表一致性假設(shè)的靜校正方法研究

基于地表一致性假設(shè)的靜校正方法研究

0復(fù)雜地表的速度對(duì)比靜校正一直是陸地地震勘探中的一個(gè)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(shè)和地震勘探的水平層狀模型假設(shè)都與實(shí)際的地質(zhì)情況不符,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是靜校正的地表一致性假設(shè)。地表一致性假設(shè)認(rèn)為,近地表低速帶的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其下伏地層的速度,地震波在低速帶內(nèi)認(rèn)為是沿垂直方向傳播的,不同類型的地震波都認(rèn)為是沿同一路徑傳播的,即在同一個(gè)炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)處,所有地震波的延遲時(shí)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(shè)的前提下。而實(shí)際的地質(zhì)情況與地表一致性假設(shè)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(shí),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(shè)差異較大,出射的角度與反射層的深度,即旅行時(shí)間有關(guān),這就是所謂的非地表一致性的問題。二是基準(zhǔn)面校正。從目前所用的基準(zhǔn)面校正方法來看,校正量只與低速帶厚度、速度等因素有關(guān),這樣做的一個(gè)前提就是地層大致上是水平層狀結(jié)構(gòu)的。但是在山區(qū),由于構(gòu)造比較復(fù)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(huì)很大,這種情況下再按照通常辦法進(jìn)行基準(zhǔn)面校正,就會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。上述兩個(gè)方面的影響,將會(huì)導(dǎo)致常規(guī)的靜校正方法在消除低速帶對(duì)地震波旅行時(shí)的延遲上效果不好。本文將討論常規(guī)靜校正方法在應(yīng)用中產(chǎn)生誤差的原因,及誤差的大小,并分析它們對(duì)地震勘探工作造成的影響,進(jìn)而提出改進(jìn)的方法。1巨速波靜校正地表一致性假設(shè)是目前靜校正方法的出發(fā)點(diǎn)。如圖1示,地表一致性假設(shè)認(rèn)為低速帶的速度遠(yuǎn)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(guān),因此,在同一道記錄中所有采樣點(diǎn)的靜校正值都是相同的。1.1投資及炮點(diǎn)入射的一致性(1)每個(gè)檢波點(diǎn)和每個(gè)炮點(diǎn)都只有一個(gè)靜校正量,某一道的校正量是它所在炮點(diǎn)的靜校正量與它所在檢波點(diǎn)的靜校正量之和。(2)認(rèn)為地震波在低速帶內(nèi)是垂直傳播的,將炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)校正到某一基準(zhǔn)面時(shí),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(guān)。地表一致性假設(shè)使靜校正問題本身得到了大大的簡(jiǎn)化,使靜校正量的計(jì)算變得非常容易。在大多數(shù)地區(qū),這樣的簡(jiǎn)化是合理的,它與實(shí)際情況的偏差不會(huì)太大,足以滿足生產(chǎn)的需要。因此,基于地表一致性假設(shè)的靜校正方法得到了廣泛的應(yīng)用,成為目前所有靜校正處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1.2折射波的靜校正量計(jì)算隨著地震勘探轉(zhuǎn)向一些地表情況復(fù)雜的地區(qū),地表一致性假設(shè)就變得不盡合理,它與實(shí)際情況的偏差也越來越大。造成地表一致性假設(shè)不合理的原因如下。(1)低速帶速度較高。地表一致性假設(shè)的核心在于低速帶速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于折射界面下層的速度,因而認(rèn)為地震波在低速帶中的傳播路徑都是垂直的。而當(dāng)?shù)退賻俣扰c下層的速度相差不是太大時(shí),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(gè)檢波點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)上,來自不同反射層的反射波應(yīng)該有不同的靜校正量,即使同一反射層的反射波也會(huì)因?yàn)榕跈z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(shí)能達(dá)到數(shù)hm。由于地震波在低速帶中傳播的路徑很長(zhǎng),兩條入射角度相差很小的射線在經(jīng)過如此長(zhǎng)距離的傳播后,其旅行時(shí)也會(huì)因?yàn)槁窂降牟煌l(fā)生較大的偏差。在偏移距不是太大的檢波點(diǎn)上,主要是折射波,而折射角相對(duì)于來自深層的反射波在進(jìn)入低速層時(shí)入射角度要大,因而二者在低速帶中的射線路徑長(zhǎng)度差異就比較大,旅行時(shí)的差異也會(huì)較大。這種情況下,再使用根據(jù)初至折射時(shí)間計(jì)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(duì)反射波旅行時(shí)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(huì)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(dá)檢波點(diǎn)時(shí)的傳播方向差異也會(huì)比較大,在某些情況下甚至?xí)霈F(xiàn)射線接近水平的現(xiàn)象。這與靜校正時(shí)假設(shè)地震波射線比較接近豎直的情況是不吻合的?；鶐r出露的另一個(gè)影響是使初至波的成因更加復(fù)雜化,這時(shí)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(jì)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(huì)使這些方法失效。(4)地形起伏。地形的大幅度起伏會(huì)使靜校正基準(zhǔn)面的選取成為一個(gè)大問題,因?yàn)椴还芑鶞?zhǔn)面選在何處,都會(huì)與一些檢波點(diǎn)或者炮點(diǎn)存在很大的高差。這種高差對(duì)靜校正的影響與前面提到的巨厚的低速帶對(duì)靜校正的影響很相似,都會(huì)使靜校正后的地震波波場(chǎng)與實(shí)際的情況相差甚遠(yuǎn)。2理論校正量的正演下面將以一個(gè)形態(tài)復(fù)雜的模型為例,分析用傳統(tǒng)的基準(zhǔn)面靜校正方法得到的靜校正量與實(shí)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(shè)進(jìn)行基準(zhǔn)面校正得到的校正量叫做基準(zhǔn)面校正量,把根據(jù)非地表一致性假設(shè)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(diǎn)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(gè)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(zhǔn)面為海拔高程H=400m的水平基準(zhǔn)面。在模型較深處有兩個(gè)速度界面,分別標(biāo)記為L(zhǎng)v炮點(diǎn)A所處位置下方為一低速帶,圖3所示為炮點(diǎn)A激發(fā)時(shí)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(shí)線所示為炮點(diǎn)A激發(fā)的地震波進(jìn)行基準(zhǔn)面校正后的旅行時(shí)時(shí)距曲線。圖中點(diǎn)劃線所示為炮點(diǎn)所在位置(以下同)。由于基準(zhǔn)面校正并沒有能夠完全消除低速帶和地形起伏對(duì)地震波旅行時(shí)的影響,來自Lv3地表一致性靜校正方法的改進(jìn)地表一致性靜校正雖然與實(shí)際的情況有出入,但它還是實(shí)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(duì)這些方法進(jìn)行一些改進(jìn),選擇合理的計(jì)算方案,盡量減小地表一致性假設(shè)帶來的誤差,使靜校正量盡量接近實(shí)際情況,也不失為一種解決辦法。根據(jù)上一節(jié)的結(jié)論,可以采取的辦法包括選擇適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)面(減小基準(zhǔn)面厚度H)、對(duì)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(jìn)行討論,提出一些可行的辦法。3.1浮動(dòng)基準(zhǔn)面補(bǔ)差靜校正在靜校正中使用的基準(zhǔn)面通常都是一個(gè)水平的基準(zhǔn)面。這樣做是希望在靜校正后,炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)都被校正到同一個(gè)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(shí)形態(tài)由前面的討論可知,地表一致性靜校正量與真實(shí)的靜校正量的偏差與基準(zhǔn)面的位置有關(guān):基準(zhǔn)面與炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)的高差越大,則該點(diǎn)處的靜校正量與真實(shí)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(cè)線甚至同一炮集內(nèi),地形的起伏可能達(dá)到幾百米到一兩千米。若選擇一水平基準(zhǔn)面,不管基準(zhǔn)面在何處,都會(huì)有炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)與它存在較大的高差,地表一致性假設(shè)造成的靜校正誤差就很難消除。因此,使用一個(gè)隨地形起伏的彎曲基準(zhǔn)面能夠使這種狀況得到改善。這個(gè)起伏的基準(zhǔn)面叫做浮動(dòng)基準(zhǔn)面浮動(dòng)基準(zhǔn)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(shí)線為地形線,虛線為浮動(dòng)基準(zhǔn)面。通過使用浮動(dòng)基準(zhǔn)面,可使基準(zhǔn)面離地面點(diǎn)較近,能夠在一定程度上減少由于地表一致性假設(shè)帶來的誤差。圖中所示測(cè)線高差約500m。若使用水平基準(zhǔn)面,基準(zhǔn)面與地面點(diǎn)的最大高差將不會(huì)小于250m,平均高差不會(huì)小于100m。使用浮動(dòng)基準(zhǔn)面后,基準(zhǔn)面與地面點(diǎn)的最大高差降到了100m,平均高差降到小于30m。在實(shí)際應(yīng)用中,先根據(jù)地形的起伏狀況選擇一浮動(dòng)基準(zhǔn)面,并將炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)校正到這個(gè)浮動(dòng)基準(zhǔn)面上。由于浮動(dòng)基準(zhǔn)面本身較為光滑,因此能夠消除短波長(zhǎng)靜校正量的影響,使同相軸能夠聚焦,且不會(huì)對(duì)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(dòng)基準(zhǔn)面起伏帶來的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量,使同相軸的形態(tài)接近實(shí)際情況。即先通過浮動(dòng)基準(zhǔn)面進(jìn)行短波長(zhǎng)靜校正,再在疊后資料上進(jìn)行長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正這種方法對(duì)地表一致性靜校正誤差的控制表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是減小基準(zhǔn)面與地面點(diǎn)的高差,二是在疊后資料上進(jìn)行長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǔn)面校正量與實(shí)際校正量的偏差就越小。因此,在零偏移距道集上,基準(zhǔn)面校正量可以用來近似替代實(shí)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(shè)所引起的靜校正誤差,且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用在靜校正中使用浮動(dòng)基準(zhǔn)面,成功的關(guān)鍵在于,將炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)校正到浮動(dòng)基準(zhǔn)面上時(shí),能夠消除短波長(zhǎng)靜校正量的影響,使CMP道集內(nèi)的反射波時(shí)距曲線能夠接近雙曲線形態(tài)3.2加強(qiáng)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上節(jié)的討論說明了非地表一致性靜校正量與實(shí)際靜校正量之差與基準(zhǔn)面位置、偏移距和地震波穿透深度的關(guān)系。在近偏移距處,基準(zhǔn)面校正量與來自某一深度地震波的實(shí)際校正量之差隨偏移距不同而變化比較劇烈,但在遠(yuǎn)偏移距處這種變化卻較小,不會(huì)對(duì)成像造成影響這種做法需要從野外觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(guān)系,并由此估計(jì)實(shí)際靜校正量與基準(zhǔn)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(gè)臨界偏移距。在觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,盡量使炮檢距在這個(gè)臨界偏移距之外,以提高成像的質(zhì)量大排列的觀測(cè)系統(tǒng)也有利于接收更多的反射波信號(hào)。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(cè)系統(tǒng)接收到的反射波信號(hào)更多,也有利于壓制折射波的影響,同時(shí)提高疊加時(shí)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(zhǔn)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(duì)不同時(shí)間(深度)的地震波用不同的方法進(jìn)行靜校正,就能使校正后的結(jié)果更接近于實(shí)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(jié)構(gòu)模型。模型中地表起伏為實(shí)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(diǎn)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(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行了高程改正,然后在高程改正的基礎(chǔ)上用交互迭代靜校正進(jìn)行了短波長(zhǎng)的靜校正。校正后的的基準(zhǔn)面是海拔高度為3910m的水平基準(zhǔn)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(fù)。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(shí)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(duì)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(shí)之間存在時(shí)差,這可能會(huì)導(dǎo)致疊加后的同相軸時(shí)間與理論的同相軸所在時(shí)間之間存在偏差。圖12是進(jìn)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(duì)這兩層的地震波進(jìn)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(chǎng),對(duì)不同接收道上,對(duì)來自不同反射界面的地震波進(jìn)行了靜校正量誤差估算,將估算結(jié)果與上述的靜校正量相加,作為新的靜校正量,對(duì)不同接收道的每一個(gè)反射(折射)波進(jìn)行靜校正。圖13是進(jìn)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(duì)圖12中同相軸而言更加集中,且兩者之間存在一定的時(shí)差。理論的計(jì)算結(jié)果表明,分塊靜校正的同相軸時(shí)間更加接近真實(shí)的情況。3.4疊加剖面的靜校正應(yīng)用圖14是我國西部某線進(jìn)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(fù)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(duì)該測(cè)線進(jìn)行分塊靜校正之后的疊加剖面。進(jìn)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(gòu)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(duì)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(gè)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(dāng)?shù)囊巴庥^測(cè)系統(tǒng)布置從一開始就對(duì)靜校正的影響進(jìn)行估計(jì),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(duì)靜校正問題制定專門的處理流程。同時(shí),資料處理軟件也要針對(duì)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(jìn)行空變