近地表結(jié)構(gòu)靜校正技術(shù)進(jìn)展

近地表結(jié)構(gòu)靜校正技術(shù)進(jìn)展

建立近地表結(jié)構(gòu)解釋系統(tǒng)的目的是通過(guò)高精度靜校正，不破壞地震數(shù)據(jù)的頻率范圍。1當(dāng)前地表結(jié)構(gòu)的解釋系統(tǒng)基本1.1靜校正觀測(cè)系統(tǒng)sps實(shí)現(xiàn)地震輔助數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,擺脫了傳統(tǒng)的觀測(cè)系統(tǒng)定義過(guò)程,減少差錯(cuò)率,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快捷、高效的觀測(cè)系統(tǒng)定義,并保持與計(jì)算靜校正觀測(cè)系統(tǒng)的一致性。地震預(yù)處理系統(tǒng)(SPS)與輔助數(shù)據(jù)格式中包含有4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件,即炮點(diǎn)(S)、檢波點(diǎn)(R)、炮檢關(guān)系(X)和表層輔助數(shù)據(jù)(C)。其中表層輔助數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)的制定是在原SPS格式基礎(chǔ)上的擴(kuò)充,主要表現(xiàn)的是表層調(diào)查中小折射、大折射和地震微測(cè)井實(shí)際成果數(shù)據(jù)。1.2系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)根據(jù)地震輔助數(shù)據(jù)、表層調(diào)查數(shù)據(jù)、工程技術(shù)管理數(shù)據(jù)的自然分類和空間關(guān)系,結(jié)合地震工程技術(shù)應(yīng)用,設(shè)計(jì)出合理的系統(tǒng)平臺(tái),形成統(tǒng)一的探區(qū)數(shù)據(jù)中心,實(shí)現(xiàn)各技術(shù)環(huán)節(jié)、各部門基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享與統(tǒng)一分發(fā),確保了數(shù)據(jù)的一致性、安全性和海量存儲(chǔ)。(1)主體結(jié)構(gòu)(邏輯)主體結(jié)構(gòu)的合理性是整個(gè)系統(tǒng)研發(fā)成敗的關(guān)鍵。本系統(tǒng)主要分為3層。第1層為用戶層,主要面對(duì)項(xiàng)目管理和近地表結(jié)構(gòu)解釋研究人員,其中包括工程技術(shù)監(jiān)督、勘探計(jì)劃、勘探項(xiàng)目管理、靜校正計(jì)算、資料處理和綜合研究等;第2層是系統(tǒng)功能層,主要包含系統(tǒng)所有的地震勘探功能和算法,其中包括表層調(diào)查點(diǎn)的解釋、交點(diǎn)閉合計(jì)算檢驗(yàn)與高速頂控制等應(yīng)用功能,為表層結(jié)構(gòu)研究和靜校正計(jì)算提供了強(qiáng)大的工具;第3層為支持系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層,主要利用表層歷史數(shù)據(jù)建立靜校正相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),包括測(cè)量成果數(shù)據(jù)庫(kù)、低速帶相關(guān)成果數(shù)據(jù)庫(kù)、高速頂板庫(kù)、基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)庫(kù)、交點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和靜校正成果庫(kù)等,為系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源。(2)系統(tǒng)工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括2種形式,一是C/S結(jié)構(gòu):用于數(shù)據(jù)管理、表層調(diào)查點(diǎn)的解釋、近地表模型的建立、靜校正計(jì)算和方法研究等;二是B/S結(jié)構(gòu):用于數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)檢驗(yàn)以及相關(guān)信息的瀏覽?？傮w界面采用菜單及工具條形式,設(shè)計(jì)合理、友好、簡(jiǎn)潔和實(shí)用(圖1)。1.3解釋相關(guān)數(shù)據(jù)的格式(1)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理近地表結(jié)構(gòu)解釋工程,涉及到野外表層調(diào)查資料和靜校正數(shù)據(jù)建模。建立采集相關(guān)數(shù)據(jù)(炮點(diǎn)數(shù)據(jù)、檢波點(diǎn)數(shù)據(jù)、炮檢關(guān)系數(shù)據(jù)、測(cè)線拐點(diǎn)、交點(diǎn)坐標(biāo)、三維面積、地震部署信息等)和表層調(diào)查解釋相關(guān)數(shù)據(jù)(小折射、地震微測(cè)井、大折射等的表層結(jié)構(gòu)、初至?xí)r間、速度截距時(shí)等),以及靜校正計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)面、交點(diǎn)、表層模型、校正量、時(shí)深曲線、替換速度等)的統(tǒng)一格式,有利于對(duì)工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和存儲(chǔ),使地震工程數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的作用。(2)系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)地震勘探功能和算法是本系統(tǒng)的核心,包括:基準(zhǔn)面和空變替換速度生成、離散數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化、追蹤等值線和邊界線、時(shí)深曲線生成與應(yīng)用、高速層頂界生成與應(yīng)用、測(cè)線控制點(diǎn)提取、交點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算、低速帶閉合求解、折射調(diào)查點(diǎn)的解釋與分析、地震微測(cè)井的解釋與分析、三維表層模型的交互調(diào)整、二、三維空間綜合模型的建立與靜校正量計(jì)算、過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控等。2新技術(shù)應(yīng)用2.1復(fù)雜地表區(qū)模型法靜校正技術(shù)構(gòu)建準(zhǔn)確的近地表模型是獲得高精度靜校正量的關(guān)鍵。由于近地表的沉積環(huán)境不同且形成期是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,層間關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜,有些區(qū)域?qū)娱g的構(gòu)造形態(tài)有一定的繼承性,有些區(qū)域?qū)娱g形態(tài)無(wú)任何關(guān)系。如果在插值建模過(guò)程中引入一個(gè)相似系數(shù),依據(jù)層間的相似關(guān)系給定不同的相似系數(shù),使模型更加符合地質(zhì)沉積變化規(guī)律,靜校正精度也會(huì)更高。為此,引入了數(shù)學(xué)相關(guān)系數(shù)來(lái)建立表層模型,空變相關(guān)系數(shù)曲線(面)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)求取和交互調(diào)整,把復(fù)雜地表區(qū)模型法靜校正提高到了一個(gè)新水平。(1)二維表層模型建立二維表層模型建立是一種空變的層間形態(tài)相關(guān)系數(shù)建模方法(圖2)。該方法科學(xué)合理,適應(yīng)性強(qiáng),幾乎可實(shí)現(xiàn)任何表層地質(zhì)模型的建立,只要掌握了該區(qū)的表層沉積規(guī)律,就能容易地獲取合理的近地表建模方法。(2)三維表層模型建立三維模型靜校正法的主要原理是根據(jù)表層調(diào)查點(diǎn)成果信息,利用插值建立炮檢、點(diǎn)模型,從而獲取靜校正量。為保證插值得到的炮、檢點(diǎn)模型的準(zhǔn)確性,采用了曲面建模中常用的三角網(wǎng)格插值算法。此算法首先對(duì)所有表層調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行劃分,得到最優(yōu)的Delaunay三角網(wǎng)格,然后利用三角插值方法建立炮檢點(diǎn)模型,對(duì)于可能不被三角網(wǎng)格包含的炮、檢點(diǎn)采用兩點(diǎn)線性插值算法(圖2)。2.2控制方程的限制近地表結(jié)構(gòu)模型解釋的精度取決于表層調(diào)查點(diǎn)的密度,當(dāng)控制點(diǎn)密度足夠且能夠描述表層結(jié)構(gòu)的變化時(shí),構(gòu)建的表層模型就符合實(shí)際表層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。但往往在一個(gè)工區(qū)的邊界,由于控制點(diǎn)延伸的范圍不夠,就會(huì)使數(shù)據(jù)的截?cái)嘈?yīng)所構(gòu)建的模型算法產(chǎn)生較大偏差,這就是常說(shuō)的“邊界效應(yīng)”。模型插值受控制點(diǎn)的限制,沒(méi)有控制點(diǎn)的邊界位置插值是無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確建模,趨勢(shì)外推方法也是如此。而且這兩種方法都是以inline方向進(jìn)行外延,很難實(shí)現(xiàn)以空間(面)的方式延拓。而曲面擬合則不同,它可以充分利用所有控制點(diǎn)確定的趨勢(shì)面外推,空間上具有連續(xù)性,有效地消除線與線之間因模型突變而產(chǎn)生的痕跡,曲面擬合相比插值和趨勢(shì)外推方法具有一定的優(yōu)越性。曲面擬合常用的方法是最小二乘法,它是根據(jù)實(shí)測(cè)表層調(diào)查點(diǎn)獲得的各層介質(zhì)信息與構(gòu)造曲面函數(shù)值之差的平方和最小,從而確定出構(gòu)造曲面函數(shù)的系數(shù)。假設(shè)一個(gè)三維工區(qū),對(duì)于近地表中某一層的物理量(可以是層界面的所在的高程、速度或厚度等),可看成是由控制點(diǎn)確定的m×n個(gè)網(wǎng)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的函數(shù)值(x應(yīng)用最小二乘法原理可得到多項(xiàng)式系數(shù),并代回原方程即可得到擬合的曲面方程。曲面擬合好后,對(duì)于三維區(qū)塊周邊可應(yīng)用曲面進(jìn)行外推,達(dá)到覆蓋所有炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)所在的位置,使模型構(gòu)建更為準(zhǔn)確。3應(yīng)用效果分析3.1靜校正質(zhì)量控制靜校正過(guò)程中的每一步環(huán)環(huán)相扣、相互影響、相互制約,從表層調(diào)查點(diǎn)到最終靜校正量計(jì)算,要求質(zhì)量監(jiān)控必須滲透到靜校正過(guò)程中的每一步。實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)、線、面、體全過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控。解決了點(diǎn)與點(diǎn)間的模型插值的不合理性,及線方向建模點(diǎn)和線的監(jiān)控與空變層間相關(guān)控制曲線的調(diào)整。3.2射線靜校正試驗(yàn)B27jx和B34jx連片三維地表主要為農(nóng)田區(qū)和山前沖積扇礫石,總體地形南高北低,海拔520~790m表層低降速帶厚度3~120m,呈北薄南厚趨勢(shì)。兩塊三維共采集小折射點(diǎn)382個(gè),地震微測(cè)井84口。先后采用了2種靜校正方法,即折射和本文方法建模連片。圖3a為應(yīng)用折射單炮初至?xí)r間反演建模所施加靜校正量的疊加剖面,從淺到深部存在有明顯反射同相軸錯(cuò)斷與抖動(dòng),而且,邊界整體上翹,中、長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題比較明顯。其主要原因是井炮與震源炮集初至?xí)r間有一定時(shí)差,如果解決不徹底帶到模型里,就會(huì)影響炮點(diǎn)井口時(shí)間(τ)的校正,造成同相軸錯(cuò)斷現(xiàn)象。圖3b是借助近地表結(jié)構(gòu)解釋系統(tǒng)強(qiáng)大和完善的建模功能,利用表層控制點(diǎn)的厚度、速度插值,依據(jù)井深與表層速度的關(guān)系,準(zhǔn)確地計(jì)算出井口時(shí)間(τ),通過(guò)曲面擬合方法建立模型所施加靜校正量的疊加剖面,較好地解決了由于井炮與震源炮集初至?xí)r間差造成的同相軸錯(cuò)斷現(xiàn)象,基本消除了疊加剖面邊界上翹現(xiàn)象,同相軸連續(xù)性變好,進(jìn)一步證明近地表結(jié)構(gòu)解釋系統(tǒng)的強(qiáng)大功能和實(shí)效性。4提高了管理效能(1)地震輔助數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的建立,最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化、資料信息電子化、應(yīng)用管理現(xiàn)代化、質(zhì)控分析可視化。擺脫了傳統(tǒng)的人工解釋和計(jì)算過(guò)程,減少了表層調(diào)查資料解釋的出錯(cuò)概率,達(dá)到了準(zhǔn)確、快捷、高效地建模精度,加快了數(shù)據(jù)的流通,縮短了靜校正量計(jì)算周期,降低了工作成本,提高了勞動(dòng)效率。為研究、解釋和數(shù)據(jù)管理人員提供了極大的方便。