淺表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)靜校正的優(yōu)化選取及應(yīng)用

1、淺表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)靜校正的優(yōu)化選取及應(yīng)用摘要：不同地區(qū)（沙漠、山地及黃土塬區(qū)）的表層結(jié)構(gòu)往往有其特殊的復(fù)雜性, 由此產(chǎn)生的靜校正問題是困擾野外采集和資料處理的關(guān)鍵技術(shù)難題。文章首先通過對淺表層結(jié)構(gòu)的調(diào)查，掌握勘探區(qū)內(nèi)黃土覆蓋區(qū)段淺表層地層的結(jié)構(gòu)與速度特點(diǎn)，從實(shí)際資料的處理結(jié)果出發(fā)，通過大量實(shí)驗(yàn)及對比論證分析的方法，最終優(yōu)化選取層析靜校正方法取得了優(yōu)質(zhì)的疊加剖面，從而為今后類似復(fù)雜地區(qū)的靜校正問題提供了有效的處理方法。關(guān)鍵詞：低速帶，層析靜校正，折射靜校正，微測井The optimal selection and comprehensive application of the static co

2、rrection in the complex shallow surface structure areasAbstract : The surface structure of different areas(desert, mountain and loess tableland area) often have its special complexity, the resulting static correction problem is the key technical problems that troubled collection and processing of th

3、e datas. This paper based on the survey of the shallow surface structure structure , grasps its formation structure of the loess cover section and speed characteristic in the exploration area.And according to the actual data processing results, through a large number of experiments and comparing ana

4、lysis methods, the tomographic static correction method of the ultimately optimal selection has achieved a high quality stack section in finally.Thus it provides effective treatment method for static correction problem of the future similar complex areas. Keywords:Low speed belt; Tomographic static

5、correction; Refraction static correction; Micro log 0 前言復(fù)雜地表地區(qū)如沙漠、山地及黃土塬區(qū)，一般地表起伏變化劇烈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種地表的不均勻性，在一定程度上會影響地震波的激發(fā)和接收響應(yīng)。靜校正問題解決不好會嚴(yán)重制約后續(xù)資料處理技術(shù)的應(yīng)用，如影響地質(zhì)構(gòu)造的準(zhǔn)確成像，導(dǎo)致構(gòu)造形態(tài)畸變、高點(diǎn)漂移等問題1。 結(jié)合當(dāng)前靜校正方法的種類繁多，如模型靜校正，折射靜校正，利用反射波進(jìn)行自動剩余靜校正，層析靜校正等等2。如何優(yōu)化選取顯得尤為重要，使用合適的靜校正方法和參數(shù)，可以消除由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度橫向變化引起的地震波旅行時差問題，最

6、終確保疊加剖面的質(zhì)量。1 靜校正方法原理及可行性分析 地震勘探解釋的理論都假定激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)是在一個水平面上，并且地層速度是均勻的。但實(shí)際上地面常常不平坦，各個激發(fā)點(diǎn)深度也可能不同，低速帶中的波速與地層中的波速又相差懸殊，所以必將影響實(shí)測的時距曲線形狀3。為了消除這些影響，對原始地震數(shù)據(jù)要進(jìn)行地形校正、激發(fā)深度校正、低速帶校正等，這些校正對同一觀測點(diǎn)的不同地震界面都是不變的，因此統(tǒng)稱靜校正。折射波靜校正是利用生產(chǎn)記錄的折射初至信息計算靜校正量，既可以計算基準(zhǔn)面靜校正，也可以計算剩余靜校正4。它的優(yōu)點(diǎn)在于利用了大量的折射初至信息，對每一個炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)進(jìn)行了多次覆蓋，具有較好的統(tǒng)計性，避免了插值引

7、起的誤差。這種方法不受靜校正量大小的限制，同時能解決長、短波長靜校正問題。是目前復(fù)雜地區(qū)用來解決靜校正問題的最主要的方法。但折射靜校正的應(yīng)用基礎(chǔ)是折射分層，因此要求工區(qū)內(nèi)存在穩(wěn)定明顯的折射層且容易判斷和識別。而在復(fù)雜地區(qū)，由于近地表的變化對地震波場的改造明顯，使地震波場畸變，折射層的識別和判斷變得較為困難，因此在一定程度上影響和限制了折射靜校正在復(fù)雜地區(qū)的應(yīng)用效果。層析靜校正技術(shù)是將近地表結(jié)構(gòu)劃分為若干次級地質(zhì)單元（網(wǎng)格劃分），根據(jù)預(yù)設(shè)的初始近地表速度模型，利用拾取的初至折射波旅行時，通過多路徑射線追蹤技術(shù)逐步迭代尋優(yōu)，反演出合理的近地表速度結(jié)構(gòu)5。本文利用的層析靜校正采用的是非線性層析反演，

8、通過正、反演迭代的方法得到速度分布，是解決近地表復(fù)雜、初至波動校正非線性的靜校正問題的有效技術(shù)手段層析反演能較好地解決速度橫向變化問題，因而在反演近地表結(jié)構(gòu)中得到廣泛運(yùn)用。層析反演同其他反演方法相比，能建立高精度的近地表模型，因此，能取得好的靜校正效果。通常層析反演是利用射線追蹤來計算模型的初至旅行時，再與觀測記錄的初至旅行時進(jìn)行比較、攝動，最后得到滿足精度的近地表模型6。進(jìn)行層析反演時，首先需要建立一個初始模型，并盡量向?qū)嶋H的近地表模型靠近。如果初始模型不合適，不僅收斂速度慢，而且迭代次數(shù)多，同時收斂結(jié)果有可能與實(shí)際模型相差甚遠(yuǎn)。因此，層析反演初始模型的建立就顯得很重要。層析靜校正可以較好的

9、適應(yīng)淺表層速度結(jié)構(gòu)的縱、橫向變化，擺脫了折射靜校正法假設(shè)地下存在一個穩(wěn)定折射界面的前提，能更好的適應(yīng)復(fù)雜多變的客觀實(shí)際地質(zhì)情況，是目前比較理想的靜校正技術(shù)7。3 實(shí)例分析本次三維地震勘探區(qū)位于山西省沁水煤田西部，沁源礦區(qū)安沁井田中部西邊界附近。本區(qū)地表出露有黃土、現(xiàn)代坡積物以及基巖和其風(fēng)化層?；痉植家?guī)律為：山體上覆蓋著薄層黃土和風(fēng)化巖石，河谷地帶主要是礫石和坡積物。這種地表的不均勻性，在一定程度上會影響地震波的激發(fā)和接收響應(yīng)。本區(qū)深層石炭二疊系含煤地層沉積穩(wěn)定，巖性組合及地球物理性質(zhì)規(guī)律較穩(wěn)定，主要標(biāo)志層及煤層的測井曲線特征明顯、形態(tài)獨(dú)特，物性差異明顯。3.1 淺表層結(jié)構(gòu)調(diào)查方法及成果分析

10、針對勘探區(qū)淺表層地質(zhì)地貌特征，本次淺表層結(jié)構(gòu)調(diào)查在黃土覆蓋的兩點(diǎn)采用簡易巖芯錄井、微測井兩種手段聯(lián)合進(jìn)行。（1）、簡易巖芯錄井在試驗(yàn)鉆孔井中每隔0.5m進(jìn)行土層取樣，觀測記錄其顏色、硬度、濕度、成分等，了解黃土層垂向結(jié)構(gòu)變化情況，其中： 試驗(yàn)點(diǎn)2： 2m以內(nèi)為干燥松散表土層，2-6m之間為干黃土，6-15m為干紅土，15m以深為基巖。試驗(yàn)點(diǎn)3： 5m以內(nèi)為干燥松散表土層，5-9m之間為干黃土，9-10.5m為濕黃土，10.5-11.5m為干紅土，12-14m為濕紅土，14-21m為干紅土及風(fēng)化砂巖，21m以深為基巖。（見圖3-1）干紅土濕紅土干黃土圖3-1 S3點(diǎn)錄井取樣巖芯照片F(xiàn)igure

11、3-1 The log sampling picture of rock core in s3通過巖芯錄井分析，總結(jié)出以下規(guī)律：黃土覆蓋區(qū)厚度一般在15-20m左右，具有明顯的分層現(xiàn)象，表層一般為2-6m的干黃土，6-15m為紅土層，存在含水性差異，20m以深為基巖。（2）、微測井本次微測井調(diào)查采取井中激發(fā)、地面接收的方式進(jìn)行，地面分別布設(shè)10Hz、60Hz 2組檢波器，每組4道，檢波器到井口的距離分別為1m、3m，自井底往上每隔1m采樣記錄一次。利用記錄初至信息，計算出垂直T0時，根據(jù) T0時和炮檢距離（即深度）繪制時深曲線。然后利用時深曲線計算、劃分速度界面，從而得到近地表速度結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)點(diǎn)

12、2微測井解釋成果該試驗(yàn)孔井深15m，地震記錄及解釋成果見圖3-2及表3-1。該點(diǎn)5m以淺由于炮檢距太小微測井記錄信噪比低，質(zhì)量差，此段地層可根據(jù)巖性錄井成果確定。0-6m為為低速干黃土層， 6-15m為干紅土層，相應(yīng)微測井所得波速為869m/s， 15m以深進(jìn)入基巖，速度大于3000m/s。 869.01m/s 圖3-2 試驗(yàn)點(diǎn)2微測井記錄及解釋成果圖Figure 3-2 The figure about recording and interpretation of the micro log from the test 2表3-1 試驗(yàn)點(diǎn)2微測井解釋成果表 Table 3-1 The in

13、terpretation out table of micro log from the test 2層序深度（m）縱波層速度(m/s)10-655026-15869.01 試驗(yàn)點(diǎn)3微測井解釋成果該點(diǎn)井深21m，記錄及成果見見圖3-3、表其解釋3-2。該點(diǎn)近地表黃土可以劃分為3個層，0-5m為低速土層，速度為544m/s；5-15m速度約1812m/s，為高速土層，即濕紅土層；15-21m為較高速土層，即干紅土層，速度約為896.30m/s；21m以深進(jìn)入基巖，速度大于3000m/s。 896.30m/s 1812.74m/s 543.82m/s圖3-3 試驗(yàn)點(diǎn)3微測井記錄及解釋成果圖Figu

14、re 3-3 The figure about recording and interpretation of the micro log from the test 3表3-2 試驗(yàn)點(diǎn)3微測井解釋成果表 Table 3-2 The interpretation out table of micro log from the test 3 層序深度（m）縱波層速度(m/s)10-5543.8225-151812.74315-21896.30通過現(xiàn)場踏勘并采取以上淺表層速度結(jié)構(gòu)聯(lián)合調(diào)查，相互補(bǔ)充，得出以下調(diào)查結(jié)論：（1）、勘探區(qū)黃土覆蓋層厚度一般在15m以上，不同深度黃土層的粘土含量及含水性及硬

15、度垂向上存在明顯差異，橫向上復(fù)雜多變。紅土層以下的砂泥巖一般已嚴(yán)重風(fēng)化。（2）、調(diào)查成果表明：濕紅土層的縱波速度較高，一般在1800m/s，與上部干黃土速度（800m/s左右）差異大，可以考慮作為黃土覆蓋地區(qū)的激發(fā)層位。在勘探區(qū)基本為基巖出露的情況下，一般能夠?qū)崿F(xiàn)打穿風(fēng)化層，進(jìn)入下部完整巖層中激發(fā)，可獲得品質(zhì)較高的野外單炮原始資料。因而，風(fēng)化層下基巖激發(fā)為本次勘探的重要激發(fā)層位。3.2 復(fù)雜山區(qū)靜校正方法的優(yōu)化選取及應(yīng)用本區(qū)為山區(qū)地貌，受地形劇烈起伏及淺表層橫向變化影響，地震記錄初至?xí)r間跳動很大，靜校正問題比較嚴(yán)重（圖3-4），靜校正問題是制約地震數(shù)據(jù)可靠成像的重要因素。 圖3-4 勘探區(qū)典型

16、原始記錄 Figure 3-4 The typical original record group in exploration area 目前煤田地震資料處理中多采用的是一次性校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面的初至折射靜校正方法8，在一些地區(qū)也取得了較好的效果。但該方法存在兩個方面的缺陷：一是：當(dāng)靜校正問題非常突出時，一次性校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面改變了地震反射波的時距曲線規(guī)律、對速度分析和反射點(diǎn)空間位置偏移存在影響；二是：初至折射靜校正法的假設(shè)前提為地下存在一個穩(wěn)定的折射界面，當(dāng)折射波界面不穩(wěn)定、初至波信息十分復(fù)雜時，初至折射靜校正方法的效果往往不太理想9。 本次處理中，對初至折射靜校正方法和層析靜校正方法進(jìn)行對

17、比試驗(yàn)，根據(jù)效果選取合適的靜校正方法。為了解決好本工區(qū)的靜校正問題，在處理試驗(yàn)中，選擇了兩種靜校正技術(shù)：（1）Omega處理系統(tǒng)的層析靜校正方法（ToMo）；（2）SeismicStudo的折射靜校正。其中，ToMo采用的是非線性層析反演，通過正、反演迭代的方法得到速度分布，是解決近地表復(fù)雜、初至波動校正非線性的靜校正問題的有效技術(shù)手段（圖3-5）。圖3-5 層析反演靜校正方法的成像原理示意圖Figure 3-5 The imaging principle of tomographic inversion static correction method 不管是ToMo還是SeismicStu

18、do，準(zhǔn)確的初至拾取是關(guān)鍵，初至拾取的好壞直接影響到層析反演或折射靜校正的效果，其實(shí)施過程如下：首先，選擇一定數(shù)量的單炮記錄進(jìn)行相對準(zhǔn)確的初至拾取，然后根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)對所有單炮記錄進(jìn)行自動拾取，稱為初次拾取，通過層析反演計算，得到初次靜校正值10；其次，將該初次靜校正值應(yīng)用于原始單炮記錄并和初次拾取值累加，在此基礎(chǔ)上，對每一炮的初至拾取進(jìn)行準(zhǔn)確修改，稱為準(zhǔn)確拾?。蛔詈螅诔踔潦叭r間值中減去初次靜校正值，進(jìn)行層析反演計算，獲得最終靜校正值（圖3-6、7）。圖3-6 層析靜校正技術(shù)流程Figure 3-6 The technology process of tomographic st

19、atic correction圖3-7 初至拾取及質(zhì)量控制圖Figure 3-7 The chart of the initial picking up and quality controling初至拾取完成之后，接下來的工作便是層析靜校正反演和折射靜校正計算，在試驗(yàn)過程中，通過對比ToMo和SeismicStudio兩種方法的疊加成像效果、反演得到的三維靜校正值平面分布與地表高程的對應(yīng)關(guān)系以及應(yīng)用層析靜校正前后單炮記錄的初至和反射波特征，優(yōu)選靜校正的計算方法。層析靜校正折射靜校正 圖3-8不同靜校正方法單炮效果對比圖Figure 3-8 The effect contrast figure

20、 of different static correction methods.折射靜校正層析靜校正圖3-9 不同靜校正方法的疊加剖面效果對比圖Figure 3-9 The effect comparison chart of the stacked section in different static correction methods 圖3-10 層析靜校正前后典型單炮記錄對比圖Figure 3-10 The contrast chart of typical single cannon record in the tomographic static correction由以上不同靜

21、校正方法得到的單炮和疊加剖面效果（圖3-8、3-9、3-10），可以明顯看出層析靜校正明顯優(yōu)于折射靜校正，尤其是應(yīng)用ToMo層析反演靜校正前后的單炮記錄，初至波呈線性變化，反射波同相軸可識別且時距關(guān)系呈雙曲線，效果較好；而折射靜校正在局部明顯存在較大的低頻誤差，不僅疊加剖面上反射構(gòu)造形態(tài)局部產(chǎn)生扭曲，而且剖面信噪比也低于層析靜校的結(jié)果。因此，我們最終選擇了ToMo層析反演靜校正方法完成了本區(qū)復(fù)雜的靜校正工作。4 結(jié)論在地形起伏劇烈和低速帶速度橫向變化大的復(fù)雜山區(qū)，如何優(yōu)化選取合適的靜校正方法是得到優(yōu)質(zhì)疊加剖面的關(guān)鍵一步，而低速帶速度反演問題又是做好靜校正的前提。所以，在野外復(fù)雜地區(qū)要綜合利用各

22、種處理技術(shù)手段，才能得出更好的解釋成果。針對近地表復(fù)雜地區(qū)存在的靜校正問題, 經(jīng)過理論分析和實(shí)際資料的處理, 本文提出了綜合低速帶調(diào)查方法反演近地表模型及對比分析折射靜校正與層析靜校正在復(fù)雜山區(qū)中的應(yīng)用。該方法借用資料處理中的一些做法, 技術(shù)思路簡潔、獨(dú)特, 很好地解決了嚴(yán)重靜校正問題, 取得了滿足要求的疊加和偏移成果資料。參考文獻(xiàn)：1 井西利, 楊長春. 求解地震靜校正問題的雙尺度反演方法J. 地球物理學(xué)報, 2006, 49(5): 1460-1466. Jing X L, Yang C C. A dual scale inversion algorithm for surface con

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