近地表結構靜校正技術進展

近地表結構靜校正技術進展

建立近地表結構解釋系統(tǒng)的目的是通過高精度靜校正，不破壞地震數(shù)據(jù)的頻率范圍。1當前地表結構的解釋系統(tǒng)基本1.1靜校正觀測系統(tǒng)sps實現(xiàn)地震輔助數(shù)據(jù)的標準化,擺脫了傳統(tǒng)的觀測系統(tǒng)定義過程,減少差錯率,實現(xiàn)準確、快捷、高效的觀測系統(tǒng)定義,并保持與計算靜校正觀測系統(tǒng)的一致性。地震預處理系統(tǒng)(SPS)與輔助數(shù)據(jù)格式中包含有4個標準文件,即炮點(S)、檢波點(R)、炮檢關系(X)和表層輔助數(shù)據(jù)(C)。其中表層輔助數(shù)據(jù)格式標準的制定是在原SPS格式基礎上的擴充,主要表現(xiàn)的是表層調查中小折射、大折射和地震微測井實際成果數(shù)據(jù)。1.2系統(tǒng)體系設計根據(jù)地震輔助數(shù)據(jù)、表層調查數(shù)據(jù)、工程技術管理數(shù)據(jù)的自然分類和空間關系,結合地震工程技術應用,設計出合理的系統(tǒng)平臺,形成統(tǒng)一的探區(qū)數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)各技術環(huán)節(jié)、各部門基于網(wǎng)絡數(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。(1)主體結構(邏輯)主體結構的合理性是整個系統(tǒng)研發(fā)成敗的關鍵。本系統(tǒng)主要分為3層。第1層為用戶層,主要面對項目管理和近地表結構解釋研究人員,其中包括工程技術監(jiān)督、勘探計劃、勘探項目管理、靜校正計算、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,其中包括表層調查點的解釋、交點閉合計算檢驗與高速頂控制等應用功能,為表層結構研究和靜校正計算提供了強大的工具;第3層為支持系統(tǒng)功能的基礎數(shù)據(jù)層,主要利用表層歷史數(shù)據(jù)建立靜校正相關的基礎數(shù)據(jù)庫,包括測量成果數(shù)據(jù)庫、低速帶相關成果數(shù)據(jù)庫、高速頂板庫、基準面數(shù)據(jù)庫、交點數(shù)據(jù)庫和靜校正成果庫等,為系統(tǒng)提供了強大的數(shù)據(jù)資源。(2)系統(tǒng)工作平臺結構系統(tǒng)的體系結構設計包括2種形式,一是C/S結構:用于數(shù)據(jù)管理、表層調查點的解釋、近地表模型的建立、靜校正計算和方法研究等;二是B/S結構:用于數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)檢驗以及相關信息的瀏覽?？傮w界面采用菜單及工具條形式,設計合理、友好、簡潔和實用(圖1)。1.3解釋相關數(shù)據(jù)的格式(1)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理近地表結構解釋工程,涉及到野外表層調查資料和靜校正數(shù)據(jù)建模。建立采集相關數(shù)據(jù)(炮點數(shù)據(jù)、檢波點數(shù)據(jù)、炮檢關系數(shù)據(jù)、測線拐點、交點坐標、三維面積、地震部署信息等)和表層調查解釋相關數(shù)據(jù)(小折射、地震微測井、大折射等的表層結構、初至時間、速度截距時等),以及靜校正計算相關數(shù)據(jù)(基準面、交點、表層模型、校正量、時深曲線、替換速度等)的統(tǒng)一格式,有利于對工程基礎數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和存儲,使地震工程數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的作用。(2)系統(tǒng)算法實現(xiàn)地震勘探功能和算法是本系統(tǒng)的核心,包括:基準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、時深曲線生成與應用、高速層頂界生成與應用、測線控制點提取、交點數(shù)據(jù)計算、低速帶閉合求解、折射調查點的解釋與分析、地震微測井的解釋與分析、三維表層模型的交互調整、二、三維空間綜合模型的建立與靜校正量計算、過程的質量監(jiān)控等。2新技術應用2.1復雜地表區(qū)模型法靜校正技術構建準確的近地表模型是獲得高精度靜校正量的關鍵。由于近地表的沉積環(huán)境不同且形成期是個漫長的過程,層間關系相當復雜,有些區(qū)域層間的構造形態(tài)有一定的繼承性,有些區(qū)域層間形態(tài)無任何關系。如果在插值建模過程中引入一個相似系數(shù),依據(jù)層間的相似關系給定不同的相似系數(shù),使模型更加符合地質沉積變化規(guī)律,靜校正精度也會更高。為此,引入了數(shù)學相關系數(shù)來建立表層模型,空變相關系數(shù)曲線(面)的自動統(tǒng)計求取和交互調整,把復雜地表區(qū)模型法靜校正提高到了一個新水平。(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)相關系數(shù)建模方法(圖2)。該方法科學合理,適應性強,幾乎可實現(xiàn)任何表層地質模型的建立,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)表層調查點成果信息,利用插值建立炮檢、點模型,從而獲取靜校正量。為保證插值得到的炮、檢點模型的準確性,采用了曲面建模中常用的三角網(wǎng)格插值算法。此算法首先對所有表層調查點進行劃分,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模型,對于可能不被三角網(wǎng)格包含的炮、檢點采用兩點線性插值算法(圖2)。2.2控制方程的限制近地表結構模型解釋的精度取決于表層調查點的密度,當控制點密度足夠且能夠描述表層結構的變化時,構建的表層模型就符合實際表層結構的變化規(guī)律。但往往在一個工區(qū)的邊界,由于控制點延伸的范圍不夠,就會使數(shù)據(jù)的截斷效應所構建的模型算法產生較大偏差,這就是常說的“邊界效應”。模型插值受控制點的限制,沒有控制點的邊界位置插值是無法實現(xiàn)精確建模,趨勢外推方法也是如此。而且這兩種方法都是以inline方向進行外延,很難實現(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確定的趨勢面外推,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生的痕跡,曲面擬合相比插值和趨勢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)實測表層調查點獲得的各層介質信息與構造曲面函數(shù)值之差的平方和最小,從而確定出構造曲面函數(shù)的系數(shù)。假設一個三維工區(qū),對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),可看成是由控制點確定的m×n個網(wǎng)點上對應的函數(shù)值(x應用最小二乘法原理可得到多項式系數(shù),并代回原方程即可得到擬合的曲面方程。曲面擬合好后,對于三維區(qū)塊周邊可應用曲面進行外推,達到覆蓋所有炮點和檢波點所在的位置,使模型構建更為準確。3應用效果分析3.1靜校正質量控制靜校正過程中的每一步環(huán)環(huán)相扣、相互影響、相互制約,從表層調查點到最終靜校正量計算,要求質量監(jiān)控必須滲透到靜校正過程中的每一步。實現(xiàn)了點、線、面、體全過程的質量監(jiān)控。解決了點與點間的模型插值的不合理性,及線方向建模點和線的監(jiān)控與空變層間相關控制曲線的調整。3.2射線靜校正試驗B27jx和B34jx連片三維地表主要為農田區(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。兩塊三維共采集小折射點382個,地震微測井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為應用折射單炮初至時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斷與抖動,而且,邊界整體上翹,中、長波長靜校正問題比較明顯。其主要原因是井炮與震源炮集初至時間有一定時差,如果解決不徹底帶到模型里,就會影響炮點井口時間(τ)的校正,造成同相軸錯斷現(xiàn)象。圖3b是借助近地表結構解釋系統(tǒng)強大和完善的建模功能,利用表層控制點的厚度、速度插值,依據(jù)井深與表層速度的關系,準確地計算出井口時間(τ),通過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時間差造成的同相軸錯斷現(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,進一步證明近地表結構解釋系統(tǒng)的強大功能和實效性。4提高了管理效能(1)地震輔助數(shù)據(jù)標準化的建立,最終實現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式標準化、資料信息電子化、應用管理現(xiàn)代化、質控分析可視化。擺脫了傳統(tǒng)的人工解釋和計算過程,減少了表層調查資料解釋的出錯概率,達到了準確、快捷、高效地建模精度,加快了數(shù)據(jù)的流通,縮短了靜校正量計算周期,降低了工作成本,提高了勞動效率。為研究、解釋和數(shù)據(jù)管理人員提供了極大的方便。