山西黄土塬区静校正方法的研究与应用

2013-08-07钱春华江玉乐马晓彬

物探化探计算技术 2013年3期

钱春华，江玉乐，马晓彬

（1.成都理工大学地球物理学院，四川成都 610059；2.成都理工大学管理科学学院，四川成都 610059）

0 前言

作者在本文中处理的资料是山西某地的三维地震勘探数据，此勘探区地表条件复杂，高程变化在900m～1 500m 之间，变化剧烈。并且地表被黄土覆盖，黄土厚度落差很大，最厚达100 m 左右。由于该地区的黄土较厚，干燥松散，对地震波的吸收衰减作用强烈，导致地震记录信噪比低，静校正问题突出，在野外低降速带资料不足的情况下，解决好静校正问题是一个难点。作者依据对原始地震资料的分析对比和方法试验，得出层析静校正和折射波剩余静校正结合，很好地解决了山西黄土塬复杂地形的静校正问题，在信噪比低的资料处理中，取得了很好的效果。

1 基本思路

山西复杂的黄土塬区，地形起伏大，表层速度变化剧烈，不能保证某固定炮检距范围内的初至来自同一个折射层，所以基于折射波理论的静校正算法就不能很好地解决静校正问题。而层析反演技术无论是假设前提还是实际应用效果，都更适合复杂区的地质情况［1、12］。本文作者使用的层析静校正软件采用非线性反演算法，主要是快速步进波前追踪技术，可以实现小网格建模，保证了高精度的反演结果，得到全局最优解，使得反演结果不依赖于初始速度模型，从而使反演真正适用复杂的近地表地区［10］。此软件主要采用快速步进波前追踪算法，这个算法是无条件稳定的，适用于复杂的地质模型，在模型速度有任意大的梯度跳跃的情况下，也会获得较准确的解。其中复杂区静校正处理思路如图1所示［7］。

图1 复杂区静校正处理流程图Fig.1 Flow chart of static correction processing in complex area

2 方法实现

2.1 层析静校正方法［2～5］

层析静校正方法是利用地震记录中的初至旅行时反演介质的速度分布，进而求取静校正量。假设地质模型由速度单元组成，每个单元是常速，单元之间的速度不同。计算公式为式（1）。

式中T为初至时间向量；S为模型的慢度（速度的倒数）向量；L为速度单元向量。

将式（1）离散化后得式（2）。

其中lij是第i条射线在第j个单元内的路径长度；Si＝1／Vj是第j个单元的平均慢度值（速度值的倒数）；Ti是第i条射线的实测走时值。

具体步骤为：首先初至拾取，然后以炮检距～时间显示初至时间，删除坏道。一般来说检波点的分布范围比炮点要宽，炮点范围之外没有小炮检距的地震道，不利于确定浅层速度，只要初至数据能够反映出高速顶的底界面就可以了，再大的炮检距的初至时间往往没有必要。用延迟时方法建立初始模型，并对该模型网格化，一般三维线网格的大小与道间距有很大的关系。网格大精度不够；而网格小了则反演时间较长。该测线的道间距为10m，作者选用网格横向、纵向分别为5m。在建立初始模型的基础上，利用拾取的初至反演速度模型，反复迭代，走时残差趋于一个平稳的较小的常数才能满足要求。在层析反演的最终速度～深度模型上拾取一个低降速度带底界面，通过速度～深度模型上各网格时间纵向求和，得到所要求取的静校正量［8、9］。

2.2 折射波剩余静校正方法

当层析静校正完成后，据分析数据可知，还有高频静校正量存在，且反射波能量比折射波能量弱，需根据反射波剩余静校正的原理进行折射波剩余静校正。折射波剩余静校正的基本思路是：因为折射波信噪比相对较高，将反射波剩余静校正原理应用于折射波处理，通过交互手段，逐段估算折射波的速度。由于过近地表层的折射波和反射波的射线路径不同，折射波旅行时与炮检距的关系和反射波的不同，在数据处理中对反射波需要做正常时差校正，而对折射波则需要用合适的速度对地震记录进行线性动校正，将折射波基本拉平，在共炮点或共中心点道集上，用相关的方法计算各道和模型道时差，再用统计的方法计算出各炮点及检波点的剩余静校正量［5、6］。

具体求取剩余静校正量的过程是根据初至时间来估算的，折射波的旅行时间为：

式中Tij是炮点i到检波点j的旅行时间；ti和tj分别是炮点i和检波点j的延迟时间。

根据共炮检距初至曲线拟合法，在一定空间范围内，把相同炮检距的初至时间曲线进行平滑，可求出每道平滑后的初至时间Tij′。假定剩余高频静校正量在共炮点道集内随机分布，对于炮点i内所有接收道平滑后的初至时间与实际初至时间差的均值见（式（4）），即为炮点的剩余静校正量。

同理，可以求得每个检波点的剩余静校正量。

3 实例应用

根据以上叙述的实现思路，作者对实际采集资料进行了处理，取得了较好的处理效果。见下页，图2 为不同静校正方法处理后的单炮，其中，图2（a）为原始单炮；图2（b）为应用高程静校正量的单炮，初至只是得到了初步的改善；图2（c）为应用层析静校正量的单炮，初至得到了很大的改善，基本消除了长波长和中长波长对叠加的影响；图2（d）为应用层析静校正量和折射波剩余静校正量的单炮，初至有了进一步的改善，静校正效果明显。

图3（见下页）为层析反演的近地表速度模型。从图3中能清楚地显示出该工区近地表地质情况的速度分布，随着深度的增加，速度逐渐增大，表层的黄土厚度变化很大，静校正问题严重。

折射波剩余静校正的炮点和检波点静校正量如后面图4（a）和图4（b）所示，折射波剩余静校正求出的是高频大校正量。由图4可知，此炮点和检波点静校正量较小，但是还存在一定的剩余校正量，这些高频小校正量可以由常规的反射波剩余静校正求取。折射波剩余静校正在层析静校正的基础上，基本解决了短波长静校正的问题。

图5（见后面）为某一速度点的层析静校正和折射波剩余静校正速度谱的对比。其中，图5（a）为层析静校正后的速度谱；图5（b）为先进行层析静校正，再做折射波剩余静校正后的速度谱。由此可见，经过折射波剩余静校正后的速度谱有明显改善。

图6（见后面）为高程静校正、层析静校正、折射波剩余静校正和反射波剩余静校正处理后的某一叠加段。其中，图6（a）为高程静校正的叠加剖面；图6（b）为层析静校正的叠加剖面；图6（c）为图6（b）基础上的折射波剩余静校正的叠加剖面。由此可见，层析静校正和折射波剩余静校正结合后的叠加剖面轴的连续性较好，反射波剩余静校正是常规处理流程中都要做的；图6（d）为图6（c）基础上反射波剩余静校正的叠加剖面。可见经过反射波剩余静校正后的叠加剖面又有了进一步的改善。

4 总结

作者在本文通过对实际资料的处理，很好地验证了层析静校正和折射波剩余静校正两种方法的结合，是解决山西黄土塬地区有效、可靠的静校正方法。层析静校正突破了常规折射波处理方法层状介质假设的限制，对复杂近地表结构有更强的适应能力。对于线性散射噪音较强，反射信号比较弱，地震资料信噪比较低的地区，折射波剩余静校正发挥了重要的作用，使叠加效果明显的改善［11］。