浮動基準(zhǔn)面靜校正方法測試分析和實踐

董國華

(內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)

在以往煤田地震勘探過程中，因為勘探區(qū)域內(nèi)地形條件不是十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理過程中多使用固定基準(zhǔn)面靜校正方法，校正結(jié)果也可滿足需求，故人們常忽略了浮動基準(zhǔn)面的使用對提高地震資料處理精度的重要性。隨著煤田地震勘探面臨的地形地表條件日益復(fù)雜，靜校正問題在地震資料處理過程中的重要性也日益突出［1－2］。當(dāng)勘探區(qū)地表起伏較大，低速度帶橫向變化大時基準(zhǔn)面的選擇對靜校正效果、后續(xù)的速度分析及最終剖面的疊加效果都會產(chǎn)生一定程度的影響［3－4］。為了削弱此影響，許多學(xué)者提出了以浮動基準(zhǔn)面代替固定基準(zhǔn)面進(jìn)行靜校正計算的思想［5－7］。基于此，文章中通過模型數(shù)據(jù)測試了該方法的可行性及優(yōu)勢，并將該方法應(yīng)用于渭北煤田某勘探區(qū)的地震數(shù)據(jù)處理中，得到了較好的處理效果。

1 浮動基準(zhǔn)面的概念

在靜校正過程中基準(zhǔn)面選擇的合理與否非常重要，尤其當(dāng)?shù)乇砥鸱鼜?fù)雜地表高程變化較大時，若基準(zhǔn)面選擇的不合理，導(dǎo)致校正后的反射時間偏離雙曲線關(guān)系，這會給疊加速度及層速度的估算造成一定程度的影響。隨著勘探區(qū)地表復(fù)雜情況的增加及對勘探精度要求的提高，一個工區(qū)只有一個水平基準(zhǔn)面已不能滿足勘探要求，故引入浮動基準(zhǔn)面的概念［8］。浮動基準(zhǔn)面可有效消除由于地形起伏所引起的同相軸畸變的影響，此外地表高程變化對基于固定基準(zhǔn)面上進(jìn)行分析速度的誤差較大，陡坡帶位置處的誤差最大;而對基于浮動基準(zhǔn)面上進(jìn)行速度分析的結(jié)果再校正到固定基準(zhǔn)面上的誤差較小，在地表起伏變化劇烈?guī)д`差相對較大［9］。

浮動基準(zhǔn)面的本質(zhì)是一個CMP點一個水平基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)面的高程隨CMP點上下浮動，且相鄰的CMP點的基準(zhǔn)面高程是平緩過渡的。浮動基準(zhǔn)面確定有平滑地表高程法、平均靜校正量法、平滑低速帶底面法及最小靜校正誤差浮動基準(zhǔn)面法等［10］。其中平均靜校正量法通過取每個 CMP道集內(nèi)各道的靜校正量求和平均作為CMP點的基準(zhǔn)面校正量。該方法對于地形、地表高程起伏不大，近地表低降速層厚度、速度橫向變化不劇烈的普通三維地震資料，應(yīng)用效果比較理想;而平滑地表法是指通過選擇一定的平滑半徑，對地表高程進(jìn)行平滑，并將平滑后的曲面延拓至合適的深度使其盡量接近地表且不存在中、短波長起伏，即可得到浮動基準(zhǔn)面，這兩種浮動基準(zhǔn)面的確定方法較為普遍［3］。

2 兩步法靜校正原理

兩步法靜校正指的是在單炮道集上按一定參數(shù)取浮動基準(zhǔn)面進(jìn)行常規(guī)靜校正計算、速度分析及剖面疊加，但該剖面不能正確反映地下地質(zhì)體的特征。故需使用公式 (1)計算每個CMP點上的二次靜校正量，將以浮動基準(zhǔn)面為參照的剖面歸算至水平固定基準(zhǔn)面上，得到可正確反映地下地質(zhì)體特征的剖面。

式中，td為每個CMP點上總的靜校正量，ms;tm為中間浮動基準(zhǔn)面靜校正量，ms;Hd為水平固定基準(zhǔn)面高程，m;Hm為浮動基準(zhǔn)面高程，m;Vd為固定基準(zhǔn)面校正速度，m/s。

通過公式 (2)將浮動基準(zhǔn)面上分析的速度譜校正到固定基準(zhǔn)面上，便于確定深度剖面及偏移剖面。

式中，Td是浮動基準(zhǔn)面到固定基準(zhǔn)面的雙程旅行時間，即為公式 (1)中右邊第2部分;(t0，Vr)是浮動基準(zhǔn)面上分析的速度譜數(shù)據(jù)對;(t0c，Vdc)是校正到固定基準(zhǔn)面上的速度譜數(shù)據(jù)對。

從理論上分析采用浮動基準(zhǔn)面進(jìn)行分步靜校正后得到的時間剖面質(zhì)量與固定基準(zhǔn)面無關(guān)，但是基于浮動基準(zhǔn)面上的速度分析誤差與替換速度成正比，與浮動基準(zhǔn)面與固定基準(zhǔn)面的高程差成正比，與目的層埋深成反比。基于以上考慮，為了對比水平基準(zhǔn)面一步靜校正方法與基于浮動基準(zhǔn)面的分步靜校正方法在資料處理過程中的應(yīng)用效果，文章中浮動基準(zhǔn)面是根據(jù)平滑地表高程法確定的。

3 模型測試及結(jié)果分析

根據(jù)文章所要討論的問題，在模型設(shè)置時有兩點考慮:一方面地表高差要足夠大，文章中模型地表在單斜的基礎(chǔ)上伴隨有起伏，整體高差可達(dá)500m;另一方面為了盡量模擬煤田勘探，模型中各層介質(zhì)的速度接近渭北勘探區(qū)煤田地質(zhì)條件，且模型中有兩層煤及多個斷層，部分參數(shù)見表1，模型示意如圖 (1)所示。

表1 模型主要計算參數(shù)

圖1 模型中各層介質(zhì)厚度及速度關(guān)系示意

根據(jù)該模型的地表起伏情況，為了在水平基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上盡量得到高質(zhì)量的時間剖面，選擇地表之下深度280m處的水平面作為固定基準(zhǔn)面，經(jīng)過一系列處理得到如圖2所示的疊加剖面。

圖2 模型資料經(jīng)常規(guī)靜校正后的疊加剖面

選擇平滑地表法得到浮動基準(zhǔn)面，為避免浮動基準(zhǔn)面中存在中、短波場起伏，此處以800m為平滑半徑對地表高程進(jìn)行平滑，同時為了保證浮動基準(zhǔn)面上所有點高程都在地表與低速帶底界面之間，給平滑后的浮動基準(zhǔn)面上各點的高程都減40m。其他靜校正參數(shù)如:低速帶速度、替換速度及水平基準(zhǔn)面參數(shù)都與一步靜校正參數(shù)相同。在浮動基準(zhǔn)面靜校正結(jié)束后將疊加剖面校正到固定基準(zhǔn)面上得到如圖3所示的剖面。

圖3 模型資料經(jīng)兩步法靜校正后的疊加剖面

對比圖2，圖3所示的兩個剖面，可知無論是從淺部目標(biāo)層的形態(tài)還是深部目標(biāo)層能量及對斷層信息的刻畫，基于浮動基準(zhǔn)面的分步靜校正方法的靜校正效果比水平基準(zhǔn)面下一步法的靜校正效果好。特別是在CMP道集在200到300之間，由于此區(qū)域內(nèi)地表起伏變化最劇烈，該問題對此區(qū)域內(nèi)常規(guī)基準(zhǔn)面靜校正效果影響較大。圖2中的剖面上雖然反射同相軸連續(xù)性尚可，但是同相軸能量并不均勻，尤其在目標(biāo)層較淺的同相軸上，這種能量不均勻特性較為明顯。相比之下，圖3中所示的剖面淺部同相軸形態(tài)與地表更為接近，且能量均勻;深部斷層位置的精度也更高。此外，在數(shù)據(jù)處理過程中，經(jīng)浮動基準(zhǔn)面校正后的地震記錄，速度分析、疊加及偏移處理過程中對處理參數(shù)的要求并不苛刻。

4 渭北煤田勘探區(qū)地震資料處理結(jié)果分析

勘探區(qū)位于黃河西岸渭北煤田韓城礦區(qū)內(nèi)，該區(qū)為黃土塬、次生黃土塬區(qū)，地表及淺層地震地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地表切割劇烈，溝谷多呈“V”字型，高程變化劇烈。

從勘探區(qū)域中選擇一條測線為例，在該測線上地表高差達(dá)526.4m，具體地形起伏見圖4(a)標(biāo)注線①。基于此文章中分別使用常規(guī)靜校正方法及浮動基準(zhǔn)面的分步靜校正法對該測線資料進(jìn)行校正。考慮全部工區(qū)情況，取常規(guī)靜校正參數(shù)為:低速帶速度取800m/s，水平基準(zhǔn)面取900m，填充速度取3300m/s，其中水平基準(zhǔn)面見圖4(a)標(biāo)注線②。經(jīng)過一系列處理得到如圖4(b)所示的剖面。

圖4 兩種靜校正方法在渭北勘探區(qū)地震數(shù)據(jù)處理中的效果對比

在兩步法靜校正計算過程中地表平滑半徑取400m，向下延拓－40m，其他靜校正參數(shù)與常規(guī)靜校正參數(shù)相同，浮動基準(zhǔn)面見圖4(a)標(biāo)注線③，最終得到如圖4(c)所示的疊加剖面。分析圖4(a)是測線上各測點高程、固定基準(zhǔn)面及浮動基準(zhǔn)面，4(b)，4(c)分別是經(jīng)常規(guī)靜校正與分步靜校正后得到的疊加剖面，通過對比可知基于浮動基準(zhǔn)面的分步靜校正方法校正效果明顯優(yōu)于常規(guī)靜校正方法，主要體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)常規(guī)靜校正后，在剖面上反映出來的信息在兩步法靜校正后的剖面上都有體現(xiàn)，可見該方法并未損傷剖面上的有效信息。

(2)在圖4(b)所示的剖面上CMP號為310左右出現(xiàn)了3組同相軸不連續(xù)的情況，而在經(jīng)過分步靜校正得到的剖面上此現(xiàn)象完全不存在。

(3)根據(jù)全工區(qū)的資料分析可知，CMP號在300～350之間存在一個走向NE，傾向SE，傾角0～55°的較可靠正斷層，相比之下圖4(c)所示的剖面中所體現(xiàn)的該斷層信息優(yōu)于圖4(b)所示的剖面。

(4)圖4(c)所示的剖面上CMP從500～750之間目標(biāo)層同相軸的形態(tài)及能量關(guān)系均優(yōu)于圖4(b)所示的剖面，聯(lián)合地形條件可知在此區(qū)域內(nèi)低速帶較厚，在相同激發(fā)條件下該區(qū)域內(nèi)單炮記錄質(zhì)量達(dá)不到其他區(qū)域的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加上此區(qū)域是該測線內(nèi)地形起伏較復(fù)雜的區(qū)域之一，經(jīng)常規(guī)靜校正后，并不能達(dá)到同相疊加的效果，而分步靜校正方法有效改善了此問題。

通過以上分析可知經(jīng)分步靜校正后，剖面質(zhì)量明顯改善，該特性在地表起伏越復(fù)雜的地方越明顯。

5 結(jié)論

從理論上分析了基于浮動基準(zhǔn)面的兩步靜校正法較常規(guī)固定基準(zhǔn)面靜校正方法的優(yōu)勢所在。通過對模型資料測試結(jié)果進(jìn)行分析可知在地表條件復(fù)雜的勘探區(qū)域使用兩步法靜校正可從目標(biāo)層形狀及能量分布兩個方面有效提高剖面的質(zhì)量。最后，將該方法應(yīng)用于渭北某勘探區(qū)的資料處理中，將該處理結(jié)果與常規(guī)靜校正結(jié)果進(jìn)行對比分析可知該方法適用于渭北勘探區(qū)的地形地質(zhì)條件，在實際資料處理中取得了較好的處理結(jié)果。

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