興蒙造山帶西南段深地震反射靜校正研究

高 磊, 李洪強

(1.中國地質科學院， 北京 100037；2.國土資源部 深部探測與地球動力學重點實驗室，北京 100037；3.國土資源部 大陸構造與動力學國家重點實驗室,北京 100037 )

0 引言

靜校正、速度分析、共反射點面元疊加、疊前偏移速度場修正，是深反射地震資料處理的關鍵技術，其中靜校正是主要研究地形起伏，地表低速帶的橫向變化對地震波傳播時間的影響，是山地震資料處理的關鍵[1-2]。靜校正對反射地震資料反續的處理有重要影響(如：影響地質構造的精確成像，導致構造形態畸變，高點漂移等問題)[3-4]。以往經驗表明，沒有一種靜校正方法可以適應所有的地區并且解決好野外靜校正問題，每一種靜校正方法都有其局限性和適用條件。深地震反射剖面跨越多種不同的地質構造單元，沿測線地震地質條件變化大，單一的靜校正方法通常不能很好地解決深反射靜校正問題，需要針對地震地質條件，采用多種靜校正方法合理組合，各取所長才，聯合應用，才能有效解決深反射測線 靜校正問題，最終實現還原地下真實構造形態，道集合實現同相疊加的目標[5-7]。

1 研究區概況

興蒙造山帶(Xing'an Mongolian orogenic belt)是中亞造山帶在中國境內的部分，是松遼盆地以西和以北的興安嶺及內蒙古東部古生代造山帶的總稱，包括加里東和海西等不同時期形成的造山帶，向西與蒙古東部的造山帶可以一一對應。該區是古亞洲構造域的重要組成部分，北與蒙古—鄂霍茨克造山帶相鄰，南接中朝地臺，其前身是分隔西伯利亞與中朝兩個古陸的古生代大洋[8-9]。試驗區位于東經113°～113°36′，北緯44°～44°48′，隸屬內蒙古自治區錫林郭勒盟二連浩特市和蘇尼特左旗。工區地表大致可分為半沙漠化天然草原，低矮山崗，出露條帶狀花崗巖，戈壁。該深地震剖面跨越二連盆地、烏察布拗陷、巴音寶力格隆起、馬尼特凹陷和蘇尼特隆起地區，該區表層地震地質條件復雜，巖性變化較大，由北向南分別為華力西期花崗巖，上石炭紀變質粉砂巖和中下奧陶統粉砂巖[10]，給資料的靜校正處理帶來了較大的困難。野外采集參數為：炮間距250 m，道間距30 m，接收道數720道，中間放炮，記錄長度為20 s，采樣率為1 ms，覆蓋次數為72次，滿覆蓋距離為80.55 km。由于排列較長，地表地震地質變化大，跨越較多的地質構造單元，對該區靜校正工作提出了新的挑戰。

圖1 測線經過區域的淺層速度結構Fig.1 The shallow structure of velocity along the deep seismic line

圖2 單炮記錄處理對比圖Fig.2 Single gun record processing comparison(a)原始單炮；(b)折射靜校正后的單炮；(c)層析靜校正后單炮

2 靜校正

深地震反射測線地形總體起伏不大(400 m)，但在排列范圍內起伏變化較大且地表巖性橫向變化較顯著，建立全區統一的地表模型比較困難。為了解該區的速度結構，做好靜校正工作，采用非線性的反演的層析技術獲取該區的表層速度結構。該方法主要包括兩大步驟：①給定初始模型，進行正演，用射線追蹤的方法得到該初始模型的初至波；②用計算的初至波和實際拾取的初至波進行比較計算地表模型的修正量，經過多次迭代最終得到較精確的近地表模型(圖1)，模型參數：橫向網格為20 m，縱向網格為10 m，迭代7次，模型橫向85 km，最高點海拔1 300 m，模型底界面為450 m。通過表層速度結構(圖1)，在橫向1 km～ 20 km左右(橫向1網格～1000網格)存在一個比較穩定的低速帶界面，低速帶速度由600 m/s躍到1 800 m/s左右，低速帶界面比較明顯。據以往地質資料，該區域測線剛好處于盆地邊界。而從20 km～88 km表層速度橫向變化劇烈，不存在穩定的低速帶界面，這也符合該區的表層地質條件。基于該區的表層速度模型，開展了折射靜校正和層析靜校正的測試，通過測試發現在測線1 km～20 km，即在盆地區域，折射靜校正效

圖3 單炮記錄處理對比圖Fig.3 Single gun record processing comparison(a)原始單炮；(b)折射靜校正后的單炮；(c)層析靜校正后單炮

圖4 部分疊加道集合Fig.4 Part of stack gather(a)原始數據疊加道集合；(b)組合靜校正后疊加道集

果優于層析。通過圖2比較可以發現, 折射靜校正后資料有了較大改善，初至波更加光滑連續自然。在20 km～80 km區域層析靜校正效果相對優于折射效果。圖3可以看出，該區域層析靜校正效果較好，這因為折射靜校正方法要求計算范圍內必須追蹤同一穩定的高速折射層，否則就會產生靜校正誤差和靜校正量不閉合現象，由圖1可知,測線20 km～80 km區域不存在穩定連續的折射層，這不符合折射靜校正的理論基礎，故折射靜校正在該區域效果不理想,如圖3,可以看出層析效果在整體上優于折射,故提出對該區域應用混合靜校正的思路，即在1 km～20 km應用折射校正量，20 km～80 km應用層析靜校正量，在兩個區域重疊部分根據折射和層析的校正量用最小二乘法擬合靜正量。如圖雖然應用混合靜校正量后道集上仍然存在較大的剩余靜校正量,可通過后續的剩余靜校正工作來解決。

深反射剖面主要位于構造負責的造山帶，地表起伏和巖性橫向變化大，反射資料的信噪比較低，且全區沒有相對連續、穩定的高速地層，而且野外靜校正不能有效地解決靜校正問題，存在較大的剩余靜校正量，而常規的剩余靜校正計算中通常涉及到相關運算，該算法存在周期性跳躍的問題,即最大靜校正量不能超過半個周期，故常規的剩余靜校正不能有效地解決深剖面大的剩余靜校正量。圖5(a)為應用野外靜校量正后的部分疊加道集，可以發現，存在比較大的靜校正量問題，圖5(b)為常規基于模型

圖5 剩余靜校正測試Fig.5 Test of residual static(a)原始疊加道集合；(b)模型迭代剩余靜校正；(c)模擬退火法剩余靜校正

圖6 速度譜圖Fig.6 Velocity spectrun(a)為剩余靜校正前速度譜；(b)為剩余靜校正后的速度譜

迭代剩余靜校正后的疊加道集，相對于圖5(a)，有了一定的改善，解決了部分剩余靜校正量，但仍然不夠徹底，圖5(c)應用模擬退火法剩余靜校正量的疊加道集合，相對于圖5(a)和圖5(b)，剖面有了較大的改善，圖6(a)為原始速度譜，圖6(b)為應用模擬退火法靜校正量的速度譜，可以看出圖6(b)的速度譜能量團更聚焦，速度分辨率更高，拾取可信度更高。由此可得模擬退火法剩余靜校正效果在該區域遠優于常規的模型迭代剩余靜校正。

3 結論

采用單一的常規靜校正方法不能有效地解決研究區靜校正問題。采用組合靜校正方法解決的靜校正問題，即在深地震反射測線1 km ～ 20 km采用折射靜校正方法，20 km～80 km采用層析靜校正方法 ，重疊區域的靜校正量通過對折射和層析靜校正量的最小二乘法擬合來求取。對于小的剩余靜校正問題可以通過模擬退火法來求取，克服了常規方法對資料信噪比和周期跳躍的限制，應用聯合靜校正方法可以較好地解決該區的靜校正問題，克服單一方法的局限性。