山西黃土塬區(qū)靜校正方法的研究與應(yīng)用

錢春華 ，江玉樂，馬曉彬

（1.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都理工大學(xué) 管理科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

0 前言

作者在本文中處理的資料是山西某地的三維地震勘探數(shù)據(jù)，此勘探區(qū)地表條件復(fù)雜，高程變化在900m～1 500m 之間，變化劇烈。并且地表被黃土覆蓋，黃土厚度落差很大，最厚達(dá)100 m 左右。由于該地區(qū)的黃土較厚，干燥松散，對地震波的吸收衰減作用強烈，導(dǎo)致地震記錄信噪比低，靜校正問題突出，在野外低降速帶資料不足的情況下，解決好靜校正問題是一個難點。作者依據(jù)對原始地震資料的分析對比和方法試驗，得出層析靜校正和折射波剩余靜校正結(jié)合，很好地解決了山西黃土塬復(fù)雜地形的靜校正問題，在信噪比低的資料處理中，取得了很好的效果。

1 基本思路

山西復(fù)雜的黃土塬區(qū)，地形起伏大，表層速度變化劇烈，不能保證某固定炮檢距范圍內(nèi)的初至來自同一個折射層，所以基于折射波理論的靜校正算法就不能很好地解決靜校正問題。而層析反演技術(shù)無論是假設(shè)前提還是實際應(yīng)用效果，都更適合復(fù)雜區(qū)的地質(zhì)情況［1、12］。本文作者使用的層析靜校正軟件采用非線性反演算法，主要是快速步進(jìn)波前追蹤技術(shù)，可以實現(xiàn)小網(wǎng)格建模，保證了高精度的反演結(jié)果，得到全局最優(yōu)解，使得反演結(jié)果不依賴于初始速度模型，從而使反演真正適用復(fù)雜的近地表地區(qū)［10］。此軟件主要采用快速步進(jìn)波前追蹤算法，這個算法是無條件穩(wěn)定的，適用于復(fù)雜的地質(zhì)模型，在模型速度有任意大的梯度跳躍的情況下，也會獲得較準(zhǔn)確的解。其中復(fù)雜區(qū)靜校正處理思路如圖1所示［7］。

圖1 復(fù)雜區(qū)靜校正處理流程圖Fig.1 Flow chart of static correction processing in complex area

2 方法實現(xiàn)

2.1 層析靜校正方法［2～5］

層析靜校正方法是利用地震記錄中的初至旅行時反演介質(zhì)的速度分布，進(jìn)而求取靜校正量。假設(shè)地質(zhì)模型由速度單元組成，每個單元是常速，單元之間的速度不同。計算公式為式（1）。

式中T為初至?xí)r間向量；S為模型的慢度（速度的倒數(shù)）向量；L為速度單元向量。

將式（1）離散化后得式（2）。

其中l(wèi)ij是第i條射線在第j個單元內(nèi)的路徑長度；Si＝1／Vj是第j個單元的平均慢度值（速度值的倒數(shù)）；Ti是第i條射線的實測走時值。

具體步驟為：首先初至拾取，然后以炮檢距～時間顯示初至?xí)r間，刪除壞道。一般來說檢波點的分布范圍比炮點要寬，炮點范圍之外沒有小炮檢距的地震道，不利于確定淺層速度，只要初至數(shù)據(jù)能夠反映出高速頂?shù)牡捉缑婢涂梢粤?，再大的炮檢距的初至?xí)r間往往沒有必要。用延遲時方法建立初始模型，并對該模型網(wǎng)格化，一般三維線網(wǎng)格的大小與道間距有很大的關(guān)系。網(wǎng)格大精度不夠；而網(wǎng)格小了則反演時間較長。該測線的道間距為10m，作者選用網(wǎng)格橫向、縱向分別為5m。在建立初始模型的基礎(chǔ)上，利用拾取的初至反演速度模型，反復(fù)迭代，走時殘差趨于一個平穩(wěn)的較小的常數(shù)才能滿足要求。在層析反演的最終速度～深度模型上拾取一個低降速度帶底界面，通過速度～深度模型上各網(wǎng)格時間縱向求和，得到所要求取的靜校正量［8、9］。

2.2 折射波剩余靜校正方法

當(dāng)層析靜校正完成后，據(jù)分析數(shù)據(jù)可知，還有高頻靜校正量存在，且反射波能量比折射波能量弱，需根據(jù)反射波剩余靜校正的原理進(jìn)行折射波剩余靜校正。折射波剩余靜校正的基本思路是：因為折射波信噪比相對較高，將反射波剩余靜校正原理應(yīng)用于折射波處理，通過交互手段，逐段估算折射波的速度。由于過近地表層的折射波和反射波的射線路徑不同，折射波旅行時與炮檢距的關(guān)系和反射波的不同，在數(shù)據(jù)處理中對反射波需要做正常時差校正，而對折射波則需要用合適的速度對地震記錄進(jìn)行線性動校正，將折射波基本拉平，在共炮點或共中心點道集上，用相關(guān)的方法計算各道和模型道時差，再用統(tǒng)計的方法計算出各炮點及檢波點的剩余靜校正量［5、6］。

具體求取剩余靜校正量的過程是根據(jù)初至?xí)r間來估算的，折射波的旅行時間為：

式中Tij是炮點i到檢波點j的旅行時間；ti和tj分別是炮點i和檢波點j的延遲時間。

根據(jù)共炮檢距初至曲線擬合法，在一定空間范圍內(nèi)，把相同炮檢距的初至?xí)r間曲線進(jìn)行平滑，可求出每道平滑后的初至?xí)r間Tij′。假定剩余高頻靜校正量在共炮點道集內(nèi)隨機分布，對于炮點i內(nèi)所有接收道平滑后的初至?xí)r間與實際初至?xí)r間差的均值見（式（4）），即為炮點的剩余靜校正量。

同理，可以求得每個檢波點的剩余靜校正量。

3 實例應(yīng)用

根據(jù)以上敘述的實現(xiàn)思路，作者對實際采集資料進(jìn)行了處理，取得了較好的處理效果。見下頁，圖2 為不同靜校正方法處理后的單炮，其中，圖2（a）為原始單炮；圖2（b）為應(yīng)用高程靜校正量的單炮，初至只是得到了初步的改善；圖2（c）為應(yīng)用層析靜校正量的單炮，初至得到了很大的改善，基本消除了長波長和中長波長對疊加的影響；圖2（d）為應(yīng)用層析靜校正量和折射波剩余靜校正量的單炮，初至有了進(jìn)一步的改善，靜校正效果明顯。

圖3（見下頁）為層析反演的近地表速度模型。從圖3中能清楚地顯示出該工區(qū)近地表地質(zhì)情況的速度分布，隨著深度的增加，速度逐漸增大，表層的黃土厚度變化很大，靜校正問題嚴(yán)重。

折射波剩余靜校正的炮點和檢波點靜校正量如后面圖4（a）和圖4（b）所示，折射波剩余靜校正求出的是高頻大校正量。由圖4可知，此炮點和檢波點靜校正量較小，但是還存在一定的剩余校正量，這些高頻小校正量可以由常規(guī)的反射波剩余靜校正求取。折射波剩余靜校正在層析靜校正的基礎(chǔ)上，基本解決了短波長靜校正的問題。

圖5（見后面）為某一速度點的層析靜校正和折射波剩余靜校正速度譜的對比。其中，圖5（a）為層析靜校正后的速度譜；圖5（b）為先進(jìn)行層析靜校正，再做折射波剩余靜校正后的速度譜。由此可見，經(jīng)過折射波剩余靜校正后的速度譜有明顯改善。

圖6（見后面）為高程靜校正、層析靜校正、折射波剩余靜校正和反射波剩余靜校正處理后的某一疊加段。其中，圖6（a）為高程靜校正的疊加剖面；圖6（b）為層析靜校正的疊加剖面；圖6（c）為圖6（b）基礎(chǔ)上的折射波剩余靜校正的疊加剖面。由此可見，層析靜校正和折射波剩余靜校正結(jié)合后的疊加剖面軸的連續(xù)性較好，反射波剩余靜校正是常規(guī)處理流程中都要做的；圖6（d）為圖6（c）基礎(chǔ)上反射波剩余靜校正的疊加剖面?？梢娊?jīng)過反射波剩余靜校正后的疊加剖面又有了進(jìn)一步的改善。

4 總結(jié)

作者在本文通過對實際資料的處理，很好地驗證了層析靜校正和折射波剩余靜校正兩種方法的結(jié)合，是解決山西黃土塬地區(qū)有效、可靠的靜校正方法。層析靜校正突破了常規(guī)折射波處理方法層狀介質(zhì)假設(shè)的限制，對復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)有更強的適應(yīng)能力。對于線性散射噪音較強，反射信號比較弱，地震資料信噪比較低的地區(qū)，折射波剩余靜校正發(fā)揮了重要的作用，使疊加效果明顯的改善［11］。

［1］MIKE COX.反射地震勘探靜校正技術(shù)［M］.李培明譯.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［2］和銳，楊建思，張翼.地震層析成像方法綜述［J］.CT理論與應(yīng)用研究，2007，16（1）：35.

［3］張繼國，劉連生.復(fù)雜區(qū)初至層析反演靜校正［J］.石油地球物理勘探，2006，41（4）：383.

［4］毛偉偉，于素萍.走時層析成像正反演方法研究［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2010，15（1）：123.

［5］陸基孟，王永剛.地震勘探原理（第三版）［M］.山東：中國石油大學(xué)出版社，2009.

［6］段云卿.折射波剩余靜校正方法［J］.石油地球物理勘探，2006，41（1）：32.

［7］熊翥.復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理思路［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［8］陳愛瓊，周霞，朱海東，等.地震走時層析成像反演在速度模型中的應(yīng)用［J］.長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，8（6）：41.

［9］ROTHMAN D H.Automatics estimation of large residual statics corrections［J］.Geophysics，1996（51）：332.

［10］柴銘濤.黃土塬地震勘探資料處理技術(shù)［J］.物探化探計算技術(shù)，2007，29（增刊）：129.

［11］林伯香，肖萬富，李博.層析靜校正在黃土塬彎寬線資料處理中的應(yīng)用［J］.石油物探，2007，46（4）：417.

［12］解團結(jié).山西黃土塬區(qū)三維地震勘探的實際應(yīng)用［J］.中國煤田地質(zhì)，2006，18（1）：57.