浮動基準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雜，數(shù)據(jù)處理過程中多使用固定基準面靜校正方法，校正結果也可滿足需求，故人們常忽略了浮動基準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］。當勘探區(qū)地表起伏較大，低速度帶橫向變化大時基準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，許多學者提出了以浮動基準面代替固定基準面進行靜校正計算的思想［5－7］?；诖?，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 浮動基準面的概念

在靜校正過程中基準面選擇的合理與否非常重要，尤其當?shù)乇砥鸱鼜碗s地表高程變化較大時，若基準面選擇的不合理，導致校正后的反射時間偏離雙曲線關系，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)只有一個水平基準面已不能滿足勘探要求，故引入浮動基準面的概念［8］。浮動基準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面上進行分析速度的誤差較大，陡坡帶位置處的誤差最大;而對基于浮動基準面上進行速度分析的結果再校正到固定基準面上的誤差較小，在地表起伏變化劇烈?guī)д`差相對較大［9］。

浮動基準面的本質是一個CMP點一個水平基準面，該基準面的高程隨CMP點上下浮動，且相鄰的CMP點的基準面高程是平緩過渡的。浮動基準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，即可得到浮動基準面，這兩種浮動基準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)取浮動基準面進行常規(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，將以浮動基準面為參照的剖面歸算至水平固定基準面上，得到可正確反映地下地質體特征的剖面。

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

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

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

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

3 模型測試及結果分析

根據(jù)文章所要討論的問題，在模型設置時有兩點考慮:一方面地表高差要足夠大，文章中模型地表在單斜的基礎上伴隨有起伏，整體高差可達500m;另一方面為了盡量模擬煤田勘探，模型中各層介質的速度接近渭北勘探區(qū)煤田地質條件，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 模型中各層介質厚度及速度關系示意

根據(jù)該模型的地表起伏情況，為了在水平基準面的基礎上盡量得到高質量的時間剖面，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面，為避免浮動基準面中存在中、短波場起伏，此處以800m為平滑半徑對地表高程進行平滑，同時為了保證浮動基準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面參數(shù)都與一步靜校正參數(shù)相同。在浮動基準面靜校正結束后將疊加剖面校正到固定基準面上得到如圖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層的形態(tài)還是深部目標層能量及對斷層信息的刻畫，基于浮動基準面的分步靜校正方法的靜校正效果比水平基準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條件極為復雜，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526.4m，具體地形起伏見圖4(a)標注線①。基于此文章中分別使用常規(guī)靜校正方法及浮動基準面的分步靜校正法對該測線資料進行校正。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，水平基準面取900m，填充速度取3300m/s，其中水平基準面見圖4(a)標注線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，浮動基準面見圖4(a)標注線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、固定基準面及浮動基準面，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之間目標層同相軸的形態(tài)及能量關系均優(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)單炮記錄質量達不到其他區(qū)域的質量標準，加上此區(qū)域是該測線內(nèi)地形起伏較復雜的區(qū)域之一，經(jīng)常規(guī)靜校正后，并不能達到同相疊加的效果，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，剖面質量明顯改善，該特性在地表起伏越復雜的地方越明顯。

5 結論

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

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