山地地震勘探中野外靜校正問題解決方案的探討

喻兵良 劉玉紅 解建建

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

由于地表高程起伏及低速層橫向速度和厚度發(fā)生變化等原因，在山地采集的地震原始資料中含有較大的靜校正量。進(jìn)行地震資料處理時(shí)必須把這些靜校正量提取出來，消除其對(duì)地震波走時(shí)和速度分析的影響。最大程度地消除原始資料中的靜校正量，既是提高資料信噪比和分辨率的需要，也是精確構(gòu)建速度模型的需要[1]。

以山西省沁水地區(qū)煤層氣地震勘探數(shù)據(jù)處理項(xiàng)目為例，通過對(duì)比分析三種野外靜校正方法的應(yīng)用效果及其適用條件，探討山地地震資料處理中解決靜校正問題的最佳方案。

1 原始地震資料概況

勘探區(qū)位于太行山余脈的山西省沁水縣，地表高差相對(duì)較大。大部分地區(qū)表層被一松散土層覆蓋，下伏地層以風(fēng)化基巖為主。由于該區(qū)低速層厚度和速度變化大，加上地形存在較大的起伏，使得地震原始數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的靜校正問題。該區(qū)主要含氣煤層為沉積穩(wěn)定、反射波能量強(qiáng)、連續(xù)性好的3號(hào)煤層（T6波）和能量相對(duì)較弱的15號(hào)煤層（T8波）。

雖然勘探區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，但表層及中深部地震地質(zhì)條件較好，因此資料信噪比比較高，大部分初至波起跳時(shí)間清楚（圖1）。由于野外施工采取了較高的覆蓋次數(shù)，即使去掉少量不清楚的初至波走時(shí)信息，也能確保每個(gè)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)都有初至?xí)r間。準(zhǔn)確和充足的初至波時(shí)間信息，加上精度較高的測(cè)量點(diǎn)位和地表高程資料，這些因素都有利于獲得高精度的靜校正量。

2 靜校正方法適用性分析

目前在山區(qū)煤炭和煤層氣地震資料處理中，野外一次靜校正處理主要有三種方法，即高程靜校正、折射靜校正和層析靜校正。

2.1 高程靜校正的適用性分析

高程靜校正算法簡(jiǎn)單，只是將實(shí)際的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)校正到某一固定的基準(zhǔn)面上，校正方法是直接在其間填充或剝?nèi)ニ俣葹槟骋还潭ㄖ档慕橘|(zhì)。

式中：

Ed-基準(zhǔn)面高程；

Eg-激發(fā)或接受點(diǎn)的高程；

vc-替換速度。

這個(gè)公式?jīng)]有考慮低速帶厚度和速度的變化，如果勘探區(qū)存在橫向不穩(wěn)定的低速層，顯然不適合高程靜校正。但在低速帶比較穩(wěn)定的情況下也可以使用該方法對(duì)資料進(jìn)行靜校正處理。因?yàn)閷?duì)低速帶的替換以及對(duì)地表以上、基準(zhǔn)面以下的自由空間的填充對(duì)整個(gè)地區(qū)的影響基本是一致的，這部分靜校正量影響的僅僅是反射波的t0時(shí)間，對(duì)疊加效果和構(gòu)造形態(tài)沒有影響，在采用合適的浮動(dòng)基準(zhǔn)面情況下,對(duì)疊加速度也基本上沒有影響。因此高程靜校正適合在低速層厚度變化不大或者不存在地表低速層的地區(qū)使用。

2.2 折射靜校正的適用性分析

折射靜校正和層析靜校正的基礎(chǔ)信息都來源于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)野外采集的原始單炮的初至波信息，但由于它們求解靜校正量值的方法不同，因而適應(yīng)條件也不一樣。使用折射靜校正方法的前提是假設(shè)低速層下面存在一個(gè)相對(duì)平緩的折射層，并且需要低速層橫向和縱向速度都是固定的[2]，需要的初至波信息為淺層折射波初至信息。折射靜校正方法是利用原始單炮初至折射波信息來獲取折射層埋深，然后求出低速帶的厚度和速度，再在提供已知的替換速度和基準(zhǔn)面高程的基礎(chǔ)上計(jì)算炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的靜校正量，最終將求取的靜校正量應(yīng)用到原始地震數(shù)據(jù)中。

2.3 層析靜校正的適用性分析

層析靜校正是利用層析反演技術(shù)，對(duì)淺表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震波速度模型反演，因此可以描述更為復(fù)雜的速度場(chǎng)。這種方法首先將地表地質(zhì)模型細(xì)化成大小相同的微型立體網(wǎng)格，假設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的地質(zhì)介質(zhì)的地震波速度是不變的，用射線追蹤求取旅行時(shí)，然后與實(shí)際初至?xí)r間進(jìn)行比較求取剩余時(shí)差，再根據(jù)剩余時(shí)差求取速度變化量來修改速度模型，幾次迭代后獲得最終的淺地表層速度模型[3]。與折射靜校正層狀介質(zhì)假設(shè)原理不同，層析靜校正可以適應(yīng)復(fù)雜的淺層地震地質(zhì)條件。在層析反演計(jì)算中，初至波既可以是初至折射波，也可以是回折波、直達(dá)波或者反射波等[4]，不像折射靜校正那樣對(duì)初至波的要求必須是折射波。因此層析靜校正可利用更多的初至信息，適用范圍更廣，對(duì)諸如基巖出露、表層速度逆轉(zhuǎn)等復(fù)雜地表?xiàng)l件下靜校正量的求解效果更好。

3 靜校正處理效果分析

沁水地區(qū)地形起伏大，近地表一般由一個(gè)厚薄不一的低速風(fēng)化層覆蓋（圖2），在近偏移距處，初至波一般為地表直達(dá)波。當(dāng)偏移距達(dá)到某一個(gè)值的時(shí)候，地震波在沿著低速層和下伏高速層的界面滑行的時(shí)候產(chǎn)生折射波，折射波通常比地表低速直達(dá)波更早到達(dá)接收點(diǎn)，形成共炮集記錄的折射初至波。地震單炮初至波時(shí)距曲線的扭曲，主要是由沿測(cè)線的地表高程造成的，但低速層厚度變化也起到了一定的作用。在優(yōu)化選擇處理參數(shù)的前提下，對(duì)本區(qū)資料進(jìn)行三種靜校正處理，均取得了一定的靜校正效果，下面從三個(gè)方面對(duì)處理效果加以闡述和對(duì)比。

圖1 原始記錄上拾取初至波時(shí)間

圖2 二維測(cè)線表層速度結(jié)構(gòu)

3.1 單炮初至波及反射波的校正效果

由于受低速帶橫向厚度變化的影響，單純的高程靜校正只能解決部分低頻（長(zhǎng)波長(zhǎng)）靜校正量問題，而對(duì)解決高頻（短波長(zhǎng)）靜校正量問題方面顯得無能為力。從圖3可以看到，經(jīng)過高程靜校正處理后的單炮資料的初至波的抖動(dòng)問題基本上沒有得到解決，而經(jīng)過層析靜校正或折射靜校正處理以后，初至波相位變得平滑，其旅行時(shí)間與炮撿偏移距成正比關(guān)系，反射波相位恢復(fù)成雙曲線形態(tài)。

圖3 三種靜校正處理后的單炮記錄比較

3.2 速度譜質(zhì)量改善效果

速度譜（圖4）質(zhì)量的高低，可以直觀地反應(yīng)靜校正效果。高程靜校正處理以后，速度譜中的CMP超道集上，反射波同相軸的扭曲現(xiàn)象沒有完全得到解決，速度譜能量團(tuán)雖有所改善，但依然分散。而層析靜校正或折射靜校正處理后，先前扭曲的目的層反射波同相軸明顯變得平直，共反射點(diǎn)同相性得到增強(qiáng)。微型疊加段的疊加相位得以改善，在疊加速度范圍內(nèi)能量突出，不再像之前那樣散亂。靜校正處理后的疊前數(shù)據(jù)，較大程度上增加了疊加速度的解釋精度。

圖4 三種靜校正處理后的速度譜比較

3.3 疊加成像剖面改善效果

靜校正處理的效果最終要以成果剖面來評(píng)判。疊加成像剖面和偏移成像剖面一樣，都是地震勘探的重要成果之一。疊加成像剖面效果的好壞，既是衡量地震勘探質(zhì)量的重要標(biāo)志，也是開展地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)資料。由于沒有很好地解決靜校正高頻分量問題，高程靜校正處理后的疊加剖面反射同相軸能量弱，連續(xù)性差，信噪比低。相反，經(jīng)過層析靜校正或折射靜校正處理后，解決了由高程變化和低速層對(duì)地震波走時(shí)帶來的影響，較好地解決了高頻和低頻靜校正問題，使得地震資料在經(jīng)過動(dòng)校正處理后能夠?qū)崿F(xiàn)同相疊加，目的層反射波相位連續(xù)性增強(qiáng)，能量更加突出，波組關(guān)系更加清楚，較好地改善了疊加成像剖面的質(zhì)量（圖5）。

圖5 三種靜校正處理后的疊加剖面比較

4 結(jié)論

高程靜校正由于其局限性，主要用在兩類地區(qū)：一是地表僅有高程變化或者低速帶橫向變化不大的地區(qū)；二是初至波無法識(shí)別、無法開展其他靜校正方法的地區(qū)。可見，在地表?xiàng)l件復(fù)雜的山區(qū)，不宜用高程靜校正作為解決靜校正問題的手段。盡管如此，在進(jìn)行復(fù)雜地區(qū)的資料處理時(shí)可以用高程靜校正處理后得到初疊加剖面，了解構(gòu)造的大致形態(tài)，用以判斷其他靜校正效果和質(zhì)量。

在炮集記錄上有清晰和穩(wěn)定的折射波初至波并且近地表結(jié)構(gòu)存在穩(wěn)定和連續(xù)的折射界面時(shí)，折射靜校正方法能夠有效地解決原始地震資料中存在的低頻靜校正量和高頻靜校正量問題，從而保障疊加和偏移剖面上反射同相軸能真實(shí)反映地下構(gòu)造形態(tài)。因此在諸如沁水山區(qū)這樣高程起伏大、但低速層厚度橫向變化不大的工區(qū)，折射靜校正具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是此類山區(qū)解決靜校正問題的首選。

對(duì)于淺表層地震地質(zhì)條件非常復(fù)雜（如戈壁地區(qū)、火山巖覆蓋區(qū)）的地區(qū)，初至波可能會(huì)包含一些淺層反射波、穿透波和回折波等。在這些地區(qū)，由于層析反演法能較好地辨識(shí)地表結(jié)構(gòu)速度的變化，獲得精確的近地表速度參數(shù)，從而能獲得較好的靜校正效果。因此，層析靜校正方法在解決沒有穩(wěn)定的折射界面或者低降速帶速度橫向變化劇烈的山區(qū)資料的靜校正問題時(shí)，比折射靜校正方法有更好的效果。近年來，針對(duì)山區(qū)靜校正問題，處理人員嘗試采用折射靜校正方法求取近地表面模型，將其作為層析靜校正的初始速度模型來求取靜校正量，取得了不錯(cuò)的效果[5]。因此，在對(duì)山區(qū)地震資料進(jìn)行靜校正處理之前，需對(duì)勘探區(qū)淺地表地震地質(zhì)條件和炮集記錄的初至波情況作精細(xì)分析，根據(jù)具體情況選擇效果最佳的靜校正方法。