黃土塬地區(qū)地震資料處理浮動基準(zhǔn)面的選擇及應(yīng)用

徐蔚亞，趙艷平，陳世軍

（中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

鄂爾多斯盆地南部黃土塬地區(qū)溝壑縱橫，為塬、峁和樹枝狀沖溝并存的復(fù)雜地貌，表層結(jié)構(gòu)變化大，黃土覆蓋厚度可達250 m，部分地形起伏高差可超過300 m；河谷、沖溝兩側(cè)出露白堊系砂泥巖，河道表面覆蓋有礫石和泥沙；研究區(qū)干旱少雨，潛水面深淺不一。復(fù)雜的近地表條件，一方面給地震施工帶來很大難度，另一方面嚴(yán)重降低了地震資料的品質(zhì)，靜校正誤差大，不利于地震資料的處理。

幾十年來，地球物理學(xué)家通過對黃土塬地區(qū)勘探理論及方法的創(chuàng)新和發(fā)展，新的方法和技術(shù)不斷被用于黃土塬地區(qū)地震資料的采集和處理，有效提高了該地區(qū)地震資料處理的水平[1]。在地震資料采集中，使用淺井巖性取心、高密度層析近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查進行表層調(diào)查，調(diào)查結(jié)果用于地震采集的井深設(shè)計和建立靜校正初始模型[1-2]；采用非縱地震勘探技術(shù)，利用相關(guān)采集和靜校正處理技術(shù)提高地震資料的信噪比和分辨率[3-5]；針對弱彈性黃土介質(zhì)開展震源激發(fā)研究，并根據(jù)地表特征逐點逐片進行觀測系統(tǒng)設(shè)計[6]等。在地震資料處理中，通過標(biāo)志層控制的靜校正方法解決長波長靜校正問題[7]；利用層析靜校正和初至波剩余靜校正，計算長波長和短波長靜校正量[8]；利用近道約束層析反演，提高表層速度反演精度[5]；綜合使用多種靜校正方法，采用分步逐級靜校正技術(shù)提高靜校正效果[9-10]；針對黃土塬地區(qū)地震資料中噪聲的分布規(guī)律及特點，有針對性地進行疊前去噪處理[11]；在近地表的平滑浮動基準(zhǔn)面上進行地震資料處理，以應(yīng)對復(fù)雜近地表情況[12]；地表起伏較大地區(qū)，在浮動基準(zhǔn)面上通過速度分析和剩余靜校正的迭代提高成像質(zhì)量[13-14]；在具有穩(wěn)定折射界面的地區(qū)，開展以基巖頂界面作為折射面進行模型約束的折射波靜校正[15]。

綜上所述，現(xiàn)有的方法主要以提高近地表速度模型精度的方式，解決復(fù)雜近地表靜校正誤差大的問題。本文從浮動基準(zhǔn)面的定義出發(fā)，總結(jié)了常用的浮動基準(zhǔn)面及其特點，使用模型分析復(fù)雜地表情況下不同浮動基準(zhǔn)面對地震資料處理的影響，并通過實際資料進行了驗證，說明在復(fù)雜近地表情況下，采用合適的浮動基準(zhǔn)面進行地震資料處理的效果更好。

1 浮動基準(zhǔn)面定義及分類

1.1 靜校正量的計算

對于地表一致性靜校正，假設(shè)近地表速度較低，地震波在低降速層中沿垂直方向傳播，此時炮點或檢波點處的靜校正量可通過先減去地震波在低降速層中的傳播時間，再加上地震波以替換速度從高速層頂界面?zhèn)鞑サ焦潭ɑ鶞?zhǔn)面的時間[16]，可表示為

對于一個地震道，靜校正量包含2 部分，即炮點處的靜校正量和檢波點處的靜校正量。當(dāng)近地表速度存在橫向變化時，根據(jù)（1）式可得到一個地震道的靜校正量：

1.2 浮動基準(zhǔn)面分類

在地表起伏較大的地區(qū)，地震資料處理常常在浮動基準(zhǔn)面上進行[17-19]。浮動基準(zhǔn)面有以下3 個特點：①浮動基準(zhǔn)面對應(yīng)的高程面是隨空間變化的；②在浮動基準(zhǔn)面上，同一個共中心點道集內(nèi)的所有地震道的炮點和檢波點，都在該共中心點道集對應(yīng)的浮動基準(zhǔn)面高程上；③浮動基準(zhǔn)面上的地震數(shù)據(jù)，即使對應(yīng)于相同炮點或檢波點，其浮動基準(zhǔn)面在不同共中心點道集中對應(yīng)的高程可以是不同的，是隨著共中心點在浮動基準(zhǔn)面上的高程變化而變化的。

在地震資料處理中，常用的浮動基準(zhǔn)面確定方法可分為2 類，第一類通過直接計算浮動基準(zhǔn)面對應(yīng)的起伏高程面來確定[20]，第二類通過對靜校正量的計算來確定[17，21]。前者包括平滑地表高程法、平滑低速帶底面法、人為給定法以及最小靜校正誤差浮動基準(zhǔn)面法，后者主要是平均靜校正量法。

第一類浮動基準(zhǔn)面確定方法的4 種方法都直接確定了浮動基準(zhǔn)面對應(yīng)的高程面，物理意義明確，為了和其他浮動基準(zhǔn)面進行區(qū)分，本文稱之為高程浮動基準(zhǔn)面。為了將地震數(shù)據(jù)校正到高程浮動基準(zhǔn)面，需要計算每一個共中心點道集從固定基準(zhǔn)面到浮動基準(zhǔn)面的靜校正量。某個共中心點道集的靜校正量的計算公式為

為了將地震數(shù)據(jù)校正到浮動基準(zhǔn)面，針對原始共中心點道集，首先需要去除低降速層的影響，然后將地震數(shù)據(jù)從高速層頂界面按照替換速度校正到固定基準(zhǔn)面，最后將數(shù)據(jù)從固定基準(zhǔn)面再次校正到高程浮動基準(zhǔn)面，校正量即為（3）式計算得到的共中心點道集靜校正量。

第二類浮動基準(zhǔn)面確定方法為平均靜校正量法，也就是兩步法靜校正方法，先將靜校正量分解成高頻量和低頻量，然后將高頻量應(yīng)用到地震數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)浮動基準(zhǔn)面校正；在疊加之后的數(shù)據(jù)上應(yīng)用低頻量，可將其從浮動基準(zhǔn)面校正到最終的固定基準(zhǔn)面。其中，低頻量是共中心點道集的平均靜校正量，即從浮動基準(zhǔn)面向固定基準(zhǔn)面校正的時間量；高頻量為每個地震道的靜校正量與該道對應(yīng)的共中心點道集內(nèi)所有地震道的靜校正量平均值之差。一個共中心點道集的平均靜校正量的計算公式為

通過時間量的校正，平均靜校正量法實現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)由地表到浮動基準(zhǔn)面的校正，整個過程與高程無關(guān)，雖然難以直接觀察到對應(yīng)的起伏地表面，但由于該方法計算簡單，使用方便，因此廣泛用于常規(guī)時間域處理中。為了簡化說明，本文稱之為平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面。

2 不同浮動基準(zhǔn)面處理結(jié)果對比

為了分析劇烈起伏地表、巨厚黃土覆蓋等條件對不同浮動基準(zhǔn)面地震資料處理的影響，根據(jù)鄂爾多斯盆地南部某黃土塬地區(qū)的近地表情況，設(shè)計近地表模型（圖1a）。其中，固定基準(zhǔn)面海拔高程為1 300 m，高速層頂界面海拔高程為800 m，溝深為350 m，低降速層平均速度為1 800 m/s，替換速度及高速層速度為3 300 m/s。設(shè)計觀測系統(tǒng)為中間放炮兩側(cè)接收方式，炮點距和檢波點距均為40 m，最大偏移距為3 480 m。

水平地表情況下，地層反射波時距曲線可以定義為

當(dāng)將地震數(shù)據(jù)校正到浮動基準(zhǔn)面時，地層反射波時距曲線的形態(tài)沒有變化，但是位置有縱向移動，也就是自激自收時間改變了，此時，反射波時距曲線表示為

圖1 近地表模型及不同浮動基準(zhǔn)面上處理結(jié)果Fig.1.Near?surface model and processing results on different floating datums

在浮動基準(zhǔn)面上進行速度分析實際是用（5）式來擬合（6）式，速度分析誤差和疊加誤差由此而產(chǎn)生[20]。因此，分析不同浮動基準(zhǔn)面情況下的高速層頂界面自激自收時間的橫向變化及其影響，可以為地震資料處理中浮動基準(zhǔn)面的選擇提供參考依據(jù)。

從高程浮動基準(zhǔn)面到固定基準(zhǔn)面的剩余校正量較小，為30.30～54.55 ms，在高程浮動基準(zhǔn)面上已經(jīng)去掉了低降速層的影響；從平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面到固定基準(zhǔn)面的剩余校正量較大，為-141.41～-52.52 ms（圖1b），在該浮動基準(zhǔn)面上并沒有完全去掉低降速層的影響。

地表到高速層頂界面的自激自收時間，水平部分為444.44 ms，溝底為55.55 ms；平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面到高速層頂界面的自激自收時間，距離深溝較遠處與地表相同，為444.44 ms，溝底為355.55 ms；高程浮動基準(zhǔn)面到高速層頂界面的自激自收時間，最大為272.72 ms，最小為248.48 ms；固定基準(zhǔn)面高速層頂界面的自激自收時間均為303.03 ms（圖1c）。不同基準(zhǔn)面到高速層頂界面的自激自收時間存在較大差異。由于對地震道集自激自收時間的改變，就意味著在疊加和速度分析時改變了地震反射波的時距曲線，由此會引起速度分析的誤差[20]，因此，在不同基準(zhǔn)面上進行地震資料處理，會造成不同的誤差。對于平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面，在地勢平坦地區(qū)，可以保持原有自激自收時間不變，在地震資料處理中最具優(yōu)勢；但在存在深溝地區(qū)，其對自激自收時間的改變最大，如深溝處平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面上的自激自收時間和地表自激自收時間相差約300.00 ms。對于固定基準(zhǔn)面，其自激自收時間是常數(shù)，對自激自收時間的改變依賴于固定基準(zhǔn)面的高程，本例所選固定基準(zhǔn)面在深溝處對自激自收時間的改變量為247.48 ms。高程浮動基準(zhǔn)面上的自激自收時間受替換速度的影響，一般介于地表自激自收時間的最小值和最大值之間，本例中高程浮動基準(zhǔn)面在深溝處對自激自收時間的改變量為192.93 ms。

平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面到高速層頂界面的自激自收時間偏差較地表、固定基準(zhǔn)面和高程浮動基準(zhǔn)面的變化大，為-42.86～46.02 ms。固定基準(zhǔn)面完全消除了橫向速度變化的影響，自激自收時間偏差為0。高程浮動基準(zhǔn)面上的自激自收時間偏差為-11.68～12.55 ms（圖1d）。

通過分析不同浮動基準(zhǔn)面到高速層頂界面自激自收時間及偏差可知，各個浮動基準(zhǔn)面都改變了原始反射波的自激自收時間。其中，在平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面上，在地勢平坦處，原始反射波的自激自收時間可以很好地保留下來，但是在存在較大高程差的地方，對原始反射波自激自收時間有較大的改變，會影響反射波疊加精度；與此對應(yīng)的是，地下水平地層反射波的自激自收時間偏差變化較大，這為速度分析增加了難度，需要根據(jù)地表復(fù)雜程度加密速度分析的網(wǎng)格密度。采用固定基準(zhǔn)面時，地下水平地層反射波的自激自收時間偏差為0，易于進行速度分析，但其自激自收時間對原始反射波的自激自收時間有一定改變，會影響反射波疊加精度。因此，為了得到較好的地震資料處理結(jié)果，需要對基準(zhǔn)面高程和替換速度進行測試。采用高程浮動基準(zhǔn)面時，地層反射波的自激自收時間相對地表記錄中的自激自收時間來說，同樣存在一定改變，可以選擇合適的平滑地表作為浮動基準(zhǔn)面，降低自激自收時間變化對疊加精度的影響[20]；此外，水平地層反射波的自激自收時間偏差小于平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面對應(yīng)的偏差，在其上進行速度分析的難度介于平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面和固定基準(zhǔn)面之間。

3 應(yīng)用效果分析

黃土塬地區(qū)覆蓋較厚黃土層，地表塬、峁和沖溝并存，相當(dāng)于數(shù)個上述地表模型的隨機組合，靜校正誤差大。在研究區(qū)內(nèi)通過初至波層析反演得到近地表模型（圖2），該模型較好地反映了黃土塬地區(qū)近地表特征，即高程及速度橫向變化劇烈。如在塬頂A點和溝底E點水平距離僅為3 500 m，但高程差達到280 m，塬頂A點處的黃土層速度約600 m/s，溝底E點處速度可達1 600 m/s。盡管近地表情況復(fù)雜，但在疊加剖面（圖3）上，0.4～0.8 s 的地層反射同相軸在橫向上呈較穩(wěn)定的水平分布。此外，由于目的層埋深較淺，其反射時間約為1.0 s，覆蓋次數(shù)低，信噪比低，地震資料處理難度大。

圖2 鄂爾多斯盆地黃土塬地區(qū)近地表模型Fig.2.Near?surface model of the loess plateau area in Ordos basin

圖3 鄂爾多斯盆地黃土塬地區(qū)疊加剖面Fig.3.Stacked section on elevation floating datum in the loess plateau area in Ordos basin

本次測試主要針對平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面和高程浮動基準(zhǔn)面的時間域處理。通過分析目的層反射波自激自收時間在橫向上的變化對速度分析和動校拉伸畸變切除的影響，說明高程浮動基準(zhǔn)面在黃土塬地區(qū)地震資料處理中的優(yōu)勢。

3.1 降低速度分析難度

選擇浮動基準(zhǔn)面進行處理的原因之一是為了保證對反射波的自激自收時間改變最小。為了對比在不同浮動基準(zhǔn)面上進行速度分析的難度，從圖2 中選擇海拔高程由高到低的B點、C點和D點3 個點處進行對比，3 個黑點（對應(yīng)的反射時間差小于7 ms）在同一地層的反射同相軸上，且分別位于B點、C點和D點處的共中心點道集中（圖3 中黃線所示）。根據(jù)對研究區(qū)的地質(zhì)認識認為，該地層較穩(wěn)定且在橫向上變化較小。使用高程浮動基準(zhǔn)面進行速度分析時，速度控制點網(wǎng)格間距為800 m，B點、C點和D點處的速度譜及共中心點道集動校正結(jié)果見圖4。在高程浮動基準(zhǔn)面上，圖3 中黑點所在地層在B點、C點和D點處的反射時間分別為518 ms、490 ms 和480 ms，均方根速度分別為3 828 m/s、3 828 m/s 和3 849 m/s（圖4 中紅色箭頭所指位置），3 點處最大的時間差和速度差分別為38 ms和21 m/s，差異較小，速度拾取較簡單。

使用平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面進行速度分析時，速度控制點網(wǎng)格間距也為800 m。從圖5 中可以看到，由于在塬頂處存在較厚的黃土層，其速度較低，導(dǎo)致在計算靜校正量時低降速層剝離的時間量遠大于替換速度的填充量，因此在高低頻分離之后導(dǎo)致靠近溝壑處的B點處自激自收時間較大，而D點處由于沒有黃土層的影響，其自激自收時間較小。在平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面上，圖3 中黑點所在地層在B點、C點和D點處的反射時間分別為749 ms、681 ms和587 ms，均方根速度分別為3 308 m/s、3 421 m/s和3 795 m/s（圖5中紅色箭頭所指位置），B點和D點處的時間差和速度差分別達到162 ms 和487 m/s。較大的速度差異，增加了速度分析的難度，而目前主要是通過加密速度分析控制點來降低速度分析誤差。

圖4 研究區(qū)基于高程浮動基準(zhǔn)面的速度譜和動校正結(jié)果Fig.4.Velocity spectrum and NMO stretching on elevation floating datum in the study area

圖5 研究區(qū)基于平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面的速度譜和動校正結(jié)果Fig.5.Velocity spectrum and NMO stretching on average statics floating datum in the study area

由此可見，在黃土塬復(fù)雜近地表地區(qū)，在使用相同速度控制點網(wǎng)格大小的情況下，使用高程浮動基準(zhǔn)面進行時間域的處理可以明顯降低速度分析的難度，并可提高地震資料處理的效率。

3.2 降低動校拉伸畸變切除難度

高程浮動基準(zhǔn)面在黃土塬地區(qū)的另一個優(yōu)勢在于對動校拉伸畸變切除的控制較為容易。對B點和D點處共中心點道集在高程浮動基準(zhǔn)面和平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面的動校正結(jié)果（圖4、圖5）進行分析，對于高程浮動基準(zhǔn)面，B點和D點處基本可以使用相同的切除線進行控制，而對于平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面，由于B點和D點處共中心點道集中來自相同地層反射波的自激自收時間差異較大，一般需要對切除控制點進行加密，才能確保切除效果較好。而在溝壑縱橫的黃土塬地區(qū)，進行精細切除會增加巨大的工作量，且即便如此，對于切除控制點之外的地方也難以根據(jù)具體的塬或溝的位置進行控制。若將塬頂部位的切除參數(shù)應(yīng)用在溝壑處，則會導(dǎo)致切除過度。在切除控制點網(wǎng)格間距為800 m 的情況下，對不同浮動基準(zhǔn)面上的共中心點道集切除后的疊加剖面（圖6）進行分析，在高程浮動基準(zhǔn)面上進行切除較為容易，能夠保留較多的淺層反射信息；在平均靜校正量浮動基準(zhǔn)面上，由于切除控制點網(wǎng)格無法兼顧所有的塬和溝，在地勢較低且沒有切除控制點的地方會導(dǎo)致切除過度，使得部分淺層反射信息被切除。

圖6 研究區(qū)不同浮動基準(zhǔn)面上基于相同切除網(wǎng)格參數(shù)的疊加剖面Fig.6.NMO stacked sections on different floating datums with same mute grid parameters in the study area

4 結(jié)論

（1）在黃土塬地區(qū)，當(dāng)?shù)乇砀叱虅×易兓瘯r，不管使用哪一種基準(zhǔn)面進行時間域處理，都會明顯改變地下反射波的自激自收時間。

（2）基于高程浮動基準(zhǔn)面的地震資料處理方式，消除了部分高程及低降速層的影響，在速度分析和動校拉伸畸變切除處理中存在一定的優(yōu)勢。

（3）在地震資料處理工作中，應(yīng)結(jié)合不同浮動基準(zhǔn)面的適用條件，對不同浮動基準(zhǔn)面處理結(jié)果進行對比及質(zhì)控，對處理結(jié)果中的差異進行及時分析，以便提高地震資料處理的效果。

符號注釋

Hcmp——共中心點道集對應(yīng)的浮動基準(zhǔn)面高程，m；

Hd——固定基準(zhǔn)面高程，m；

Hh——炮點或檢波點處高速層頂界面高程，m；

Hhg——檢波點處高速層頂界面高程，m；

Hhgi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的檢波點處高速層頂界面高程，m；

Hhs——炮點處高速層頂界面高程，m；

Hhsi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的炮點處高速層頂界面高程，m；

Hs——炮點或檢波點地表高程，m；

Hsg——檢波點地表高程，m；

Hsgi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的檢波點地表高程，m；

Hss——炮點地表高程，m；

Hssi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的炮點地表高程，m；

i——共中心點道集中第i道；

n——共中心點道集總道數(shù)；

t0——自激自收時間，ms；

tcmp——共中心點道集靜校正量，ms；

tf——浮動基準(zhǔn)面上反射波在地層中的傳播時間，ms；

tg——檢波點處靜校正量，ms；

tgi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的檢波點處靜校正量，ms；

tlr——炮點或檢波點某位置處的靜校正量，ms；

tr——水平地表情況下反射波在地層中的傳播時間，ms；

ts——炮點處靜校正量，ms；

tsi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的炮點處靜校正量，ms；

tt——地震道的總靜校正量，ms；

v——地震波在地層中的傳播速度，m/s；

vl——炮點或檢波點處低降速層等效速度，m/s；

vlg——檢波點處低降速層等效速度m/s；

vlgi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的檢波點處低降速層等效速度，m/s；

vls——炮點處低降速層等效速度，m/s；

vlsi——共中心點道集中第i道對應(yīng)的炮點處低降速層等效速度，m/s；

vr——炮點或檢波點處高速層頂界面到固定基準(zhǔn)面替換速度m/s；

x——炮檢距，m；

Δt——由于基準(zhǔn)面不同而引起的反射波同相軸平移量，ms。