三種縱橫波檢波點靜校正方法應(yīng)用對比

劉勁松，黃培東*，夏 璠，范秦軍，吳志芳

（1.中國地質(zhì)大學（北京）地球物理與信息技術(shù)學院“多波多分量”研究組，北京 100083；2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院 信息科學與技術(shù)學院，廣東 廣州 510225）

相比PP波地震反射，PS波地震數(shù)據(jù)含有轉(zhuǎn)換橫波信息，但其處理流程復雜[1-2]。在PP波靜校正技術(shù)相對發(fā)展成熟的情況下，PS波的檢波點靜校正是PS波處理的主要難點之一。其原因可歸結(jié)為以下3點[3]：淺層S波速度小造成靜校正量較大；由于S波對潛水面不敏感造成淺層低降速帶明顯增厚，靜校正時移量大[4]；近地表地層S波速度橫向變化劇烈、非均質(zhì)性強，使得檢波點靜校正量呈明顯的空變特征[5]。前兩個原因使PS波檢波點靜校正量是PP波的2～10倍，且難以準確求解[6]。

PS波檢波點靜校正方法大體分為2類[4，7]：近地表速度模型驅(qū)動的方法和地震數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。模型驅(qū)動方法大體上又可分3種：（1）利用面波的頻散特征反演淺層橫波速度結(jié)構(gòu)[8-9]，但因為該方法受到面波頻帶寬度和只是基階面波利用的限制，難以適應(yīng)厚低降速帶淺表條件[10]；（2）利用S波的折射[11-12]，通過拾取橫波折射初至獲取長波長靜校正量，但由于橫波折射淹沒在縱波初至之后，準確拾取橫波折射初至很困難，實際應(yīng)用難以奏效；（3）通過橫波微測井或微折射數(shù)據(jù)獲得近地表速度，然后通過幾個控制點建立淺表橫波速度模型，這種方法經(jīng)常在P波靜校正中使用，當控制點稀疏時難以滿足靜校正空變精度的要求。

數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法大體上分為兩種：共接收點（common receiver point，CRP）道集疊加能量優(yōu)化方法[13]以及Monte-Carlo模擬退火法。第一種方法在反射界面為水平層時，可以有效解決PS波短波長靜校正問題，不能解決長波長靜校正問題；另外當?shù)叵聵?gòu)造較為復雜時，該算法的精度會受到影響；第二種方法能得到相對較好的結(jié)果，但是計算很耗時。

本文主要介紹數(shù)據(jù)驅(qū)動的共檢波點道集Trim法，在P波反射層位約束下的應(yīng)用效果與傳統(tǒng)比例系數(shù)法的對比，以說明模型驅(qū)動與數(shù)據(jù)驅(qū)動融合的優(yōu)勢。

1 方法簡介

1.1 比例系數(shù)法

由于PS波的下行與上行路徑非對稱，因此不能沿用PP波的共CMP（common middle point，共中心點）道集方法討論靜校正問題。在地表一致性假設(shè)下，Cary和Eaton[13]給出了在CRP（共接收點，common receiver point）道集中任意道的總靜校正量公式：

式中：tij-PS波總靜校正量，i表示炮點，j表示檢波點；s-炮點靜校正量；g-接收點靜校正量；k-轉(zhuǎn)換點（common converted point，CCP）；c-第k個轉(zhuǎn)換點的剩余動校正時差系數(shù)；h-地層深度；y-由于存在構(gòu)造傾角而在第k個轉(zhuǎn)換點位置產(chǎn)生的靜校正量。

對于下行P波，由于PS波的炮點校正量與PP波的相同，因此PS波的靜校正問題主要討論檢波點靜校正量，即重點在于公式（1）的后3項。從公式（1）可知，對于P-SV波，在共接收點疊加道集上每個參與疊加的地震道信號都會受到剩余動校正量、構(gòu)造變化的影響而產(chǎn)生輸出道時移，從而影響共檢波點道集的疊加效果，所以PS波的檢波點靜校正量是上述因素產(chǎn)生時移量的總和。

公式（1）假設(shè)CCP位置與深度無關(guān)且構(gòu)造平緩，即PS波的檢波點靜校正量是非時變和空變的，此時檢波點產(chǎn)生的靜校正量遠大于動校正的剩余時差和地層傾斜產(chǎn)生的靜校正之和[13]。顯然在此假設(shè)下，地表一致性靜校正實現(xiàn)的是非時變和空變的校正，整個疊加道集不同深度使用了相同的靜校正時移，相當于PP波檢波點靜校正量乘以一個固定的比例系數(shù)[14]。因此，該方法一般被稱之為比例系數(shù)法，它只能適用于構(gòu)造平緩的地區(qū)；欲解決轉(zhuǎn)換波靜校正問題，需要考慮更復雜的情況。

地表一致性假設(shè)認為地震波在低速帶內(nèi)是垂直傳播的，因此同一地震道所有采樣點的靜校正量都是相同的[15]。顯然這個假設(shè)與實際不符；如考慮非地表一致性，就要考慮到射線角度對靜校正量的影響。如圖1所示，對于轉(zhuǎn)換波而言，縱波震源的波型轉(zhuǎn)換通常需要以大角度入射到發(fā)生轉(zhuǎn)換的界面上，使較多能量轉(zhuǎn)換成橫波能量[16]，因此轉(zhuǎn)換波靜校正需要考慮射線路徑，需要求取時空變的靜校正量[17]。

圖1 轉(zhuǎn)換波傳播路徑示意圖

1.2 Trim法

在常規(guī)的靜校正中使用的基準面大多是一個水平的固定基準面，但是對于地表起伏較大的地區(qū)，使用固定基準面會產(chǎn)生較大的靜態(tài)時移，因此需要引入浮動基準面[15]。對于CRP道集靜校正，可認為一個CRP道集具有一個水平基準面，不同CRP道集的基準面可以隨高程浮動，只要相鄰水平基準面的高程平緩過渡即可。然后使用兩步法[18]就可以實現(xiàn)PS波的檢波點靜校正，即在NMO（normal time moveout，動校正）之前實施地表到浮動基準面的校正，然后再實施浮動基準面到統(tǒng)一基準面的校正。

根據(jù)地震波繞射理論，抽取共接收點道集時，當只截取第一菲涅爾帶內(nèi)的數(shù)據(jù)時有利于獲得更優(yōu)的疊加剖面[19]。如圖2（a）、圖2（b）所示的單界面和多個界面反射可以看出，激發(fā)點越靠近接收點，共轉(zhuǎn)換點則越接近接收點，從而越能反映接收點地下信息；隨著菲涅爾帶半徑增大，共轉(zhuǎn)換點逐漸遠離接收點，從而使得共接收點道集內(nèi)的不同道集失去了相似性，不利于同相疊加。

圖2 共接收點道集抽取示意

Trim靜校正方法[20]是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的統(tǒng)計靜校正方法，實際上屬于剩余靜校正方法。它假設(shè)形成CRP道集的來自不同轉(zhuǎn)換點的反射基本反映的是同一個菲涅爾帶內(nèi)信息，相互間具有相似性，因此采用數(shù)據(jù)平滑的方法就可以獲得統(tǒng)計意義上的靜校正量。它是在共檢波點道集疊加剖面上，統(tǒng)計相對某一標志性同相軸不同道的靜態(tài)時移，去掉極值，計算一個道集范圍內(nèi)平均值作為這個道集的Trim靜校正量[21]。標志同相軸的選擇一般根據(jù)PP反射疊加結(jié)果選擇能量較強且相對連續(xù)的反射。根據(jù)選擇約束層位的多少，又分為單層位約束和多層位約束。單層位約束是整個地震道垂向旅行時間使用了相同的靜校正，而多層位約束則體現(xiàn)了時變的特點。

2 測試與對比

2.1 復雜地表2D3C測試

以山西武鄉(xiāng)沁水煤田中東部復雜地表和淺層結(jié)構(gòu)試驗區(qū)采集的二維三分量地震數(shù)據(jù)為例，地震測線位于中等強度剝蝕的黃土塬區(qū)，測線橫跨陡坎和沖溝，地表高程變化劇烈，淺表地層復雜多變，如圖3所示，一般高差150～350 m，這使該區(qū)域數(shù)據(jù)的PS波靜校正處理非常具有挑戰(zhàn)性。

圖3 K1線高程變化（圖中上方曲線與下方曲線之間表示降速帶，下方曲線以下表示低速帶）

K1線X分量靜校正前炮集記錄如圖4所示，基本上看不到連續(xù)光滑的同相軸。為了對比實驗效果，將測試數(shù)據(jù)Z、X分量分別進行疊加成像處理，結(jié)果如圖5所示。Z分量處理采用了成熟的P波處理軟件，靜校正問題解決較好，新生界底和目標煤層的反射分別出現(xiàn)在剖面400 ms和800 ms處如圖5（a）所示。根據(jù)鉆孔標定，對應(yīng)PS波剖面，這兩個層位在PS波剖面上出現(xiàn)的時間應(yīng)為800 ms和1 200 ms。而X分量處理采用了最簡單的地表一致性靜校正，將P波的檢波點靜校正量乘以縱橫波速度比作為PS波的檢波點靜校正量，顯然PS波疊加剖面如圖5（b）所示上只在1 200 ms左右有斷續(xù)的同相軸，800 ms處沒有明顯的同相軸出現(xiàn)。

圖4 K1線X分量靜校正前炮集數(shù)據(jù)（單炮）

使用單層位約束對PS波進行Trim法靜校正。首先對整個工區(qū)進行不同比例系數(shù)的掃描實驗，即設(shè)定比例系數(shù)范圍和變化間隔，分別把Z分量檢波點靜校正量乘以不同的比例系數(shù)，將獲得的校正量加到炮集數(shù)據(jù)上，對比單炮記錄和疊加剖面效果，從中選取最優(yōu)的比例系數(shù)，將獲得的靜校正量加到PS波共檢波點道集上；經(jīng)過實驗，確定比例系數(shù)2.2時效果最好。然后對共檢波點道集進行剖面疊加處理，追蹤煤層反射，采用Trim法對層位進行平滑處理，獲得Trim校正量，最后將其添加到共檢波點道集中。經(jīng)過單層約束的Trim靜校正后的X分量疊加剖面如圖6（a）所示。

顯然，與圖5（b）相比，煤層反射靜校正問題緩解，能量增強；但由于靜校正量非時變，淺層反射疊加效果并未改善。

進一步對該數(shù)據(jù)選取2個標志層位（800 ms，1 200 ms）來控制檢波點靜校正量的求取，基于數(shù)據(jù)平滑的Trim靜校正方法分別求取2個層位的靜校正量，再根據(jù)線性插值原理，獲取全工區(qū)時空變的靜校正量。將該靜校正量應(yīng)用于該工區(qū)，獲取的X分量CCP疊加剖面如圖6（b）所示。

根據(jù)圖5（b）、圖6（b）對比可以看出，雙層位約束Trim法在800 ms和1 200 ms均出現(xiàn)清晰連續(xù)的同相軸；相較于傳統(tǒng)的、最簡單的非時空變比例系數(shù)法，基于浮動基準面的Trim靜校正方法可以使目的層的連續(xù)性變得更好，也更清晰，構(gòu)造形態(tài)上與PP波反射更加相似。

圖5 K1線Z與X分量疊加剖面

圖6 單層位和雙層位約束Trim法K1線X分量CCP疊加剖面

2.2 三維三分量試驗

接下來檢驗這3種方法應(yīng)用于淮南三維三分量數(shù)據(jù)PS波靜校正的效果。同樣用一個固定的比例系數(shù)與PP波檢波點靜校正量的乘積來作為PS波的檢波點靜校正量，同時用單層約束和雙層約束Trim法來求取時空變的靜校正量，CCP疊加剖面對比效果如圖7所示。其中圖7（a）采用的是非時變和空變的靜校正量，圖7（b）采用的是非時變、但空變的靜校正量，而圖7（c）則使用了時空變的靜校正量。3個圖對比可以看到CCP疊加剖面上淺、中、深層的成像效果均明顯提升，說明通過共檢波點道集采用Trim靜校正方法獲取PS波檢波點靜校正量的方法是可行的。

圖7 不同靜校正方法的PS波疊加剖面對比

3 結(jié)束語

基于共檢波點道集的Trim靜校正方法，本文對武鄉(xiāng)二維K1測線和淮南三維數(shù)據(jù)PS波檢波點做了靜校正處理，不同靜校正方法獲取的CCP疊加剖面對比可以得出以下結(jié)論：

（1）PS波檢波點靜校正量是隨時間和空間變化的，傳統(tǒng)的非時空變比例系數(shù)法存在很大的局限性，很難得到好的PS波靜校正效果；

（2）Trim靜校正方法以縱波反射同相軸形態(tài)為標準，用統(tǒng)計的方法來計算PS波的檢波點時移量，獲得了較好的靜校正效果，但該方法的前提是要有標志性的層位約束。

（3）靜校正問題會直接影響數(shù)據(jù)成像質(zhì)量。3種不同靜校正方法獲得的CCP疊加剖面采用的是相同的速度模型，疊加效果差異很大，說明靜校正是實現(xiàn)PS波成像的關(guān)鍵因素之一。