折射靜校正與層析靜校正技術(shù)在鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦地震勘探中的應(yīng)用分析

王若雯, 張 偉, 寧媛麗, 趙 威, 楊曉柳, 朱圣偉

(核工業(yè)航測(cè)遙感中心,河北 石家莊 050000)

0 引言

靜校正問(wèn)題一直是地震勘探數(shù)據(jù)處理需要解決的難題,靜校正方法用于解決地表起伏、低速帶橫向變化劇烈以及炮檢點(diǎn)高程不一致所導(dǎo)致的地震波傳播旅行時(shí)畸變,從而消除地形變化對(duì)地震疊加剖面的影響,還原真實(shí)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)[1]。解決好靜校正問(wèn)題對(duì)于提升地震勘探效果具有重要意義。

目前應(yīng)用的靜校正方法主要分為3類(lèi):基于野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的高程靜校正,基于初至波信息的折射波靜校正和層析靜校正,基于反射波信息的靜校正方法。其中采用初至波信息的折射波靜校正和層析靜校正的方法有如下優(yōu)點(diǎn):反射波信噪比低的地區(qū)初至波一般具有較高的信噪比,基于初至波信息的靜校正技術(shù)能夠較好的解決低信噪比地區(qū)的靜校正問(wèn)題[2];最先到達(dá)的初至波不受其他波的干擾,精度高且易拾取;初至波主要反映近地表勘探數(shù)據(jù)的變化,在一定程度上可以減少野外低速帶調(diào)查的工作量,提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益[3]。

從基于初至波信息的折射靜校正和層析靜校正技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理分析,前者需要具有穩(wěn)定的折射界面,恒定的風(fēng)化層速度,因此不適用于地形起伏大、近地表速度變化劇烈的區(qū)域;后者的算法復(fù)雜,利用的初至波信息更豐富,能夠較好的解決地形起伏及近地表縱橫向變化劇烈所引起的靜校正問(wèn)題,但具有計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算結(jié)果存在多解性等缺點(diǎn)[4]。本文結(jié)合折射靜校正與層析靜校正2種方法對(duì)鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦的地震資料進(jìn)行靜校正處理,綜合對(duì)比2種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)該類(lèi)地區(qū)的適用性,以期為該地區(qū)下一步的地震勘探工作提供參考。

1 靜校正方法概述

1.1 折射波靜校正方法

折射靜校正技術(shù)是在地表一致性假設(shè)的前提下,依據(jù)呈線性變化的初至波時(shí)距曲線關(guān)系進(jìn)行靜校正處理,在設(shè)定風(fēng)化層速度、基準(zhǔn)面及替換速度后計(jì)算得出靜校正量。折射靜校正處理流程為:初至波拾取,折射界面劃分,折射速度分析,延遲時(shí)計(jì)算,構(gòu)建表層速度模型,計(jì)算靜校正量[5-6]。其中關(guān)鍵步驟如下:(1)初至波拾取。初至波拾取的準(zhǔn)確度直接影響最終靜校正處理結(jié)果,本文采用交互操作進(jìn)行初至波拾取,提高初至波拾取的精確度;(2)折射界面劃分。穩(wěn)定的折射界面是折射靜校正技術(shù)應(yīng)用的重要前提,追蹤不到穩(wěn)定的折射界面會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定性變差,因此準(zhǔn)確的折射層劃分對(duì)靜校正處理十分重要。

1.2 層析靜校正方法

層析靜校正利用射線追蹤方法計(jì)算得到的預(yù)測(cè)初至?xí)r間與實(shí)際拾取初至?xí)r間的差值不斷修改近地表模型,差值反演迭代至收斂時(shí)的近地表模型用于進(jìn)行層析靜校正計(jì)算(圖1)。

圖1 初至波信息的層析靜校正流程圖

層析靜校正處理流程有2個(gè)關(guān)鍵步驟:(1)拾取初至波時(shí)間。初至波拾取的精確度對(duì)反演結(jié)果有十分重要的影響。拾取初至波后,在多道集域顯示與地形進(jìn)行匹配對(duì)比,同時(shí)進(jìn)行初至波拾取誤差控制,提高初至波拾取的精度;(2)定義合適大小的反演網(wǎng)格面元。網(wǎng)格過(guò)小,提高反演精度,但會(huì)導(dǎo)致射線密度不夠,增加計(jì)算時(shí)間,迭代可能無(wú)法收斂;網(wǎng)格過(guò)大,提高計(jì)算時(shí)間,但會(huì)降低反演時(shí)間,局部精細(xì)構(gòu)造無(wú)法還原[7-8]。在滿足計(jì)算效率和迭代收斂的基礎(chǔ)上,選擇盡可能小的網(wǎng)格,能夠在最大程度上解決靜校正問(wèn)題。

2 實(shí)例分析

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部,高程在1 300～1 450 m之間。研究區(qū)表層結(jié)構(gòu)以黃土層為主,同時(shí)有沙漠、堿湖分布,地形切割嚴(yán)重,發(fā)育多條沖溝(圖2)。研究區(qū)的近地表?xiàng)l件存在風(fēng)化層厚、激發(fā)接收條件不一致、地形起伏較大等特點(diǎn),導(dǎo)致單炮初至產(chǎn)生抖動(dòng),有效反射雙曲特征畸變明顯,存在靜校正問(wèn)題。

根據(jù)地質(zhì)和鉆探資料分析,研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)主要為中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)、下白堊統(tǒng)(K1)及第四系(Q),主要找礦目標(biāo)層為中侏羅統(tǒng)直羅組。直羅組主要巖性為泥巖、砂巖和粉砂巖,波阻抗(5.50～6.60)×106kg/(m2·s),地層埋深200～500 m,與下伏延安組呈平行不整合關(guān)系;延安組頂部以煤層與碳質(zhì)泥巖為主,煤層波阻抗(3.60～4.68)×106kg/(m2·s),與上覆地層直羅組之間存在較大的波阻抗差異,在地震剖面上能夠形成強(qiáng)反射,為地層對(duì)比劃分的標(biāo)志層[9]。

圖2 研究區(qū)地表概況圖

2.2 應(yīng)用效果對(duì)比

圖3為層析反演中不同迭代次數(shù)下預(yù)測(cè)與實(shí)際初至?xí)r間擬合圖,計(jì)算至第5次逐漸收斂(圖3c),迭代第10次全區(qū)內(nèi)初至?xí)r間擬合效果較好(圖3a,3b)。圖4為在研究區(qū)內(nèi)選擇一個(gè)檢波點(diǎn)可以覆蓋全區(qū)的單炮排列進(jìn)行原始單炮記錄與靜校正處理效果對(duì)比分析圖?？梢钥闯?受研究區(qū)內(nèi)表層厚度、速度變化的影響,原始單炮記錄的初至波發(fā)生扭曲,同相軸不連續(xù),存在靜校正問(wèn)題(圖4a)。層析靜校正處理后單炮記錄的反射波雙曲線特征得到還原,但靜校正效果并未達(dá)到要求(圖4b),層析靜校正技術(shù)在此研究區(qū)應(yīng)用沒(méi)有發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),該區(qū)內(nèi)黃土層較厚,低速帶橫向、縱向速度變化不大且初至明顯,滿足折射靜校正技術(shù)的使用條件,需在該研究區(qū)內(nèi)使用折射靜校正方法進(jìn)行處理,對(duì)比應(yīng)用效果。

淺層折射波初至中含有豐富的長(zhǎng)波長(zhǎng)信息,折射靜校正方法雖然適用于具有相對(duì)穩(wěn)定的降速帶速度及折射界面的地區(qū),但只能解決長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題,未能解決短波長(zhǎng)的靜校正問(wèn)題。進(jìn)行層析靜校正處理時(shí),偏移距范圍內(nèi)的所有初至波都會(huì)參與計(jì)算,因此層析靜校正能夠在小范圍內(nèi)查清地質(zhì)異常體的細(xì)微構(gòu)造,解決一部分短波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題。使用層析靜校正量與折射靜校正量插值計(jì)算得到混合靜校正量,其中層析靜校正方法針對(duì)解決短波長(zhǎng)問(wèn)題,折射靜校正方法針對(duì)解決長(zhǎng)波長(zhǎng)問(wèn)題,兩者混合后的靜校正量能夠很好的解決部分高頻靜校正問(wèn)題(圖5)。進(jìn)行混合靜校正計(jì)算時(shí)應(yīng)選取相同的基準(zhǔn)面和替換速度,確?；旌响o校正的準(zhǔn)確性。

圖3 預(yù)測(cè)與實(shí)際初至波時(shí)間擬合圖

圖4 靜校正前后單炮記錄對(duì)比

圖5 混合靜校正流程圖

折射靜校正(圖6a)和混合靜校正(圖6b)處理后的單炮記錄初至波平滑,反射波同相軸連續(xù)。

圖7為折射靜校正、層析靜校正及兩者混合處理后的疊加剖面對(duì)比。從圖中可以看出,使用層析靜校正處理后的疊加剖面(圖7a)同相軸無(wú)法連續(xù)追蹤。采用折射靜校正后(圖7b),同相軸連續(xù)性得到明顯改善,由于中侏羅系延安組煤層與上覆地層直羅組波阻抗差異較大,在時(shí)間約500 ms處能夠追蹤到延安組煤層頂板的強(qiáng)反射同相軸,折射靜校正較好的解決長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題?；旌响o校正后(圖7c),相比折射靜校正追蹤到的煤層反射同相軸更加清晰連續(xù),改善剖面疊加效果,提升剖面信噪比。層析靜校正技術(shù)在地表簡(jiǎn)單地區(qū)應(yīng)用達(dá)不到理想的處理效果;折射靜校正能夠較好的解決該區(qū)長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題,但不能解決高頻靜校正量問(wèn)題;折射的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量與層析短波長(zhǎng)靜校正量混合后的混合靜校正能夠較好的解決本研究區(qū)的靜校正問(wèn)題。

3 總結(jié)

(1)層析靜校正方法雖然適用條件更廣,但在滿足折射靜校正技術(shù)適用條件的地區(qū),復(fù)雜的計(jì)算方法并不一定能取得最好的效果,而使用折射靜校正方法計(jì)算的靜校正量具有高精度、穩(wěn)定性好、計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前砂巖型鈾礦地震勘探研究區(qū)地形相對(duì)高差較小、低速帶橫向變化相對(duì)較小,采用折射靜校正能夠更好的解決研究區(qū)靜校正問(wèn)題。

(2)本文通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證應(yīng)用層析靜校正和折射靜校正解決研究區(qū)內(nèi)靜校正問(wèn)題的可行性。利用層析靜校正方法針對(duì)解決短波長(zhǎng)問(wèn)題,折射靜校正方法針對(duì)解決長(zhǎng)波長(zhǎng)問(wèn)題,層析與折射靜校正量混合計(jì)算得出混合靜校正量,提高疊加剖面的信噪比和連續(xù)性。

圖6 不同靜校正方法單炮記錄對(duì)比

圖7 不同靜校正方法后的疊加剖面對(duì)比