真地表動(dòng)校疊加技術(shù)

摘 要

摘要：隨著地震勘探進(jìn)入四川盆地周邊大山區(qū)以及盆地內(nèi)低、降速帶極其嚴(yán)重的復(fù)雜近地表區(qū)，即便是采用最佳擬合的浮動(dòng)基準(zhǔn)面來(lái)處理，其剩余動(dòng)校正量也足以破壞淺、中層數(shù)據(jù)疊加成像
摘要：隨著地震勘探進(jìn)入四川盆地周邊大山區(qū)以及盆地內(nèi)低、降速帶極其嚴(yán)重的復(fù)雜近地表區(qū)，即便是采用最佳擬合的浮動(dòng)基準(zhǔn)面來(lái)處理，其剩余動(dòng)校正量也足以破壞淺、中層數(shù)據(jù)疊加成像。研究動(dòng)校時(shí)差理論發(fā)現(xiàn)，動(dòng)校正量客觀地存在于野外采集記錄中，它不僅與炮檢距有關(guān)，而且還與近地表、地下速度結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而與地表一致性靜校正結(jié)果則無(wú)關(guān)。因此，動(dòng)、靜校正應(yīng)該是相互獨(dú)立而有序的兩件事，不應(yīng)該把兩者混在一起，更不應(yīng)該先作靜校正、后作動(dòng)校正。這是近些年來(lái)在研究浮動(dòng)基準(zhǔn)面所沒有觸及的實(shí)質(zhì)性問題。為此，在分析大山區(qū)復(fù)雜近地表數(shù)據(jù)受剩余動(dòng)校正量的實(shí)際影響之后，提出了把動(dòng)、靜校正分開，先作動(dòng)校正、后作靜校正處理，視浮動(dòng)基準(zhǔn)面為靜校正中一個(gè)概念的一套真地表動(dòng)校疊加技術(shù)。該技術(shù)方案既適應(yīng)復(fù)雜近地表情況，又滿足了各種復(fù)雜條件的要求，處理的地震資料淺、中層成像普遍得到改善，也更符合實(shí)際地質(zhì)情況，為后續(xù)的深度偏移處理打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：真地表；動(dòng)校正；剩余動(dòng)校正量；浮動(dòng)基準(zhǔn)面；地震資料處理；四川盆地
1 復(fù)雜近地表區(qū)對(duì)浮動(dòng)基準(zhǔn)面技術(shù)的挑戰(zhàn)
    本文參考文獻(xiàn)[1]中大量的計(jì)算證明，在地形起伏比較小時(shí)，以炮、檢中點(diǎn)為基準(zhǔn)線作靜校正，則校正誤差最小。這實(shí)際上是指動(dòng)校正的參考點(diǎn)選在炮、檢中點(diǎn)位置，即相當(dāng)于動(dòng)校正曲線的零點(diǎn)和實(shí)際記錄的時(shí)間零點(diǎn)相匹配，則剩余動(dòng)校正量等于零，這就是浮動(dòng)基準(zhǔn)面的雛形。后來(lái)，在排列長(zhǎng)度比較小時(shí)，地形起伏也不大，動(dòng)校正的參考面(即浮動(dòng)基準(zhǔn)面)都是用一個(gè)排列長(zhǎng)度作為平滑參數(shù)(即1個(gè)CMP道集1個(gè)炮、檢點(diǎn)靜值平均值，該值與道集內(nèi)各道炮、檢點(diǎn)靜值的差值作為相對(duì)靜值)產(chǎn)生的(圖1)。自20世紀(jì)80年代中期創(chuàng)建浮動(dòng)基準(zhǔn)面以來(lái)，在一般小山區(qū)、丘陵地區(qū)、高差不是很大、且排列也不是很大情況下，浮動(dòng)基準(zhǔn)面條件下的相對(duì)靜值一般表現(xiàn)為高頻成分。這符合最小靜值準(zhǔn)則，對(duì)動(dòng)校正沒有多大影響。而盆地周邊大山區(qū)的特點(diǎn)是：地形相對(duì)高差大、起伏頻度大，再加上排列不斷增大，相對(duì)靜值中包含大量的中、低頻成分，這就不能滿足最小靜值準(zhǔn)則，使動(dòng)校正量有過量的剩余，浮動(dòng)基準(zhǔn)面技術(shù)就顯現(xiàn)出局限性了。對(duì)平原及沿海灘涂，低、降速帶突出，相對(duì)靜值也不會(huì)只有高頻成分，甚至包含有大的低頻成分，先做相對(duì)靜校正也會(huì)影響動(dòng)校正的正常規(guī)律。

1.1 實(shí)例分析
    選擇了川西大山區(qū)、川中小山區(qū)和類似川西平壩的印尼海邊測(cè)線，展示了它們的近地表結(jié)構(gòu)、某些點(diǎn)的浮動(dòng)基準(zhǔn)面值及高程和層析靜值差值分布，以期尋找到一些規(guī)律。
    川西大山區(qū)某線CMP2250道集中炮、檢中點(diǎn)分布，排列長(zhǎng)度最大7200m。該線展示了大排列、大的地形起伏下(相對(duì)高差大于1000m)有大的炮、檢中點(diǎn)離散度，約為260ms(雙程時(shí)間)。計(jì)算浮動(dòng)基準(zhǔn)面時(shí)，若按最小半徑平滑，其值為175ms，按最大半徑平滑為140ms。最大最小平滑結(jié)果相差雙程時(shí)間70ms。依據(jù)最佳擬合原則作平滑，最終所選的CMP基準(zhǔn)面值為160ms，基本上處于各炮、檢中點(diǎn)分布的重心位置，從而使近80%的道處于80ms誤差范圍內(nèi)。
    川中LG3D的1個(gè)CMP點(diǎn)的炮、檢中點(diǎn)分布中，其離散度達(dá)±60ms。該區(qū)地形較平坦的二維某線，最大炮檢距只有1890m，離散度達(dá)±40ms。
    地形相當(dāng)平坦的沿海某線，最大炮檢距2625m，炮、檢中點(diǎn)最大離散度達(dá)±50ms。其高差和層析靜值的差值曲線則表現(xiàn)出相當(dāng)大的長(zhǎng)、短波長(zhǎng)靜值變化，說明該區(qū)近地表結(jié)構(gòu)縱、橫向變化很大。
在某些條件下，這樣大的離散度也是不可容忍的。如圖2所示：當(dāng)?shù)匦斡衅鸱⑻幚砘鶞?zhǔn)面為水平基準(zhǔn)面時(shí)，先作靜校正，相當(dāng)于把動(dòng)校正的參考點(diǎn)放在水平基準(zhǔn)面上，動(dòng)校正曲線相對(duì)實(shí)際記錄道作了△t0的時(shí)移，使地震記錄作動(dòng)校正后產(chǎn)生了剩余動(dòng)校正量。這個(gè)剩余動(dòng)校正量是隨著深度的增加而變小，隨著炮檢距的增大而變大，從而有了所謂的“靜校不靜”問題。表1為炮、檢中點(diǎn)離散度(△t0)對(duì)不同炮檢距(x)和反射時(shí)間(t0)的剩余動(dòng)校正量表。這里取其下限，使用較高速度(v=5000m/s)做常規(guī)動(dòng)校正計(jì)算。從表1可以看出，通常情況下(大山區(qū)、5000m以上炮檢距)可影響到2s數(shù)據(jù)成像。
 

1.2 理論分析
1.2.1一般傾角時(shí)差校正方程
 
其中tn2=t02+4h2/v2
式中t0為反射時(shí)間；v為速度；Φ為傾角；h為炮檢距。
 

    可見動(dòng)校正規(guī)律不僅與炮檢距有關(guān)，而且還與速度結(jié)構(gòu)(t0、v、Φ)緊密相關(guān)。
    地質(zhì)體的速度結(jié)構(gòu)是最終要求解的，只有近地表速度結(jié)構(gòu)才是影響靜校正的因素[2]。近年來(lái)，靜校正技術(shù)的發(fā)展使其能用比較精確的方法獲得了近地表結(jié)構(gòu)。因此，原始記錄的時(shí)間就是有效反射波從地面到地下反射界面，經(jīng)復(fù)雜地質(zhì)體，又經(jīng)目前計(jì)算的近地表結(jié)構(gòu)，在地表被接收器接收的時(shí)間。所以，在作動(dòng)校正時(shí)這個(gè)時(shí)間是不能隨便改變的。也就是說，動(dòng)校正量客觀地存在于野外所采集的地震記錄中，它與近地表及地下速度結(jié)構(gòu)相關(guān)，或稱為與近地表及地下的非均質(zhì)性相關(guān)(當(dāng)然與炮檢距相關(guān)聯(lián))，而與地表一致性的靜校正結(jié)果無(wú)關(guān)。
    因此，動(dòng)校正、靜校正應(yīng)該是相互獨(dú)立而有序的兩件事。不應(yīng)該將二者混在一起，更不應(yīng)該先靜校正、后動(dòng)校正。這是多年來(lái)沒有研究人員關(guān)心的一件事。
1.2.2關(guān)于最小靜值準(zhǔn)則
    1) 最小靜值準(zhǔn)則就是動(dòng)校前的靜校正量應(yīng)該最小，不要去破壞記錄本身的動(dòng)校正規(guī)律。使得動(dòng)校正誤差最小，但不是沒有[3]。
    2) 從速度分析的角度講，速度分析必須用一個(gè)排列范圍內(nèi)的道掃描速度。排列越大則動(dòng)校正量越大，速度的分辨率越高，一個(gè)地區(qū)應(yīng)該有一個(gè)較大的排列長(zhǎng)度。但排列增大，平滑程度加大，浮動(dòng)基準(zhǔn)面就更平緩(圖1)。對(duì)大山區(qū)以及低、降速帶嚴(yán)重地區(qū)，相對(duì)靜值是相當(dāng)大的，這和最小靜值準(zhǔn)則相違背。
    3) 更為關(guān)心的是速度的起點(diǎn)，或叫速度的時(shí)間坐標(biāo)是否和記錄的時(shí)間坐標(biāo)相一致。最小靜值準(zhǔn)則就是講二者誤差問題。
    4) 對(duì)于高陡復(fù)雜構(gòu)造，陡傾角需要大炮檢距。但是，大炮檢距又增大了浮動(dòng)基準(zhǔn)面的平滑程度，使相對(duì)靜值中富含中、低頻成分。這樣，二者誤差更大。
1.2.3小結(jié)
    以上分析表明：目前常規(guī)CMP基準(zhǔn)面下，不管是大山區(qū)還是低、降速帶嚴(yán)重的沿海灘涂，由于浮動(dòng)基準(zhǔn)面使相對(duì)靜值的離散度很大，致使剩余動(dòng)校正量很大；在資料的常規(guī)處理中，都是先靜校正，后動(dòng)校正，從而破壞了原始記錄的動(dòng)校正規(guī)律，使動(dòng)校正中的理論曲線與實(shí)際記錄時(shí)間不匹配。因此，能否找到一個(gè)既適合各種復(fù)雜情況、又能滿足各種復(fù)雜條件要求的完全方案呢？
2 各種動(dòng)校疊加方法研究現(xiàn)狀
2.1 常規(guī)浮動(dòng)基準(zhǔn)面動(dòng)校疊加方法
2.1.1炮、檢點(diǎn)的相對(duì)時(shí)移量
 
式中Si和Rj為炮、檢點(diǎn)靜校正量；Ck為炮、檢中點(diǎn)k位置上道集內(nèi)平均時(shí)移(低頻的CMP基準(zhǔn)面值)。
2.1.2動(dòng)校正量表達(dá)式
 
式中△TS和△TR為炮、檢點(diǎn)正常時(shí)差；S、R為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)到CMP點(diǎn)水平距離；口為動(dòng)校正速度；T0C為CMP點(diǎn)的丁T0時(shí)間；T0為基準(zhǔn)面時(shí)間。
2.1.3效果
    當(dāng)?shù)匦纹鸱l度大、相對(duì)高差大、排列大(炮檢距大)或低、降速帶(厚度、速度)的縱橫向變化大時(shí)，Ck面(CMP基準(zhǔn)面)常常遠(yuǎn)離地面，從而造成△T0.NMO有很大誤差(剩余動(dòng)校正量)。
2.2 原有的真實(shí)地表動(dòng)校正方法[4]
2.2.1動(dòng)校正量表達(dá)式
 
式中D、Zi和Zj分別為基準(zhǔn)面、炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)高程；vr為替換速度。
2.2.2效果
    用替換速度把炮、檢點(diǎn)高程換算為時(shí)間，這個(gè)時(shí)間并不等于記錄地震波所經(jīng)歷的時(shí)間。因此，動(dòng)校正并沒有從真實(shí)地表開始，還有剩余動(dòng)校正量存在。
    盡管沒有設(shè)浮動(dòng)基準(zhǔn)面，實(shí)際上已經(jīng)很接近以每道炮、檢中點(diǎn)為參考點(diǎn)作動(dòng)校正。其剩余動(dòng)校正量較小，所以效果較好。
2.3 最小靜校正誤差浮動(dòng)基準(zhǔn)面方法[5]
2.3.1方法
    1) 本文參考文獻(xiàn)[5]證明，當(dāng)浮動(dòng)基準(zhǔn)面在地面和低速帶底板之間時(shí)(即hd=hd0-△hd，hd0和hd為地面和浮動(dòng)基準(zhǔn)面高程，△hd為浮動(dòng)基準(zhǔn)面與地面之差值)靜校正誤差最小(其靜值均方誤差在平滑地面、高速面、平均靜值面之中是最小的)。
    同時(shí)，從本文參考文獻(xiàn)[5]還可以看出：v2/v1越大，則△hd越大(v1為低速帶速度，v2高速層速度)；x越大，則△hd越大(x為炮檢距)。
2.3.2條件
    x＜1000m，v2/v1比較小，△h＜400m(△h為相對(duì)高差)。
2.3.3效果
    △hd越大，則動(dòng)校正越不遵循地震波射線傳播規(guī)律，剩余動(dòng)校正量越大。
    以上條件都是比較簡(jiǎn)單的近地表?xiàng)l件。對(duì)大山區(qū)、沿海灘涂等復(fù)雜近地表?xiàng)l件則不適合。
    即便在以上簡(jiǎn)單條件下，也是丟棄動(dòng)校正誤差影響、強(qiáng)調(diào)疊加速度應(yīng)取決于低速帶底板速度為標(biāo)準(zhǔn)，在地面和高速層之間尋找的折中方案。
3 真地表動(dòng)校疊加技術(shù)
    以上方法各有千秋。相比之下，第2種方法效果較好，但也有不足：①不該用替換速度校正炮、檢點(diǎn)高程作為動(dòng)校正的起點(diǎn)，這樣就主觀地改變了炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的相對(duì)位置；②不設(shè)浮動(dòng)基準(zhǔn)面就無(wú)法掃描疊加速度。
    顯然，以上方法都沒有考慮從根本上解決剩余動(dòng)校正量問題。真地表動(dòng)校疊加技術(shù)將以一種新的思路彌補(bǔ)了以上各方法的不足。
3.1 動(dòng)校正公式
 
式中vS和vR為炮、檢點(diǎn)的速度函數(shù)。
3.2 建立浮動(dòng)基準(zhǔn)面(與常規(guī)相同)
 
式中N為覆蓋次數(shù)。
3.3 新方案的特點(diǎn)
    1) 該方案與第2種方法的區(qū)別在于動(dòng)校正參考點(diǎn)放在了真正的地面，從而使動(dòng)校正嚴(yán)格地遵循了地震波射線的傳播規(guī)律。
    2) 在處理流程中嚴(yán)格地將動(dòng)、靜校正分開，按先動(dòng)校正、后靜校正的原則進(jìn)行速度分析、動(dòng)校和疊加。
    3) 真地表也不是以地表為浮動(dòng)基準(zhǔn)面，浮動(dòng)基準(zhǔn)面應(yīng)該是靜校正中的一個(gè)概念。
    4) 如果一定要說動(dòng)校正有浮動(dòng)基準(zhǔn)面的話，那就是以每道炮、檢中點(diǎn)為參考的一個(gè)虛擬的面。
    5) 這里不存在(也不需要)最小靜值準(zhǔn)則概念。
    6) 顯然，該技術(shù)不受最大炮檢距的限制，同時(shí)也為大炮檢距的一套處理方法掃清了障礙。
4 新方案下的效果分析
4.1 剩余靜校正量更加地表一致性化
    由于動(dòng)校正嚴(yán)格地遵循了地震波射線的傳播規(guī)律，這里不存在最小靜值準(zhǔn)則，也就不存在剩余動(dòng)校正量。因此，剩余靜校正過程中也就沒有剩余動(dòng)校正量的干擾，剩余靜校正量更加地表一致性化。與常規(guī)剖面相比，淺、中層資料成像普遍得到改善(圖3、4)。

4.2 關(guān)于最大炮檢距
    新的動(dòng)校正方案將不限制炮檢距。一個(gè)地區(qū)無(wú)論排列(最大炮檢距)多么大、近地表?xiàng)l件多么復(fù)雜，從而使相對(duì)靜值再大也影響不到動(dòng)校正。在設(shè)計(jì)排列長(zhǎng)度時(shí)，至少缺了一個(gè)可顧及的因素。同時(shí)，也為大炮檢距的一套處理方法(如視各向異性)掃清了障礙(去掉了剩余動(dòng)校正量的干擾)。
4.3 關(guān)于動(dòng)校正誤差
    動(dòng)校正的誤差將不再來(lái)自于相對(duì)靜值離散度大的干擾。現(xiàn)在的動(dòng)校誤差僅取決于速度的準(zhǔn)確度，以及由近地表模型所計(jì)算靜值的誤差。盡管資料經(jīng)自動(dòng)剩余靜校正后速度和剖面質(zhì)量都有很大提高，但是目前的疊加速度都是由人工選取的，由于認(rèn)識(shí)和成像技術(shù)的多解性，使誤差在所難免。
4.4 浮動(dòng)基準(zhǔn)面的功能
    現(xiàn)在的浮動(dòng)基準(zhǔn)面僅是靜校正中的一個(gè)概念，是速度分析的一個(gè)重要工具。因?yàn)殪o值的長(zhǎng)、短波長(zhǎng)是由排列長(zhǎng)度定義的，所以它是長(zhǎng)、短波長(zhǎng)靜值的一個(gè)分界線。
    新方案下動(dòng)校正的參考點(diǎn)是地面，但真地表并不是以地表為浮動(dòng)基準(zhǔn)面，它是以每道炮、檢中點(diǎn)為參考的一個(gè)虛擬的面。該面和靜校正中的浮動(dòng)基準(zhǔn)面有差異，一般情況下該差異表現(xiàn)為高頻成分，最終該差異將反映在所選的速度中。因此，新方案所選速度淺層普遍降低，但是現(xiàn)在的速度與介質(zhì)速度更有關(guān)聯(lián)度，與層析模型的淺層具有一致性。
4.5 關(guān)于疊加速度
    目前的疊加速度將受近地表淺層低速帶的影響。對(duì)習(xí)慣于用疊加速度作偏移，甚至用疊加速度作時(shí)一深轉(zhuǎn)換的做法可能認(rèn)為不妥，只需將速度作個(gè)基準(zhǔn)面校正或以一定長(zhǎng)度的平滑濾波，去掉高頻成分，還是可以應(yīng)用的(圖5)。但這都是在一般比較平緩構(gòu)造下的情況，在高陡復(fù)雜構(gòu)造情況下，還是要先作DM0，經(jīng)DM0后所掃速度才能為偏移和時(shí)深轉(zhuǎn)換提供比較合理的速度。從圖5-b可看出，淺層層次感更清楚、橫向更穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)
    自20世紀(jì)80年代創(chuàng)建浮動(dòng)基準(zhǔn)面以來(lái)，從來(lái)都把動(dòng)校正零點(diǎn)放在浮動(dòng)基準(zhǔn)面上。早期，受地震勘探區(qū)域限制(工作在平原或小丘陵區(qū)，排列比較小)用排列長(zhǎng)度平滑所建浮動(dòng)基準(zhǔn)面和地面很接近，從而使動(dòng)校正誤差比較小，也就沒有引起重視。嚴(yán)格地講，只要有地形起伏，有低、降速帶存在，用排列長(zhǎng)度(最大炮檢距)平滑生成浮動(dòng)基準(zhǔn)面就會(huì)有相對(duì)靜值存在。把動(dòng)校正零點(diǎn)放在浮動(dòng)基準(zhǔn)面上，就一定有剩余動(dòng)校正量存在。
    所以，真地表動(dòng)校疊加技術(shù)具有普遍意義。但老的方案也不是特例，而是早期勘探階段認(rèn)識(shí)不到位的一個(gè)臨時(shí)辦法。因?yàn)樘乩侵敢巴鉀]有地形起伏，其近地表為均質(zhì)情況，在這種情況下也就不需要浮動(dòng)基準(zhǔn)面了。
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(本文作者：王進(jìn)海 梁波 朱敏 齊俊寧 李登亮 川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司)