永新地区近地表校正方法

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1、 2008 年 12 月 第 43 卷 增 刊 2 3 山 东 省 东 营 市 牛 庄 胜 利 油 田 地 球 物 理 勘 探 开 发 公 司 ,257086本 文 于 2008 年 3 月 6 日 收 到 。 采 集 技 术 永 新 地 区 近 地 表 校 正 方 法张 海 新 3 丁 伟 刘 秀 玉 王 明 星(中 国 石 化 胜 利 石 油 管 理 局 地 球 物 理 勘 探 开 发 公 司 ,山 东 东 营 257086)张 海 新 ,丁 伟 ,刘 秀 玉 ,王 明 星 . 永 新 地 区 近 地 表 校 正 方 法 . 石 油 地 球 物 理 勘 探 ,2008 ,43(增 刊 2)

2、 :63 66摘 要 高 精 度 地 震 勘 探 中 的 资 料 成 像 质 量 依 赖 于 高 精 度 的 静 校 正 方 法 。 由 于 永 新 地 区 近 地 表 速 度 结 构 相 对 复杂 ,使 得 该 区 地 震 资 料 的 静 校 正 问 题 相 当 突 出 。 本 文 通 过 层 析 反 演 方 法 求 取 近 地 表 速 度 模 型 ,并 用 波 动 方 程 基准 面 静 校 正 方 法 解 决 该 区 静 校 正 问 题 。 试 验 结 果 证 明 本 方 法 能 较 好 解 决 地 表 相 对 复 杂 、 近 地 表 速 度 (垂 向 梯度 )变 化 较 大 情 况 下

3、的 静 校 正 量 计 算 问 题 。关 键 词 静 校 正 近 地 表 表 层 速 度 结 构 层 析 反 演 波 动 方 程 成 像 精 度1 引 言高 精 度 地 震 勘 探 必 须 以 准 确 的 表 层 静 校 正 为 基础 。 当 近 地 表 速 度 变 化 大 ,甚 至 存 在 速 度 反 转 现 象 ,或 速 度 垂 直 梯 度 变 化 较 大 时 ,利 用 折 射 波 静 校 正 方法 就 难 以 很 好 地 解 决 静 校 正 问 题 。 为 此 ,我 们 通 过多 种 方 法 试 验 ,认 为 以 层 析 反 演 方 法 求 取 近 地 表 速度 模 型 ,并 用 波 动

4、 方 程 基 准 面 静 校 正 方 法 进 行 表 层静 校 正 可 以 解 决 永 新 地 区 的 近 地 表 静 校 正 问 题 。 一般 说 来 ,常 规 静 校 正 方 法 以 近 地 表 射 线 垂 直 传 播 为假 设 ,只 进 行 垂 直 分 量 的 时 差 校 正 ,但 实 际 上 近 地 表射 线 并 非 垂 直 传 播 ,因 此 这 类 静 校 正 方 法 必 然 存 在一 定 误 差 1 ,2 。 而 波 动 方 程 能 更 准 确 地 描 述 地 震 波的 物 理 传 播 过 程 ,基 于 波 动 方 程 的 波 场 延 拓 则 可 正确 地 实 现 这 种 波 场

5、校 正 。2 近 地 表 模 型 层 析 反 演2. 1 方 法 原 理初 至 波 表 层 模 型 层 析 反 演 是 利 用 地 震 波 射 线 的走 时 和 路 径 反 演 介 质 速 度 模 型 的 一 种 高 精 度 反 演 方法 ,因 此 反 演 中 所 用 的 地 震 波 类 型 决 定 了 该 方 法 对反 演 模 型 的 适 应 性 。 在 任 意 表 层 模 型 反 演 中 ,可 利用 包 含 直 达 波 、 回 折 波 和 折 射 波 等 首 先 到 达 检 波 器的 地 震 波 ,其 中 直 达 波 较 好 体 现 了 均 匀 介 质 模 型 ,回折 波 体 现 了 连

6、续 介 质 模 型 ,折 射 波 体 现 了 层 状 介 质模 型 ,三 种 模 型 的 组 合 对 地 表 横 向 变 化 具 有 较 好 的适 应 性 ,因 此 适 应 任 意 表 层 模 型 的 反 问 题 3 。层 析 反 演 的 过 程 如 图 1 所 示 :首 先 给 定 初 始 模型 ;用 射 线 正 演 模 型 的 初 至 时 间 ,求 模 型 正 演 初 至 与实 际 初 至 的 时 差 ;根 据 射 线 轨 迹 建 立 系 数 矩 阵 及 线性 方 程 组 ;修 改 速 度 模 型 ;反 复 迭 代 ,直 到 满 足 精 度要 求 。图 1 层 析 反 演 流 程 图正 演

7、 初 至 波 可 以 采 用 最 大 速 度 梯 度 射 线 追 踪 三维 算 法 ,这 种 方 法 根 据 费 马 原 理 ,在 炮 点 和 检 波 点 之间 通 过 计 算 最 小 的 旅 行 时 间 ,找 到 两 点 之 间 的 射 线路 径 ,并 在 网 格 单 元 内 速 度 梯 度 为 线 性 函 数 条 件 下 ,用 解 析 计 算 方 法 建 立 反 演 方 程 组 ti = aij vj (1)该 式 的 主 要 计 算 过 程 是 形 成 和 求 解 微 分 系 数 矩阵 ,即 64 石 油 地 球 物 理 勘 探 2008 年 aij = 5ti5vj= 8l = 15

8、a0 ( j)5vl I 0 +5 a1 ( j)5vl I 1 +5 a2 ( j)5vl I 2 + 5 a3( j)5vl I3 +5 a4 ( j)5vl I 4 +5 a5 ( j)5vl I5 +5 a6 ( j)5vl I 6 + 5 a7( j)5vl I 7 (2)2. 2 层 析 反 演 速 度 模 型 试 算图 2 是 模 型 试 算 所 用 的 近 地 表 模 型 及 其 模 拟 记录 ,可 见 近 地 表 异 常 导 致 初 至 波 与 反 射 波 的 同 相 轴参 差 不 齐 。图 3 是 理 论 模 型 前 800m 浅 层 显 示 ;图 4 是 利用 层 析 反

9、 演 方 法 , 经 过 三 次 迭 代 后 求 取 的 近 地 表 模 第 43 卷 增 刊 2 张 海 新 等 :永 新 地 区 近 地 表 校 正 方 法 65 型 ,可 以 看 出 ,该 结 果 和 理 论 模 型 较 接 近 。3 波 动 方 程 基 准 面 静 校 正3. 1 方 法 原 理图 5 是 一 个 简 单 的 静 校 正 示 意 图 。 地 震 波 由 S点 出 发 ,经 介 质 传 播 到 达 接 收 点 R ,其 传 播 路 径 是 一条 复 杂 的 曲 线 。 将 地 震 波 场 从 观 测 面 准 确 校 正 到 基准 面 ,就 应 该 沿 地 震 波 的 实

10、际 传 播 路 径 分 别 将 激 发点 S 和 接 收 点 R 校 正 到 入 射 线 和 反 射 线 与 基 准 面的 交 点 B 和 C。 这 一 过 程 实 际 上 包 含 了 时 差 校 正 、位 置 校 正 和 振 幅 校 正 等 内 容 。 常 规 校 正 只 是 垂 直 地将 激 发 点 S 和 接 收 点 R 校 正 到 A 和 D 点 ,故 存 在明 显 误 差 。 而 波 动 方 程 波 场 延 拓 方 法 可 以 准 确 地 将激 发 点 S 和 接 收 点 R 校 正 到 B 和 C 点 。图 5 静 校 正 示 意 图静 校 正 的 目 的 是 将 观 测 到 的

11、地 震 波 场 以 数 学 方法 校 正 到 我 们 定 义 的 基 准 面 上 ,得 到 一 个 等 效 于 在基 准 面 上 观 测 到 的 地 震 波 场 4 ,5 。 波 动 方 程 不 仅 能更 准 确 地 描 述 地 震 波 的 传 播 过 程 ,而 且 基 于 波 动 方程 的 波 场 延 拓 可 正 确 地 实 现 波 场 校 正 。 我 们 采 用 波动 方 程 的 Kirchhoff 积 分 解 来 完 成 这 一 波 场 延 拓 过程 ,其 二 维 积 分 形 式 为UD ( x , z , t) = 12 5 R5 n 1R2 + 1vA R55t US ( x , z

12、 , t + tR ) d x (3)式 中 :UD 为 校 正 后 的 波 场 ;U S 为 观 测 波 场 。表 层 速 度 结 构 较 复 杂 时 ,求 准 射 线 平 均 速 度 和 校正 时 差 显 得 更 为 重 要 。 设 各 层 层 速 度 为 vi ,地 震 波 射线 经 过 该 层 的 传 播 距 离 为 Ri ,则 射 线 平 均 速 度 为vA = 1R Ni = 1( vi R i ) (4)其 中R = Ni = 1Ri (5)时 差 校 正 量 为tR = Ni = 1( Ri / vi ) (6)式 中 Ri 和 v i 可 由 前 面 的 层 析 反 演 方

13、法 得 到 。3. 2 模 型 试 算根 据 上 文 速 度 模 型 并 简 化 表 层 后 得 到 如 图 6 所示 的 两 个 速 度 模 型 。 图 7 为 模 拟 记 录 与 静 校 正 结 果图 6 理 论 速 度 模 型图 7 模 拟 记 录 及 静 校 正 效 果 对 比(a)模 型 A 激 发 记 录 ; (b)对 (a)做 折 射 波 静 校 正 后 记 录 ; (c)波 场 延 拓 后 记 录 ; (d)模 型 B 激 发 记 录 66 石 油 地 球 物 理 勘 探 2008 年 的 对 比 ,其 中 图 7a 为 由 模 型 A 激 发 得 到 单 炮 记 录 ,对 该

14、 记 录 做 折 射 波 静 校 正 后 得 到 图 7b 记 录 ,再 做 波场 延 拓 得 到 图 7c 记 录 。 图 7d 为 由 模 型 B 激 发 得 到的 单 炮 记 录 。对 比 图 7 各 记 录 可 看 出 ,经 过 波 场 延 拓 静 校 正后 (图 7c) ,记 录 同 相 轴 连 续 性 明 显 好 于 折 射 静 校 正(图 7b)记 录 ,并 且 经 过 波 场 延 拓 静 校 正 后 ,记 录 的振 幅 特 征 明 显 接 近 于 由 模 型 B 激 发 的 记 录 (图 7d) 。图 8 分 别 显 示 模 型 A 激 发 得 到 剖 面 经 过 折 射静 校

15、 正 后 结 果 (图 8a) 、 经 波 场 延 拓 后 结 果 (图 8 b)图 8 静 校 正 效 果 的 剖 面 对 比(a)模 型 A 激 发 所 得 剖 面 经 折 射 静 校 正 处 理 结 果 ; (b)模 型 A 激 发 所 得 剖 面 经 波 场 延 拓 后 结 果 ;(c)模 型 B 激 发 所 得 剖 面 的 深 度 域 显 示和 模 型 B 激 发 所 得 剖 面 的 深 度 域 显 示 (图 8c) ,通 过对 比 可 以 看 出 ,波 场 延 拓 后 的 剖 面 与 实 际 模 型 较 符合 ,并 与 模 型 B 激 发 得 到 的 剖 面 相 一 致 。3. 3

16、 实 际 数 据 试 算图 9 是 永 新 地 区 做 波 动 方 程 基 准 面 静 校 正 前 后的 实 际 记 录 。 对 比 两 者 可 见 ,经 过 层 析 反 演 速 度 场做 波 动 方 程 基 准 面 静 校 正 ,其 同 相 轴 变 得 更 加 整 齐 ,更 有 利 于 资 料 成 像 。图 9 波 动 方 程 基 准 面 静 校 正 前 (左 )后 (右 )的 实 际 记 录4 结 束 语在 永 新 地 区 进 行 高 精 度 地 震 勘 探 ,对 近 地 表 静校 正 精 度 提 出 了 很 高 的 要 求 。 为 了 做 好 永 新 地 区 地震 资 料 的 近 地 表 校 正 问 题 ,我 们 曾 尝 试 了 许 多 方 法 。最 终 认 为 ,基 于 层 析 反 演 近 地 表 模 型 的 波 场 延 拓 方法 在 该 区 取 得 了