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1、 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 石 油 地 球 物 理 勘 探 长波长静校正问题的一种解决方法 戴 云 张建中 成都理工学院 摘要 戴云 张建中 长波长静校正问题的一种解决方法 石油地球物理勘探 2000 35 3 315 325 长波长静校正是地震勘探数据处理中的难题 至今尚未圆满解决 本文根据近年来在中国西 北地区的工作经验 分析出长波长静校正的产生缘于地表低速带厚度或速度的 横向长波长 变 化 提出一种利用折射初至反演低速带的结构来进行长波长静校正的有效方法
2、 模型和实际资料 的计算结果证明了该方法的可行性和有效性 主题词 地震数据处理 长波长静校正 低速带 折射初至 反演 ABSTRACT Da i Yun and Zhang Jianzhong A method for long wavelength static correction OGP 2000 35 3 315 325 Long2wavelengthstatic correctionis atough probleminseism ic data processing and it has not been solved yet desirably Exploration exper
3、ience in Northwest China indicates that long2wavelength static correction appears to cope w ith the lateral long2wavelength variation of thickness or seism ic velocity of surface low velocity layer A uthors put forward an effective method which achieves long2wavelength static correction by deriving
4、the low2velocity layer structure from refraction first breaks M odeling and real data processing result prove the method feasible and effective Subject term s seism ic data processing long2wavelength static correction low velocity layer refraction first break inversion 引 言 巨厚的沙漠及表层的复杂性使得长波长静校正成为中国西北
5、地区地震勘探数据处理中长 期未能得到圆满解决的难题 长波长静校正的不准确将使地震剖面中出现假异常 假构造 即 地震构造与地质构造不一致 影响了地震勘探的部署与进度 从石油地球物理勘探局研究院库尔勒分院所作的塔中地区某测线的压缩剖面可见 地震 2000年6月第35卷 第3期 D ai Yun Department of Applied Geophysics Chengdu College of Science and Technology Chengdu City Sichuan Province 610059 China 本文于1999年5月12日收到 修改稿于同年9月15日收到 1994 2
6、010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 同相轴存在许多上下一致的弯曲 图1 一般被解释为是由地表低速带厚度或速度横向长波 长变化所引起 我们认为引起长波长静校正的原因可能有两种 即低速带横向厚度和速度的变 化 如塔中沙漠地区 沙层的速度横向变化小 但厚度横向变化大 这时沙层厚度的变化可能是 引起长波长静校正的主要原因 而青海达西地区某线 图 4a 为其折射初至时距曲线 据钻井 资料显示低速带厚度变化不大 但低速带的速度横向变化很大 速度是引起长波长静校正的主 要原因 因此 要进行长波长
7、静校正 就必须搞清低速带厚度和速度的长波长横向变化 即精细 反演出低速带的结构 准确计算它引起的延迟时间 再进行校正 图1 塔中地区某线的压缩剖面 长波长静校正成因分析 低速带厚度的横向变化 我们利用塔里木盆地沙漠地区的实际资料来进行讨论 塔中地区低速带结构 对塔里木盆地沙漠地区数条剖面的计算和研究发现 其低速带为两层结构 第一层是从地 表面到潜水面 主要为干沙 该层地震波传播速度很低 约300 500m s 第二层是从潜水面到 第三系顶界 主要为湿沙 速度约为1700 1900m s 第一层较薄 通常只有数米至30m 第二 层较厚 约有数百米 下伏第三系岩层的速度约为2500 2700m s
8、 这样潜水面和第三系顶界 面就成为两个折射面 从图2所示的塔中某剖面的部分折射初至时距曲线可见 其表层为两层结构 且近偏移距 部分初至曲线较陡 而远偏移距部分初至曲线较缓 远 近偏移距部分的曲线斜率不同 在 1800m s附近有明显的转折点 实际上 近偏移距部分的初至是潜水面的折射波 而远偏移距部 分的初至是第三系顶界面的折射波 对远偏移距折射初至时间进行反演计算可以得到低速层底界面 即高速第三系顶界面 的 起伏形态 图3是塔里木盆地沙漠地区低速带结构的典型示意图 其中最上面的曲线为地形 613石 油 地 球 物 理 勘 探2000年 1994 2010 China Academic Jour
9、nal Electronic Publishing House All rights reserved 线 中间线为潜水面 下部曲线为第三系顶界面 当然各处沙层或低速层的绝对厚度有所不同 但更关键的是界面的相对起伏变化 对于利用初至时间计算出来的湿沙层 即潜水面到第三系顶界面 的地震波传播速度 其 值有些上下波动 但平均值很稳定 约1800m s 同样 计算出来的第三系顶界面的滑行速度均 值在2600m s左右 图2 塔中某剖面的部分折射初至时距曲线 图3 塔里木盆地沙漠区低速带结构示意图 塔中地区长波长静校正成因分析 静校正是由于地震波通过低速带产生不一致 不均匀 的延时所引起 很明显 若不
10、考虑速 度横向变化的影响 即速度不变 且地形面 潜水面 第三系顶界面都没有横向变化 这时便不 需静校正 而实际上 地形面 潜水面 起伏较小 第三系顶界面都是起伏不平的 速度横向也 是变化的 这样各测点处波的延时不等 于是便需要作静校正 但要求准静校正量也很不容易 这三个界面不同波长的起伏变化 加上速度的横向变化 造成了不同波长的静校正变化 沙漠地表有时出现数十米至百余米高 且宽度不等的沙山 潜水面虽然略有起伏 据有关 713第35卷 第3期 戴云等 长波长静校正问题的一种解决方法 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing Ho
11、use All rights reserved 资料 塔里木盆地的潜水面相当平缓 但总的来说 比地表的起伏要平缓得多 这样从地表到 潜水面形成了厚度剧烈变化的干沙层 当然速度也可能有横向变化 它造成了地震波短波长变 化的延迟 这便是引起短波长静校正的原因 实际上 地形的变化除了引起剧烈的短波长延迟外 宽大的沙山会引起数千米范围的静校 正变化 对塔中和满东地区剖面的计算均发现存在数千米宽的长波长静校正异常 研究证实这 是由沙山引起的 由于宽大沙山引起静校正变化 如果表层速度求不准 则野外静校正也不准 显著的延迟无法消除或未完全消除 从而造成地震波同相轴的假异常 另外 由于剧烈的短波长延迟未消除
12、即短波长静校正精度不够高 使得在叠前资料中同 相轴能量不能聚焦 导致速度谱能量发散 速度拾取精度不够 也可造成假异常 低速带速度的横向变化 以青海达西地区某测线为例 图 4a 是该测线的折射初至时距曲线 可见初至上有个长波 长的下凹 但据钻井和测量资料得知该区低速带厚度横向变化不大 因而这一凹形可能是由速 度横向变化引起的 为此 利用折射初至作速度反演 也可利用等效理论 反演时将速度的横向变化等效为厚 度的变化 反演出的低速带底界面如图 4b 所示 图 4c 为根据反演结果计算出的炮点和检波点 的静校正量曲线 原地震剖面形似一低缓向斜 而经长波长静校正后的地震剖面 却变为一个 低缓的背斜构造
13、长波长静校正的原理和方法 折射初至正演 根据费马原理 地震波在介质中沿射线传播的时间比沿其它任何路径传播的时间要少 或 者说地震波沿耗时最少的路径传播 由此可知 地震波在已知速度介质中传播时 其射线形状 和分布情况是确定的 对于均匀介质 波的传播路径是直线 对于非均匀介质 波的传播路径是 曲线 对于水平界面或倾斜界面的层状介质 可根据由折射定律导出的折射旅行时正演计算公 式进行计算 对于起伏不平的折射界面 地震折射初至的正演计算没有现成的计算公式 因此 本文采用费马原理进行计算 在图5中 首先对地表地质和地球物理模型从测点出发作铅垂 线 这些铅垂线与折射界面形成许多交点 将给定炮点S和计算检波
14、点R分别与SR之间交点 相连接 本文以均匀介质为例 均匀介质 其连线是直线 连续介质 其连线是圆弧 分别计算 各条射线的旅行时 进行比较 并取最小旅行时对应的射线作为地震波折射射线的一级近似 与折射界面的交点为C D 此后将与C D相邻的单元用加密进行细分 同样将炮点和检波点 与加密后的交点相连接 再分别计算各折射路径的旅行时 取最小旅行时的射线作为折射波射 线的二级近似 如此反复细分计算 直到满足精度为止 可以取得较高精度的折射波近似 图6为仅有一个折射层的水平模型 且地表水平 图 7a 为理论公式正演计算结果 图 7b 为本方法的正演计算结果 两者时间一致 从而证明了本正演算法的正确性 折
15、射旅行时反演 一般实际地层参数可表示为 813石 油 地 球 物 理 勘 探2000年 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图4 达西地区某测线部分折射初至时距曲线 a 反演低速带底界 b 及炮点 检波点静校正量曲线 c 913第35卷 第3期 戴云等 长波长静校正问题的一种解决方法 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图5 用费马原理进行折射初
16、至正演示意图 图6 两层水平层状模型 图7 对模型 用理论公式计算的折射初至 a 和用本方法计算的折射初至 b m V Z 其中 V表示速度矢量 Z表示界面节点矢量 m表示设计模型参量矢量 旅行时反演的实质是试图找出某一模型m 3 使得由此模型计算出的地震波旅行时Tth与 实测到的旅行时Tobs最佳拟合 对此 我们通常用最优化方法求解 假设目标函数为 F m M i 1 Tth i Tobs i 2 M i 1 f 2 i m 1 023石 油 地 球 物 理 勘 探2000年 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 式中 m为N维向量 N表示未知量个数 T i 表示T的第i个元素 M为数据点数 即射线 条数 一般取M N 现在需要求出满足不等式组 fi m i i 1 2 M 2 的模型m 3 这里 i 0为控制指标 由于Tth一般是非线性的 所以不等式组 2 是非线性的 我们常将上述求解非线性不等式的问题转化为求m 且使 F m 极小 3 的问题 即是非线性最小
