折射靜校正與層析靜校正技術在鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦地震勘探中的應用分析

王若雯, 張 偉, 寧媛麗, 趙 威, 楊曉柳, 朱圣偉

(核工業航測遙感中心,河北 石家莊 050000)

0 引言

靜校正問題一直是地震勘探數據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高程不一致所導致的地震波傳播旅行時畸變,從而消除地形變化對地震疊加剖面的影響,還原真實的地質構造形態[1]。解決好靜校正問題對于提升地震勘探效果具有重要意義。

目前應用的靜校正方法主要分為3類:基于野外觀測數據的高程靜校正,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點:反射波信噪比低的地區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能夠較好的解決低信噪比地區的靜校正問題[2];最先到達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據的變化,在一定程度上可以減少野外低速帶調查的工作量,提高工作效率和經濟效益[3]。

從基于初至波信息的折射靜校正和層析靜校正技術實現原理分析,前者需要具有穩定的折射界面,恒定的風化層速度,因此不適用于地形起伏大、近地表速度變化劇烈的區域;后者的算法復雜,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題,但具有計算時間長、計算結果存在多解性等缺點[4]。本文結合折射靜校正與層析靜校正2種方法對鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦的地震資料進行靜校正處理,綜合對比2種方法的優缺點以及對該類地區的適用性,以期為該地區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

折射靜校正技術是在地表一致性假設的前提下,依據呈線性變化的初至波時距曲線關系進行靜校正處理,在設定風化層速度、基準面及替換速度后計算得出靜校正量。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,延遲時計算,構建表層速度模型,計算靜校正量[5-6]。其中關鍵步驟如下:(1)初至波拾取。初至波拾取的準確度直接影響最終靜校正處理結果,本文采用交互操作進行初至波拾取,提高初至波拾取的精確度;(2)折射界面劃分。穩定的折射界面是折射靜校正技術應用的重要前提,追蹤不到穩定的折射界面會導致計算結果穩定性變差,因此準確的折射層劃分對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算得到的預測初至時間與實際拾取初至時間的差值不斷修改近地表模型,差值反演迭代至收斂時的近地表模型用于進行層析靜校正計算(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個關鍵步驟:(1)拾取初至波時間。初至波拾取的精確度對反演結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行匹配對比,同時進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格面元。網格過小,提高反演精度,但會導致射線密度不夠,增加計算時間,迭代可能無法收斂;網格過大,提高計算時間,但會降低反演時間,局部精細構造無法還原[7-8]。在滿足計算效率和迭代收斂的基礎上,選擇盡可能小的網格,能夠在最大程度上解決靜校正問題。

2 實例分析

2.1 研究區概況

研究區位于鄂爾多斯盆地北部,高程在1 300～1 450 m之間。研究區表層結構以黃土層為主,同時有沙漠、堿湖分布,地形切割嚴重,發育多條沖溝(圖2)。研究區的近地表條件存在風化層厚、激發接收條件不一致、地形起伏較大等特點,導致單炮初至產生抖動,有效反射雙曲特征畸變明顯,存在靜校正問題。

根據地質和鉆探資料分析,研究區地層結構主要為中侏羅統延安組(J2y)、直羅組(J2z)、下白堊統(K1)及第四系(Q),主要找礦目標層為中侏羅統直羅組。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系;延安組頂部以煤層與碳質泥巖為主,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反射,為地層對比劃分的標志層[9]。

圖2 研究區地表概況圖

2.2 應用效果對比

圖3為層析反演中不同迭代次數下預測與實際初至時間擬合圖,計算至第5次逐漸收斂(圖3c),迭代第10次全區內初至時間擬合效果較好(圖3a,3b)。圖4為在研究區內選擇一個檢波點可以覆蓋全區的單炮排列進行原始單炮記錄與靜校正處理效果對比分析圖?？梢钥闯?受研究區內表層厚度、速度變化的影響,原始單炮記錄的初至波發生扭曲,同相軸不連續,存在靜校正問題(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到要求(圖4b),層析靜校正技術在此研究區應用沒有發揮優勢。調查發現,該區內黃土層較厚,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的使用條件,需在該研究區內使用折射靜校正方法進行處理,對比應用效果。

淺層折射波初至中含有豐富的長波長信息,折射靜校正方法雖然適用于具有相對穩定的降速帶速度及折射界面的地區,但只能解決長波長靜校正問題,未能解決短波長的靜校正問題。進行層析靜校正處理時,偏移距范圍內的所有初至波都會參與計算,因此層析靜校正能夠在小范圍內查清地質異常體的細微構造,解決一部分短波長靜校正問題。使用層析靜校正量與折射靜校正量插值計算得到混合靜校正量,其中層析靜校正方法針對解決短波長問題,折射靜校正方法針對解決長波長問題,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題(圖5)。進行混合靜校正計算時應選取相同的基準面和替換速度,確?；旌响o校正的準確性。

圖3 預測與實際初至波時間擬合圖

圖4 靜校正前后單炮記錄對比

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。

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)同相軸無法連續追蹤。采用折射靜校正后(圖7b),同相軸連續性得到明顯改善,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,在時間約500 ms處能夠追蹤到延安組煤層頂板的強反射同相軸,折射靜校正較好的解決長波長靜校正問題?；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,改善剖面疊加效果,提升剖面信噪比。層析靜校正技術在地表簡單地區應用達不到理想的處理效果;折射靜校正能夠較好的解決該區長波長靜校正問題,但不能解決高頻靜校正量問題;折射的長波長靜校正量與層析短波長靜校正量混合后的混合靜校正能夠較好的解決本研究區的靜校正問題。

3 總結

(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適用條件的地區,復雜的計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算的靜校正量具有高精度、穩定性好、計算效率高的優點。當前砂巖型鈾礦地震勘探研究區地形相對高差較小、低速帶橫向變化相對較小,采用折射靜校正能夠更好的解決研究區靜校正問題。

(2)本文通過實際應用驗證應用層析靜校正和折射靜校正解決研究區內靜校正問題的可行性。利用層析靜校正方法針對解決短波長問題,折射靜校正方法針對解決長波長問題,層析與折射靜校正量混合計算得出混合靜校正量,提高疊加剖面的信噪比和連續性。

圖6 不同靜校正方法單炮記錄對比

圖7 不同靜校正方法后的疊加剖面對比