折射静校正与层析静校正技术在鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿地震勘探中的应用分析

王若雯, 张 伟, 宁媛丽, 赵 威, 杨晓柳, 朱圣伟

(核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050000)

静校正问题一直是地震勘探数据处理需要解决的难题,静校正方法用于解决地表起伏、低速带横向变化剧烈以及炮检点高程不一致所导致的地震波传播旅行时畸变,从而消除地形变化对地震叠加剖面的影响,还原真实的地质构造形态[1]。解决好静校正问题对于提升地震勘探效果具有重要意义。

目前应用的静校正方法主要分为3类:基于野外观测数据的高程静校正,基于初至波信息的折射波静校正和层析静校正,基于反射波信息的静校正方法。其中采用初至波信息的折射波静校正和层析静校正的方法有如下优点:反射波信噪比低的地区初至波一般具有较高的信噪比,基于初至波信息的静校正技术能够较好的解决低信噪比地区的静校正问题[2];最先到达的初至波不受其他波的干扰,精度高且易拾取;初至波主要反映近地表勘探数据的变化,在一定程度上可以减少野外低速带调查的工作量,提高工作效率和经济效益[3]。

从基于初至波信息的折射静校正和层析静校正技术实现原理分析,前者需要具有稳定的折射界面,恒定的风化层速度,因此不适用于地形起伏大、近地表速度变化剧烈的区域;后者的算法复杂,利用的初至波信息更丰富,能够较好的解决地形起伏及近地表纵横向变化剧烈所引起的静校正问题,但具有计算时间长、计算结果存在多解性等缺点[4]。本文结合折射静校正与层析静校正2种方法对鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿的地震资料进行静校正处理,综合对比2种方法的优缺点以及对该类地区的适用性,以期为该地区下一步的地震勘探工作提供参考。

1.1 折射波静校正方法

折射静校正技术是在地表一致性假设的前提下,依据呈线性变化的初至波时距曲线关系进行静校正处理,在设定风化层速度、基准面及替换速度后计算得出静校正量。折射静校正处理流程为:初至波拾取,折射界面划分,折射速度分析,延迟时计算,构建表层速度模型,计算静校正量[5-6]。其中关键步骤如下:(1)初至波拾取。初至波拾取的准确度直接影响最终静校正处理结果,本文采用交互操作进行初至波拾取,提高初至波拾取的精确度;(2)折射界面划分。稳定的折射界面是折射静校正技术应用的重要前提,追踪不到稳定的折射界面会导致计算结果稳定性变差,因此准确的折射层划分对静校正处理十分重要。

1.2 层析静校正方法

层析静校正利用射线追踪方法计算得到的预测初至时间与实际拾取初至时间的差值不断修改近地表模型,差值反演迭代至收敛时的近地表模型用于进行层析静校正计算(图1)。

图1 初至波信息的层析静校正流程图

层析静校正处理流程有2个关键步骤:(1)拾取初至波时间。初至波拾取的精确度对反演结果有十分重要的影响。拾取初至波后,在多道集域显示与地形进行匹配对比,同时进行初至波拾取误差控制,提高初至波拾取的精度;(2)定义合适大小的反演网格面元。网格过小,提高反演精度,但会导致射线密度不够,增加计算时间,迭代可能无法收敛;网格过大,提高计算时间,但会降低反演时间,局部精细构造无法还原[7-8]。在满足计算效率和迭代收敛的基础上,选择尽可能小的网格,能够在最大程度上解决静校正问题。

2.1 研究区概况

研究区位于鄂尔多斯盆地北部,高程在1 300～1 450 m之间。研究区表层结构以黄土层为主,同时有沙漠、碱湖分布,地形切割严重,发育多条冲沟(图2)。研究区的近地表条件存在风化层厚、激发接收条件不一致、地形起伏较大等特点,导致单炮初至产生抖动,有效反射双曲特征畸变明显,存在静校正问题。

根据地质和钻探资料分析,研究区地层结构主要为中侏罗统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、下白垩统(K1)及第四系(Q),主要找矿目标层为中侏罗统直罗组。直罗组主要岩性为泥岩、砂岩和粉砂岩,波阻抗(5.50～6.60)×106kg/(m2·s),地层埋深200～500 m,与下伏延安组呈平行不整合关系;延安组顶部以煤层与碳质泥岩为主,煤层波阻抗(3.60～4.68)×106kg/(m2·s),与上覆地层直罗组之间存在较大的波阻抗差异,在地震剖面上能够形成强反射,为地层对比划分的标志层[9]。

图2 研究区地表概况图

2.2 应用效果对比

图3为层析反演中不同迭代次数下预测与实际初至时间拟合图,计算至第5次逐渐收敛(图3c),迭代第10次全区内初至时间拟合效果较好(图3a,3b)。图4为在研究区内选择一个检波点可以覆盖全区的单炮排列进行原始单炮记录与静校正处理效果对比分析图。可以看出,受研究区内表层厚度、速度变化的影响,原始单炮记录的初至波发生扭曲,同相轴不连续,存在静校正问题(图4a)。层析静校正处理后单炮记录的反射波双曲线特征得到还原,但静校正效果并未达到要求(图4b),层析静校正技术在此研究区应用没有发挥优势。调查发现,该区内黄土层较厚,低速带横向、纵向速度变化不大且初至明显,满足折射静校正技术的使用条件,需在该研究区内使用折射静校正方法进行处理,对比应用效果。

浅层折射波初至中含有丰富的长波长信息,折射静校正方法虽然适用于具有相对稳定的降速带速度及折射界面的地区,但只能解决长波长静校正问题,未能解决短波长的静校正问题。进行层析静校正处理时,偏移距范围内的所有初至波都会参与计算,因此层析静校正能够在小范围内查清地质异常体的细微构造,解决一部分短波长静校正问题。使用层析静校正量与折射静校正量插值计算得到混合静校正量,其中层析静校正方法针对解决短波长问题,折射静校正方法针对解决长波长问题,两者混合后的静校正量能够很好的解决部分高频静校正问题(图5)。进行混合静校正计算时应选取相同的基准面和替换速度,确保混合静校正的准确性。

图3 预测与实际初至波时间拟合图

图4 静校正前后单炮记录对比

图5 混合静校正流程图

折射静校正(图6a)和混合静校正(图6b)处理后的单炮记录初至波平滑,反射波同相轴连续。

图7为折射静校正、层析静校正及两者混合处理后的叠加剖面对比。从图中可以看出,使用层析静校正处理后的叠加剖面(图7a)同相轴无法连续追踪。采用折射静校正后(图7b),同相轴连续性得到明显改善,由于中侏罗系延安组煤层与上覆地层直罗组波阻抗差异较大,在时间约500 ms处能够追踪到延安组煤层顶板的强反射同相轴,折射静校正较好的解决长波长静校正问题。混合静校正后(图7c),相比折射静校正追踪到的煤层反射同相轴更加清晰连续,改善剖面叠加效果,提升剖面信噪比。层析静校正技术在地表简单地区应用达不到理想的处理效果;折射静校正能够较好的解决该区长波长静校正问题,但不能解决高频静校正量问题;折射的长波长静校正量与层析短波长静校正量混合后的混合静校正能够较好的解决本研究区的静校正问题。

(1)层析静校正方法虽然适用条件更广,但在满足折射静校正技术适用条件的地区,复杂的计算方法并不一定能取得最好的效果,而使用折射静校正方法计算的静校正量具有高精度、稳定性好、计算效率高的优点。当前砂岩型铀矿地震勘探研究区地形相对高差较小、低速带横向变化相对较小,采用折射静校正能够更好的解决研究区静校正问题。

(2)本文通过实际应用验证应用层析静校正和折射静校正解决研究区内静校正问题的可行性。利用层析静校正方法针对解决短波长问题,折射静校正方法针对解决长波长问题,层析与折射静校正量混合计算得出混合静校正量,提高叠加剖面的信噪比和连续性。

图6 不同静校正方法单炮记录对比

图7 不同静校正方法后的叠加剖面对比

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