静校正技术培训材料稿

第一章第一章 基本理论与方法基本理论与方法 1 静校正基础知识 1 1 静校正概念及特点 对于表层而言 常规叠加必须满足两个基本条件 即地表水平和均匀水平层状介质 只有这样在地表接收到的反射波时距曲线才是双曲线 才能在应用常规动校正后 保证同 相叠加 但当存在地表起伏或近地表地层厚度和速度横向变化时 就会引起反射波双曲线 畸变 进而影响叠加效果 降低资料品质 为了减少近地表介质的影响 需要对数据进行 相应的校正 这种校正我们称之为静校正 为了实现这个校正 通常需要定义一个参考面 我们称之为基准面 因此 静校正的作用是消除地表高程 风化层厚度以及风化层速度变 化对地震资料的影响 把资料校到一个指定的基准面上 其目的就是要获得在一个平面上 进行采集 且没有风化层或低速介质存在时的反射波到达时间 我们之所以将消除表层因素的校正称为静校正 主要是假设地震波在近地表介质中是 垂直传播的 应用时是对整个地震道进行简 单时移 并且对于不同炮检距的炮点或检波 点其校正量是唯一的 也就是说 静校正量 不随着反射层埋深和炮检距的变化而变化 但我们知道 地震波在近地表介质中传播的 射线路径是随着地层埋深和炮检距变化而变 化的 因此 上面假设严格讲是不正确的 通过图 1 1 的模型可进一步说明这个问题 静校正将炮点 S 和检波点 R 分别校正到 S 和 R 而使反射波的射线路径发生了变化 改变了反射波时距曲线形态 当射线在风化 层中的射线路径越接近垂直 风化层与高速层 速度差异越大时 并且基准面越接近风化层 的底界面时 这种路径的差异就越小 对反 射波时距曲线地影响也越小 1 2 风化层和高速层 上面谈到静校正有消除风化层厚度和速度变化的作用 在地质学中经常谈到风化层的 概念 但对于地质学家和地球物理学家来讲 风化层的概念是不同的 应区分为地震风化 层或地质风化层 地质风化层表现为岩石的原地剥蚀与分解 地震风化层通常是指由空气 而不是水充填岩石或非固化土层孔隙的区域 术语 LVL 低速层 通常用于地震风化层 风化层的速度有时是渐变的 有时是明显分层的 典型的风化层速度在 400 800m s 有时甚至低于空气中的速度 340m s 通常风化层的底界面是潜水面 潜水 面上下岩性相同 也就是常说的高速层顶界面 因此 高速层顶界面以下的速度为 1500m s 或更高 有些地区高速层顶界面是一个地质界面 而不是潜水面 这时高速层速 度主要受岩性影响 风化层的区域分布可粗略的分为以下几类 a 近似均匀区 b 低速层和其它异常层在山脊上厚而在山谷薄 例如那些与潜水面联系在一起的低 速层 c 低速层在山谷厚而在山脊上薄 意味着有比较厚的冲积充填 d 低速层随机分布 较深部地层而言 风化层具有更为明显的时变性 引起时变性的原因更为复杂多变 图 1 1 静校正的概念和特点 注 实线为实际反射波传播路径 虚线为 静校正后的反射波传播路径 概括起来讲 风化层受温度 降水 潮汐 冰运动 风 近代侵蚀和沉积作用 火山活动 和地震 人文活动等因素影响 不同时段其风化层结构和地球物理参数是有变化的 有时 甚至差异很大 通常认为 风化层是引起静校正的主要原因 但通过近年的实践与探索证明 仅解决 风化层带来的静校正问题是不够的 高速层顶界面的剧烈起伏及其速度的横向变化同样会 带来较大的静校正问题 1 3 基准面静校正 基准面静校正用以消除风化层的时间影响并把时间调整到基准面高程上 也就是说它 包括风化层校正 含地形校正 和基准面校正两部分 在进行相加之前 最好先对符号进 行约定 常用的是从 t0 时间减去的校正量为负号 从 t0 时间加上的校正量为正号 这样 最终基准面校正量计算公式为 1 11000 1 s gd n i i i v hh v h T 式中 T 炮点或检波点静校正量 ms hi 第 i 层厚度 m vi 第 i 层速度 m s n 表层模型厚度层数 井深或检波器埋深地校正量 s hd 基准面高程 m hg 高速层顶界面高程 m vs 基准面校正速度 替换速度 m s 1 4 基准面的选取 与静校正计算和静校正应用有关的参考面有三种 统一基准面 CMP 参考面和中间参 考面 不同参考面的选取原则和方法 目的和作用各不相同 1 4 1 统一基准面 统一基准面是人为定义的参考面 它是地震剖面的起始零线 剖面上各反射层的时间 都要以这个基准面为参考 把数据调整到这个面上后 相当于激发点和检波点都位于这个 基准面上 统一基准面分为水平基准面和浮动基准面两种 在地形区域起伏不太剧烈的地 区 可以采用浮动基准面 其浮动基准面选取原则为 a 在地表到高速层顶界面之间 b 浮动基准面的起伏波长大于最大炮检距的 3 倍 c 在最大炮检距范围内排列两端点的连线与浮动基准面之间的高差所引起的时差小于 反射波周期的四分之一 此时的浮动基准面既是地震剖面的起始零线 又是速度分析和叠加的参考面 在地形区域起伏很大的地区 如 复杂山地区 很难满足浮动基准面的 选取原则 如图 1 2 如果对地表平 滑太大 地表与浮动基准面之间高差 过大 无法保证静校正量最小 从而 影响叠加效果 若平滑太小 则无法 满足浮动基准面的选取原则 因此 在地形起伏剧烈的山地区不能采用浮 动基准面 而应采用水平基准面 其 图 1 2 浮动基准面的选取 选取方法为 遵循 少剥多填 的原则 一般选工区内的最高海拔高程 采用水平基准面后 由于水 平基准面与地表之间的高差更大 它同样带来静校正量较大的问题 如图 1 3 所示 常规计算的基准 面校正量为垂直地表到基准面之 间的厚度 z 的校正量 1 2 V Z t 1 而实际基准面静校正量应该 为地表到反射面 实线 与基准 面到反射面 虚线 之间的时差 1 3 44 1 2 2 2 2 2 X ZH X H V t 由此造成的基准面校正量误差为 1 4 21 ttt 图 1 4 反映了不同基准面深度静校正量误差随炮检距的变化曲线 可见 基准面与地 表之间高差越大 静校正误差越大 当基准面埋深一定时 静校正误差随着炮检距的增大 而增大 当采用水平基准面时 这个误差都无法通过调整基准面深度和炮检距而缩小 这 时就需要引入 CMP 参考面的概念 来实现静校正量最小 实质上 在引入 CMP 参考面概念后 不论地形起伏大小都可以采用水平基准面 但对 于地形区域起伏不是很剧烈 并且以往一致采用浮动基准面的地区 也可以不采用水平基 准面 如塔里木盆地沙漠区等 1 4 2 CMP 参考面 CMP 参考面来自最终静校正量 它是个时间面 对于某一个 CMP 道集来说 图 1 5 其 CMP 校正量等于 CMP 道集内所有参与叠加的有效地震道静校正量的平均值 用公式表示 为 地表 基准面 O Z H H H 反射面 图 1 3 基准面静校正量误差分析 x 0 5 10 15 20 25 30 35 010002000300040005000600070008000900010000 Z 100m Z 80m Z 60m Z 40m Z 20m 图 1 4 基准面静校正量误差曲线 1 5 N i iRiS cmpTT N T 1 1 式中 N 单个 CMP 点记录总道数 覆盖次数 TS 炮点静校正量 TR 接收点静校正量 因此 CMP 参考面实质上分离出高低频静校正量 CMP 校正量是一个低频分量 它是从 CMP 参考面到统一基准面之间的双程旅行时 高频分量是原始静校正量与 CMP 校正量的差 静校正量应用时分两步进行 首先应用 高频分量 对于一个 CMP 点来说 CMP 参考面是个平面 图 1 6 将与该 CMP 点有关的所 有炮点和检波点校正到这个平面上 在 CMP 参考面上进行速度分析和叠加 确保静校正量 最小 在应用高频分量后 对因近地表变化引起的旅行时畸变进行了校正 恢复了反射波 时距曲线的标准双曲线形态 图 1 7 提高了叠加的质量 第二步是叠加后再应用 CMP 校 正量 低频分量 校正到水平基准面上去 CMP1 校正后的双曲线 歪曲后的双曲线 地形线 CMP参考面 T T T X 图 1 7 静校正应用效果示意图 1 4 3 中间参考面 中间参考面是为了减小高速层顶界面起伏和高速层速度横向变化的影响 提高静校正 精度而定义的一个面 它不是一个地质界面 关于中间参考面的详细内容见第四章 CMP 炮点检波点 图 1 5 CMP 参考面的概念 图 1 6 静校正量的应用 1 5 基准面校正速度 基准面是深度域的 而要计算时 间域的基准面静校正量必然用到速度 这个速度叫做基准面校正速度或替换 速度 深度域基准面有统一基准面和 中间参考面两种 因此对应的校正速 度也有两个 即统一基准面校正速度 和中间参考面校正速度 统一基准面 校正速度是计算高速层顶界面或中间 参考面到统一基准面之间的校正量所 用的速度 见图 1 8 中带箭头的实线 统一基准面校正速度一般是高速层速 度的平均值 它是横向不变的常速 中间参考面校正速度是计算高速层顶界面到中间参考面之间校正量所用的速度 见图 1 8 中带箭头的虚线 中间参考面校正速度是实际的高速层速度 因此它是空变的 2 折射波基本理论 2 1 折射波的形成 震源爆炸后 地震波以不同入射 角传播到某一界面 见图 1 9 当下 覆地层速度 V2 V1 时 入射角 1小 于出射角 2 随着入射角 1的增 大 出射角 2也在增大 当入射角 达到某一角度 c时 出射角 2等 于 90 产生了沿界面以 V2速度传 播的滑行波 使出射角等于 90 时的 入射角叫做临界角 滑行波的传播引 起了新的效应 因为两种介质是密接 的 为了满足边界条件 在上覆介质中 要激发出新的波动 即地震折射波 折射波产生的条件是下覆地层的速 度必须大于上覆地层的速度 2 2 水平层状介质的折射波时距曲线 时距曲线是反映时间和距离关系的 曲线 即波从震源出发 沿测线方向传 播距离与传播该距离所需的时间的关系 曲线 对于初至波而言 一般分为直达 波和折射波 所以讨论初至波时距曲线 也通常分为两种 直达波是波从震源出 发没有经过任何界面而直接到检波点的 波 其时距曲线 见图 1 10 方程为 1 6 1 V x tx 中间参考面 统一基准面 图 1 8 基准面校正示意图 高速层顶界面 中间参考面 V1 V2 V3 h1 h2 x t ti2 ti1 02 12 12 V3 V2 V1 R1 R2 直达波 折射波1 折射波2 图 1 10 折射波时距曲线 xcr1 xcr2xc1xc2 V1 V2 V2 V1 O O O c 透射波 滑行波 1 2 图 1 9 折射波的形成 折射波 可见 直达波时距曲线与界面埋深无关 因此它的时距曲线截距时间 炮检距为零时 的直达波到达时间 为零 水平层状介质的 m 层折射波时距曲线方程为 1 7 1 1 cos 2 m k k kmk m x V h V x t 第 m 1 层的折射波截距时间为 1 8 1 1 1 cos 2 m k k kmk mi V h t 可见 折射波时距曲线与折射界面埋深 有关 其截距时间受界面埋深和上覆地层速 度的影响 从图 1 10 中还可以看出 在炮点附近一 段距离内没有形成折射波 这段距离叫临界 距离 xcr1 和 xcr2 也称为盲区 它是产生 折射波的最小炮检距 图中还标明了形成初 至波的炮检距 被称为超越距离 xc1 和 xc2 它是某一层折射波与上一层折射波 直 达波 旅行时间相等时的炮检距 也叫超前距 离 其各自的计算公式为 第一层折射波的盲区 1 9 ccr hx tan2 11 第二层折射波的盲区 1 10 1220212 tan2tan2 hhxcr 第一层折射波的超越距离 1 11 12 12 11 2 VV VV hxc 第二层折射波的超越距离 1 12 231 2 2 2 312 2 1 2 23 2 1 2 321 2 22 vvv vvvhvvvvvvh xc 2 3 倾斜界面折射波时距曲线 当地表和折射界面水平时 不同方向接收的折射波速度是相同的 它等于介质的真实 速度 当界面倾斜时 不同方向接收到的折射波速度是不同的 它不等于介质的真实速度 它是沿测线方向观测到的地震波 初至波 传播速度 被称为视速度 该视速度由时距曲线 的斜率求得 见图 1 11 下倾方向的时距曲线方程 1 13 12 cos2 V h V x t cd xd d 下倾方向的时距曲线截距时间 1 14 1 cos2 V h ti cd d tid tiu 图 1 11 倾斜界面折射波时距曲线 下倾方向折射波视速度 1 15 c d V V sin 1 2 上倾方向的时距曲线方程 1 16 12 cos2 V h V x t cu xu u 上倾方向的时距曲线截距时间 1 17 1 cos2 V h ti cu u 上倾方向折射波视速度 1 18 c u V V sin 1 2 上倾方向的折射波时距曲线较平缓 视速度高 下倾方向折射波的时距曲线较 陡 视速度低 从式 1 18 可知 当临界 角 c小于界面倾角 时 V2u是负值 这意味着远炮检距比近炮检距初至波的到达时间 要早 其物理意义见图 1 12 相当于 S2DB 路径比 S2DCA 路径的传播时间长 这是由于 AC 的距离小于 DB 的距离 而 CDA 的传播时间小于 DB 的传播时间的原故 由时距曲线的斜率可以求得视速度 其折射层速度则由两支的折射波视速度求取 其 计算公式为 1 19 du vv vR 22 11 cos2 由于折射界面倾角不知 当倾角较小时 将公式简化为 1 20 du vv vR 22 11 2 2 4 折射波的特点 2 4 1 下覆介质的速度大于上覆介质速度时才能形成折射波 所以说折射波的形成条件比 反射波苛刻 因此折射层的数目要比反射层少 2 4 2 折射界面是速度界面 而反射界面是波阻抗界面 2 4 3 折射波只有在盲区以外才能接收到 2 4 4 折射波时距曲线是一条直线 在水平时其斜率的倒数是界面速度 界面速度大时 时距曲线平缓 反之 时距曲线较陡 3 折射波解释方法 折射波方法主要有两个方面的用途 一方面是用于研究深层构造 由于用折射波研究 深层构造需要很大的排列长度 所以现在用的很少 另一方面用于确定近地表层的特征 这是目前常用的 折射波资料的解释方法很多 在此我们只介绍与研究近地表层有关的几 tid tiu 图 1 12 临界角 地层倾角与视速度的关系 AB C D 种常用方法 3 1 截距时间法 Gardner 将与折射路径一端有关的部分截距时间定义为延迟时 这样 截距时间就是 炮点延迟时和检波点延迟时之和 在折射层倾角很小 10 的情况下 折射层速度可近似 为 1 21 du vv v 22 2 11 2 见图 1 13 炮点延迟时为 1 22 21 V AB V SB t S d 由此可得出 1 23 121 costan cosV z V z V z t cscs c s ds 整理后得到折射界面埋深的计算公式 1 24 21 2 1 2 2 21 VV VV tz s ds 截距时间法是直接利用截距时间来计 算折射层深度的方法 一般用于近地表地 质情况较为简单 且排列内地形和速度变 化较小的地区 该方法常用于小折射资料 解释 一般适合于相遇观测的数据 图 1 14 为截距时间方法解释的实例 其解释结果见表 1 1 当野外采集为单边放炮时 则只能按单支解释 即 A C 炮点分别解释 其解释结果见对应列数据 这时如果界面倾 角较大 解释结果误差较大 当野外采用双边放炮时 先按 单边解释 将两支解释的速度 按式 1 20 计算出折射层速度 两支的截距时间进行算术平均 最终计算出厚度 当表层速度 厚度 界面倾角 或地表剧烈变化 时 截距时间方法不适用 图 图 1 13 截距时间法 图 1 14 截距时间法解释实例 表 1 1 截距时间法解释实例 炮点 A炮点 C解释结果 近地表速度 V1 m s 470480474 9 折射波速度 V2 m s 169016401664 6 截距时间 ti ms 1089 界面深度 z m 2 32 02 15 图 1 15 表层速度 厚度和地表起伏对时距曲线的影响 1 15 3 2 ABC 方法 ABC 法是利用相遇观测的数据来计算风化层的延迟时 是在共地面点上对数据进行分 析 见图 1 16 根据延迟时的定义 B 点的延迟时为 1 25 21 2 1 V EF V FBEB t B d 式 1 25 可转换为下面形式 1 26 2 ACCBAB d ttt t B 根据式 1 26 可求得 B 点的延迟时 它只包含时间项 不受速度的影响 与截距时间法 相比 提高了延迟时的计算精度 求出延迟时 进而可根据式 1 24 求得折射界面埋深 该 方法常被用作小折射资料解释中 计算高速折射层各道延迟时 用于时差校正来消除地形 起伏的影响 提高资料解释精度 当然 也可以用于地震记录中延迟时的计算 3 3 广义互换法 GRM GRM 方法是在 ABC 方法基础上发展而来 它也是用于计算延迟时的一种方法 主要 适用于要计算的点处没 有接收点的情况 同样 要求直测线相遇观测的 数据及其互换时间 其 延迟时计算方法见图 1 17 X Y 点为接收点 现在要计算 B 点的延迟 时 1 27 2 2 1 V XY tttt ACCYAXdB 由式 1 27 可知 计算 B 点的延迟时需要对 XY 距离作滑行波传播时间的校正 因此 在计算延迟时之前 需首先求出滑行波的速度 如果 XY 等于零 则与 ABC 方法相同 3 4 扩展广义互换法 EGRM EGRM 方法是对 GRM 方法的扩展 它适用于弯线 或三维施工情况 即 A B X Y 四个点不在一 条直线上 见图 1 18 而要计算延迟时的点处也没有接收点 其 G 点延迟时的计算公式 为 1 28 2 2 1 V ABBXAY tttt ABBXAYdG 该方法常用于弯线或三维地震记录的延迟时计算 许多软件中都采用了这种算法 如 KLseis 软件 绿山软件等 图 1 16 ABC 方法原理示意图 B D E F G V2 V1 XYA C 图 1 17 GRM 方法资料解释示意图 A A A G G G B B B Y Y Y X X X 测线 图 1 18 EGRM 方法原理示意图 3 5 合成延迟时方法 所谓合成延迟时方法就是根据不同炮点在相同接收点处接收到的来自同一层折射波初 至时差相等的关系 合成出一条各炮点公用的初至折射波时距曲线和相对于该时距曲线的 各炮点的启爆时间曲线 通过对两条曲线的分离求得炮点和检波点延迟时 如图 1 19 所示 S1 炮点激发得到接收点 R4 R3 的初至时间分别为 t14 和 t13 两道 的初至时差为 DT 这个时差等于第二炮 S2 激发接收点 R4 R3 处初至时间 t24 和 t23 的时 差 如果将 S2 炮得到的初至折射波时距曲线向上平移 使 t23 与 t13 重合 t24 与 t14 重合 就得到了炮点 S1 激发与 S2 激发相接的时距曲线 依此类推 每炮的时距曲线都照此平移 与前一炮的时距曲线相接 就得到了连续追踪的合成时距曲线 检波点时间连成的曲线称 为检波点合成时距曲线 所有炮点相对于第一个炮点的时间延迟也可以连成一条时间曲线 这条时间曲线我们称之为炮点合成时距曲线 因为同地面位置检波点合成时距曲线与炮点 合成时距曲线的时差就是截距时间 其截距时间的一半就是延迟时 所以这两条曲线总称 为合成延迟时曲线 炮点 检波点 合成时距曲线 ABDE 图 1 19 合成延迟时方法原理示意图 图 1 20 为合成的延迟时曲线 我们在检波点合成时距曲线和炮点 合成时距曲线之间拟合一条直线或 圆滑曲线 L 即分离出炮点延迟时 dtR和检波点延迟时 dtR 图 1 21 为 合成延迟时曲线及分离的实例 根 据分离的炮点和检波点延迟时即可 计算出低降速带静校正量 分离线 L 斜率的横向变化就反映了折射层 速度的横向变化情况 对于同地面点道 合成延迟时 法可以利用多道初至时间计算时差 t t X 0 L 检波点合成时距曲线 炮点合成时距曲线 dtR dtS 图 1 20 合成延迟时曲线的分离 因此 它能充分利用多次覆盖的信息 具有统计效应 可求得较精确的折射层速度和延迟 时 该方法在复杂区二维勘探的应用中 取得了很好的效果 在三维勘探中 对每条接收 线也可以用非纵距较小的一组炮线和接收线来合成延迟时曲线 进而计算炮 检点延迟时 这方面也有成功应用的实例 图 1 21 合成延迟时曲线方法的应用实例 3 5 时间项延迟时削去法 在三维勘探中 炮点和检波点总是平面分布的 见图 1 22 在这种情况下可以用如 下方法求取折射层速度 根据基本折射方程 对两个炮点和两个检波点可以列出以下方程 1 29 v x ttt iRiS 1 111 1 30 v x ttt iRiS 2 212 1 31 v x ttt iRiS 3 123 1 32 v x ttt iRiS 4 224 由 式 1 29 式 1 30 得 1 33 v xx tttt iRiR 21 2121 由 式 1 31 式 1 32 得 1 34 v xx tttt iRiR 43 2143 由 式 1 33 式 1 34 得 4321 4321 tttt V xxxx R1R2 S1S2 X1 X2X3 X4 图 1 22 时间项法计算三维速度 1 35 4231 4231 4321 4321 tttt xxxx tttt xxxx V 用式 1 35 即可求出折射层速度 需要注意的是 实际应用中要避免分母为零的情况 该方法同样可以应用于二维观测系统 在图 1 23 中设 t1 为折射波从 S1 到 R1 的传播时间 t2 为折射波从 S1 到 R2 的传播时间 t3 为折射波从 S2 到 R1 的传播时间 t4 为折射波从 S2 到 R2 的传播时间 x1 为 S1 到 R1 的距离 x2 为 S1 到 R2 的距离 x3 为 S2 到 R1 的距离 x4 为 S2 到 R2 的距离 图 1 23 时间项法计算二维速度 S1 R1 R2 S2 X1 X2 X3 X4 这时仍然可以用式 1 35 计算折射层速度 需要注意的是在二维情况下 如果两个炮点 在两个检波点的同一侧 就会出现分母为零的情况 用式 1 35 计算速度 它与相关点的延迟时无关 因此也就消除了地表高差的影响 另 外 该方法由基本折射方程导出 再用到基本折射方程来求取延迟时会更加合理 下面介绍用该方法计算延迟时 对于每一炮 用上面求得的速度可以求出炮点 检波 点延迟时的总和 tis1 tiRn 如得到 1 36 v x ttt iRiS 1 111 1 37 v x ttt iRiS 1 111 设 tiS1 tiR1 为 T1 即 T1 t1 x1 v 则可以得到 1 38 iRniSn iRiS iRiS ttT ttT ttT 1 212 111 这时只要给出一个 tiS1值 就可以求出所有的 tiR值 tiS1的初始值可以由表层调查求出 也可以用非纵距小的炮记录拟合折射波时距曲线 求出 时间项延迟时削去法实用性强 适应范围广 既可用于小折射资料解释 又可用于二 维 三维地震资料静校正计算 目前 KLseis 中三维初至波静校正就是采用的此算法 3 6 折射层速度分析方法 前面介绍的折射方法主要是来求取延迟时 也有些方法中牵涉到速度的求取 如时间 项延迟时削去法 下面介绍一下常用的折射层速度的计算方法 3 6 1 简单速度分析方法 图 1 24 为共炮点道集的初至折射波射线路径 根据拾取的共炮点道集初至时间和炮检 距的关系 利用最小二乘方法拟合时距曲线 见图 1 25 其时距曲线斜率的倒数即是直 达波或折射波的速度 该方法受地形起伏和地层倾角的影响较大 速度分析精度较低 它 常被用于小折射资料解释和地形平坦地区的速度求取 3 6 2 CMP 速度分析方法 把根据共炮点道集拾取的初至时间抽成 CMP 道集 见图 1 26 在 CMP 道集中按炮检 距把初至时间排列 用最小二乘法拟合初至折射波时距曲线 其时距曲线的斜率就是 CMP 位置的折射层速度 当采用单边放炮观测系统时 该方法参与计算的数据量较多 相对于 简单速度分析方法 计算的速度精度较高 3 6 3 互换速度分析方法 互换速度分析方法是一个广义的说法 它是目前最常用的方法 上面介绍的时间项延 迟时削去法实际上也是互换速度分析方法的一种 现在介绍另一种互换速度分析方法 图 1 28 是一个相遇观测的简单观测 系统 其中只列举了五个接收道 D1 D5 A 和 B 为两个炮点 根据基本折射方程 可得到 1 39 R AD DAAD V x TTT 1 11 1 40 R BD DBBD V x TTT 1 11 由 式 1 39 式 1 40 得 1 41 R BDAD BABDAD V xx TTTT 11 11 v2 v1 R1 R2 R3 Rn S 1 图 1 24 简单速度分析方法原理 t x ti v2 v1 图 1 25 简单速度分析方法时距曲线 t x ti v2 图 1 27 CMP 速度分析方法时距曲线 v2 v1 S1 Sn CMP R1 R3 图 1 26 CMP 速度分析方法原理 图 1 28 互换速度分析方法原理 令 11BDAD xxx 11BDAD TTT 同理 可得到 5 组 T X 111BDAD xxx 111BDAD TTT 222BDAD xxx 222BDAD TTT 333BDAD xxx 333BDAD TTT 444BDAD xxx 444BDAD TTT 555BDAD xxx 555BDAD TTT 将 5 组 X t 关系点标在直角坐标系中 采用最小二乘拟合算法 求得折射层速度 由于 X T 值是根据不同方向计算而来 又可以应用很多炮和道的数据 因此 该方法 可以补偿折射层倾角的影响 同时也增加了数据统计效应 计算的速度精度应该是较高的 但它只适用于相遇观测系统 中间或双边放炮观测系统 同样 该方法也可以扩展到三维应用 3 6 4 折射速度分析方法存在的问题及结果应用 上面介绍的所有速度求取方法 都是按折射波原理计算的 从小折射资料解释来说 低降速带速度是按下面公式计算 1 42 ud r VV V 11 cos2 其中 为地层倾角 由于地层倾角不知道 假设地层倾角较小时 把公式简化为 1 43 ud VV V 11 2 由此可知 实际计算的速度 V 并不是真实的地层速度 Vr 两者的关系正如下式所描述 的一样 1 44 rr VVV cos 当地层倾角较小时 两者差异很小 但严格地说 不管倾角多大 这个速度 都不是真实的地层速度 界面水平时除 外 从式 1 44 可以看出 计算的速度 总是大于实际速度 高速折射层速度一般通过地震记录 初至波 用基本折射方程 式 1 45 求取 基本折射方程 1 45 V x ttt iRis T X 图 1 29 互换速度分析方法 SR Vr ic x x cos a 图 1 30 地层倾角与折射层速度分析 从基本折射方程可见 V 与放炮方向和倾角无关 由图 1 30 可见 把方程转换为 1 46 r iRis V x ttt cos 由式 1 45 和式 1 46 综合 同样可得到与式 1 44 相同的结果 1 47 rr VVV cos 通过式 1 47 可知 基本折射方程中的 V 与小折射解释方法一样 其结果也不是真实的 折射层速度 那么这个速度误差到底有多大 下面进行简单分析 图 1 31 a b c 分别 为实际折射层速度为 2000m s 3000m s 4000m s 时的 计算速度 与地层倾角的关系 可见 当折射层速度一定时 随着地层倾角的增大其速度误差也增大 随着实际折射层速 度的提高 速度误差绝对值在增大 如实际速度为 2000m s 3000m s 和 4000m s 地层倾 角 30 时 计算的速度值分别为 2309m s 3464m s 和 4619m s 其误差分别为 309 464 和 619 通过图 1 31 d 可看出 不管实际速度值是多少 同一倾角所引起的速度误差百分 比是一致的 通过上面分析 在复杂地区 相对于实际速度而言 利用折射法求取的速度是有误差 的 这个误差对计算静校正量有什么影响 我们又如何使用这个速度呢 首先 通过上面分析已经明确 式 1 47 计算的速度 V 不是真实的地层速度 为了表述 方便 我们把式 1 47 中的 V 称为 速度参数 它虽然与真实速度有误差 但把它用于基 本折射方程中求取的延迟时之和 tis tiR是正确的 这是求解静校正量的主要参数 因此 求取准确的速度参数 V 也是必要的 它是保证延迟时精度的基础 因为静校正量计算的是垂直时间 所以还需要把延迟时转换为 t0 时间 实现这个转换 需要真实的地层速度 而用速度参数 V 进行 t0 时间转换是有误差的 下面简单分析速度误 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 051015202530 3000 3100 3200 3300 3400 3500 051015202530 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 4700 051015202530 0 2 4 6 8 10 12 14 16 051015202530 Vr 2000m s Vr 3000m s Vr 4000m s V V 倾角 倾角 倾角 倾角 误差百分比 ab c d 图 1 31 计算的折射层速度与地层倾角的关系 15 5 V 差对 t0 时间转换的影响 下面是 t0 时间转换公式 1 48 r w d w w v v t v h t arcsincos 0 设实际高速层速度 Vr 2500m s 在风 化层速度 Vw 上加或减去 10 的误差 来分 析不同厚度情况下 t0 时间转换误差情况 图 1 32a b c 分别为低降速带厚度 50m 100m 300m 时的 t0 时间转换误差曲 线 图中横坐标为低降速带速度 纵坐标 为 t0 时间转换误差 曲线表示在对应的低 降速带速度上加或减去 10 速度误差后的 t0 时间转换误差 误差值大于零时为低降 速带速度加上 10 速度误差时的 t0 时间误 差 误差值小于零时为低降速带速度减去 10 速度误差时的 t0 时间误差 通过对图 1 32 的分析可知 随着低降速带速度 Vw 的增加 其 t0 时间转换误差增大 随着低降速带厚度的增大 t0 时间转换误差增大 Vw 的正误差 加上 10 比等值负误 差 减去 10 引起的 t0 时间转换误差大 其主要原因是低降速带速度增大后更接近于高 速层速度 其临界角变大 地表一致性变差 导致 t0 时间转换误差增大 综合上述分析认为 当地层倾角小于 25 度时 其速度误差不大于 10 3 如果低降速 带厚度不超过 300m 并且上下层速度差异较大 Vr 2Vw 时 速度误差带来的 t0 时间转 换误差不大于 10ms 因此 在应用折射法求出的 速度 时要考虑这个误差 它得到的不 是真实的速度 而是一个近似值 在进行 t0 时间转换和中间参考面校正量计算时应该用真 实的地层速度 所以 在界面倾角较大的地区 采用折射法进行速度计算时 实际应用中 要注意这个问题 第二章第二章 静校正工作流程静校正工作流程 图 2 1 阐明了静校正工作的基本流程和每个环节的主要责任人 第二章到第九章将介 绍每个环节的详细工作步骤和要求 在此只是简明叙述各环节的主要工作内容和负责人 30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 400800120016002000 DT DT 图 1 32 t0 时间转换误差 c 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 400800120016002000 DT DT 图 1 32 t0 时间转换误差 b 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 400800120016002000 DT DT 图 1 32 t0 时间转换误差 a 资料收集和分析 静校正技术设计 表层调查工作 静校正方法试验 表层模型的建立 静校正计算和质量 监控 资料整理与上交 技术报告的编写 完成人 静校正技术支持和操作岗 完成人 静校正技术支持岗 完成人 静校正技术操作岗 表层调查组 完成人 静校正技术操作岗 完成人 静校正技术支持或操作岗及处理员 完成人 静校正技术支持或操作岗及地质员 完成人 静校正技术支持或静校正技术操作 岗 现场处理岗 完成人 静校正技术支持和操作岗 图 2 1 静校正工作基本流程图 Yes No 1 资料收集和分析 资料收集和分析工作主要由地区经理部的静校正技术支持和地震队的静校正技术操作 岗位人员负责 工作内容包括资料收集和资料分析两部分 资料收集主要是表层调查资料 以往采用的静校正方法和静校正计算参数及静校正效果情况 通过对所收集资料的分析 找出静校正技术难点 提出静校正方法试验方案 确定拟采用的静校正方法 2 静校正技术设计 静校正技术设计由地区经理部静校正技术支持人员完成 包括表层调查方法和静校正 方法的设计 3 表层调查工作 表层调查工作分为表层资料采集和表层资料解释两大部分 表层调查组主要负责采集 和采集质量控制 地震队静校正技术操作人员主要负责表层资料整理和解释 4 静校正方法试验 对于复杂区或新探区 往往需要作一定的静校正方法试验 以便确定出适合于该区的 静校正方法 静校正方法试验包括低降速带建模方法的试验 中间参考面应用情况和校正 参数的试验 统一基准面校正速度的试验 由地震队静校正技术人员完成模型建立和静校 正计算工作 现场处理员负责剖面处理 地区经理部静校正技术支持人员负责指导 检查 各项试验工作 对试验结果的分析由三个岗位人员共同完成 当对试验结果判别出现异议 时 请地区经理部总工程师 副总工程师 和地球物理师等技术人员共同分析 确定出合 理的静校正方法 5 表层模型的建立 表层模型的建立是在静校正方法试验的基础上 根据试验结果确定的方法建立表层模 型 表层模型建立主要是指低降速带厚度 速度和高速层速度的求取 建立表层模型的方 法有很多种 如表层调查法 层间关系系数法 初至反演法 层析反演法等 对于一般地 区 如果静校正方法比较成熟 此工作由地震队静校正技术操作岗位人员完成 对于复杂 地区 表层模型建立工作往往需要多种方法综合应用才能完成 由地区经理部和地震队静 校正人员共同完成 对于岩性复杂多变的地区 地质人员应指导 参与表层模型的建立工 作 6 静校正计算与质量监控 在较简单地区 静校正计算可一步完成 最后在叠加剖面上进行质量监控 效果不好 则返回上一步 重新建立表层模型 在复杂地区 静校正量计算应分步计算 每步采用不 同数据进行静校正质量监控 效果不好重新建立表层模型 计算静校正量 对于重点 难 点项目 该步工作由地区经理部静校正技术支持和地震队静校正技术操作人员共同完成 简单地区由地震队静校正技术操作人员完成 地区经理部静校正技术支持人员检查 所有 质量监控的剖面处理工作由现场处理人员完成 7 资料整理与上交 所有表层调查和静校正资料的整理工作由地震队静校正技术操作人员完成 然后按不 同类型上交地区经理部 地区经理部检查无误后存档 需要上交甲方和处理部门的资料及 时上交有关部门 8 技术报告的编写 每个项目完成后 都要编写静校正技术总结报告 特别是重点攻关项目 必须编写静 校正技术总结报告 该项工作由地震队静校正技术人员完成 地区经理部静校正技术支持 人员审核 第三章第三章 近地表结构调查方法近地表结构调查方法 表层调查方法分为地震和非地震两大类 在地震类表层调查方法中 常用的有浅层折 射法 微地震测井法 山体速度调查法 另外 也做过一些浅层反射法和面波勘探法的试 验工作 非地震类方法有地质雷达 高密度电阻率法和电导率成像法等 这些方法在不同 地区做过一些试验和研究工作 但如何用之建立近地表地球物理模型还不太成熟 地面地 质露头调查也属非地震方法 它是复杂山地区常用的表层调查辅助方法 下面仅介绍一些 常用的表层调查方法 1 浅层折射法 小折射 1 1 资料采集 1 1 1 使用条件 小折射是目前常用的表层调查方法 它主要适用于地表比较平坦 地下界面为平面 水平或单斜面 界面倾角不大 没有速度反转 层状均匀介质的地区 1 1 2 观测方式 小折射常用的观测方式为相遇观测系统 其观测方式如图 3 1 排列中点 1 2345624 1 2322201921 O2 图3 1相遇观测系统 低降速带比较厚的地区一般采用追逐放炮观测系统 移动炮点 图 3 2 或移动排列 图 3 3 仍采用相遇观测法 该方法的优点是增加了排列长度 图 3 2 移动炮点追逐放炮 图 3 3 移动排列追逐放炮 1 1 3 观测系统设计 a 排列长度 小折射排列长度以保 证追踪的高速层折射波时距曲线控制距 离不小于 40m 为原则 图 3 4 只有两层结构时 折射波超前距离 的计算公式为 3 1 01 01 01 2 vv vv hx c 排列长度为 3 2mxL cx 40 1 上两式中 X1c 超前距离 m h0 低速层厚度 m O1 T T T 0 0 0 X X X X X X 1c1c1c X X X 2c2c2c 或或或 mxL cx 40 1 mxL cx 40 2 图 3 4 小折射解释示意图 V0 低速层速度 m s V1 高速层速度 m s Lx 排列长度 m 三层结构 即低速层 降速层都存在时 折射波超前距离的计算公式为 3 3 120 2 1 2 201 2 0 2 12 2 0 2 210 2 22 vvv vvvhvvvvvvh x c 排列长度为 3 4 mxL cx 40 2 上两式中 X2c 超前距离 m h0 低速层厚度 m h1 降速层厚度 m V0 低速层速度 m s V1 降速层速度 m s V2 高速层速度 m s Lx 排列长度 m b 道距 道距设计以保证直达波 各层折射波时距曲线控制道数不少于 4 道为原则 个别低速 层很薄的点直达波时距曲线控制道数不少于 3 道 c 偏移距 偏移距设计应该考虑两个方面 在低速层较薄时 偏移距应小些 反之偏移距可大些 根据药量确定偏移距 其经验 公式为 3 5 3 QkDx Dx 偏移距 m k 系数 取值为 1 5 2 1 Q 炸药量 kg d 激发方式 浅坑炸药激发或敲击激发 e 激发药量 在保证初至清晰 起跳干脆的前提下采用小药量 f 仪器因素 1 道增益 回放时加自动增益 2 不加滤波 3 采用较小的采样间隔 一般用 0 25ms 当追踪较深层的折射波时 可使用 0 5ms 或 1ms 4 记录长度不小于最大初至时间加上 50 ms 5 原始记录以每格 5 ms 或 10 ms 回放 并且两条相邻计时线间隔距离不小于 4mm 1 1 4 静电感应的处理 a 在保证初至清晰的前提下 尽量减少激发药量 b 在炮坑内加水 使产生的静电导入大地而不被传输到仪器记录下来 c 在炮点附近一定距离内的炮线外面加一层金属隔离线 避免静电通过炮线传到仪器 1 1 5 关键技术要求 a 排列呈直线 不能弯曲 排列范围内地表高差尽量小 b 激发和检波点坑宁浅勿深 c 偏移距 道距准确 d 排列中心对准桩号 e A 支炮点在小桩号一边 B 支炮点在大桩号一边 1 2 资料整理与解释 1 2 1 小折射资料整理 a 检查原始记录 班报 数据文件是否齐全 准确 b 对当天采集的小折射记录进行评价 不合格的记录及时通知野外补点 c 在每张记录上标注桩号 线号 A 或 B 支 施工队号和施工日期 d 拾取初至时间并进行资料解释 e 对原始记录和解释结果等资料进行装订 1 2 2 小折射资料解释 a 定义观测系统 正确定义小折射的各接收道的道距和偏移距 b 准确拾取初至时间 选取相同的增益参数 准确拾取每一道的初至时间 拾取时要尊重原始记录 不得随 意修改初至时间 c 分析每个点的初至时间变化情况 确定解释方法 对每个点的初至时间变化情况进行分析 选择适合于该点的解释方法 时距曲线分层 方法 对于初至时间比较规整的点 可采用自动解释方法 否则应采用人机交互解释方法 如果小折射排列范围内有地形起伏 可采用 ABC 法进行解释 以便消除地形起伏的影响 d 合理选择层间拐点 正确分层 在资料解释过程中 要结合原始记录的初至波极性和波组特征 合理确定折射层拐点 作到不丢层 不多层 确保解释结果合理 e 输出解释结果 打印输出时距图 解释结果表 时距图上必须有测线号 桩号 各道偏移距 各道初 至时间 A 和 B 支各层的视速度 折射波 ti时间以及平均后的各层速度 折射波 ti时间和 厚度 2 微地震测井 微测井 2 1 资料采集 2 1 1 使用条件 微测井是目前复杂区主要的表层调查方法 它适用于地形起伏剧烈小折射无法实施的 地段 对于存在速度反转和具有连续介质特征的地区 也应采用微测井方法调查 2 1 2 观测参数设计 a 井深设计 井深设计方法有三个 一是参考浅层折射成果设计微测井井深 二是分析低降速带变 化规律确定井深 三是根据打井时的岩性情况确定井深 原则上要求高速层至少有 15m 深 度并不少于 4 个激发点或接收点控制 b 观测方式及观测方式选择 微测井观测方式有井中激发 地面接收和井中接收 地面激发两种 对于微测井数量 较少 低降速带较厚的地区 一般采用井中激发地面接收方式 对于微测井数量较多 低 降速带较薄的复杂山地 一般采用地面激发 井中接收方式 也就是常说的地面激发微测 井或微 VSP 测井 该方法可利用生产井采用重锤激发进行调查 起到一井两用的作用 具 有质量可靠 成本低 效率高 安全环保等优点 当采用井中激发 地面接收时 地面接收检波器排列一般有三种形式 即扇形 十字 形和直角形 图 3 5 具体采用哪种类型根据井周围的地形情况确定 井井井井 井井井井 7 7 7 7 12121212 井井井井 1 1 1 1 6 6 6 6 图 3 5 微测井观测示意图 当采用地面激发微测井方式时 激发方向和激发偏移距应通过试验确定 要求激发方 向在井下检波器推靠在井壁的一边 偏移距原则上越小越好 一般在 0 5 2m 之间 c 井下激发或接收点距 遵循低速层点密 降速层到高速层点逐渐变疏的原则 一般 为 0 5 3m 之间 在浅层至少有 4 个 0 5m 距离的观测点 搞准浅层速度和厚度 d 激发药量 当采用井中激发时 一般采用雷管激发 由浅至深激发点的雷管数逐渐 增加 雷管采用并联方式 e 激发系统的制作 当采用井中激发时 在钢丝绳下端系重锤 按设计的激发点距确 定药包 雷管 位置 并将密封的雷管固定 接上引爆线 绑上炮序号卡片 f 仪器因素 1 道增益 记录时采用固定增益 回放时加自动增益 2 不加滤波 3 采用较小的采样间隔 一般用 0 125ms 或 0 25ms 4 记录长度不小