近地表结构静校正技术进展

近地表结构静校正技术进展

建立近地表结构解释系统的目的是通过高精度静校正，不破坏地震数据的频率范围。1当前地表结构的解释系统基本1.1静校正观测系统sps实现地震辅助数据的标准化,摆脱了传统的观测系统定义过程,减少差错率,实现准确、快捷、高效的观测系统定义,并保持与计算静校正观测系统的一致性。地震预处理系统(SPS)与辅助数据格式中包含有4个标准文件,即炮点(S)、检波点(R)、炮检关系(X)和表层辅助数据(C)。其中表层辅助数据格式标准的制定是在原SPS格式基础上的扩充,主要表现的是表层调查中小折射、大折射和地震微测井实际成果数据。1.2系统体系设计根据地震辅助数据、表层调查数据、工程技术管理数据的自然分类和空间关系,结合地震工程技术应用,设计出合理的系统平台,形成统一的探区数据中心,实现各技术环节、各部门基于网络数据的共享与统一分发,确保了数据的一致性、安全性和海量存储。(1)主体结构(逻辑)主体结构的合理性是整个系统研发成败的关键。本系统主要分为3层。第1层为用户层,主要面对项目管理和近地表结构解释研究人员,其中包括工程技术监督、勘探计划、勘探项目管理、静校正计算、资料处理和综合研究等;第2层是系统功能层,主要包含系统所有的地震勘探功能和算法,其中包括表层调查点的解释、交点闭合计算检验与高速顶控制等应用功能,为表层结构研究和静校正计算提供了强大的工具;第3层为支持系统功能的基础数据层,主要利用表层历史数据建立静校正相关的基础数据库,包括测量成果数据库、低速带相关成果数据库、高速顶板库、基准面数据库、交点数据库和静校正成果库等,为系统提供了强大的数据资源。(2)系统工作平台结构系统的体系结构设计包括2种形式,一是C/S结构:用于数据管理、表层调查点的解释、近地表模型的建立、静校正计算和方法研究等;二是B/S结构:用于数据提取和数据检验以及相关信息的浏览。总体界面采用菜单及工具条形式,设计合理、友好、简洁和实用(图1)。1.3解释相关数据的格式(1)数据统一管理近地表结构解释工程,涉及到野外表层调查资料和静校正数据建模。建立采集相关数据(炮点数据、检波点数据、炮检关系数据、测线拐点、交点坐标、三维面积、地震部署信息等)和表层调查解释相关数据(小折射、地震微测井、大折射等的表层结构、初至时间、速度截距时等),以及静校正计算相关数据(基准面、交点、表层模型、校正量、时深曲线、替换速度等)的统一格式,有利于对工程基础数据的统一管理和存储,使地震工程数据发挥更大的作用。(2)系统算法实现地震勘探功能和算法是本系统的核心,包括:基准面和空变替换速度生成、离散数据的网格化、追踪等值线和边界线、时深曲线生成与应用、高速层顶界生成与应用、测线控制点提取、交点数据计算、低速带闭合求解、折射调查点的解释与分析、地震微测井的解释与分析、三维表层模型的交互调整、二、三维空间综合模型的建立与静校正量计算、过程的质量监控等。2新技术应用2.1复杂地表区模型法静校正技术构建准确的近地表模型是获得高精度静校正量的关键。由于近地表的沉积环境不同且形成期是个漫长的过程,层间关系相当复杂,有些区域层间的构造形态有一定的继承性,有些区域层间形态无任何关系。如果在插值建模过程中引入一个相似系数,依据层间的相似关系给定不同的相似系数,使模型更加符合地质沉积变化规律,静校正精度也会更高。为此,引入了数学相关系数来建立表层模型,空变相关系数曲线(面)的自动统计求取和交互调整,把复杂地表区模型法静校正提高到了一个新水平。(1)二维表层模型建立二维表层模型建立是一种空变的层间形态相关系数建模方法(图2)。该方法科学合理,适应性强,几乎可实现任何表层地质模型的建立,只要掌握了该区的表层沉积规律,就能容易地获取合理的近地表建模方法。(2)三维表层模型建立三维模型静校正法的主要原理是根据表层调查点成果信息,利用插值建立炮检、点模型,从而获取静校正量。为保证插值得到的炮、检点模型的准确性,采用了曲面建模中常用的三角网格插值算法。此算法首先对所有表层调查点进行划分,得到最优的Delaunay三角网格,然后利用三角插值方法建立炮检点模型,对于可能不被三角网格包含的炮、检点采用两点线性插值算法(图2)。2.2控制方程的限制近地表结构模型解释的精度取决于表层调查点的密度,当控制点密度足够且能够描述表层结构的变化时,构建的表层模型就符合实际表层结构的变化规律。但往往在一个工区的边界,由于控制点延伸的范围不够,就会使数据的截断效应所构建的模型算法产生较大偏差,这就是常说的“边界效应”。模型插值受控制点的限制,没有控制点的边界位置插值是无法实现精确建模,趋势外推方法也是如此。而且这两种方法都是以inline方向进行外延,很难实现以空间(面)的方式延拓。而曲面拟合则不同,它可以充分利用所有控制点确定的趋势面外推,空间上具有连续性,有效地消除线与线之间因模型突变而产生的痕迹,曲面拟合相比插值和趋势外推方法具有一定的优越性。曲面拟合常用的方法是最小二乘法,它是根据实测表层调查点获得的各层介质信息与构造曲面函数值之差的平方和最小,从而确定出构造曲面函数的系数。假设一个三维工区,对于近地表中某一层的物理量(可以是层界面的所在的高程、速度或厚度等),可看成是由控制点确定的m×n个网点上对应的函数值(x应用最小二乘法原理可得到多项式系数,并代回原方程即可得到拟合的曲面方程。曲面拟合好后,对于三维区块周边可应用曲面进行外推,达到覆盖所有炮点和检波点所在的位置,使模型构建更为准确。3应用效果分析3.1静校正质量控制静校正过程中的每一步环环相扣、相互影响、相互制约,从表层调查点到最终静校正量计算,要求质量监控必须渗透到静校正过程中的每一步。实现了点、线、面、体全过程的质量监控。解决了点与点间的模型插值的不合理性,及线方向建模点和线的监控与空变层间相关控制曲线的调整。3.2射线静校正试验B27jx和B34jx连片三维地表主要为农田区和山前冲积扇砾石,总体地形南高北低,海拔520~790m表层低降速带厚度3~120m,呈北薄南厚趋势。两块三维共采集小折射点382个,地震微测井84口。先后采用了2种静校正方法,即折射和本文方法建模连片。图3a为应用折射单炮初至时间反演建模所施加静校正量的叠加剖面,从浅到深部存在有明显反射同相轴错断与抖动,而且,边界整体上翘,中、长波长静校正问题比较明显。其主要原因是井炮与震源炮集初至时间有一定时差,如果解决不彻底带到模型里,就会影响炮点井口时间(τ)的校正,造成同相轴错断现象。图3b是借助近地表结构解释系统强大和完善的建模功能,利用表层控制点的厚度、速度插值,依据井深与表层速度的关系,准确地计算出井口时间(τ),通过曲面拟合方法建立模型所施加静校正量的叠加剖面,较好地解决了由于井炮与震源炮集初至时间差造成的同相轴错断现象,基本消除了叠加剖面边界上翘现象,同相轴连续性变好,进一步证明近地表结构解释系统的强大功能和实效性。4提高了管理效能(1)地震辅助数据标准化的建立,最终实现了数据格式标准化、资料信息电子化、应用管理现代化、质控分析可视化。摆脱了传统的人工解释和计算过程,减少了表层调查资料解释的出错概率,达到了准确、快捷、高效地建模精度,加快了数据的流通,缩短了静校正量计算周期,降低了工作成本,提高了劳动效率。为研究、解释和数据管理人员提供了极大的方便。