低(降)速带测定与静校正概述

地球物理系王永刚地球物理勘探课程内容•第1章绪论•第2章地震波运动学理论•第3章地震资料采集方法与技术•第4章地震波速度•第5章地震资料解释的理论基础•第6章地震资料构造解释•第一节野外工作概述•第二节野外观测系统•第三节地震波的激发和接收•第四节低(降)速带测定和静校正•第五节地震组合法•第六节共反射点叠加法第3章地震资料采集方法与技术第四节低(降)速带测定和静校正一、低速带的存在及其影响二、低速带测定的基本方法1、时距曲线法2、微地震测井3、其他方法三、静校正第四节低(降)速带测定和静校正一、低速带的存在及其影响低（降）速带测定在地震勘探的野外工作中又称为表层调查、低速带调查。在地表附近一定深度范围内，地震波的传播速度往往要比其下面地层的波速低得多，该深度范围的地层称为低速带。某些地区，在低速带与相对高速地层之间，还有一层速度偏低的过渡区，称之为降速带。低速带参数：低速带层数、厚度、速度等。低速带测定的重要性：这是野外工作的重要内容之一；准确测定低速带参数有助于地震资料的静校正处理；满足地震勘探原理的基本假设条件。第四节低(降)速带测定和静校正我国东西部地区低降速带的差异很大，西部地区由于表层结构的复杂性,表层调查存在的问题是：①山地地形起伏较大,小折射排列摆放困难,密度难以保证；②山前洪积扇表层砾石较厚,追逐放炮困难,很难追踪出相对稳定的高速层；③表层砾石堆积巨厚,大部分微测井难以打到高速层；④工区内表层结构复杂,基于折射波理论的小折射解释精度有所下降。第四节低(降)速带测定和静校正综上所述，在地面地震勘探中，复杂多变的低（降）速带的存在对地震波能量有强烈地吸收作用，并且产生散射及噪音，还会导致反射波旅行时显著增大。由于低速带的厚度和波速都会沿测线方向变化，因而造成反射波时距曲线形状的畸变，即非标准双曲线型。为了校正低速带的存在对地震波传播时间和其他特点的畸变影响，就要对低速带的厚度、波速进行测定，为进行必要的校正提供处理参数。第四节低(降)速带测定和静校正二、低速带测定的基本方法表层调查方法一般分为地震勘探方法和非地震勘探方法。地震勘探方法常用的有浅层折射法、微测井法，近几年又发展了小反射法和面波法，以及大折射、深井微测井、小折射结合大炮初至的方法以及基于初至的回折波法和层析反演等方法；非地震勘探方法常见的有地面地质调查、地质雷达、大地电磁测深等方法。第四节低(降)速带测定和静校正1、浅层折射法（时距曲线法）－低速带底界是一个良好折射界面，这是用折射法勘查低速带的基本依据。在两层介质（只有低速带）的情况下，见右图。用折射波法观测可以得到直达波和折射波时距曲线，以它们作为基础资料，可按下列步骤求得低速带参数。h第四节低(降)速带测定和静校正①从直达波时距曲线可求出低速带的V0：②从折射波时距曲线斜率可求得低速带下的高速层速度V1：③把折射波的时距曲线延长与t轴相交，得交叉时ti1，因为，又有，所以：利用上式在求出V0、V1、ti1后就可计算出h0。直达波txV0折射波txV100cos2Vihti10sinVVi2010100)1(12cos2VVtVitVhii第四节低(降)速带测定和静校正对三层介质，即同时存在低速带、降速带的情况，可按下列步骤求得低速带和降速带的参数：（1）用直达波时距曲线计算出低速带波速V0；（2）用折射波I的时距曲线计算出降速带波速V1；（3）用折射波Ⅱ的时距曲线计算出基岩波速V2；（4）用折射波I的交叉时ti1，求得低速带厚度h0；（5）延长折射波Ⅱ的时距曲线，得交叉时ti2：（6）求降速带厚度h1：221112100021212VVVhVVVhti2212100012212111112VVVVVhVVVtVhi第四节低(降)速带测定和静校正浅层折射的排列形式一般有两种：①排列中的道距两头小中间大。这是由于在炮点附近直达波时距曲线的视速度很低，用较小的接收道距才能清楚地反映直达波时距曲线的形状，便于波的对比识别。对于低速带底界高速层的折射波因视速度大，要用较大的接收道距才能满足精度要求。这种方法的优点是可以两边放炮，获得互换的折射波时距曲线，而缺点则是远离炮点处的道距太密，排列长度受到限制。第四节低(降)速带测定和静校正②排列中的道距采用一头小一头大，即近炮点处接收道距较小，远离炮点的接收道距增大。这种方法的优点是可以增大排列长度，有利于记录直达波和追踪高速层，充分利用每个接收道；缺点是效率很低，且单边放炮精度不高。第四节低(降)速带测定和静校正浅层折射法的排列长度一般为低速层总厚度的8～10倍。排列长度和道间距的选择，以保证低速带的直达波及高速层折射波都能记录到为原则。浅层折射法一般采用浅坑爆炸，药量一般在0.2至数公斤，坑深在20～50厘米左右。浅层折射资料的整理是得到低速带的厚度、速度。关键是通过时距曲线求出各层速度和折射波交叉时。求取交叉时的方法：延长时距曲线法；相遇法；追逐法；复合时距曲线法；求界面速度的方法：差异时距曲线等。2、微地震测井（Upholesurvey）通过钻井实现井中接收、地面激发或井中激发、地面接收或一井激发另一井接收的双井微测井，利用记录的透射波初至求取表层厚度模型，介质模型与透射波垂直旅行时间的对应关系见右下图。每个速度层对应一个线段，其斜率为该层的层速度。不同速度层对应的斜率不同，两线段的交点对应着介质的分界面。第四节低(降)速带测定和静校正双井微测井：布设两口深40m的井，其中一口为激发井，另一口为接收井，井间距为6m。接收井底埋置一检波器接收信息，激发井中布设40个激发点，间隔1m，统一采用5发雷管串联激发，所获记录如右图。第四节低(降)速带测定和静校正根据双井微测井所得记录进行资料解释，分别在6.6m和20.2m处为不同速度界面，解释为低速底界面和高速顶界面。6.6m20.2m第四节低(降)速带测定和静校正深井微测井的井深一般在60m～200m；激发和接收方式通常采用井中激发，地面接收；震源为雷管或小炸药；激发点距：0m～30m井深的点距为2m，30m～60m井深的点距为3m，60m～100m井深的点距为4m，100m～200m井深的点距为5m，200m～300m井深的点距为6m。接收点“十字”排开，偏移距为0m～55m，点距5m，点点实测。深井微测井资料的解释工作：①原始资料初至拾取－拾取各炮的全部初至，并进行分析对比，选取质量较好的初至。第四节低(降)速带测定和静校正②资料解释－依据实测的测量成果进行高程和垂直校正，作出垂直时距曲线，根据曲线斜率的不同，划分出不同的速度层，完成微测井解释。第四节低(降)速带测定和静校正③垂直校正－读取的初至时间是炮点O到接收点A的时间ta，由于接收点与深井之间有一定距离d，从炮点到接收点的射线路径并不是垂直的，如果地下为均匀介质，则ta是波沿OA传播的时间，需要换算为沿OB传播的垂直时间tb。第四节低(降)速带测定和静校正④制作时深曲线－根据垂直时间tb和对应的深度h，可以绘在t-h坐标图上，得到透过波垂直时距曲线图。根据曲线斜率的不同，划分出不同的速度层，完成微测井资料解释。第四节低(降)速带测定和静校正3、其他方法（1）层析成像法（tomographyimage）其方法原理是建立在对地层进行网格化的基础上的，且利用最小走时射线路径的全局算法，即利用费马原理与网络理论构建网络中的最小走时树，可以同时计算出与某点震源相关的所有的初至走时及相应的射线路径；波速模型的复杂性（包括横向或纵向上速度变化剧烈的情况）与维数也不会影响算法的实现，而且所得初至走时保证了全局最小的特性，高效、灵活。第四节低(降)速带测定和静校正层析成像法采用非线性反演理论，其解不依赖于初始模型。下图为不同初始模型的层析反演对比图。第四节低(降)速带测定和静校正该方法适用于各种复杂地区，是解决复杂地区长波长静校正问题最有效的方法之一。但该方法成本较高，小道距施工，对于小折射要求多道仪器才能满足；而对于大道距，其数值太大也影响反演精度。该方法的反演精度依赖于初至拾取的准确度。初始速度模型及射线追踪示意图第四节低(降)速带测定和静校正（2）地质雷达（GPR，ground-penetratingradar）地质雷达是利用超高频106～109Hz脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理探测方法，其工作原理是利用天线发射高频脉冲电磁波，而用另一天线接收反射回来的电磁波，根据反射波的波形以及波的强弱，确定地下介质的分布情况。地质雷达在工程勘探中得到较为广泛的应用，但是由于电性界面和波阻抗界面存在的差异，使得该方法在地震勘探静校正领域的应用还处于试验阶段，有待于进一步的研究和开发。第四节低(降)速带测定和静校正地质雷达数据采集系统示意图，包括GPR控制单元、具有自动目标识别能力的自追踪激光经纬仪、两台便携式计算机（记录GPR数据和定位信息）、安装在雪橇板上的天线、目标棱镜以及光纤电缆。第四节低(降)速带测定和静校正3DGPR数据体的处理流程Polynomials-多项式Prism-棱镜Sled-雪橇板mast-天线杆alignment-对齐从3DGPR数据体中选取的剖面,展示不同处理的地质效果:(a)常规处理,坐标误差导致人为不连续性,箭头处为鹅卵石位置;(b)经f-xy反褶积,不连续性明显削弱;(c)在f-kx和f-ky域中进行低通滤波,压制了高波数噪音。第四节低(降)速带测定和静校正3DGPR数据体经不同处理后的等时切片(t=192ns)。正交剖面与水平切片，图中ABC为有意义的反射，D为绕射波。经地形偏移后的正交剖面与水平切片，图中ABC为有意义的反射，D为绕射波。第四节低(降)速带测定和静校正三、静校正(statics)静校正一般分为野外（一次）静校正和剩余静校正。剩余静校正的内容留在数字处理专题中介绍，我们只介绍一次静校正。利用野外实测的表层资料直接进行的静校正称为一次静校正，又称为基准面静校正。其方法：人为选定一个海拔高程作为基准面，利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间tuh等资料，将所有的炮点和检波点都校正到此基准面上，用基岩速度替代低速带速度，从而去掉表层因素的影响。一次静校正包括井深校正、地形校正以及低速带校正等内容。第四节低(降)速带测定和静校正1、井深校正井深校正是将激发源O的位置由井底校正到地面。有两种方法：①值时间或井口时间tuh校正：在地表较平坦的地区，静校正简化为井深校正，把激发点从井底校正到地面上。具体实现时就是在激发井口附近安置一个值检波器，记录从井底到井口的直达波传播时间。把每炮实际记录的旅行时加上值就完成了井深静校正；②根据已知的表层参数及井深数据，按下式计算井深校正量：00Vhj第四节低(降)速带测定和静校正式中V0是低速带波速，h0是激发井深。因为井深校正总是向时间增大的方向校正，故此式前面取负号。2、地形校正地形校正是将测线上位于不同地形处的激发点S和检波点R校正到基准面上。激发点S在基准面上的高程为hS，则激发点S处的地形校正量为：SShV01而检波点R处的地形校正量是：RRhV01故此道（第j炮第n道）总的地形校正量为：)(10RSRSjnhhV地形校正量有正有负，通过hS、hR的正负体现出来。通常规定当测点高于基准面时为正，低于基准面时为负。3、低速带校正低速带校正是消除将基准面下的低速层速度用基岩速度V1代替造成的旅行时影响。在激发点处求取低速带校正量的公式为：10'11VVhjj第四节低(降)速带测定和静校正式中下标j表示任意激发点位置，hj为激发点处基准面到低速带底界的高程。在检波点处求取低速带校正量的公式为：10'11VVhnn式中下标n表示任意检波点位置，hn为检波点处基准面到低速带底界的高程。综合考虑炮点和检波点处的低速带校正量，