专利名称：一种面波多分量转换波静校正方法
技术领域：
本发明涉及工程物探领域，具体是指一种面波多分量转换波静校正方法。
背景技术：
由于地形的起伏变化或浅层存在横向的速度不均勻体，造成到达地表的反射地震 信号在不同的检波器上除存在正常的偏移距和深度变化引起的正常时差外，还会出现由于 地表与浅层低、降速带异常所引起的走时变化。这一走时变化必须在反射波信号的处理中 予以消除，才能获得地下介质的正常的成像。这一时差的校正在人工地震信号处理领域被 称为静校正。静校正一般分为二大类方法，一类方法是通过获得地表的速度结构，将横向速度 不均勻体产生的异常时差予以校正，这种方法一般又统称为一次静校正或长波长静校正； 一类方法是利用相邻地震道上信号的相关性，通过相关分析求取各道间的时差以达到消除 这种时差的方法，这种方法在地震信号处理领域一般又称为剩余静校正。即这一静校正方 法的应用一般在一次静校正之后使用，目的是消除各道间变化不大的短波长校正量。对于爆炸震源激发的多分量地震数据，转换横波的静校正包括震源点P波的校正 与接收点S波的校正，如图1所示。震源点的静校正应用常规纵波商业处理软件即可完成， 而检波点的静校正由于横波速度未知，常规纵波处理方法难以完成。而且由于近地表结构 横波速度远小于纵波速度，且横向变化剧烈，因此三分量地震勘探中转换横波的检波点静 校正量远大于纵波的静校正量，从而使得检波点静校正成为三分量地震数据处理的关键和 难点。对于转换横波静校正，一般简单的做法是利用基于共接收点道集的相关统 计剩余静校正方法解决，避开检波点的横波速度无法定量求取问题。例如Cary和 Eaton (Cary P.W.and Eaton D. W. S. ,1993, Asimple method for resolving large converted-wave (P-SV) statics. Geophysics, 58 (3) :429_433)提出利用共接收点叠加道 相干法来初步确定较大的静校正量，该法适用于构造平缓地区，直接求出接收点的横波静 校正量。此外，唐建侯、王建民等(唐建侯、张金山，消除P-SV波大静校正量的方法，石油 地球物理勘探，1994，29 (5) :650-653)(王建民、刘学伟、王桂水等，转换波组合静校正技 术在大庆地区的应用研究，石油物探，47〔3〕290-293)采用多种方法组合使用分步消去 静校正量，它要求有比较准确的参考道，适用于信噪比低但静校正量大的地区。郭桂红等 (郭桂红、王德利、何樵登等，转换波的静校正，吉林大学学报(地球科学版)，2003，33 (4) 542-544)提出的利用共接收点叠加道确定总的接收点静校正量，然后用圆滑的方法得到对 构造起伏的估计，再用总的接收点静校正量减去构造起伏便得到了接收点静校正量。由于 这一方法的原理是基于共接收点道集的模型道相关统计分析，属于剩余静校正方法，同样 地适用于纵波的剩余静校正；它也是转换波静校正目前常用的方法之一(唐建侯、张金山， 高效模拟退火剩余静校正，石油地球物理勘探[J]，1994，29 (3) :382-387)(曹聿明、李冬 梅，优化模型道剩余静校正[J]，石油地球物理勘探，1996，31 (增2) 60-66)(秀莲、许士勇、
3马在田，转换波剩余静校正方法与应用，石油地球物理勘探，2004，39 (5) 532-538)。但在地表起伏较大或低、降速带复杂的地区，剩余静校正难以有效地校正很大的 转换横波时差。因此，通过反射、折射横波和纵波的信息反演近地表的横波速度结构成为转 换横波静校正的关键和主要的解决方法。例如加拿大CREWS小组的Li (Zhenchun Li,Fred K.Boadu and R. James Brown,1990, Computing shear-wave statics with the help of seismic tomography. CREWS Research Report, 06 67-79)提出了地震的层析法进行横波 的静校正；Zhao (Zhao D, Hasegawa A. , Horiuchi S. , 1992, Tomographic imaging of P and S wave velocity structure beneath northeastern Japan. . J. Geophys. Res. ,97(B13) 19909-19928)基于这一思路利用天然地震信号提取日本东北部地下结构的纵波和横波速 度。Lawton与Schafer提出的转换波折射静校正方法(D. C. Lawton, 1989，Nine-component refraction statics survey. CREWS Research Report，03 :27_38)(Schafer，A. W.，1991， Thedetermination of converted—wave static using P refractions together with SV refractions. SEG Technical Program，Expanded Abstracts)(Schafer, A. W.，1989， Determination of shear-wave statics using converted, refracted waves from a compressional source, the CREWESProject research report，1 :67_79)，该方法使用横 波折射波建立横波的表层速度与厚度模型，然后按常规的折射波处理步骤计算横波的静校 正量，它要求有可供拾取的纵横波折射初至，得到的解主要是长波长静校正量。为解决横 波初至难以准确拾取的问题，姚姚(姚姚，一种利用τ-ρ变换由折射波求静校正量的方 法，石油物探，1991,4:20-27)提出利用τ-ρ变换法突出折射横波的初至，提高折射法计 算横波静校正的精度。后来，为了进一步提高静校正的精度，Dix(Dix C. H. . 1995, Seismic velocities from surface measurements [J]. Geophysics, 20 (1) :68_77)提出 了综合利用 反射与折射波，结合横波测井提高浅层横波速度的反演精度方法。除上述介绍的方法之外，Richard (Richard R. Van Dok, James Ε. Gaise, and Grant Byerley,2003, Near-surface shear-wave birefringence in the North Sea :Ekofisk 2D/4C test. The Leading Edge，22 :1236-1242)提出了 P 波拉伸匹配 P-SV 波互相关法计 算接收点的静校正；杨海申、李彦鹏(杨海申、李彦鹏、陈海青，转换波延迟时静校正，石油 地球物理勘探，2006，41(1) 13-19)提出应用多分量地震数据在同一接收点根据χ分量和 ζ分量的初至时间不同计算接收点的静校正；Xia(J. Xia，RD. Miller and CB. Park, 1999, Estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Reyleigh waves. Geophysics,64(3) 691-700)提出利用面波的频散曲线反演横波速度结构求取转换横波 的静校正量。但总结起来，精确求取浅表层的横波速度结构是这几年转换波静校正研究的 热点，也是提高转换波静校正精度的关键。通过折射、反射横波或通过面波求取横波速度这 Jli^uU7 —(Alan Μ. and Steve H. , 2007, Analysis of converted refractions for shear statics and near-surface characterization. ASEG 19TH Geophysical Conference and Exhibition, Expanded Abstract，1-4)(芦俊、王赞、石瑛等，面波法转换 波静校正研究，第22届中国地球物理年会，2006 25)。公开号为CN 1523373A的发明专利针对解决多分量地震勘探转换波的静校正问 题。该专利技术方法具有以下特点1)假设地表浅层存在一个高速层，上行纵波会在这个界面上发生波型的透射转换产生横波； 2)假设这一横波只在X分量上有投影，而纵波只在Z分量上有投影，而且只有这一 层面的横波信息而没有深层反射的横波混杂一起； 3)这一横波初至通过相关分析法可以有效地拾取，从而可以通过横波初至计算这 一层位以上地层的横波速度；4)浅层纵波分层与横波相同，即可以利用纵波建立浅层的分层结构，从而只需要 反演该层的横波速度即可；5)这一高速层以上不再有其它阻抗差异层，从而保证了该层的透射横波成分单纯 无其它干扰。基于上述这些假设，该专利技术通过横波的初至拾取获得相对准确的浅层横波速 度，从而实现转换横波的静校正量的计算。现有的静校正技术主要集中于以下几个方面的方法1)在野外进行了横波速度调查的基础上直接应用纵波的静校正方法实现转换横 波的一次静校正；2)在单炮记录上可以连续、有效的提取横波初至(包括横波折射和反射)的基础 上，直接反演横波速度实现转换横波的一次静校正；3)应用剩余静校正方法对转换横波进行静校正。这些方法技术主要存在以下的缺点和问题1)由于横波难以激发且野外激发采集的成本较高，因此野外横波速度结构调查在 三分量地震勘探中一般缺失，使得第一类方法难以应用；2)由于横波速度远低于纵波速度，因此折射和反射横波均淹没在纵波的续至波 中，且由于横波反射信号较弱，频率较低，难以同噪音和纵波反射准确区分开，从而使得第 二类方法难以实施或精度难以保证；3)在地表复杂地区，例如山区，由于高差的变化使得相邻检波点的走时差异很大， 难以利用相关分析法进行校正，既使在地表起伏不大的沙漠等地区，也会由于地下浅层存 在横向的速度不均勻体而造成相邻检波点的时差较大，难以应用剩余静校正方法进行转换 横波的一次静校正。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对陆地面波发育地区的多分量地震数据，采用提 取面波干扰，通过面波的频散曲线反演横波速度结构从而达到求解转换横波静校正量；尝 试在不增加野外采集投入、不依赖横波折射初至拾取解决转换波的静校正问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种基于瑞雷面波的多分量转换波静 校正方法，包括以下步骤步骤1、进行面波的压制和提取；步骤2、将步骤1中提取的面波记录进行F-K变换，并在F-K域中提取面波的频散 曲线；步骤3、按照层状介质模型给定浅层分层数、厚度和速度，利用最速下降或遗传算 法对步骤2中所选取的面波频散曲线进行反演，得到近地表横波速度结构；
步骤4、从步骤3中所得到的近地表横波速度结构中，选取用于静校正量计算的横 波基准面；步骤5、根据步骤4中得到的横波基准面，以及步骤3中计算所得的横波速度和地 层分层厚度，计算转换横波静校正量。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，步骤2中，当频散曲线有假频现象时，采用时间_空间域、频率-波数域的 插值算法对频散曲线进行滤波，以消除假频。进一步，步骤4中，通过参考纵波基准面位置来得到横波基准面，即对步骤3中提 取的面波频散曲线进行反演所得到的横波速度剖面的横波分层进行合并，并判断横波剖面 上是否有与纵波相似深度的基准面，再调整横波速度间隔，合并横波速度层，直到与纵波基 准面最接近。进一步，步骤4中，当野外采集的转换横波资料信噪比较差、横波基准面静校正量 比纵波大很多，从而使得横波的基准面较难确定时，通过结合多波微测井和小折射资料提 供的横波基准面信息进行横波基准面的确定。进一步，步骤5中，当缺乏横波速度浅层调查数据，使得纵波的基准面和横波的基 准面难以复合统一时，采用浅层纵波速度与反演横波速度的比值，近似用纵波静校正量与 纵横波的速度比乘积作为横波的静校正量。进一步，所述面波为瑞雷面波。本发明的有益效果在于利用炮记录中的瑞雷面波，可以实现浅层横波速度结构 的调查；通过横波速度的求取计算转换波静校正量是合理的精确计算方法，在面波发育地 区可以有效应用；基于瑞雷面波法的转换波静校正效果较好，可以在三分量数据处理中使 用；利用面波信号，实现了变废为宝；不受地形起伏的影响；可以进行大校正量的校正；面 波相对横波初至易于识别和提取，数据质量高，反演横波速度精度高。与本发明相比，公开号为CN 1523373A的发明专利存在以下几个方面差异1)本 发明采用三分量记录中的噪音信号——面波来实现浅层横波速度的反演；2)本发明可以在 任何发育面波的陆上三分量地震数据中使用，对于浅层的速度结构和分层，即地质情况没 有严格的假设，适应性更好一些；3)在浅层速度结构复杂，或各向异性发育的地区，三分量 记录上分别有各种波型的混波，而难以准确区分各波型在不同分量上的投影，因此该假设 在很多地区不成立而使得该专利技术适用性有限；而使用面波，虽然不能排除也存在各种 信号混杂的问题，但由于信号的时空-频率等特征的差异，使得面波很容易从其它信号中 提取出来；4)横波初至一般淹没在纵波及各种干扰信号中，准确拾取横波初至在我国大多 数陆上地区的三分量记录中都难以实现，或准确实现，从而使得基于初至的反演误差很大； 而本发明利用的是面波，由于面波能量很强，且表现明显差异的线性、低频、低速波，因此很 容易在地震中提取；5)由于纵波与横波反映介质不同的弹性属性，因此，浅层的横波与纵 波速度不仅大小差异很大，而且在一般情况下难以找到一个统一的基准面，因此该专利技 术基于统一基准面的假设难以实施；而本发明针对这种情况，另外设计了基于速度比谱的 静校正量计算方法，可以有效的解决这类问题；6)我国陆上大多数油气田都处于新生界沉 积较厚的地区，浅层沉积厚，分层多、薄，且各向异性明显；因此使得接收到的横波成分复 杂，既有不同层转换的横波，也有各向异性分裂产生的横波，从而使得基于单纯透射横波的反演精度降低，误差较大。文献《地震瑞雷面波速度反演及其在P-SV波静校正中的应用研究》(郭良辉，中国 地质大学(北京)硕士论文，2006)的研究内容、技术路线与本发明的基本相同，都是针对转 换横波的检波点静校正问题，通过面波的提取、频散曲线的反演获得横波的速度，从而实现 转换波的静校正。但在以下多个方面存在问题，与本发明形成明显的差别。其主要缺点在 于1)该论文的研究内容主要重点是横波速度的平面网格化插值，对于转换波面波法 静校正的技术研究基本是在现有技术、软件的基础上的一个简单流程实现和应用的过程。 而本发明是在自主研发的基础上，从理论公式推导、方法研究、程序编制到方法的理论模拟 与实际数据验证进行了系统、严谨的实现，并针对其中的几个关键问题提出了有效、自主研 发的解决技术。2)在地表与浅层速度复杂地区，甚至个别高速层裸露地区，基态面波不发育，而发 育了强能量的高模态面波，这时该论文的研究方法与技术难以适用；而本发明技术综合使 用了基态与高阶态面波，使得反演的浅层横波速度分层细、高低速层均适用。3)该论文利用的只是转换波单分量记录中的面波，对其它二分量上的面波未使 用；由于面波在三维空间的矢量传播特征，因此使得面波的能量在三个分量上均有投影，而 且以Z分量上的能量相对较强、信噪比较高。本发明分别提取三分量记录的面波，既可以进 行单分量面波的反演，也可以进行二、三分量的联合约束反演，从而大大提高了横波速度反 演的精度。4)该论文目前内容只截止到二维地震处理的处理，而本发明技术在二维的基础 上，还实现了三维技术实现。5)该论文在实现面波法静校正这一流程时，针对出现的假频问题未能解决。即由 于油气地震勘探的空间采样率较大，而横波速度较低，从而使得在利用面波反演横波速度 时面临大道间距产生的假频和频率折叠问题。本发明技术在方法实现与技术流程中，针对 这一问题，分别研究了时间域与频率波数域的插值技术，从而有效的解决了假频的影响，提 高了频散曲线的反演精度。6)该论文在获得浅层横波速度结构后对于转换波的静校正只是简单的通过基准 面高程与速度的商计算静校正量。这一方法隐含着一个必须满足的假设浅层纵波速度与 横波速度的分层相同，他们存在统一的分界面可以作为基准面使用。而这一点在实际地球 介质中大多数情况下难以成立，主要是因为由于横波速度的敏感性及纵波与横波速度反映 介质的力学模量的差异，从而使得横波分层较多，对横向速度的不均勻体反映较好，表现为 不同于纵波的浅层分层，且横向连续性很差。针对此，本发明除实现了该论文所介绍的直接 计算横波静校正量的方法外，还提供了针对纵横波无统一基准面情况下的静校正方法。即 通过反演的纵横波速度获得浅层的速度比结构，通过纵波的检波点静校正量与速度比谱实 现静校正量的计算。梁志强的《利用多阶模面波技术求取P-SV波横波静校正量》(中国地球物理2008 年会会议摘要，67)只是针对转换横波处理中的检波点静校正问题，介绍了国外利用f-ρ变 换提取频散曲线，通过低阶与高阶不同模态面波约束反演获取浅层横波速度的思路与可能 实现过程，并没有实现，而没有该作者自己的内容。只是国外方法技术的一个简单汇编介绍。芦俊、王赞、尹军杰等的《面波法转换波静校正研究》(中国地球物理2006年会会 议摘要，25)中，简单介绍了可能利用面波进行浅层横波速度反演的一些思路和技术路线， 但整个方法技术还没有实现，是本专利发明人2006年提出的一种理论设想。本发明是在该 思路的基础上进行了完整的方法研究和技术实现，而且内容主要是实现的具体方法和技术 流程等更具体的内容。李彬朝、张建智的《瑞雷面波技术在地震资料静校正处理中的应用》(岩土工程界， 2008,10(10) 66-67)中，介绍了利用工程物探领域已成熟应用的面波仪及其数据采集处 理技术实现工程领域浅层纵波速度的调查。首先，该技术利用面波仪直接采集面波信号，涉 及到人工震源激发，小道距接收，而本发明不需要野外采集面波，而是直接提取炸药震源激 发的三分量信号中的面波，是一种干扰波；其次，该技术利用成熟的面波处理软件进行数据 的处理和反演，而本发明的面波处理由于假频等问题的存在不同于工程物探的数据处理， 也没有现成的商业化软件可供使用；最后，该仪器方法获得的是浅层的纵波速度结构，且 该速度只用于常规纵波数据的静校正，不涉及三分量转换波的数据处理，而本发明是通过 频散曲线反演横波速度，不简单是纵波速度，而且应用于转换横波的静校正处理，不涉及纵 波。因此，该文献所应用的方法、技术与本发明所保护的内容属于不同的领域，所涉及的方 法原理虽然有局部相同点，但技术路线和实现流程完全不同。公开号为CN 1773310A的发明专利申请保护的内容与专利CN 1523373A相似，都 是基于相同的理论方法和条件假设。只是该专利克服了发明专利CN1523373A拾取初至存 在的问题进行了改进，即在无法准确获得上行透射转换横波的初至时，通过互相关及互相 关剖面上最强能量谱的拾取提取转换波的延迟时，从而达到计算横波速度的目的。但该专 利基于这一点的改进所实现的方法与技术路线存在以下问题1)同一检波点上不同旅行 时的振动信息并非来自地下同一转换点(反射点)的反射，因此不具有同相叠加的基础，即 相关叠加并一定可以获得能量突出、连续的互相关剖面；2)既使信号来自相邻的转换点， 空间上满足相关的特性，但由于速度的横向变化、各向异性和纵波与横波路径的不一致，使 得走时信息和振幅信息也会存在较大的差异，从而降低了信号的时间、能量、频率相关性， 而难以获得可靠的互相关剖面；从而使得该专利技术的改进也面临发明专利CN 1523373A 同样的问题适应性较差，实际效果难以保证。公开号为CN1338640A的发明专利公开了一种地震数据处理的模型约束静校正方 法，包括共反射点/共反射面元道集叠加；建立约束模型；根据约束模型建立标准模型道； 将模型道与道集中各道沿时窗滑动对比，计算各道与模型道的相关系数，按不同的层位段、 时间段对道集作时差校正；道集叠加；与原始剖面对比；回加原始记录，输出校正道集记录 和剖面。该发明可时变、空变、多域处理，用于叠前、叠后以及深度/时间偏移中，适用性强， 可以有效地解决复杂地表与复杂构造地区的地震勘探资料反射空白区多，地下构造难以成 像的问题。该发明是通过理论数据的模拟及与实际地震数据的相关、匹配实现实际地震数 据的校正，该方法技术可应用与纵波、也可以应用于横波或转换波静校正。但该技术只能校 正转换波的短波长静校正量，对于长波长无能为力；其方法原理与现有商业化软件中的基 于统计分析的剩余静校正方法类似，同属于短波长静校正技术，与本发明不存在技术路线、 方法原理、技术实现上的相关性。
公开号为5587968的发明专利公开了一种横波勘探求取浅层横波速度的地震技 术。它采用野外横波震源和横波检波器接收浅层地下介质的横波反射与折射信号。然后通 过初至折射或反射信号的拾取计算横波速度，调查浅层地下介质的结构。这种方法需要投 入较大的野外工作成本采集横波信号实现浅层低、降速度横波速度结构的调查，在地震野 外数据采集中可以应用。但由于投资成本的考虑和横波难以激发的问题，在我国陆上三分 量地震勘探中一般没有浅层横波速度的野外调查，因此需要采用其它方法技术解决三分量 勘探中横波静校正量的换算问题。本发明不需要增加野外的投资成本，只是利用了采集信 号中的面波噪音实现浅层横波速度的反演，同时有效的压制了三分量地震记录中的面波噪 音，起到了变废为宝的作用；而且本发明在方法原理、技术路线、技术细节和实现等各方面 都不同于该公开专利，他们属于为解决同一问题而二个完全不同的技术方法方向。公开号为US 2002/0075759A1的发明专利公开了一种针对二维、三维常规纵波勘 探地震数据进行剩余静校正的方法。当然，这种方法也可以在转换波的剩余静校正中使用， 用于解决短波长校正量的问题。其基于的方法原理也是统计平均的基础上，通过相同炮不 同检波点和相同检波点不同炮数据间的相关性，采用迭代的方法逐渐消除各点与均值的残 差，从而最后获得各检波点的剩余静校正量。该专利中未涉及多分量地震勘探和转换横波 的长波长静校正，是一种基于数字信号的统计分析剩余静校正方法，与本发明利用面波解 决转换横波的长波长静校正技术完全不相关。公开号为US 2003/0187583A1的发明专利公开了一种针对浅层各向异性调查所 采集的横波数据进行静校正处理的方法技术，其基本原理是基于模型道的互相关估算炮点 与检波点的静校正量，属于短波长静校正的技术范畴。其实现方法为首先抽取不同方位和 偏移距的共CDP点道集，然后从这三种道集中估算提取模型道作为标准数据道；然后将道 集中的其它道与该标准道做互相关处理，拾取各道与模型道的时差；修改模型道，重复上述 过程，直至拾取的时差小于规定的残差，停止迭代。最后将各次迭代的残差求和就获得了各 检波点的静校正量，从而可以实现方位各向异性横波数据的静校正处理。而本发明针对的 传播路径不对称的转换横波，且是基于物理面波反演横波速度的长波长静校正方法，与公 开专利无理论、方法、技术上的相关性。


图1为本发明面波多分量转换波静校正方法的流程图；图2A为大庆某区块的二维二分量炮集的ζ分量记录图；图2B为大庆某区块的二维二分量炮集的χ分量记录图；图3为本发明中对大庆某区块进行实验反演得到该地区某测线的浅层横波速度 结构图；图4为本发明中对大庆某区块进行实验中某测线段转换波基准面静校正量；图5A为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据的Z分量单炮记录图；图5B为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据的X分量单炮记录图；图6为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据157线的纵波与转换横波静校正量值 对比；图7A为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据未做检波点静校正的初叠剖面图7B为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据利用纵横波的速度比与纵波检波点 静校正量的积作为转换横波的静校正量；图7C为淮南某煤矿野外三维三分量地震数据剩余静校正后转换波初叠剖面。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。作为体纵波与横波的复合波，瑞雷面波的速度与纵波、横波速度有关，因此可以通 过瑞雷面波反演近地表的横波速度结构。而瑞雷面波作为陆地地震勘探中的常见噪音，一 直是被作为强线性干扰来压制的。如果能利用提取的面波实现转换波的静校正，就相当于 “变废为宝”了。但这个方法应用的前提条件是浅层存在速度界面，发育面波；对于基岩裸露 的山地或山前带地震资料，由于接收信号中没有面波数据，该方法无法应用。因此，应用面波进行转换波的静校正首先需要较为准确的识别与提取炮记录中 的面波。提取面波的过程与压制的过程是相同的，有诸如F-K滤波、偏振分析等多种方法 (A. Benhama,C. Cliet,and Μ. Dabesset. Study and Application of Spatial Directional Filtering in Three-component Recordings[J]. Geophysics Prospecting，1988，36 591 613)。对于转换波地震勘探而言，压制面波是十分重要的，因为面波与转换波在时 间_空间域、频率域存在较大的重叠空间，难以通过频率滤波、空间切除的方法压制。在炮记录中瑞雷面波被识别及有效提取出来的基础上，对瑞雷面波进行F-K变换 可获得面波的频散曲线(杨成林，面波勘探，北京地质出版社，1993)。由于面波速度低，因 此要求面波的保真采集需要小空间采样间隔。但在油气、煤田地震勘探中，由于道间距一般 较大，因此常常会形成面波的假频。针对此，我们分别研究了面波的时间-空间域、频率-波 数域的插值方法以消除面波的假频现象，以保证面波频散曲线的高精度拾取。在上述频散曲线拾取的基础上，根据多层水平层状介质瑞雷面波的频散方程 (Schwab F, Knopoff L. ,1970, Surface-wave dispersion computations[J]. Bull Seism Soc Am, 60 (2) :321_344)，可以反演求得浅层的分层与面波速度。根据面波与横波速度关系，在一定泊松比假设下即可以求取横波速度。由于泊松 比与横波速度均未知，在纵波速度已知的情况下，需要多次迭代优化反演。在浅层横波速度 已知的情况下，转换波检波点静校正是一般常规处理系统就可以完成的(Mike Cox, 1999, Static Correction for Seismic Reflection Surveys. Springer，9 :68 71)0如图1所示，本发明的具体实现过程如下步骤1、进行瑞雷面波的压制和提取；步骤2、将步骤1中提取的瑞雷面波记录进行F-K变换，并在F-K域中提取瑞雷面 波的频散曲线；步骤3、按照层状介质模型给定浅层分层数、厚度和速度，利用最速下降或遗传算 法对步骤2中所选取的瑞雷面波频散曲线进行反演，得到近地表横波速度结构；步骤4、从步骤3中所得到的近地表横波速度结构中，选取用于静校正量计算的横 波基准面；步骤5、根据步骤4中得到的横波基准面，以及步骤3中计算所得的横波速度和地层分层厚度，计算转换横波静校正量。其中，在步骤1中，采用常规处理系统逐炮进行瑞雷面波的压制和提取，针对转 换波炮记录可参考使用偏振分析方法(Jun Lu，Yun Wang，Chunying Yang, and Yinjuan He,2010, Surface wave suppression in χ-component records using instantaneous polarization filtering, Applied Geophysics, 2010, 7 (1) :88_97)提取；对比分析三分量 炮记录中分别提取出来的面波数据，选择面基阶波能量强的记录作为横波速度求取的面波 记录；在步骤2中，当频散曲线有假频现象时，采用时间_空间域、频率_波数域的插值 算法对频散曲线进行滤波，以消除频散曲线中的假频；在步骤4中，通过参考纵波基准面位 置来得到横波基准面，即对步骤3中提取的面波频散曲线进行反演所得到的横波速度剖面 的横波分层进行合并，并判断横波剖面上是否有与纵波相似深度的基准面，再调整横波速 度间隔，合并横波速度层，直到与纵波基准面最接近；在步骤4中，当野外采集的转换横波 资料信噪比较差、横波基准面静校正量比纵波大很多，从而使得横波的基准面较难确定时， 可以通过结合多波微测井和小折射等资料提供的横波基准面信息进行横波基准面的确定； 在步骤5中，当缺乏横波速度浅层调查数据，使得纵波的基准面和横波的基准面难以复合 统一时，采用浅层纵波速度与反演横波速度的比值，近似用纵波静校正量与纵横波的速度 比乘积作为横波的静校正量。实验验证1.大庆油田某区块二维转换波静校正处理试验1995年，为了提高火成岩储层地震勘探的精度，大庆油田在某区块采集了几条二 维三分量的地震数据。虽然该地区地表平坦，地表高差最大只有2米，但从图2A、图2B所 示X、Z两个分量剖面的可以看出由于静校正量的存在，地震波初至、目的层反射、面波的同 相轴都发生较大的扭曲，如图2A、图2B中的椭圆部分所示。根据本发明的方法原理，应用编制的程序配合常规处理系统对该地区转换波数据 进行了处理。如图3所示为通过瑞雷面波数据反演获得的浅层10层横波速度结构。从图 3可以看到该区近地表S波速度较低，20米深度以浅平均120m/s 200m/s ；横波速度横 向变化可能预示第四纪沉积的横向不连续性或不连续冻土层的存在。浅层纵波速度调查发现该地区潜水面很浅，从图3上难以确定横波在该深度处存 在稳定的速度变化面。因此，以与P波速度浅层分层相对吻合较好的地下110米作为基准 面，利用反演的横波速度进行转换波静校正量的计算。如图4所示为该测线段转换波基准 面静校正量。从图4上可以看到由于基准面选择较深，静校正量值大，平均280毫秒；不同 站点变化幅度高达26毫秒。2.淮南某煤矿三维转换波静校正处理应用2006年，淮南某煤矿为了提高构造的识别精度，采集了一块三维三分量的地震数 据。如图5A、图5B所示为其中一炮的三分量记录，由于该地区地表平坦，高差基本都在2米 范围内，因此静校正问题并不突出。但对于高精度的煤田地震勘探而言，要识别3米左右的 断层，几个毫秒的静校正也不能忽视。为此，应用本发明方法流程反演了该三维工区的浅层 横波速度结构，其中，157线不同炮检坐标处的横波校正量的结果如表1所示。该157线上 的静校正量如图6所示，可以看到，转换波的静校正量远大于纵波的静校正量，一般是2-4
11倍的关系。表 1 在这块三维数据的处理过程中，发现由于瑞雷面波探测深度有限，与纵波一致的 较为稳定的S波速度层位难以确定，使得PS波检波点静校正的基准面难以选取。为避免纵 波、横波基准面不统一和选择误差带来的静校正畸变，根据反演的横波速度我们利用纵横 波的速度比与纵波检波点静校正量的积作为转换横波的静校正量，结果如图7B所示。图7A 是未做检波点静校正的初叠剖面，从图中箭头处可以看出目标层位(1400 1700ms)范围 内的PS反射波同相轴叠加效果较差。图7A与图7B对比可见PS波成像质量有所提高。但 是由于剩余静校正量的存在，箭头指示的位置还未能实现同相叠加。图7C为剩余静校正后 转换波初叠剖面，可见PS波同相轴的连续性与叠加能量都得到较大的提高。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种面波多分量转换波静校正方法，包括以下步骤步骤1、进行面波的压制和提取；步骤2、将步骤1中提取的面波记录进行F K变换，并在F K域中提取面波的频散曲线；步骤3、按照层状介质模型给定浅层分层数、厚度和速度，利用最速下降或遗传算法对步骤2中所选取的面波频散曲线进行反演，得到近地表横波速度结构；步骤4、从步骤3中所得到的近地表横波速度结构中，选取用于静校正量计算的横波基准面；步骤5、根据步骤4中得到的横波基准面，以及步骤3中计算所得的横波速度和地层分层厚度，计算转换横波静校正量。
2.根据权利要求1所述的面波多分量转换波静校正方法，其特征在于，步骤2中，采用 时间_空间域、频率_波数域的插值算法对频散曲线进行滤波。
3.根据权利要求1所述的面波多分量转换波静校正方法，其特征在于，步骤4中，通过 参考纵波基准面位置来得到横波基准面，即对步骤3中提取的面波频散曲线进行反演所得 到的横波速度剖面的横波分层进行合并，并判断横波剖面上是否有与纵波相似深度的基准 面，再调整横波速度间隔，合并横波速度层，直到与纵波基准面最接近。
4.根据权利要求1所述的面波多分量转换波静校正方法，其特征在于，步骤4中，通过 结合多波微测井和小折射资料提供的横波基准面信息进行横波基准面的确定。
5.根据权利要求1所述的面波多分量转换波静校正方法，其特征在于，步骤5中，采用 浅层纵波速度与反演横波速度的比值，近似用纵波静校正量与纵横波的速度比乘积作为横 波的静校正量。
6.根据权利要求1至5所述的面波多分量转换波静校正方法，其特征在于所述面波 为瑞雷面波。
全文摘要
本发明涉及一种面波多分量转换波静校正方法。该方法基于炮记录中的瑞雷面波，通过面波的提取、频散曲线反演求取浅层的地层分层及横波速度，进而精确计算转换波检波点静校正量。通过大庆某区块二维三分量的试验处理显示，浅层的横向速度不均匀体产生了较大的静校正时差；通过淮南某煤矿三维三分量数据的处理显示，即使对于平坦的平原区，由于横波速度小且横向不均匀，也会产生20多毫秒的静校正时差，这对于煤田高分辨率地震勘探识别3米左右的小断层是不可忽略的误差。两个地区三分量地震数据处理中的应用试验，取得了较好的处理效果，证明应用面波进行多分量转换波静校正是一可行的方法技术。
文档编号G01V1/36GK101907727SQ20101025531
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者王赟, 芦俊 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所