雄安新區(qū)及周邊深反射地震高精度成像技術(shù)

岳航羽 王 凱 張 杰劉建勛 王小江 張保衛(wèi)③

(①中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000；②國(guó)家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，河北廊坊 065000；③中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地球物理調(diào)查中心，河北廊坊 065000；④中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083；⑤吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130000)

0 引言

深反射地震是地球物理學(xué)的重要研究方向，具有成像精度高、探測(cè)信息可靠等優(yōu)點(diǎn)，是研究大尺度地球構(gòu)造的先鋒技術(shù)，也是獲得精細(xì)地殼結(jié)構(gòu)最先進(jìn)的方法，現(xiàn)今正被越來(lái)越多地應(yīng)用于大陸地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)探測(cè)[1-4]。一些歐美國(guó)家早在20世紀(jì)70～80年代就已成功運(yùn)用深反射地震技術(shù)對(duì)地球內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)和研究，并獲得了極具意義的觀測(cè)結(jié)果，為大地構(gòu)造的研究提供了精確的地殼圈層乃至上地幔的地震波反射特征，為人們研究巖石圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)、核幔邊界，乃至地球的整體構(gòu)造提供了全新認(rèn)識(shí)[5-12]。2008年開(kāi)始實(shí)施的“中國(guó)深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”專項(xiàng)(SinoProbe)，標(biāo)志著中國(guó)正式、全面開(kāi)始大面積地在國(guó)內(nèi)進(jìn)行深反射地震探測(cè)研究，將中國(guó)的深反射地震剖面探測(cè)推向一個(gè)新高度，極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)巖石圈形成、演化領(lǐng)域的研究，更為礦產(chǎn)資源勘查、地球深部動(dòng)力學(xué)、深淺構(gòu)造關(guān)系、地震災(zāi)害預(yù)測(cè)等提供了重要證據(jù)[13-17]。

陳志德等[18]提出并實(shí)現(xiàn)了深反射地震資料χ2分布處理技術(shù)，從反射結(jié)構(gòu)與能量的角度突出深部構(gòu)造；李文輝等[19]提出一種快速識(shí)別深地震反射剖面構(gòu)造格架的方法；朱小三等[20-21]綜述了當(dāng)前深反射地震資料的噪聲衰減方法并介紹了深反射地震資料疊前偏移方法；李洪強(qiáng)等[22]針對(duì)大、中炮數(shù)據(jù)聯(lián)合處理中的靜校正、資料凈化、速度求取、AVO加權(quán)疊加等技術(shù)進(jìn)行了闡述；鄧攻等[23]將S變換譜分解技術(shù)應(yīng)用于深地震疊加剖面，顯著提高了深部弱反射信號(hào)的信噪比和分辨率；戴曉峰等[24]分析并確定了疊前與疊后聯(lián)合、組合壓制多次波的思路，有效壓制川中超深層低角度席狀多次波強(qiáng)反射能量；徐泰然等[25]結(jié)合實(shí)例展望了深反射地震數(shù)據(jù)處理的未來(lái)發(fā)展方向。

雄安新區(qū)的設(shè)立(2017年4月1日)是千年大計(jì)、國(guó)家戰(zhàn)略。根據(jù)雄安新區(qū)總體規(guī)劃與建設(shè)的需求，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局決定在該區(qū)構(gòu)建世界一流水平的“透明雄安”基礎(chǔ)平臺(tái)(詳查地下0～10000m)。基于在雄安新區(qū)及周邊采集的三條滿覆蓋(共270km)深反射地震數(shù)據(jù)，本文開(kāi)展了系統(tǒng)性的深反射地震高精度成像技術(shù)研究。根據(jù)該區(qū)深反射地震資料特點(diǎn)及難點(diǎn)，制訂了一套能有效提高資料分辨率和信噪比的深反射地震高精度成像方法技術(shù)組合，細(xì)致對(duì)比各環(huán)節(jié)成像效果，以最大程度地恢復(fù)該區(qū)深部弱信號(hào)地質(zhì)信息，為詳查該區(qū)域基底形態(tài)、斷裂構(gòu)造、隱伏巖體、莫霍面起伏特征及巖石圈殼幔結(jié)構(gòu)等服務(wù)，并為雄安新區(qū)的規(guī)劃、建設(shè)提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于雄安新區(qū)及周邊河北省保定市、廊坊市和滄州市的毗鄰部分，區(qū)域上可劃分為太行山隆起、冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷等四個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，區(qū)域構(gòu)造走向整體呈北東向。在圖1所示的研究區(qū)布設(shè)了主測(cè)線Line2018、Line2019及聯(lián)絡(luò)測(cè)線Line2020三條深反射地震測(cè)線，長(zhǎng)度依次為滿覆蓋130km、100km及40km。其中Line2018、Line2019兩條測(cè)線近平行分布，均呈北西—南東方向，自西北向東南依次橫穿雄安新區(qū)中部及南部區(qū)域；Line2020測(cè)線呈北東—南西方向，縱貫雄安新區(qū)西部地區(qū)，并跨越Line2018和Line2019兩測(cè)線。此外，D12為L(zhǎng)ine2018測(cè)線中部容城縣內(nèi)的一口淺層地?zé)峋?/p>

圖1 雄安新區(qū)及周邊深反射地震測(cè)線位置圖

從地質(zhì)構(gòu)造單元看，Line2018測(cè)線自西北向東南依次穿過(guò)太行山隆起、徐水凹陷、容西斜坡、容城凸起、牛北斜坡、牛駝鎮(zhèn)凸起、霸縣凹陷、文安斜坡及大城凸起等九個(gè)構(gòu)造單元；Line2019測(cè)線自西北向東南依次跨越太行山隆起、保定凹陷、高陽(yáng)低凸起、饒陽(yáng)凹陷、文安斜坡及大城凸起等六個(gè)構(gòu)造單元；Line2020測(cè)線自北向南依次串聯(lián)容城凸起、容西斜坡、保定凹陷及高陽(yáng)低凸起等四個(gè)構(gòu)造單元。

針對(duì)該區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，最終確定采用“兩高一寬一長(zhǎng)”(高密度、高覆蓋次數(shù)、寬頻帶、長(zhǎng)排列)方式采集深反射地震數(shù)據(jù)。主要采集因素包括：中間放炮兩邊接收，道間距20m，排列長(zhǎng)度1440道，炮間距120m，最大覆蓋次數(shù)120次，采樣率2ms，記錄長(zhǎng)度30s。為了提高深反射地震的有效頻帶和能量，在平坦區(qū)采用單井激發(fā)，井深32～40m，藥量16～20kg；山地硬巖區(qū)采用雙井組合激發(fā)，單井井深20～24m，藥量20～24kg。

2 深反射地震數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

由于研究區(qū)內(nèi)深反射地震測(cè)線較長(zhǎng)，地表激發(fā)條件差異大、干擾因素眾多，在研討深反射地震高精度成像關(guān)鍵技術(shù)前，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的深反射地震數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析，依次從靜校正量、能量、干擾波及有效頻率四個(gè)方面細(xì)致分析，為深反射地震高精度成像流程的制定奠定基礎(chǔ)。

2.1 能量分析

在該區(qū)深反射地震勘探數(shù)據(jù)采集中，由于地表激發(fā)條件的差異、球面擴(kuò)散、地層吸收衰減和透射損失等因素影響，縱向上深反射地震波能量隨時(shí)間衰減，使得該區(qū)深反射地震淺、中、深層能量的差異大，深層反射能量弱；橫向上因區(qū)內(nèi)各井炮之間的能量也存在差異，激發(fā)與接收點(diǎn)處近地表?xiàng)l件的一致性差，造成地震資料在炮集之間、共檢波點(diǎn)道集之間振幅能量差異較大，這種能量差異對(duì)該區(qū)深反射地震疊加效果有很大影響。

圖2為該區(qū)深反射地震不同位置的單炮記錄，對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同位置的單炮記錄及同一炮不同道的能量差異明顯：山區(qū)地帶激發(fā)的單炮記錄(圖2a)，僅在激發(fā)點(diǎn)附近有較強(qiáng)能量；山前過(guò)渡帶的單炮記錄(圖2b)不同道之間能量差異較大，隨著目的層的不斷加深，能量下傳越來(lái)越弱，接收到的深反射地震有效信號(hào)也越來(lái)越差；在平原區(qū)激發(fā)的單炮記錄(圖2c)，因莫霍面埋深較大，在單炮記錄上很難識(shí)別，存在“深部目的層信號(hào)弱”的問(wèn)題。

2.2 干擾波分析

該區(qū)地處中國(guó)華北腹地，區(qū)內(nèi)人口稠密、交通流量大，受地表激發(fā)、接收條件及區(qū)內(nèi)機(jī)械、高壓電網(wǎng)、公路、機(jī)動(dòng)車輛等因素影響，深反射地震原始單炮記錄上有較強(qiáng)干擾波，嚴(yán)重影響資料品質(zhì)。從圖2易見(jiàn)深反射地震單炮記錄上廣泛分布能量較強(qiáng)的面波及聲波干擾、線性噪聲、外源機(jī)械振動(dòng)、50Hz工業(yè)電、高低頻隨機(jī)干擾及脈沖野值等。

圖2 雄安新區(qū)及周邊深反射地震不同位置的單炮記錄

這些噪聲干擾主要特征包括：面波干擾在全區(qū)范圍內(nèi)均有分布，呈“掃把狀”，能量強(qiáng)，視速度為300～1400m/s，頻率分布在15Hz以下；聲波干擾在全區(qū)較發(fā)育，視速度約為340m/s；線性噪聲在全區(qū)范圍內(nèi)普遍發(fā)育，能量強(qiáng)，特別是在山地線性噪聲嚴(yán)重影響單炮記錄的信噪比；外源機(jī)械振動(dòng)主要是由區(qū)內(nèi)主干道路上的車輛、產(chǎn)油區(qū)抽油機(jī)等產(chǎn)生，在全區(qū)較為發(fā)育；因處于工業(yè)、農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的華北平原，遍布50Hz工業(yè)電網(wǎng)，在單炮記錄上干擾范圍集中在某幾道至某幾十道，且頻率恒定，能量在中深層較強(qiáng)；高低頻隨機(jī)噪聲在全區(qū)較嚴(yán)重，隨機(jī)分布于深反射單炮記錄。此外，在深反射地震單炮記錄上還可見(jiàn)脈沖野值等。

2.3 有效頻率分析

有效頻率分析是該區(qū)深反射地震資料高精度成像的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若未厘清深反射地震原始數(shù)據(jù)中干擾波及有效波的頻率分布情況，就很難擬定適用方法和處理流程。抽取該區(qū)各測(cè)線上不同激發(fā)巖性的原始記錄進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果如圖3所示。從整體上看，由于強(qiáng)噪聲的掩蓋，全區(qū)單炮記錄上有效波主頻集中在9～13Hz，50Hz工業(yè)電干擾在全區(qū)廣泛分布。西部山區(qū)礫石出露，受激發(fā)因素影響，單炮記錄(圖3a)主頻稍低；平原區(qū)地表被第四系黃土覆蓋，單炮記錄(圖3c)主頻略高。因此，做好不同位置的炮、道頻率一致性處理是深反射地震高精度成像處理的重要環(huán)節(jié)之一，也是確保該區(qū)深反射地震疊加質(zhì)量并提高其分辨率的關(guān)鍵步驟。

圖3 雄安新區(qū)及周邊深反射地震不同位置單炮記錄的頻譜特征

2.4 靜校正分析

該區(qū)深反射地震測(cè)線跨越不同的地形、地貌，自西向東依次穿越山地、山前過(guò)渡帶、平原區(qū)。圖4為測(cè)線上不同位置的深反射地震單炮記錄局部放大圖。平原區(qū)基本以第四系沉積為主，海拔高程變化不大，一般不足10m；Line2018和Line2019測(cè)線自東南向西北進(jìn)入太行山區(qū)后，海拔高程逐漸增大，從20m升至170m，地形切割較嚴(yán)重，相對(duì)高差可達(dá)150m，再加上低降速帶的速度和厚度變化不均，使該區(qū)深反射地震單炮上靜校正問(wèn)題普遍存在，如在山區(qū)(圖4a)和山前過(guò)渡帶(圖4b)，深反射地震單炮記錄上初至畸變，靜校正問(wèn)題較突出。

圖4 測(cè)線上不同位置的深反射地震單炮記錄局部放大

3 深反射地震高精度成像流程制定

雄安新區(qū)及周邊深反射地震高精度成像的主要問(wèn)題包括西部山區(qū)及山前過(guò)渡帶靜校正、低信噪比資料成像、淺深層兼顧、深層弱信號(hào)增強(qiáng)、頻率差異、線性干擾、高能面波壓制及偏移速度場(chǎng)建立等。需建立一套針對(duì)該區(qū)的深反射地震高精度成像流程，逐步剔除深反射地震干擾波、增強(qiáng)有效反射信號(hào)，真實(shí)還原該區(qū)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖5為該區(qū)深反射地震高精度成像流程，擬從靜校正、疊前噪聲壓制、真振幅恢復(fù)、反褶積、高精度速度分析、剩余靜校正、深層弱信號(hào)增強(qiáng)、偏移成像等幾個(gè)方面，逐步提高信噪比和分辨率，并分別應(yīng)用了以下針對(duì)性技術(shù)。

圖5 雄安新區(qū)及周邊深反射地震高精度成像流程

采用高程靜校正與層析靜校正相結(jié)合，消除地形起伏及低降速帶的影響；利用自適應(yīng)面波衰減、分頻去噪、T-X域?yàn)V波、F-K域噪聲衰減等方法做好多域、多步疊前噪聲衰減；從球面擴(kuò)散補(bǔ)償和地表一致性振幅補(bǔ)償兩方面恢復(fù)深反射地震數(shù)據(jù)的能量；利用地表一致性反褶積、預(yù)測(cè)反褶積等方法，做好深反射地震子波一致性處理和提高深反射地震分

辨率；基于高精度速度分析，采用速度掃描與交互速度分析相結(jié)合，加密速度控制點(diǎn)，建立準(zhǔn)確的深反射地震速度模型；求取剩余靜校正量，消除資料中殘存的中、短波長(zhǎng)靜校正量；深層弱信號(hào)增強(qiáng)是為了進(jìn)一步突顯深部地質(zhì)信息，特別是莫霍面的特征；利用有限差分偏移方法使地下繞射波、斷面波收斂，促使深反射地震波場(chǎng)歸位到其真實(shí)位置。

4 深反射地震高精度成像關(guān)鍵技術(shù)

采用針對(duì)性的深反射地震高精度成像關(guān)鍵技術(shù)，逐步改善該區(qū)深反射地震數(shù)據(jù)質(zhì)量，從復(fù)雜的地震波場(chǎng)里逐步提取出與地層界面、構(gòu)造特征相關(guān)的深反射地震有效信號(hào)，為該區(qū)深反射地震資料綜合解釋奠定基礎(chǔ)。

4.1 靜校正

深反射地震靜校正是獲取高精度地震波場(chǎng)速度和高質(zhì)量疊加剖面的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了解決該區(qū)存在的靜校正問(wèn)題，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)靜較正問(wèn)題，根據(jù)目前靜校正技術(shù)的發(fā)展和對(duì)研究區(qū)內(nèi)深反射地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，通過(guò)試驗(yàn)確定采用高程靜校正與層析靜校正相結(jié)合的方法，并選用1800m/s的替代速度和100m的高程，分別得到應(yīng)用靜校正前、后的深反射地震單炮記錄(圖6)和疊加剖面(圖7)的對(duì)比數(shù)據(jù)。可見(jiàn)應(yīng)用靜校正后的深反射地震單炮記錄及疊加剖面效果明顯，單炮記錄上“扭曲”現(xiàn)象得到顯著改善，初至變得光滑、連續(xù)(圖6b)，疊加剖面(圖7b)上綠色箭頭指示的同相軸更連續(xù)，信噪比得到一定程度的提高，有效消除了該區(qū)地形起伏及低降速帶對(duì)深反射地震剖面質(zhì)量的影響。

圖6 靜校正前(a)、后(b)的深反射地震單炮記錄對(duì)比

圖7 靜校正前(a)、后(b)的深反射地震疊加剖面對(duì)比

4.2 疊前噪聲壓制

疊前噪聲壓制效果直接制約著該區(qū)深反射地震成像剖面的質(zhì)量。針對(duì)研究區(qū)內(nèi)干擾波特點(diǎn)，在疊前道集上選用保真保幅去噪方法，多域多方法聯(lián)合應(yīng)用，逐步消除干擾波影響，最大程度地保留深反射地震有效波。

采用自適應(yīng)面波衰減方法有效去除該區(qū)發(fā)育廣泛的面波干擾；通過(guò)分頻去噪、T-X域?yàn)V波、F-K域噪聲衰減等方法從不同頻率、視速度、函數(shù)域等角度逐步衰減聲波干擾、線性噪聲、外源機(jī)械振動(dòng)、脈沖野值等干擾；利用單頻噪聲壓制衰減該區(qū)遍布的50Hz工業(yè)電；最后，采用隨機(jī)噪聲衰減方法去除高低頻各類隨機(jī)噪聲。

對(duì)比區(qū)內(nèi)典型的疊前噪聲壓制前、后的深反射地震單炮記錄(圖8)和疊加剖面(圖9)，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)疊前噪聲壓制，該區(qū)深反射地震單炮記錄(圖8b)上的噪聲干擾得到有效壓制，“雙曲線”型的反射波得到顯現(xiàn)，11s處的莫霍面反射特征得到進(jìn)一步凸顯，深反射地震單炮記錄整體上的信噪比和分辨率都得到大幅度的提高；同時(shí)，“淹沒(méi)”在噪聲干擾里的同相軸得到顯現(xiàn)(圖9b)，保證了該區(qū)深反射地震資料的可靠性。

圖8 深反射地震疊前噪聲衰減前(a)、后(b)的單炮記錄對(duì)比

圖9 深反射地震疊前噪聲衰減前(a)、后(b)的疊加剖面對(duì)比

4.3 真振幅恢復(fù)

采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償和地表一致性振幅補(bǔ)償相結(jié)合的方法對(duì)研究區(qū)深反射地震波進(jìn)行真振幅恢復(fù)，使橫向和淺、中、深層能量變化合理，真實(shí)地反映該區(qū)深部地下介質(zhì)的變化。圖10和圖11分別為該區(qū)深反射地震不同位置上真振幅恢復(fù)前、后的單炮記錄對(duì)比及疊加剖面對(duì)比。

對(duì)比典型的單炮記錄和疊加剖面，可見(jiàn)經(jīng)真振幅恢復(fù)后單炮內(nèi)橫向和縱向能量都得到有效補(bǔ)償，不同炮集間的能量也基本一致(圖10b、圖11b)；深反射地震疊加剖面上(綠色箭頭所示)淺層強(qiáng)能量受到一定程度的壓制，深層莫霍面(黃色箭頭處)部分有效信息得到顯現(xiàn)，整個(gè)深反射地震疊加剖面的能量更加均衡合理。

圖10 深反射地震真振幅恢復(fù)前(a)、后(b)的單炮記錄對(duì)比

圖11 深反射地震真振幅恢復(fù)前(a)、后(b)的疊加剖面對(duì)比

4.4 反褶積

反褶積的主要作用是壓縮深反射地震子波，拓寬頻帶，穩(wěn)定波形，提高分辨率。依次采用地表一致性反褶積、多道預(yù)測(cè)反褶積等反褶積方法，兼顧該區(qū)淺、中、深層，最終參數(shù)采用28ms的預(yù)測(cè)距，400ms的時(shí)窗長(zhǎng)度。圖12～圖15依次為該區(qū)深反射地震數(shù)據(jù)應(yīng)用反褶積前、后的單炮地震記錄、疊加剖面、頻譜特征及其自相關(guān)的對(duì)比。從整體效果上看，深反射地震單炮記錄(圖12b)的波組特征得到明顯改善，疊加剖面(圖13b)的分辨率得到顯著提高；深反射地震的主頻由圖14a中的13Hz有效提升至圖14b中的19Hz，可見(jiàn)有效頻帶得到顯著拓寬，進(jìn)一步證實(shí)提高了深反射地震剖面的分辨率；通過(guò)自相關(guān)譜，可見(jiàn)反褶積處理后深反射地震子波的主瓣更突出，子波旁瓣被壓制，深反射地震子波的一致性更好(圖15b)。

圖12 深反射地震反褶積前(a)、后(b)的單炮記錄對(duì)比

圖13 深反射地震反褶積前(a)、后(b)的疊加剖面對(duì)比

圖14 深反射地震反褶積前(a)、后(b)的頻譜對(duì)比

圖15 深反射地震反褶積前(a)、后(b)的自相關(guān)對(duì)比

4.5 高精度速度分析

準(zhǔn)確的深反射地震速度場(chǎng)不僅是解決剩余靜校正問(wèn)題的關(guān)鍵，也決定了深反射地震偏移成像精度。因此，通過(guò)高質(zhì)量超道集及其在優(yōu)勢(shì)頻帶范圍內(nèi)生成速度譜，最大程度地保障深反射地震速度譜的質(zhì)量。通過(guò)減小速度譜時(shí)窗長(zhǎng)度、增加色帶分級(jí)等，提高速度譜的精度；同時(shí)，輔助以動(dòng)校正道集、常速掃描疊加剖面、變速掃描疊加段及動(dòng)態(tài)疊加段等方法，精確識(shí)別該區(qū)深反射地震速度場(chǎng)，保證速度的拾取精度。圖16、圖17分別為研究區(qū)內(nèi)Line2019測(cè)線的深反射地震疊加速度剖面及CDP4269(圖16白色豎線)處深反射地震高精度速度分析的速度譜及質(zhì)控道集。

圖16 深反射地震Line2019測(cè)線疊加速度剖面

圖17 深反射地震高精度速度分析

由于該區(qū)深反射地震測(cè)線橫向跨度大、縱向時(shí)長(zhǎng)大，采用速度譜分析時(shí)，不僅需要分時(shí)段進(jìn)行速度拾取，檢查動(dòng)校正拉伸畸變，達(dá)到速度分析和切除參數(shù)的統(tǒng)一，同時(shí)還要監(jiān)視CDP道集是否拉平、疊加效果的變化。在跨越研究區(qū)內(nèi)不同構(gòu)造單元時(shí)，要橫向加密速度分析控制點(diǎn)，縱向上加密目的層段控制點(diǎn)，并兼顧層間弱相位和速度倒轉(zhuǎn)的拾取，建立合理的深反射地震速度場(chǎng)，提高深反射地震疊加剖面效果。經(jīng)過(guò)多輪速度迭代，區(qū)內(nèi)Line2019測(cè)線深反射地震疊加速度場(chǎng)由淺至深速度逐漸增大，上地殼速度成層較好，中下地殼速度變化較緩；橫向上速度局部變化較明顯，反映其跨越了多個(gè)構(gòu)造單元，構(gòu)造較復(fù)雜。

4.6 剩余靜校正

一方面，不準(zhǔn)確的深反射地震速度會(huì)造成存在較大的剩余靜校正量，剩余靜校正量的估算會(huì)受到很大影響；另一方面，當(dāng)存在靜校正量時(shí)，疊加速度分析也會(huì)受到較大影響，嚴(yán)重影響最終深反射地震疊加剖面的質(zhì)量。因此，準(zhǔn)確的深反射地震速度需要高精度速度分析與剩余靜校正多次迭代，使靜校正量逐步收斂。

待該區(qū)深反射地震速度場(chǎng)確定準(zhǔn)確后，計(jì)算其剩余靜校正量，再進(jìn)行速度分析。通過(guò)多次迭代得到該區(qū)深反射地震剩余靜校正后(圖18b)的疊加剖面。從圖18b中不難發(fā)現(xiàn)藍(lán)色橢圓形框的不整合反射特征更加明顯，黃色箭頭指示的反射波同相軸更加連續(xù)，綠色箭頭處的區(qū)域整體信噪比得到顯著提高。

圖18 深反射地震剩余靜校正前(a)、后(b)的疊加剖面對(duì)比

4.7 深層弱信號(hào)增強(qiáng)

研究區(qū)深反射地震深層弱反射信號(hào)的提高與保護(hù)是本文重點(diǎn)，在做好疊前噪聲壓制、真振幅恢復(fù)及反褶積的基礎(chǔ)上，采用基于深層地震波信號(hào)隨機(jī)噪聲衰減方法，引入圖像處理中的自適應(yīng)技術(shù)、多級(jí)中值濾波技術(shù)，并與二維中值濾波技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)該區(qū)深反射地震數(shù)據(jù)自適應(yīng)隨機(jī)噪聲衰減的目的，達(dá)到深層弱信號(hào)的保護(hù)與去噪的最佳平衡。

圖19為該區(qū)深反射地震深層弱信號(hào)增強(qiáng)前、后的疊加剖面對(duì)比，通過(guò)進(jìn)一步壓制隨機(jī)噪聲，深層疊加剖面的信噪比和分辨率都顯著提升，莫霍面的起伏和連續(xù)特征更加顯著。圖19b綠色箭頭所示的深反射地震深部信號(hào)得到一定程度的增強(qiáng)，藍(lán)色箭頭指示的莫霍面同相軸連續(xù)性得到明顯改善，黃色箭頭處的深反射剖面振幅得到較好保持，為后續(xù)深反射地震資料解釋，特別是對(duì)莫霍面特征的刻畫(huà)與分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

圖19 深反射地震深層弱信號(hào)增強(qiáng)前(a)、后(b)疊加剖面對(duì)比

4.8 偏移成像

由于該區(qū)深反射地震測(cè)線橫向上穿過(guò)的地質(zhì)構(gòu)造單元較多，地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，因此確定合理的偏移速度場(chǎng)、偏移參數(shù)和偏移方法是關(guān)鍵。結(jié)合該區(qū)目標(biāo)層陡傾角構(gòu)造和效果，在其深反射地震疊加速度場(chǎng)基礎(chǔ)上優(yōu)化初始偏移速度場(chǎng)，采用有限差分疊后時(shí)間偏移方法得到深反射地震偏移剖面(圖20)。

相較于圖20a所示的深反射地震未偏移的疊加剖面，圖20b所示的偏移后的剖面目標(biāo)層波組接觸關(guān)系更清晰，綠色箭頭處的繞射波、斷面波收斂較好，黃色箭頭指示的傾斜地層的波場(chǎng)歸位更準(zhǔn)確，剖面整體的深反射地震同向軸更聚焦，斷層更清晰，構(gòu)造形態(tài)更真實(shí)可靠。

圖20 深反射地震疊加(a)與偏移(b)剖面的對(duì)比

5 成像效果分析

圖21為研究區(qū)深反射地震三條測(cè)線的最終成像結(jié)果，從剖面的整體上不難發(fā)現(xiàn)深反射地震高精度成像效果較好。主測(cè)線Line2018與Line2019及聯(lián)絡(luò)測(cè)線Line2020深反射地震剖面的波組特征明顯，同向軸連續(xù)性較好，層間信息豐富，構(gòu)造特征清晰，層次分明，易識(shí)別，剖面的信噪比和分辨率都較高。此外，該區(qū)莫霍面連續(xù)性較好，較平緩，無(wú)深大斷裂，深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。莫霍面多處于10～12s范圍，按照地殼平均速度6km/s換算，該地區(qū)莫霍面深度范圍在30～36km，與前人推測(cè)的華北地區(qū)莫霍面深度吻合較好[26-30]，揭示了研究區(qū)深反射地震成像效果的有效性。

圖22為上述深反射地震成像剖面在交會(huì)點(diǎn)上的匹配圖，通過(guò)橫向及縱向分析比較，發(fā)現(xiàn)Line2020分別與Line2018及Line2019在交會(huì)點(diǎn)上的匹配程度高，交會(huì)點(diǎn)兩側(cè)各套地層橫向吻合度高、連續(xù)性好，莫霍面反射特征真實(shí)可靠，進(jìn)一步說(shuō)明了該區(qū)深反射地震成像效果的準(zhǔn)確性。

圖22 深反射地震成像剖面Line2020與Line2018(a)、與Line2019(b)交會(huì)點(diǎn)匹配圖

圖23所示為深反射地震Line2018測(cè)線附近D12地?zé)峋臏\層井震標(biāo)定結(jié)果，通過(guò)測(cè)井的聲波時(shí)差曲線與密度曲線，得到地層的波阻抗曲線，利用雷克子波與波阻抗曲線進(jìn)行褶積得到合成地震記錄。將實(shí)際地震記錄轉(zhuǎn)換到深度域并與模擬合成記錄進(jìn)行比對(duì)，所得結(jié)果的吻合率極高，驗(yàn)證了深反射地震成像剖面淺層的可靠性，并為深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造推測(cè)提供真實(shí)有效數(shù)據(jù)支撐。

圖23 深反射地震Line2018測(cè)線附近D12地?zé)峋臏\層井震標(biāo)定

6 結(jié)論

針對(duì)雄安新區(qū)及周邊深反射地震數(shù)據(jù)深層信號(hào)弱、跨構(gòu)造單元多、干擾因素復(fù)雜等問(wèn)題，開(kāi)展了深反射地震高精度成像關(guān)鍵技術(shù)研究，分別從靜校正量、能量、干擾波及有效頻率四個(gè)方面做了細(xì)致分析，兼顧該區(qū)深反射地震淺、中、深層，從靜校正、疊前噪聲壓制、真振幅恢復(fù)、反褶積、高精度速度分析、剩余靜校正、深層弱信號(hào)增強(qiáng)、偏移成像等方面，逐步提高深反射地震資料的信噪比、分辨率及保真度，從復(fù)雜的深反射地震波場(chǎng)逐步提取與深部地層界面、構(gòu)造特征相關(guān)的地質(zhì)信息。

最終深反射地震高精度成像剖面從淺至深波組特征明顯，構(gòu)造形態(tài)清晰，斷點(diǎn)斷面易識(shí)別，深部莫霍面同相軸連續(xù)性和可追蹤性較好，有效探測(cè)了該區(qū)淺中深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，為該區(qū)深部地球動(dòng)力學(xué)研究、深部地?zé)嵴{(diào)查評(píng)價(jià)提供物探數(shù)據(jù)支撐，為建設(shè)綠色生態(tài)宜居新城示范區(qū)貢獻(xiàn)地質(zhì)力量，著力打造萬(wàn)米“透明雄安”、服務(wù)其基礎(chǔ)地質(zhì)建設(shè)。