折射波静校正与层析静校正方法对比

[摘要]从众多的静校正方法中选择两个具有代表性的,在生产中用得较多的方法进行比较研究,目的在于帮助资料处理人员在实际地选择适当的静校正方法,以便快速、有效地完成资料处理任务,提高处理质量。

[关键词]层析静校正折射波静校正

中图分类号:O72文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120001-01

一、折射静校正

(一)方法原理。如下页图1所示:

假设地面水平,折射界面水平,风化层速度为v1,折射层速度为v2,

时间;TA称为炮点延迟时;TB称为接收点延迟时;ZA为炮点处折射界面深度;ZB为接收点处折射界面深度。

方程(1)是在有一个折射界面情况下的折射波旅行时间方程,在多层情况下,有如下折射波旅行时间方程:

其中:

ZAi、ZBi是A、B点处第i层的厚度。

下面介绍根据方程(2)、方程(3)、方程(4)反演表层模型的方法。首先,通过对测线上各炮集的初至时间分段(层)线性拟合,拟合斜率的倒数可作为相应层的初始折射速度,其拟合截距的一半可以作为相应层的炮点延迟时和接收点延迟时的初始值。有了这些初值,然后再用高斯～赛德尔迭代算法,根据方程(2)建立的方程组,求出炮点、检波点处与各层对应的延迟时和折射层速度。在求出TAi、TBi(i=1,2,…,n)及νi(i=2,3,…,n+1),并提供风化层速度ν1之后,再根据方程(3)、方程(4),建立关于ZAi、ZBi(i=1,2,…,n)的方程组。通过求解方程组可获得各层的厚度,从而建立起近地表模型。有了近地表模型,再根据基准面高程和替换速度,就可计算出折射静校正量。

(二)方法特点。折射静校正方法需假设近地表模型由几个局部水平层构成,初至时间被认为是沿着折射界面传播的首波的起跳时间。初至拾取时间被分解成延迟时和折射层速度,再假设波在折射界面上的入射角是临界角,将延迟时转换成层厚度。由于延迟时和观测旅行时之间的关系是线性的,所以折射静校正一般情况下是稳定的。

该类方法的主要不足之处在于:1.在有复杂地质结构的地区和地形起伏大的地区,常用的简单模型(分层模型)不足以解释重要的数据特征,不能模拟层内的速度变化,也不能描述强的横向变速。2.它需要另外指定风化层速度,而在复杂地区风化层速度有强烈的横向变化,要准确给定是困难的。3.在地表起伏剧烈、高速层出露的地区,初至波场复杂难辨,很难追踪到某一稳定的折射界面。4.它不适合于反演不存在明显折射界面的近地表速度模型,也不适合求解存在速度倒转和层尖灭的近地表速度模型。

二、非线性层析静校正

(一)方法原理。为了获得一个更合理的解,该方法的策略是在目标函数中,包含多项有物理意义的约束项,它不是直接最小化绝对旅行时误差,而是最小化平均慢度(旅行时除以射线长度)误差、视慢度(旅行时对偏移距的导数)误差,为了避免病态反问题,使用Tikhonov正则化条件显式约束模型粗糙度。该方法最小化下面的目标函数为:

其中:d是旅行时数据;G(m)是根据当前模型计算出来的旅行时;Cl是旅行时与相应射线长度l之比的算子,并返回沿射线路径的平均慢度;射线长度l是在层析反演中要被不断更新的可变参数;Dx是旅行时对偏移距的差分算子,反映旅行时距曲线的梯度(视慢度);R是一个正则化算子(比如:微分算子);τ是一个光滑度调节参数;ω是平均慢度误差和视慢度误差之间的加权因子。该方法使用了有优化节点分布的最短路径射线追踪方法,并在射线追踪前通过分析慢度模型,删除慢度网络中的不必要的节点,以提高射线追踪的精度和效率。对于目标函数式(5),首先用高斯～牛顿(GN)方法作线性化处理,然后用共轭梯度(CG)技术迭代求解,并在迭代反演中使用了可变的阻尼参数,以便更好地处理目标函数的非线性性。

(二)方法特点。该类方法灵活,不需对反射或折射界面作任何地质假设。使用全偏移距范围内的初至时间,对非线性初至的拟合较好,并能模拟复杂的介质。该方法能用于求解有速度倒转和层尖灭现象的速度模型,也能用于求解没有明显地震地层结构的速度模型,它在常规折射静校技术失效或有效地区的表现都是同样的好。

该类方法的主要不足之处在于:1.由于介质被网格化为一系列单元,引入了大量的未知量,层析问题常常是欠定的,需要间接的正则化约束,这增加了反演的难度。2.反演对射线路径有很强的依赖性,反演通过逐次线性化迭代求解,这使得反演对初始模型敏感。3.对初至拾取误差较敏感。

三、结束语

为了适应不同的地表地质情况,随着技术的发展,人们开发了多种静校正方法,在处理资料中应该有选择性地使用。1.在低降速带变化不大的地区,仅作高程静校正就可以较好地消除长波长静校正量,获得较好的叠加剖面;2.在近地表结构中存在明显的折射层,炮记录初至中有清晰稳定的折射波时,使用折射静校正就能够较好地解决静校正问题;3.在近地表结构较复杂能够用分层模型表示,但不存在速度倒转和层尖灭时,用无射线追踪层析静校正能够获得较好的处理效果;4.在近地表结构极复杂,存在速度倒转、层尖灭时,用非线性层析静校正能够获得满意的结果。

参考文献:

[1]王翠华,折射静校应用研究[J].石油物探,2000,39(4):107.

[2]王克斌、赵灵芝、张旭民,折射静校正在苏里格气田三维处理中的应用[J].石油物探,2003,42(2):248.

[3]刘红霞、高林,复杂地表地区地震勘探静校正方法应用研究[J].世界地质,2002,21(3):293.

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