层析静校正方法在复杂地表静校正中的应用

摘要：我国中西部地区地表条件十分复杂，地表高程变化剧烈，表层低速带速度横向变化较大，静校正的正确性直接关系到叠加剖面上煤层反射波的动力学特征、运动特征和正确成像。本文在阐述层析静校正方法的理论基础上，通过实际资料的处理，分析了其在地表复杂地区的应用特点。

关键词：复杂地表；层析静校正；模型离散化；射线追踪

中图分类号P5 文献标识码A 文章编号1674-6708（2011）51-0092-02

0引言

我国中西部地区大部分属于复杂地表地区，受复杂地表条件影响，一方面反射资料信噪比低，不能精确成像，另一方面会使反映出的地下构造信息发生畸变，引起假“构造”，这就使得静校正成为影响这些地区地震勘探效果的关键技术之一。因此，进行静校正方法的研究，解决好静校正问题，具有重要的理论意义和实用价值[1]。

1 层析静校正的理论基础[2]

层析静校正是一种非线性模型反演技术，它利用地震初至波的走时和射线路径反演介质速度场。这项技术不受地表及近地表结构纵横向变化的约束，使用的是地震初至波的到达时间，得到的结果是地下不同深度的速度值，更加符合低速带速度并非严格成层的实际情况。层析静校正反演得到的是纵横向连续变化的表层低速带，避免了层状速度模型的假设，更适合复杂近地表条件表层速度模型的建立，具有更强的适应能力。

地震层析成像技术是指在已知某种地震波的旅行时的情况下反演求解地下介质的速度场。地震波的旅行时间是对地下介质慢度函数沿着波的传播射线路径的进行线性积分，可表示为：

（1）

上式中，是指地下介质的慢度函数，dl是指波的射线路径的微分，T是指地震波从震源s到检波点r的走时。

把（1）式离散后，可以将其写成如下：

式中T表示为所有炮点到检波点的旅行时矩阵，S是指地下介质的慢度矩阵，A表示为与地震波传播射线路径有关的距离矩阵。

反演则是指在已知地震波的旅行时矩阵T的条件下反推出慢度函数s（x，z）。由于距离矩阵A也是未知的，直接从上式求出S是不可能实现的。因此，必须先要对S做出假设，再利用正演方法求出射线路径A和走时T，最后，通过比较实际走时和正演计算得到走时，求出走时差矩阵T，慢度矩阵S的修正量为S，T与S的关系可表示为：

式中T、A已知，可用很多方法求出S。用S对原S进行修正得到新的慢度场S，然后再利用正演计算得到新的射线路径A和旅行时差T，从而求得对S的新的修正量S，并对慢度场加以修正。如此反复迭代计算，直到T满足一定的精度要求为止。

在求出的速度场之后，结合测线高程等信息就可计算出静校正量。低速带速度反演和静校正计算的基本流程如右图所示。

2 层析静校正的实现流程

利用初至时间建立近地表速度模型是实现初至层析静校正的关键环节，具体步骤可以分为如下4步：

2.1模型离散化[1]

首先是模型网格化离散。也就是将模型划分成一系列矩形基本（速度）单元，并假设各个单元网格速度为常数。网格的大小由纵向和横向的边长来决定。其次是追踪节点的分布设计。图2表示速度模型的网格离散化原理。图中显示了与节点A、B相连的节点以及它们间的连线。

图2 模型离散化（基本单元、节点和节点间连线）

图3 离散化模型

（星点表示震源或次级源，空心点为对应计算网格点）

2.2射线路径追踪

射线理论和射线方法是研究地震波传播理论的一个重要途径。不均匀介质和地下复杂构造中的地震波传播问题常常是基于射线理论来进行研究的。其基本思想是对实际介质进行离散化如图3，将这个介质剖分成一系列的网格单元，在网格的边界上设置若干个节点，并将彼此相邻的节点相连从而构成一个连续的节点网络。

2.3速度反演

根据初始模型速度计算走时与射线路径，由先验信息构制约束方程计算观测走时与计算走时的差，求解慢度场，本文中使用的层析静校正采用SIRT法[2]。

2.4静校正量计算

反演出近地表速度场之后，根据速度模型计算静校正量。

3 实际资料分析

以某区二维测线为例，该区地表为侵蚀、剥蚀型山区，地形变化大、山高坡陡、沟谷发育，地表条件十分复杂。该二维线线经过地段，本线最大高差280m。图4为本测线的高程图，高程变化剧烈。

图4 地表高程图

本测线使用文中所述的层析静校正方法进行处理。图5为原始单炮记录，可以看出，由于地表高程变化引起了严重的静校正问题。图6为应用层析静校正之后的单炮记录。图7为常规静校正的叠加剖面，同相轴变化较大，且不清晰，存在较多明显的构造假象；图8为采用层析静校正手段所得的叠加剖面，从图上看反射波高频、低频成分都有多改善，有效的消除了“假”构造。叠加剖面上看层析静校正后的煤层起伏形态相对静校正前要小，同相轴形态更符合区域内的地质规律和已知钻孔的实际揭露，有效地刻画了小构造的成像形态

图5 原始单炮记录 图6应用层析静校正的单炮记录

图7常规静校正的叠加剖面 图10 采用层析静校正的叠加剖面

4 结论

通过本区二维地震资料的处理表明：在复杂地表地区，从校正之后的单炮记录上看，层析静校正后单炮质量变好，继而使得最后的叠加剖面有比较大的改善，使得小构造也能在时间剖面上正确成像，有效地消除了“假”构造。层析静校正方法假设地表为不同的速度场，初至波类型可以是直达波、折射波、绕射波等不同类型的波，适合地表条件复杂地区静校正问题的解决，在实际地震资料的处理当中取得了较好的效果。

参考文献

[1]李永铭.复杂地表条件静校正研究.中国矿业大学硕士论文，2010.

[2]范华，徐广民，贺涌等.三维初至折射波静校正算法分析[J].石油地球物理勘探，2003，38(5)：475-481.