毕业论文折射波静校正

地震勘探的基本理论均以地面为水平面、近地表介质均匀为假设前提。例如，平界面的共炮点时距曲线或共反射点时距曲线是双曲线这一结论只有在该假设前提下才正确。但是，在实际野外观测时，表层因素与假设往往并不一致。例如，存在地形起伏，低、降速带的厚度变化和速度的横向变化等。当炮点和接收点位于不同高度的地表以及表层速度变化时，就会引起反射波到达时间增长或缩短。这时观测到的时距曲线不是一条双曲线，而是一条畸变了的曲线，对此曲线进行动校正不可能将它校平。若是共炮点记录，就得不到正确反映地下构造形态的一次覆盖时间剖面；若是共反射点记录，则达不到同相叠加，直接影响到水平叠加时间剖面的质量。特别在丘陵、山区，这种情况更为严重，因此要进行表层因素的校正，即静校正。

静校正也由计算静校正量和数据校正两部分组成，核心是计算静校正量，计算静校正量又是建立在表层速度模型的基础之上。一般认为表层有一低速带，相对基岩有很大的速度差，由透射定理，对浅、中、深层的反射波射线(或入射线)在低速带中是近似垂直的传播，因同一炮点或接收点的表层模型一定，对来自不同层的反射波到达时间影响相同，即同一道不同层有同样的校正量，称为“静”校正，静校正量有正，也有负。

以上认识实质已成为静校正量计算中的一种假设条件，若实际情况满足假设条件，静校正就会有好的效果，如果条件不满足，静校正效果就变差。另外，计算静校正量需要已知表层速度模型，若用估计的近似模型计算静校正量，也会使静校正质量降低。针对以上两方面因素，目前除常规的一次静校正和剩余静校正外，还发展了折射静校正和层析静校正新方法。

静校正的校正也是用搬家来实现的，当静校正量为正时，则将整道数据向前(小时间)移动校正量时间；若校正量为负，将整道数据向后(大时间)移动校正量时间。

野外(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野外(一次)静校正，又称为基准面静校正。其方法是，人为选定一个海拔高程作为基准线(面)，利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间等资料，将所有的炮点和检波点都校正到此线(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。它包括井深校正、地形校正以及低速带校正等内容。

井深校正

井深校正是将激发点O的位置由井底校正到地面Oj(见图3-5)。其方法有二：

图3-5 野外(一次)静校正量计算示意图

1—基准面；2—地面；3—低速带底界面

1)在井口埋置一井口检波器，记录直达波由O传至地面Oj的时间Δτj，即井深校正值，又称为井口时间。

2)用已知的表层参数及井深数据，按下式计算井深校正量

地震勘探原理、方法及解释

式中：V0为低速带波速；V为基岩波速；h0+hj为炮井中低速带厚度；h为基岩中炸药埋置深度。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。

地形校正

地形校正是将测线上位于不同地形处的炮点和检波点校正到基准面上。如图3-5所示，炮点地形校正量为

地震勘探原理、方法及解释

而检波点地形校正量是

地震勘探原理、方法及解释

故此道(第j炮第l道)总的地形校正量为

地震勘探原理、方法及解释

地形校正量有正有负，通过h0、hs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。

低速带校正

此校正是将基准面下的低速层速度用基岩速度代替。求取低速带校正量的公式在炮点处为

地震勘探原理、方法及解释

在检波点处为

地震勘探原理、方法及解释

故此道总的低速带校正量为

地震勘探原理、方法及解释

因为基岩速度总是大于低速带速度的，故低速带校正量总是正的。

图3-5中第j炮第l道的总野外静校正量为

地震勘探原理、方法及解释

若用海拔高程表示，则有

地震勘探原理、方法及解释

式中：Es为检波点地面海拔高程；El为检波点下方低速带底界面海拔高程；Eb为基准面海拔高程；E为激发源处海拔高程。

剩余静校正

剩余静校正的基本概念

由于技术上的原因(如低速带速度及厚度难以测准)或某些人为因素，野外实测资料往往不很准确，故野外(一次)静校正之后仍残存着剩余的静校正量。提取表层影响的剩余静校正量并加以校正的过程称为剩余静校正。剩余静校正量不能由野外实测资料求得，只能直接利用地震记录提取。实践中往往利用统计的方法自动地计算剩余静校正量，故亦称之为自动统计静校正。

多次覆盖工作使得利用统计方法求取剩余静校正量成为可能。因此，在计算中总是充分利用多次覆盖工作的特点，灵活地改变记录道集的编排形式(例如，共炮点选排，共检波点选排和共中心点选排等，见图3-6)，使用多道信息得到最佳结果。

剩余静校正量可分为短波长(高频)分量和长波长(低频)分量两类(图3-7)。

短波长分量是局部范围内低速层变化引起的，对同一共中心点道集内各道的反射波到达时影响不一，使动校正后的共中心点道集各道无法同相叠加，影响叠加效果。长波长分量是区域性异常，是指相当于一个排列以上范围的低速带变化影响。一般它对共中心点道集内各道的反射波旅行时影响不很明显，对叠加效果影响不大。但这种表层异常易被误认为是地下构造或岩性变化引起的，若不消除它们会造成解释上的错误。自动统计剩余静校正方法只能提取短波长剩余静校正量。

图3-6 多次覆盖各种选排

图3-7 长、短波长剩余静校正量

1—长、短波长静校正量叠加；2—短波长分量；3—长波长分量

计算短波长剩余静校正量的基本假设和基本思想

基本假设有两点：

1)认为剩余静校正量与波的传播方向、路径无关(地表一致性条件)，即对同一地面点来说它的取值不变，而对不同的地面点来说它的取值具有随机性。因此，可以认为剩余静校正量是一种随机量，可以用统计学的方法提取。

2)认为剩余静校正量的起伏变化很大，变化波长小于一个排列范围。在一定长度范围内统计剩余静校正量时，其均值为零。

计算剩余静校正量利用的是地震记录上的反射信息。其基本思想是：经过正确动较正后，同一共中心点道集内各道反射波相位应当对得很整齐，若不齐则必定存在剩余静校正量。将这些相位差异提取出来就能得到剩余静校正量，再用它们进行校正必然会使反射波对齐，形成同相叠加。由此可见：①用来求取剩余静校正量的道集必定是动校正后的道集(当然，现在也发展了用动校正前道集求剩余静校正量的方法，这儿暂不考虑)；②要想准确地求取出相位差异必然要选择最好的反射信息，所谓“最好”的含义包括能量强、连续性好、构造变动小等，一般称满足这些条件的界面反射为标准层反射。由于静校正有“静”的特点，标准层的剩余静校正量也就是整道的剩余静校正量。

求取短波长剩余静校正量的统计方法

该方法一般分为三步：

形成参考道 设gj(t)表示共中心点道集内第j 道的波形，则

地震勘探原理、方法及解释

地震勘探原理、方法及解释

式中：M(t)为参考道，J为共深度点道集的总道数，tp为选出的标准层反射起始时间，T为时窗长度。

用互相关方法计算道集内各道的相对静校正量 参考道形成后，就要计算道集中各道与参考道(均只包含标准层反射波组)之间的相对时差，称之为相对静校正量。因为各道上的波形有一定的相似性，故最常用的提取相对时差的办法是互相关方法。计算互相关函数的公式为

地震勘探原理、方法及解释

式中：M(τ)为参考道，gj(t)是道集中待求相对时差的第j道，k为相关运算时离散值序号，N为相关时窗，τ为时移，τmax为最大时移绝对值。习惯上将gj(t)相对于M(t)向左移动的时移称为正的。在互相关函数中找出极大值，它所对应的相对时移值就是要求的相对时差。

3)由相对剩余静校正量中分解出炮点剩余静校正量和检波点剩余静校正量。一个最简单的方法是利用共炮点道集或共检波点道集分别分离出炮点和接收点剩余静校正量。例如对共炮道集中各道求取的相对时差作统计平均，其结果为炮点的剩余静校正量。对共接收点道集中各道的相对时差作统计平均，即为接收点的剩余静校正量。

折射静校正和层析静校正简介

折射静校正是利用折射波反演表层速度模型，再计算校正量，该方法对层状介质模型有较好的适应性。折射波静校正由折射波初至时间拾取、表层模型解释或反演以及静校正量计算和静校正组成。

层析静校正适应任意表层速度模型，该方法是利用初至波(包括直达波、折射波、回折波)射线路径和传播时间用层析法反演表层速度模型，再用波场延拓的方法实现静校正，该方法相对其他静校正方法对表层模型有更强的适应性和更高的校正精度。

折射静校正和层析静校正都是以反演速度模型为基础，理论上讲，它们都可以解决长波长静校正问题。

地震勘探的基本理论均以地面为水平面、近地表介质均匀为假设前提。例如，平界面的共炮点时距曲线或共中心点时距曲线是双曲线这一结论只有在该假设前提下才正确。但是，在实际野外观测时，表层因素与假设往往并不一致。如存在地形起伏，低、降速带的厚度变化和速度的横向变化等。这时观测到的时距曲线不是一条双曲线，而是一条畸变了的曲线。对此曲线进行动校正不可能将它校平。若是共炮点记录，就得不到正确反映地下构造形态的一次覆盖时间剖面。若是共中心点记录，则达不到同相叠加，直接影响到水平叠加时间剖面的质量。特别在丘陵、山区，这种情况更为严重。因此要进行表层因素的校正，即静校正。

静校正有两个十分重要的特点;①由于表层低速带的速度十分低，深、浅层反射波的射线路径尽管在低速带以外的各地层中传播时各不相同，但在表层附近几乎都是近于垂直的。因此，静校正量的大小只与地面位置有关，即对于某一道而言，深、浅层反射波有相同的静校正量，所以称之为“静”校正，这种条件称为地表一致性条件。当然，在某些地区，地表一致性条件无法得到满足，会出现静校正不“静”的情况(不在本节讨论之列);②与动校正量永远为正不同，静校正量有正有负。同样，静校正也包括静校正量的计算和静校正的实现两部分。由于上述第一个特点，它的实现只是简单地按静校正量整道集体“搬家”，没有补空问题。

静校正一般分为野外(一次)静校正和剩余静校正，后来又发展了折射静校正和层析静校正。

(一)野外(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野外(一次)静校正，又称为基准面静校正。其方法是人为选定一个海拔高程作为基准线(面)，利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间等资料，将所有的炮点和检波点都校正到此线(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。它包括有井深校正、地形校正以及低速带校正。

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Oj(图4-5)。其方法有二。

图4-5 野外(一次)静校正量计算示意图

(1)在井口埋置一井口检波器，记录直达波由O传至地面Oj的时间Δj，即井深校正值，又称为井口时间。

(2)用已知的表层参数及井深数据，按下式计算井深校正量

地震勘探

式中:v0是低速带波速;v为基岩波速;h0+hj为炮井中低速带厚度;h是基岩中炸药埋置深度。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炮点和检波点校正到基准面上(图4-5)，炮点的地形校正量为炮点地面至基准面的直达波传播时间，即

地震勘探

而检波点地形校正量是检波点地面至基准面的直达波传播时间，即

地震勘探

故此道(第j炮第l道)总的地形校正量为

地震勘探

地形校正量有正有负，通过h0、hs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

此校正是将基准面下的低速层速度用基岩速度代替。求取低速带校正量的公式在炮点处为

地震勘探

在检波点处为

地震勘探

故此道总的低速带校正量为

地震勘探

因为基岩速度总是大于低速带速度的，故低速带校正量总是正的。

图4-5中第j炮第l道的总野外静校正量为

地震勘探

若用海拔高程表示，则有

地震勘探

式中:Es为检波点地面海拔高程;El为检波点下方低速带底界面海拔高程;Eb为基准面海拔高程;E为激发源处海拔高程。

(二)剩余静校正

1.剩余静校正的基本概念

由于技术上的原因(如低速带速度及厚度难以测准)或某些人为因素，野外实测资料往往不很准确，故野外(一次)静校正之后仍残存着剩余的静校正量。提取表层影响的剩余静校正量并加以校正的过程称为剩余静校正。剩余静校正量不能由野外实测资料求得，只能直接利用地震记录提取。实践中往往利用统计的方法自动地计算剩余静校正量。多次覆盖工作使得利用统计方法求取剩余静校正量成为可能。因此，在计算中总是充分利用多次覆盖工作的特点，灵活地改变记录道集的编排形式(例如，共炮点选排，共检波点选排和共中心点选排等，见图4-6)，使用多道信息得到最佳结果。

图4-6 多次覆盖各种选排

剩余静校正量可分为短波长(高频)分量和长波长(低频)分量两类(图4-7)。短波长分量是局部范围内低速层变化引起的，对同一共中心点道集内各道的反射波到达时影响不一，使动校正后的共中心点道集各道无法同相叠加，影响叠加效果。长波长分量是区域性异常，是指相当于一个排列以上范围的低速带变化影响;一般它对共中心点道集内各道的反射波旅行时影响不很明显，对叠加效果影响不大。但这种表层异常易误认为是地下构造或岩性变化引起的，若不消除它们会造成解释上的错误。自动统计剩余静校正方法只能提取短波长剩余静校正量。

2.计算短波长剩余静校正量的基本假设和基本思想

基本假设有两点:①认为剩余静校正量与波的传播方向、路径无关(地表一致性条件)，即对同一地面点来说它的取值不变，而对不同的地面点来说它的取值具有随机性。因此，可以认为剩余静校正量是一种随机量，可以用统计学的方法提取;②剩余静校正量的起伏变化很大，变化波长小于一个排列范围。在一定长度范围内统计剩余静校正量时，其均值为零。

计算剩余静校正量利用的是地震记录上的反射信息。其基本思想是:经过正确动校正后，同一共中心点道集内各道反射波相位应当对得很整齐，若不齐则必定存在剩余静校正量.将这些相位差异提取出来就能得到剩余静校正量。再用它们进行校正必然会使反射波对齐，形成同相叠加。由此可见:①用来求取剩余静校正量的道集必定是动校正后的道集(当然，现在也发展了用动校正前道集求剩余静校正量的方法，这里暂不考虑);②要想准确地求取出相位差异必然要选择最好的反射信息。所谓“最好”的含义包括能量强，连续性好，构造变动小等。一般称满足这些条件的界面反射为基准层反射。由于静校正有“静”的特点，基准层的剩余静校正量也就是整道的剩余静校正量。

3.求取短波长剩余静校正量的统计方法

图4-7 长，短波长剩余静校正量

该方法一般分为三步:

(1)参考道的形成。即得到最佳基准层反射的道。一般最常用的方法是将共中心点道集的叠加道作为参考道。因为虽然道集内各道都可能存在剩余静校正量，但由于它们具有短波长的性质，正、负变化很大，叠加后会部分地相互抵消甚至全部抵消，故可以认为叠加道是道集中最为标准的一道。设gj(t)表示共中心点道集内第j道的波形，则

地震勘探

式中:M(t)为参考道;J为共中心点道集的总道数;tp为选出的基准层反射起始时间;T为时窗长度;Δ为时窗内的时间采样间隔。

(2)用互相关方法计算道集内各道的相对静校正量。参考道形成后，就要计算道集中各道与参考道(均只包含基准层反射波组)之间的相对时差，称之为相对静校正量。因为各道上的波形有一定的相似性，故最常用的提取相对时差的办法是互相关方法。

用互相关方法提取相对时差的实质是用待求时差的记录道相对于参考道作一系列大小不同的时移，每移动一次计算一个互相关系数，移动一系列值得到一组互相关系数值(组成互相关函数)。在这一系列移动值中可能有一个移动值正好等于该两道的相对时差，此时两道的波形对齐，求出的互相关值为最大(图4-8)。因此，计算这两道的互相关函数，在互相关函数中找出极大值，它所对应的相对时移值就是要求的相对时差;计算互相关函数的公式为

地震勘探

图4-8 用互相关方法计算两波相对时间差

式中:M(t)为参考道;gj(t)是道集中待求相对时差的第j道;k为相关运算时离散值序号;N为相关时窗长度;为时移;max为最大时移绝对值。习惯上将gj(t)相对于M(t)向左移动的时移称为正的。

由于提取相对时差的方法不能保证完全准确无误，可能存在着偶然误差或干扰;此外所求出的参考基准层并不一定是真实的基准层位置。因此，相对时差可分解为:

地震勘探

式中:Δo为炮点O处的绝对静校正量;Δg为检波点G处的绝对静校正量;dd为计算出的基准面的浮动误差;εo，g为偶然干扰或误差。为了准确地求出绝对剩余静校正量，还须进行下一步工作。

(3)由相对剩余静校正量中分解出炮点剩余静校正量和检波点剩余静校正量。一个最简单的方法是利用共炮点道集或共检波点道集。下面以炮点剩余静校正量的计算为例加以说明。

如图3-19所示，一个单边放炮24道接收六次覆盖观测系统。对任意一炮Oi而言，共炮点道集中有24个记录道与24个叠加道分别作互相关计算，根据互相关函数最大值的位置可以求出24个相对时差。据公式(4-15)，因为这24个记录道对应同一炮点，故各道炮点静校正量Δoi均相同，但它们对应着24个不同的检波点，故各道的检波点静校正量Δgj和基准面浮动误差ddk不同，εoj，gj也不同。作统计平均(即将共炮点的24道相对静校正量叠加)，按基本假设②，有

地震勘探

式中:J为共炮点道集的总道数(此例中J为24)。由此得到炮点Oi处的炮点静校正量。依次进行可以求得测线上所有炮点处的剩余静校正量。

欲求检波点处剩余静校正量可以利用共检波点道集，方法完全一样，不赘述。

另一种分离相对时差的方法是解方程。实际上，(4-15)式可以写作方程组形式(误差可暂略去不写)，为

地震勘探

即

地震勘探

式中:X为(I+J)维列向量，由炮点静校正量和检波点静校正量组成，即X=(Δo1，Δo2，…，Δo1，Δg1，Δg2，…，ΔgJ)T，Δ为(I×J)维列向量，其分量是各相对时差Δoi，gj，［A］是系数矩阵，由0和1组成，为疏松阵。通常(I×J)总是大于(I+J)的，方程(4-17)为超定方程组，可以用最小二乘方法求解。利用线性最小二乘准则，可得到正规方程

地震勘探

采用高斯—赛得尔迭代法可以方便地解出此方程，求出炮点的剩余静校正量和检波点的绝对剩余静校正量。

(三)折射静校正

自动统计剩余静校正利用的是道集内各道之间反射波的相对时差，不是各道的绝对静校正值，故只能解决短波长静校正问题。20世纪80年代发展起来的折射静校正方法依据的是折射波初至时间，求出低速带底界面深度和浅层速度。理论上讲，它可以解决长波长静校正问题。

早期进行的折射静校正工作是在反射波法勘探的同一测线上用小折射排列再作一次折射波法勘探。因为低速带底界面是一个良好的折射界面，用折射波法工作可以得到质量优良的折射波记录，用常规折射波解释方法求出低速带底界面深度和浅层速度，进而求出静校正量。

后来发展起来的折射静校正方法是利用反射波法工作时在反射波记录上的初至折射波求出低速带底界面和静校正量。主要采用加减法和广义互换法进行计算。

图4-9 加减法计算旅行时示意图

1.加减法

众所周知，折射波法解释中最基本的一个

方法是斜截法.但由于低速带底界面起伏不定，使利用折射波时距曲线斜率求v1较困难，且其他点处低速带底界面深度与炮点处深度不尽相同，故发展了加减法。加减法可间接地估计排列中各点的法线深度hD和基岩速度vb。这种方法又称为t0差数时距曲线法。该法基于计算两个时间值，叫做加时间和减时间。图4-9画出了三对炮检距射线路径ABCD，DEFG和ABFG。分别定义加时间t+和减时间t-为

地震勘探

方程右边的时间值是对三条射线路径测得的波的初至时间。

可以证明，t+正是D点处的t0D时间

地震勘探

故

地震勘探

式中:vb为基岩波速;vw为低速带波速。

而t-与基岩速度有关

地震勘探

将(4-22)式代入式(4-21)中可求出D点处法线深度。依此类推，可求出测线上全部低速带深度。

2.广义互换法

由于在实际工作中并不总能找到适合检测初至并在D点汇合的两条射线路径，故将加减法推广，提出了广义互换法(GRM)。

图4-10 GRM和EGRM算法所用射线示意图

如图4-10所示，选择二条并不汇合的射线路径ABCD2和D1EFG，在计算加时间时考虑偏移距间隔 即 这就是广义互换法。

可以选用不同的D1、D2。于是，方程右端的旅行时有许多对，可求出多个加、减时间的估计值。经过对初至的仔细修正，从中选一个最准确的值作为D点的计算结果。进一步对广义互换法作推广，导出扩展的广义互换法(EGRM)。其差别仅在修正项上。计算加时间的公式变为

地震勘探

它适用于不规则的观测系统或炮点、检波点有横向偏差的情况。此时AD2+GD1≠AG，修正项正好可以补偿这个差值。

新的折射静校正方法由于利用的是反射波记录上的初至，无须再进行一次小折射排列工作，效率可以大为提高。其困难在于初至时间的正确识别和提取，特别是自动提取。另外，由于反射波法是以单边放炮、滚动前进的方式进行工作的，没有专门设计相遇时距曲线观测系统，而上述计算均要用到相遇时距曲线。由于多次覆盖工作方法的重复性和密集性，上述两个问题均得到初步解决。利用折射波追逐时距曲线的平行性(多次覆盖工作可得到大量追逐时距曲线)可以方便地提取折射波初至，一般采用人机联作方式进行校正。因为多次覆盖工作炮点密集，故很容易利用互换原理转换出密度较高的相遇时距曲线。至于观测系统中的不规则造成的问题(例如炮点位置与检波点位置不一致，道距不等等)在扩展的广义互换法计算中已经加以考虑了。