静校正原理

3.4 折射静校正通常，野外静校正和折射静校正法用于校正长波长分量。

静校正需要近地表模型。

近地表常常由一个低速的风化层组成。

但是，除了这个近地表的简化模型外还有例外的情况。

例如被冰碛物、火山带和沙丘覆盖的地区常常有不同速度的多套地层组成。

地层边界从一个平界面到一个任意不规则的形态变化明显。

当由于出露、尖灭或沿着测向方向的河漫滩引起的岩性横向组成成分变化时，近地表的单层假设就被破坏了。

在永久冻土层覆盖的地区，它有比下伏层明显高的速度，用于近地表校正的地表一致性假设就不再适用。

此外，永久冻土层底不形成首波，所以是探测不到的。

在实际应用中，单层近地表模型解决长波长静态异常一般是足够的。

单层近地表模型的复杂性可归结为以下一条或多条：(a)接收点和炮点位置高程的快速变化；(b)风化层速度的横向变化；(c)折射层几何形态的横向变化，对折射静校正来说，它被定义为基岩以上与风化层之间的分界面。

近地表速度与深度模型常常用折射初至计算。

折射能量与沿着风化层和下伏的基岩之间的分界面滑行的首波有关。

如果折射初至在共炮点道集上是可观测到的，一般就可以说明近地表模型有简单的几何形态。

然而，没有射线理论方法可以确切的在远小于一个排列长度的风化层基底上计算短波长变化，这些变化留给后续的剩余静校正处理，其剩余静态时差是在时差校正CMP道集上的反射旅行时畸变引起的（Taner 等，1974）。

首波由于沿着风化层基底的不规则性被扭曲，在风化层和下部地层之间没有大的速度差别时，它转化为潜水波（Hill 和Wuenechel，1985）。

这样的情况，如果是完全可能的，它就可以用波动理论模拟和反演（Hill，1987），或回转波层析成像来处理（9.5节）。

初至波风化层底的折射能量经常包含共炮点道集最先到达波，这些初至波的波前叫做初至。

初至的不同质量一定程度上依赖于震源类型和近地表情况。

图3.4-3中的共炮点道集的初至有明显的起跳。

线性初至时间的偏离大多是由沿着测线高程变化引起的。

图3.4-4是一个有代表性的折射面的初至的记录。

在图3.4-5中，可看到一个浅的和一个深的折射面。

图3.4-6显示了一个自动拾取初至通常会失败的炮记录。

图3.4-7是一个炮记录，它的初至可以很容易自动拾取。

从左边的初至，可以推断近地表不规则性，不管是变化的折射面形态还是近地表层的速度变化。

右边清楚地显示了一个折射面。

图3.4-8是一个可控震源的炮集记录，它得到的初至与炸药震源相比要差。

记录中一个相类似的情况在图3.4-9中，它不容易检测到初至，扫描校正的旁瓣残留量掩盖了初至起跳。

图3.4-3 一个有明显初至波的炮记录图3.4-5 有浅层和深层的折射同相轴的炮记录图3.4-4 有明显的折射同相轴的炮记录图3.4-6 初至波被噪音干扰的炮记录图3.4-7 沿着右边排列有清晰的折射同相轴的炮记录图3.4-8 不很清晰的初至波可控震源炮记录初至拾取可以自动、交互、手动或是二者结合应用。

为了准确的拾取，首先对数据运用线性动校正（LMO ）,一旦拾取之后，再进行LMO 反校正。

应注意到，以反射波为基础的和以折射波为基础的两种静校方法的作用都依赖于拾取方法的可靠性。

除了信噪比，不清晰的初至也能使连续的初至拾取（如可控震源）变得困难。

折射到达的初至拾取，在反演方法中应用计算近地表模型参数。

在本节中，讨论射线理论法，例如加减法和它的一般形式、相遇法和最小平方反演法。

基本的假设是折射界面是平的或接近平的，沿着地震测线变化平缓。

如野外实例所显示的，这些方法能够消除各种近地表模型的中等到长波长静校异常。

与基于反射的剩余静校结合解决任何影响叠加效果的残留短波长静校变化，得到最终的叠加剖面，为叠后过程做准备。

野外静校正现在回顾一下各种野外静校方法。

分析图3.4-10的近地表模型，如果炮点（记为S ）放到风化层以下，那么对于中点M 有关各道的所有静校为t D =t R +t S ，此处t S 和t R 分别为炮点和检波点下放到基准面D 以下的静校正量。

由图3.4-10的几何位置关系，得出野外静校：VH bRD R b S D S D t v DE E v D E E T -------=∆ （3-40）式中，E D 为基准面高程，Es 和E R 分别为炮点和检波点地面高程，Ds 为炮点处的炮点深度，D R 为检波点处的炮点深度，t VH 为检波点井底至井口时间（与图3.4-4中的距离D R 有关的时间），v b 为基岩速度（地下弱风化层），可由探区中的微测井测量获得（由井中的风化层之下）。

微测井测量由井中不同深度激发，在井旁记录接收时间。

如果井中存在坍塌问题，可以对换放炮和检波器的位置。

微测井必须钻到风化层以下，由此提供出时深关系，从中求得基岩速度。

陆上勘探，考虑到成本，炮井并不常深达基岩，尤其是在风化层厚的地带，而且也不常使用脉冲震源，采用地表震源如可控震源。

当地表震源或在浅井中放炮时，可利用折射波来计算下至指定基准面的静校时间ΔT D ，这一点至少在理论上行得通。

图3.4-9 最先到达波不明显的炮记录 图3.4-10 炮点置于风化层以下的近地表静校模型，图中s 为炮点，E s 为地表炮点高程，R 为检波点，E R 为检波点地表高程，T 为地表起伏，B 为基岩顶面，D 为基准面，E D 为基准面高程，v w 为风化层速度， v b 为基岩速度平折射界面分析图3.4-11a 中单层近地表模型的折射波前面和射线几何路径。

上图是初至图，为简单起见，分析一个平地表和平的折射面。

形成的首波和由此形成的折射波条件，需要上覆地层速度v w 比下伏地层速度v b 小。

旅行时剖面描述了图3.4-11中炮点记录的初至。

注意交叉偏移距x c （也叫做临界距离）左边是直达波初至。

同时也注意到偏移距x c 的右边是折射波初至。

由折射理论（Dobrin ，1960；Grant 和West ，1965），折射波直线的斜率的倒数就是基岩速度v b 。

同时注意到直达波直线的斜率的倒数等于风化层速度v w 。

拾取初至波，则风化层和基岩速度v w 和v b 可计算出来了。

将折射波初至延长到零偏移距x =0的截距时间t i 计算得到。

从这三个参数可得基岩深度z w 为：222wbi w b w vv t v v z -=（3-41a ）假设v b >v w ，在附录C.5中给出该方程的推导。

另一种方法，可以在旅行时图上测得与从直达波到折射波至的变化相对应的截距时间，并用它计算基岩的深度。

方程（3-41a ）用临界距离表示的形式为：c wb wb w x v v v v z +-=21 （3-41b ）当基岩的深度小时，要测得临界距离就不容易了。

在这种情况下，最好利用方程（3-41a ），用截距时间计算基岩深度。

计算z w 之后，指定基准面的全部静校正ΔT D 可以用下式计算：bw S D w w D v z E E v z T )(22+-+-=∆ （3-42）式中，E S 为地表高程。

如果炮点和检波点的高程有差别，那么就需要附加的利用基岩速度的高程校正。

而且，如果炮点放置在井中，那么测得的从井底到井口的时间一定要合并入方程（3-42）。

方程（3-42）给出的计算静校正是变化范围从临界距离到排列长度的距离上的平均值，它依赖于计算基岩速度所用的道数。

但是，在一个排列长度内不止一个炮点。

所以，近地表模型的确定可以实现，并且基准层校正可以在整条测线上计算。

倾斜折射界面当折射面倾斜时，结果是折射波至斜率的倒数不再等于基岩速度（图3.4-11c ）。

需要计算另外一个参数，即估算折射界面倾角（附录C.6）。

这需要如图3.4-11d 所示的互换剖面法。

交换炮点和检波点位置，得到正向折射波至时间和反向的折射波至时间。

正向剖面和反向剖面折射波至旅行时由下式表达：---+=bi v x t t（3-43a ）和++++=bi v xt t（3-43b ）斜率倒数由下式给出：)sin(ϕθ+=-c w b v v（3-44a ）和)sin(ϕθ-=+c w b v v（3-44b ）式中，ϕ为折射界面倾角，θc 为折射临界角，它由下式给出：图3.4-11 （a ）折射波至几何路径图，此处v w 为风化层速度，v b 为基岩速度，z w 为风化层基岩折射面深度，θc 为临界角，x c 为临界距离，直达波至的斜率为1/v w ，折射波至的斜率为1/v b ；（b ）一个炮记录，显示了（a ）中描述的直达波和折射波；（c ）正向直达波至和折射波至旅行时剖面的倾斜折射界面的几何形态；（d ）正向和反向旅行时剖面，详见正文斜率斜率1/V w距离时间斜率斜率斜率 斜率 距离时间bmc v v =θsin（3-44c ）最后，截距时间用以下关系给出：wc wS i v z t ϕθcos cos 2=-（3-45a ）和wc wR i v z t ϕθcos cos 2=+（3-45b ）关系式（3-44a,b ）和关系式（3-45a,b ）的推导在附录C.6中给出。

为了计算近地表地层厚度，首先要从斜率的计算值—w v 、-b v 和+b v 计算倾角ϕ。

将这些值代入：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=+---b w b w v v v v 11sin sin 21ϕ（3-46a ）然后，用以下表达式计算基岩速度v b ：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+-b b b v v v 11cos 2ϕ(3-46b)最后，在炮点和检波点位置计算基岩深度：22cos 2wbi w b w vv t v v z -=-ϕ （3-46c ）方程（3-46a ，b ，c ）在附录C.6中推导。

使折射面倾角0=ϕ，方程（3-46c ）化简为方程（3-41a ）。

不管是平折射界面还是倾斜折射界面的情况（方程3-46c ），在炮点和激发点位置计算基岩深度需要知道风化层的速度、基岩速度和截距时间。

在平折射界面情况下，这些可以从炮点剖面上直接测量，但是，在倾斜折射界面的情况下，它们可用方程（3-46a,b,c ）计算求得。

加减法利用首波计算风化层和基岩的速度以及截距时间并不容易。

这主要是因为风化层基底通常是起伏不平，使得时间曲线不易解释。

旅行时间曲线也受到高程变化的严重影响。

而且，在临界距离x c 以内，传统的野外排列布设不能为可靠的计算风化层速度及厚度提供足够的道数。

在大多数情况下，不能测出v w ，而是假设它为一个合理的值。

Hagedoorn （1959）用公式表示了一种间接计算截距时间和基岩速度的方法。

该方法仍需要拾取首波。

但无须解释时间曲线（图3.4-11a ）（解释的意思是给出直达波和折射波线段）。

图3.4-12a 表示与三对炮检距AD 、DG 和AG 相联系的射线路径。