地震读书笔记

地震资料处理
对静校正的认识
指导教师：孙渊老师李宇老师
勘查技术与工程
201226020217
郭凯
关于静校正的认识
一、静校正的定义
statics, 形象的叫法是地形起伏校正地震勘探解释的理论都假定激发点与接收点是在一个水平面上，并且地层速度是均匀的。

但实际上地面常常不平坦，各个激发点深度也可能不同，低速带中的波速与地层中的波速又相差悬殊，所以必将影响实测的时距曲线形状。

为了消除这些影响，对原始地震数据要进行地形校正、激发深度校正、低速带校正等，这些校正对同一观测点的不同地震界面都是不变的，因此统称静校正。

广义的静校正还包括相位校正及对仪器因素影响的校正。

随着数字处理技术的发展，已有多种自动静校正的方法和程序。

1．野外高程静校正只适用于低降速带不存在或低降速带没有横向变化的地区。

实际这种假设条件很难满足，所以该方法只在野外采集现场处理、室内处理质量监控中适用。

2．模型静校正模型法的基础是要建立一个能够准确描述近地表介质地质地球物理属性的模型。

传统意义上的模型静校正，是通过小折射、微测井等常规近地表调查方法，获得对近地表介质地球物理属性的描述，然后进行空间内插值得到近地表模型，从而完成基准面的校正。

3．折射静校正
折射静校正严格意义上讲也是一种模型静校正方法，只不过其建立模型与传统方法不同，主要是通过求解方程反演得到折射面速度和延迟时间，然后借助于表层速度建立速度模型，在此基础之上完成静校正量的计算。

4．初至静校正初至静校正和折射静校正一样，严格将属于模型静校
正，它既不是对近地表介质地球物理属性的准确描述，也无法建立一个层状折射模型，而是利用初至时间通过层析成像反演获得近地表层的速度场分布，求取一个最优秀的模型。

5．剩余静校正
般指的是反射静校正，反射剩余静校正的理论假设和实现方法决定了其不可避免的局限性，所以它的应用必须是建立在良好的基准面静校正基础之上的。

6．相对折射静校正
该方法是介于基准面静校正和剩余静校正之间的一种方法，它回避了折射静校正所必须满足的两个条件，只关注品质较好部分炮检的折射波，虽然无法建立准确的模型，但可以得到较为准确的高频分量和部分的中频分量，此法作为模型法的补充，可以对模型法得到的静校正量进行必要的修正，同时还可以消除由于低降速度带引起的大部分高频静校正分量。

二．静校正研究意义
静校正是一系列反射波地震勘探数字处理的基础. 在地震资料处理中, 静校正问题往往不是孤立存在的,它还影响着去噪和速度分析工作. 在复杂山区, 除了地震波的能量损失、噪声干涉外, 重要的就是静校正问题了. 随着开展地震勘探工作的区域由地形简单的平原、丘陵地区逐渐转向地形复杂的山区, 由二维观测逐渐转为三维观测, 静校正处理方法也越来越难. 在常规资料处理中, 通常假设地下介质是水平层状, 表层速度
横向变化比较缓慢. 处理时先将地震数据校到一个浮动基准面上, 然后再进行处理, 将最终处理成果校正到一个水平基准面上. 但在复杂地区, 地表起伏变化较大, 表层速度横向变化剧烈岩性多变, 表层结构复杂, 基岩出露. 复杂地表必然引起地震采集激发和接收问题, 同时给地震资料处理带来复杂的静校正问题. 静校正问题是目前复杂地球地震勘探所面临的一个主要问题, 它在很大程度上决定着资料处理的质量, 影响叠前深度偏移及水平叠加的成像效果. 而折射技术的理论是建立在水平折射面的假设基础之上, 在复杂山区寻找稳定的同一折射层较困难, 故基于折射波理论的地表调查方法也不能取得好的应用效果。

复杂地形, 特别是山地条件下地震勘探中的大静校正问题是一个非线性的、具有多参数多极值的全局优化难题. 本文综合利用最大能量法、模拟退火与遗传算法的各自优势, 提出一种具有局部收敛速度快、全局搜索能力强的综合寻优反演方法. 其中对产生伪静校正量的零空间现象进行空间平滑滤波剔除. 理论数值计算及实际资料的处理说明本方法适应能力强、静校正效果较好.
在表层静校正方面, 目前人们通过对表层模型做不同程度的近似假设形成了一系列的静校正方法, 主要有以下三大类: ①假设表层模型为均匀介质的直射线校正法（一次静校正）; ②假设为层状介质的折射线校正法（折射静校正）; ③把表层模型作为任意介质处理的曲射线静校正方法（层析静校正）。

对于在西部山地复杂地表条件下获得的地震资料的处理, 静校正和偏移基准面的选择是影响处理效果的关键技术环节。

许多专家和同行对该问题进行了很多讨论,取得了许多共识。

但是, 该问题并未得到完全解
决, 对不少地区来说,由于静校正问题解决不好,造成了反射波不成像,或者造成构造形态不准,也由于偏移基准面选取不正确, 造成构造形态畸变,波场扭曲, 影响精确成像和正确归位。

随着油气勘探的重点向西部复杂地区转移，地震数据处理中的静校正计算成为其中关键性步骤，也是基础性工作。

静校正问题的存在，直接影响地震反射波的成像，甚至使地震剖面出现假构造，给解释工作带来许多假象和困难。

因此静校正问题的研究具有重要意义。

在复杂山地地区，地形起伏较大，低速带厚度和横向速度变化也大，所以不同的检波点接收到的地震波至时间出现延迟，反射波时距曲线受到很大的畸变，从而给地震资料的处理工作带来很大的麻烦。

目前生产中广泛使用的静校正方法几乎都基于地表一致性假设。

但在复杂山地地区，地表地质情况较为复杂，往往与地表一致性假设的情况存在较大差异。

因此地表一致性静校正量与不作地表一致性假设的实际静校正（简称为非地表一致性静校正）量之间存在较大偏差。

本文在分析了复杂山地地区地表条件特征的基础上，对目前常用的静校正方法进行了分析和论述。

分析了基于地表一致性静校正方法在山区地震勘探中所面临的主要问题，并且提出了使用非地表一致性静校正方法来解决复杂山地地震勘探静校正问题的难点。

在不满足地表一致性条件下，利用模型正演方法得到的模型资料和理论推导结果，通过研究各种理论构造模型，分析实际静校正量与采用传统折射静校正方法得到的静校正量之间的误差，发现和总结两者之间的差别和规律性，着重讨论了地表一致性静校正误差存在的原因及这种原因跟基准面、炮检距、低速带和基岩速度及速度比、低速带厚度、反射面深度等之间的关系。

以期改
进现有的静校正方法或得到新的有效的静校正方法，为解决复杂地区，特别是西部山区的静校正问题提供参考。

三、理论特征
1、低、降速带的分布特征
1）稳定的低、降速带底界当折射界面相对稳定, 地面高程变化较小, 低、降速层的速度变化不大时, 共偏移距的初至波列相对稳定。

对于稳定的低、降速带底界, 若共偏移距的初至波列是起伏变化的, 那么引起波列起伏变化的因素可分为 3 种情况:1 是传播速度不稳定厚度稳定;2 是速度稳定厚度不稳定;3 是速度和厚度都不稳定。

共偏移距初至波列的起伏变化反映了低、降速带的变化。

2）不稳定的低、降速带底界这类低、降速带常表现为一系列表面风化了的地质露头或者为厚度变化不定的近代沉积物（冲积层, 冰川沉积物）。

折射标准层不断变化, 在共偏移距剖面上表现为折射波的相位缺失（图1）。

而折射波相位的缺失, 使得求取静校正量的难度更大。

2、剩余静校正量的分布特征
剩余静校正量是完成了野外静校正以后残存的静校正量, 这种静校正量多以高频的形式出现，严重影响CMP叠加的质量。

剩余静校正量的分布特征有 2 种情况。

当低、降速带的速度较小, 厚度也不大时, 反射波在低、降速层内是近似垂直于地表传播的, 低、降速带对各反射层反射波的影响基本是相同的, 这就是地表一致性静校正问题; 当低、降速带的速
度和厚度都较大时, 各反射层的反射波在低、降速带内的传播时间会有较大的差别, 这就是非地表一致性静校正问题。

估算剩余静校正量的方法很多, 就柴达木盆地的复杂山地而言, 除了使用地表一致性的方法以外, 还必须解决地表非一致性的静校正问题。

3、剩余静校正分量分析剩余静校正量还可分为短波长分量和长波长分量2 类。

短波长分量是由局部范围内低速层变化引起的，它对同一CMP道集内各道反射波到达时的影响不一样, 使得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的影响。

它对同一CMF道集内各道反射波到达时的影响不很明显, 对叠加效果影响不大。

但这种表层异常容易被误认为是地下构造或岩性变化引起的, 若不消除会造成解释上的错误。

如果把短波长细分, 将一个排列内的静校正量的平滑趋势曲线作为中波长静校正量, 那么, 基于趋势线的相对校正量则是短波长静校正量。

在一个CMP道集内，中、短波长的静校正量是影响同相叠加的直接原因; 在整个工区内, 中、长波长的静校正量是影响构造成像的直接原因。

传统的做法是用小折射、微测井等野外调查方法来解决中、长波长问题, 用统计剩余静校正来解决短波长问题。

对于复杂的山地资料, 当剩余静校正量大于半周期时统计剩余静校正方法能解决问题吗?中、长波长的静校正量能靠野外调查法彻底解决吗?事实上, 统计剩余静校正一般只能解决1/2 周期内的静校时移量, 而野外调查法则受复杂地形的制约, 控制点有限, 精度也有限。

在复杂山地不仅要解决高频静校正问题, 还要解决连续变化的中、长波长静校正问题及地表非一致性的静校正问题。

在低速表层结构
时, 多分量数据静校正对叠前振幅分析几乎没有影响, 可采用常规多分量处理模式; 在表层速度低于目的层速度的较高速表层结构时, 通常静校正的影响不可忽略; 当表层速度高于目的层速度的高速表层结构时, 静校正可能给出相反的振幅变化特征和错误的叠前振幅分析结果, 这也是纵波勘探中AVO 技术有时失利的主要原因。

基于此, 文中指出要克服静校正对高速表层结构叠前振幅分析的影响, 研究应用基于地表的叠前矢量波场处理是非常必要的。

4、静校正方法及对策分析
在实际工作中, 对静校正问题要进行具体的分析, 然后“因地制
宜”地选择静校正方法。

在柴达木盆地地震资料处理中, 我们主要采用了以下几种静校正方法。

1) 多域交互迭代折射静校正法多域交互迭代折射静校正法要求所用的折射界面是相对稳定的, 使用地震记录的折射波初至时间在多域交互迭代计算静校正量。

首先用自动拾取的方法拾取折射波初至时间; 然后对不正确的初至时间进行交互修改, 保证用于计算静校正量的初至时间是正确的。

利用静校正的统计特性和约束条件, 在初至时间的共炮点域、共炮检距域、共接收点域, 交互迭代计算静校正量。

这个方法求取中、短波长的静校正量的精度很高, 它在柴达木盆地的一些地震资料处理中起了很大作用, 见到了明显的效果。

2）基于近地表模拟的广义线性反演的静校正法
在大多数地震数据中, 初至显示为质量较好的同相轴,利用初至时间估算炮点和检波点静校量的方法, 能得到预期效果。

但它不能唯一地确定
出近地表模型,特别是折射层缺失时, 就更为困难。

野外调查方法主要依赖小折射法和微测井法。

在复杂山地找场地困难, 控制点非常有限。

对具有表层地质露头的地段, 折射界面不可连续追踪的情况, 选用野外调查资料为基础, 结合露头地质的倾角产状建立近地表初始模型, 利用广义线性反演的折射静校正法进行静校正很有意义。

该方法分2步实现。

第1步,由给定的初始模型进行正演,用射线追踪方法得到该初始模型的初至波; 第 2 步, 将计算的初至波和实际拾取的初至波进行比较, 用广义线性反演的方法计算近地表模型的修正量经过几次迭代, 最终得到比较精确的近地表模型。

所用输入都是炮集资料。

在计算近地表模型之前, 要利用共炮点记录初至时间计算近地表模型, 或利用野外调查资料来构造初始近地表模型。

同上述方法一样,初至拾取质量是非常重要的。

拾取初至以后,可以利用最佳线性拟合求取第1层介质的速度、厚度和第 2 层介质的速度;还可以求出能接收到折射波的炮检距及相应的检波点号。

模型参数修正量是利用广义线性反演方法来计算的, 整个过程需要进行迭代处理。

在求得准确的地表模型以后, 进行静校正量的分配计算。

这种方法比较繁琐, 而且广义矩阵求逆存在着非唯一性问题, 特征值病态分布会严重影响计算精度, 有时难以得到理想的结果, 但此方法毕竟为解决复杂山地静校正问题提供了一种可能的途径。

3）反射波剩余静校正方法当完成了野外静校正和初至折射静校正以后, 剖面中仍然会存在剩余静校正量, 经过动校正以后地震道的剩余时差tijk 可以表示为 5 个分量的和tijk=Si+Rj+Gkh+MkhX2 ij+DkhYij（1）式中,i 为炮号,j 为检波点号,h为反射层号,k为CMF号,Si和Rj分别表示第i炮和
第j 个检波点的剩余静校正量,Gkh 为构造项,MkhX2ij 为剩余动校正项（Mkh为剩余动校系数）,Dkh为横向倾角算子,Yij表示CMP点横向偏离测线的距离，DkhYij表示由于第k个CMF点横向偏离测线所产生的时差。

显而易见, 在这 5 个分量中, 前 2 个分量不随时间的变化而变化, 只与近地表结构有关; 其它 3 个分量随时间的变化而变化。

①地表一致性反射波剩余静校正反射波剩余静校正主要是解决短波长静校正问题。

复杂山地资料处理的关键是参考道的选取。

我们选用的是模型迭代剩余静校正法, 先叠加出剖面, 经过一系列去随机噪声处理和适当的相干处理后, 把它作为初始模型道（或参考道）与原始道进行互相关, 求出它们的相关时差。

除了软件内部的多次迭代和相关品质因子控制外, 处理时还应和速度分析紧密结合, 对复杂山地资料往往要循环处理 2 次以上。

②分层反射波剩余静校正公式(1) 中的后 3 项是随时间而变化的。

当低、降速层的厚度和折射层倾角较大时, 静校正量的时变分量足以影响叠加效果。

对有些复杂山地资料, 需要采用分层的非地表一致性静校正方法。

分层剩余静校正是分别在不同时窗内求参考道, 在不同的时窗内进行互相关求取互相关时差, 在不同的时窗内求出不同的静校正量, 同时要做好时窗之间的数据平滑工作。

分层剩余静校正法可以解决浅、中、深层不同的静校正问题。

其优势有 2 点:1 是当浅、中、深层的构造项有明显区别时, 分层可解决部分构造项问题;2 是可解决部分剩余动校正问题。

根据不同情况采用不同的静校正方法, 在一些工区见到了很好的应
用效果。

对具体问题进行具体分析, 对症下药地采用静校正方法, 可以改进速度分析的质量, 改进叠加剖面的品质。

当解决了静校正问题之后, 解释出的速度在空间上的分布一般是有规律的,某些局部的速度变化很可能是地质特征和构造特征的真实体现。

这将为地质解释人员提供有价值的参考资料。

但山地地震资料处理是非常复杂的, 现有的某些常规地震资料处理方法已不适用。

山地资料的同一个CMP道集的反射点发散比较严重, 静校正、去噪、速度分析、偏移都比较困难,它们又是互相影响的。

要做好山地地震资料的处理, 一定要对这些问题进行综合研究。

在层析技术中,地下介质被分解为面元, 层析的目标是求解每个面元的速度. 从炮点到接收点的射线路径是由位于不同面元中的射线段组成, 根据各个面元中射线段的长度和各个小面元的速度计算折射波的波至时间. 显示了一个两层近地表模型和由炮点到检波点的射线路径,在该模型中, 地下介质被分成许多面元.由初始近地表模型计算的或模拟的折射波波至时间与观测值进行比较.
根据模拟的波至时间与观测时间之差对模型进行修改. 通过改变模型的速度就可以达到这一目的. 模型正演、测量时间差、修改模型这一迭代过程一直进行到时差小于给定的门槛值为止, 这通常需要多次迭代, 时差最小通常是指最小平方意义下的最小. 一般希望对模型使用某种类型的平滑以增强迭代过程的稳定性, 保持模型简单是有利的.
在层析法中, 需要大量不同路径的射线以多种方位角通过各个面元.对二维折射记录来说,不同的射线路径数一般较少.一个原因是, 从一个炮点到若干个检波点的射线路径在折射面上是相同的. 但是在速度随着深度
逐渐增加的地区, 比如由于压实原因回折波的存在就保证了有大量的不同路径.在这种情况下,在任何一个地面位置之下, 可以确定更多的速度面元并估算它们的速度, 如图1(b) 所示. 如果也能观测到来自分界面的反射波, 那么,射线路径的覆盖范围还可以增加, 尽管这些通常难以拾取,因为反射波通常比初至折射波到达晚. 如果获得了反射波数据, 也可以把它们合并到反演中.
③表层速度模型反演
偏移距范围的确定该反演算法在理论上适用于所有偏移距范围, 而且在全偏移距范围内反演能够减少模型的不确定性, 但由于近偏移距资料缺失或信噪干扰较大, 反演过程中常不用近偏移距资料. 受计算效率和折射波的最大穿透深度的限制, 用于反演的最大偏移距也小于实际资料的最大偏移距, 对于低、降速带不太厚, 地形起伏不太大的地区,用于反演的偏移距范围为400~3500m.由偏移距范围和偏移距的分段数可以确定每段的偏移距范围（偏移距的采样率）, 偏移距分段数对应于近地表速度模型的层数, 一般情况下为 5 层, 过多的层数会增加速度模型的不确定性。

横向平滑
横向平滑距离的大小直接影响静校正量的高频部分, 当地形起伏很大时, 可以通过调整该值减少静校正高频分量误差. 该平滑距离一般为反演最大偏移距的1/4.
风化层速度的约束和模型平滑风化层速度可以由近偏移距的直达波时间或井口时间导出, 也可以用表格方式直接定义. 当近偏移距资料不
能使用, 不能利用直达波估算风化层的速度, 一般用井口时间来估算. 风化层的平滑半径一般在100〜1000m对于地形起伏不太大的地区，用500m的平滑半径效果较好
4）处理流程设计处理复杂表层区地震资料的关键是做好静校正, 消除由于地形起伏和地表低降速带横向变化对地震波传播时间的影响, 使时距曲线满足于动校正的双曲线方程。

静校正效果的好坏决定叠加剖面的信噪比和垂向分辨率, 同时又影响叠加速度分析质量。

静校正信息来自于两个方面: 一是野外直接观测数据进行整理换算, 如地面高程数据、井口检波器记录时间、微测井数据、小折射数据等; 二是从地震记录中, 根据地下反射波信息求取校正量。

前者称为野外静校正或基准面校正, 后者称为自动剩余静校正。

当野外静校正后的剩余静校正量超过反射波半个周期时, 应用自动剩余静校正方法不能取得满意的效果。

在复杂表层区普遍存在这个问题。

笔者通过实际资料试验研究, 总结出一套适合西北地区的处理流程和人工剩余静校正方法, 其思路是逐步减小野外静校误差, 取得更好的自动剩余静校正效果。

5）野外静校正误差分析及初步改善措施野外静校误差一般是由于低速带、高程测量及爆炸深度不准确所致。

以往认为高程测量相对准确些, 因而要修改低速带速度和厚度, 人为因素很大, 效果不佳, 事倍功半。

结合本区和该测线的地质资料, 反复分析相邻炮集和相邻接收点道集, 发现炮点静校误差是影响叠加剖面质量的主要因素, 直接修改炮点校正量比修改低速带更直观、灵活和更有依据。

这个结论也得到了现场施工人员的
认同。

因为炮点激发受表层地震地质条件的影响远大于检波器埋置受表层地震地质条件的影响。

另外, 静校正精度和叠加速度分析精度共同影响叠加剖面质量。

没有准确的静校正, 又不可能求出准确的叠加速度, 因而只能先抓主要矛盾, 迭代进行, 逐步把炮点、检波点的野外静校正误差减小。

具体做法是: 对炮集记录做井深和低速带校正（只将炮点校正到地面, 且消除风化带影响）, 不需做绝对基准面校正。

抽取炮点两侧近道（中间激发,48 道接收）做纵向放大比例显示, 形成一个近道排列的剖面, 拾取每炮第24和25道的平均初至时间（由于地形变化剧烈和炮点偏移,两近道初至时间经常不一样）在整个剖面上进行平均, 然后分别求取每一炮初至拾取值与平均值之差, 作为该炮第一次人工剩余静校正量。

再做速度分析和自动剩余静校正,可以迭代上述过程, 直至认为基本满意为止.同相轴可以连续追踪, 有了明显改善。

结合已知地质资料再与相邻测线综合对比, 解释人员相位转换不是地质现象, 可能还有剩余校正量。

但上面人工初至拾取精度有限, 不能进一步解决这个问题。

值得注意的是: 拾取静校正量时一定要结合地震剖面,了解构造大致形态,处理人员要和现场解释人员共同完成; 在它后面还有自动剩余静校正, 因此读数精度不要求太高, 个别少量错动或叠加不好的地段,如果对应的共中心点道集叠加剖面还可以,就不必校正,
四、实际应用（山区）
由于在山区起伏地表情况下, 炮点和各检波点均处于不同的高程而。