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1、第一章 基本理论与方法1 静校正基础知识1.1 静校正概念及特点对于表层而言，常规叠加必须满足两个基本条件，即地表水平和均匀水平层状介质，只有这样在地表接收到的反射波时距曲线才是双曲线，才能在应用常规动校正后，保证同相叠加。但当存在地表起伏或近地表地层厚度和速度横向变化时，就会引起反射波双曲线畸变，进而影响叠加效果，降低资料品质；为了减少近地表介质的影响，需要对数据进行相应的校正，这种校正我们称之为静校正。为了实现这个校正，通常需要定义一个参考面，我们称之为基准面。因此，静校正的作用是消除地表高程、风化层厚度以及风化层速度变化对地震资料的影响，把资料校到一个指定的基准面上。其目的就是要获得在一
2、个平面上进行采集，且没有风化层或低速介质存在时的反射波到达时间。图1-1 静校正的概念和特点注：实线为实际反射波传播路径，虚线为静校正后的反射波传播路径。我们之所以将消除表层因素的校正称为静校正，主要是假设地震波在近地表介质中是垂直传播的，应用时是对整个地震道进行简单时移，并且对于不同炮检距的炮点或检波点其校正量是唯一的。也就是说，静校正量不随着反射层埋深和炮检距的变化而变化。但我们知道，地震波在近地表介质中传播的射线路径是随着地层埋深和炮检距变化而变化的，因此，上面假设严格讲是不正确的。通过图1-1的模型可进一步说明这个问题，静校正将炮点S和检波点R分别校正到S和R，而使反射波的射线路径发生
3、了变化，改变了反射波时距曲线形态。当射线在风化层中的射线路径越接近垂直(风化层与高速层速度差异越大时)，并且基准面越接近风化层的底界面时，这种路径的差异就越小，对反射波时距曲线地影响也越小。 1.2 风化层和高速层上面谈到静校正有消除风化层厚度和速度变化的作用，在地质学中经常谈到风化层的概念，但对于地质学家和地球物理学家来讲，风化层的概念是不同的，应区分为地震风化层或地质风化层。地质风化层表现为岩石的原地剥蚀与分解；地震风化层通常是指由空气而不是水充填岩石或非固化土层孔隙的区域，术语LVL（低速层）通常用于地震风化层。风化层的速度有时是渐变的，有时是明显分层的。典型的风化层速度在400800m
4、/s，有时甚至低于空气中的速度(340m/s)。通常风化层的底界面是潜水面(潜水面上下岩性相同)，也就是常说的高速层顶界面，因此，高速层顶界面以下的速度为1500m/s或更高；有些地区高速层顶界面是一个地质界面，而不是潜水面，这时高速层速度主要受岩性影响。风化层的区域分布可粗略的分为以下几类：a) 近似均匀区；b) 低速层和其它异常层在山脊上厚而在山谷薄，例如那些与潜水面联系在一起的低速层；c) 低速层在山谷厚而在山脊上薄，意味着有比较厚的冲积充填；d) 低速层随机分布。较深部地层而言，风化层具有更为明显的时变性，引起时变性的原因更为复杂多变。概括起来讲，风化层受温度、降水、潮汐、冰运动、风、
5、近代侵蚀和沉积作用、火山活动和地震、人文活动等因素影响，不同时段其风化层结构和地球物理参数是有变化的，有时甚至差异很大。通常认为，风化层是引起静校正的主要原因，但通过近年的实践与探索证明，仅解决风化层带来的静校正问题是不够的，高速层顶界面的剧烈起伏及其速度的横向变化同样会带来较大的静校正问题。1.3基准面静校正基准面静校正用以消除风化层的时间影响并把时间调整到基准面高程上，也就是说它包括风化层校正（含地形校正）和基准面校正两部分。在进行相加之前，最好先对符号进行约定。常用的是从t0时间减去的校正量为负号，从t0时间加上的校正量为正号。这样，最终基准面校正量计算公式为： 1.1式中：T炮点或检波
6、点静校正量，ms； hi第i层厚度，m； vi第i层速度，m/s； n表层模型厚度层数； 井深或检波器埋深地校正量，s； hd基准面高程，m； hg高速层顶界面高程，m； vs基准面校正速度（替换速度），m/s。1.4 基准面的选取与静校正计算和静校正应用有关的参考面有三种：统一基准面、CMP参考面和中间参考面，不同参考面的选取原则和方法、目的和作用各不相同。1.4.1 统一基准面统一基准面是人为定义的参考面，它是地震剖面的起始零线，剖面上各反射层的时间都要以这个基准面为参考。把数据调整到这个面上后，相当于激发点和检波点都位于这个基准面上。统一基准面分为水平基准面和浮动基准面两种；在地形区域起
7、伏不太剧烈的地区，可以采用浮动基准面。其浮动基准面选取原则为：a) 在地表到高速层顶界面之间；b) 浮动基准面的起伏波长大于最大炮检距的3倍；c) 在最大炮检距范围内排列两端点的连线与浮动基准面之间的高差所引起的时差小于反射波周期的四分之一。此时的浮动基准面既是地震剖面的起始零线，又是速度分析和叠加的参考面。图1-2 浮动基准面的选取在地形区域起伏很大的地区，如复杂山地区，很难满足浮动基准面的选取原则。如图1-2，如果对地表平滑太大，地表与浮动基准面之间高差过大，无法保证静校正量最小，从而影响叠加效果；若平滑太小，则无法满足浮动基准面的选取原则。因此，在地形起伏剧烈的山地区不能采用浮动基准面，
8、而应采用水平基准面，其选取方法为：遵循“少剥多填”的原则，一般选工区内的最高海拔高程。x地表基准面OZH反射面图1-3 基准面静校正量误差分析采用水平基准面后，由于水平基准面与地表之间的高差更大，它同样带来静校正量较大的问题，如图1-3所示，常规计算的基准面校正量为垂直地表到基准面之间的厚度z的校正量： 1.2而实际基准面静校正量应该为地表到反射面（实线）与基准面到反射面（虚线）之间的时差： 1.3由此造成的基准面校正量误差为：Z=100mZ=80mZ=60mZ=40mZ=20m图1-4 基准面静校正量误差曲线 1.4图1-4反映了不同基准面深度静校正量误差随炮检距的变化曲线，可见，基准面与地
9、表之间高差越大，静校正误差越大；当基准面埋深一定时，静校正误差随着炮检距的增大而增大。当采用水平基准面时，这个误差都无法通过调整基准面深度和炮检距而缩小，这时就需要引入CMP参考面的概念，来实现静校正量最小。实质上，在引入CMP参考面概念后，不论地形起伏大小都可以采用水平基准面，但对于地形区域起伏不是很剧烈，并且以往一致采用浮动基准面的地区，也可以不采用水平基准面，如塔里木盆地沙漠区等。1.4.2 CMP参考面CMP参考面来自最终静校正量，它是个时间面。对于某一个CMP道集来说（图1-5），其CMP校正量等于CMP道集内所有参与叠加的有效地震道静校正量的平均值，用公式表示为： 1.5式中：N单
10、个CMP点记录总道数(覆盖次数)； TS炮点静校正量； TR接收点静校正量；CMP炮点检波点图1-5 CMP参考面的概念因此，CMP参考面实质上分离出高低频静校正量，CMP校正量是一个低频分量，它是从CMP参考面到统一基准面之间的双程旅行时。高频分量是原始静校正量与CMP校正量的差。图1-6 静校正量的应用静校正量应用时分两步进行。首先应用高频分量，对于一个CMP点来说，CMP参考面是个平面（图1-6），将与该CMP点有关的所有炮点和检波点校正到这个平面上。在CMP参考面上进行速度分析和叠加，确保静校正量最小。在应用高频分量后，对因近地表变化引起的旅行时畸变进行了校正，恢复了反射波时距曲线的标
11、准双曲线形态（图1-7），提高了叠加的质量。第二步是叠加后再应用CMP校正量（低频分量），校正到水平基准面上去。CMP1校正后的双曲线歪曲后的双曲线地形线CMP参考面TX图1-7 静校正应用效果示意图1.4.3 中间参考面中间参考面是为了减小高速层顶界面起伏和高速层速度横向变化的影响，提高静校正精度而定义的一个面，它不是一个地质界面。关于中间参考面的详细内容见第四章。1.5 基准面校正速度基准面是深度域的，而要计算时间域的基准面静校正量必然用到速度，这个速度叫做基准面校正速度或替换速度。深度域基准面有统一基准面和中间参考面两种，因此对应的校正速度也有两个，即统一基准面校正速度和中间参考面校正速
12、度。统一基准面校正速度是计算高速层顶界面或中间参考面到统一基准面之间的校正量所用的速度，见图1-8中带箭头的实线，统一基准面中间参考面统一基准面图1-8 基准面校正示意图高速层顶界面中间参考面校正速度一般是高速层速度的平均值，它是横向不变的常速；中间参考面校正速度是计算高速层顶界面到中间参考面之间校正量所用的速度，见图1-8中带箭头的虚线，中间参考面校正速度是实际的高速层速度，因此它是空变的。V1V2V2V1O透射波滑行波图1-9 折射波的形成折射波2 折射波基本理论2.1 折射波的形成V1V2V3h1h2xtti2ti1V3V2V1R1R2直达波折射波1折射波2图1-10 折射波时距曲线xc
13、r1xcr2xc1xc2震源爆炸后，地震波以不同入射角传播到某一界面，见图1-9，当下覆地层速度V2V1时，入射角1小于出射角2，随着入射角1的增大，出射角2也在增大；当入射角达到某一角度c时，出射角2等于90，产生了沿界面以V2速度传播的滑行波；使出射角等于90时的入射角叫做临界角。滑行波的传播引起了新的效应：因为两种介质是密接的，为了满足边界条件，在上覆介质中要激发出新的波动，即地震折射波。折射波产生的条件是下覆地层的速度必须大于上覆地层的速度。2.2 水平层状介质的折射波时距曲线时距曲线是反映时间和距离关系的曲线，即波从震源出发，沿测线方向传播距离与传播该距离所需的时间的关系曲线。对于初
14、至波而言，一般分为直达波和折射波，所以讨论初至波时距曲线也通常分为两种。直达波是波从震源出发没有经过任何界面而直接到检波点的波，其时距曲线（见图1-10）方程为： 1.6可见，直达波时距曲线与界面埋深无关，因此它的时距曲线截距时间（炮检距为零时的直达波到达时间）为零。水平层状介质的m层折射波时距曲线方程为： 1.7第m-1层的折射波截距时间为：tidtiu图1-11 倾斜界面折射波时距曲线 1.8可见，折射波时距曲线与折射界面埋深有关。其截距时间受界面埋深和上覆地层速度的影响。从图1-10中还可以看出，在炮点附近一段距离内没有形成折射波，这段距离叫临界距离(xcr1和xcr2)，也称为盲区，它
15、是产生折射波的最小炮检距。图中还标明了形成初至波的炮检距，被称为超越距离（xc1和xc2），它是某一层折射波与上一层折射波(直达波)旅行时间相等时的炮检距，也叫超前距离。其各自的计算公式为：第一层折射波的盲区： 1.9第二层折射波的盲区： 1.10第一层折射波的超越距离： 1.11第二层折射波的超越距离： 1.122.3 倾斜界面折射波时距曲线 当地表和折射界面水平时，不同方向接收的折射波速度是相同的，它等于介质的真实速度。当界面倾斜时，不同方向接收到的折射波速度是不同的，它不等于介质的真实速度，它是沿测线方向观测到的地震波(初至波)传播速度，被称为视速度，该视速度由时距曲线的斜率求得（见图1-11）。下倾方向的时距曲线方程： 1.13下倾方向的时距曲线截距时间： 1.14下倾方向折射波
