层析成像法静校正在老挝华潘桑怒地区应用实例

刘 璐，崔占锋

（河南省煤炭地质勘察研究总院，河南郑州450052）

桑怒地区位于老挝北东部，区内构造复杂、地势陡峭，切割深，植被茂盛，海拨一般在1000~1400m左右，地形起伏较大，最大高差超过300m，山峦起伏，沟壑纵横，风化层的厚度变化也比较大，表层横向波速变化较为剧烈，这些均影响地震资料的品质，也影响数据处理的效果，因此本区静校正问题尤为突出。假如这个问题得不到很好的解决，将会影响后续地震资料的处理效果，降低地震剖面的垂向分辨率、信噪比以及解释精度。要做好静校正就要了解不同的静校正方法，通过分析不同方法的原理、优缺点、适应能力，才能针对本区找到最适合的处理办法。

1 常见的静校正方法

目前地震勘探行业中所使用的静校正方法主要有三种，分别是野外基准面静校正、初至折射波静校正以及层析成像法静校正。

野外静校正：又把它称作基准面静校正，该方法能将地震勘探布设的炮点和检波点校准到基准面上，来消除地表高程和低速层对地震波走时的影响。这种方法需要测出炮点和检波点的高程以及通过小折射或微测井来获得低速带的厚度和速度，通过这些数据来建立近浅层地表速度模型，然后通过相关算法计算得出静校正量。但这个地区地表条件较为复杂，需要通过加密小折射或微测井来获得较为精确的低速带空间分布，一来在这样地形较为复杂的区域施工较为困难，二是施工成本将会提高不少,很显然这个地区不能采用该种方法。

初至折射波静校正：这种方法需要拾取地震记录上的折射波初至，这种波是来自风化层下高速层顶板的折射，然后对延迟时间进行计算来获得低速层的速度和厚度，通过高斯—赛德尔（Gauss-Seidel）迭代法来获得近地表风化层的速度模型，从而计算出所需的静校正量，但这种静校正会随着地层倾角增加或者横向速度变化而产生较大的计算误差。本区地表起伏较大，使得风化层的厚度和地震波的传播速度变化也随之变大，本区地震资料显示折射波不发育，无法找到直达波和折射波的拐点，得不到折射波初至时间，这种方法也不可用。

层析成像法静校正：这种方法首先需要对地层进行网格化处理，利用拾取的地震波初至和最小走时射线路径的全局算法，构建网络中的最小走时树[1]，根据初至波走时来反演出表层速度模型。波速模型的横向或纵向速度剧烈变化不会影响算法的实现，该方法适用于各种复杂地区，并且在近地表速度连续变化且表层调查方法难以控制的地区也能获得不错的效果。但该方法较为依赖初至拾取的精度，参数设置也较为灵活，需要一定的经验才能把控好。

综合上述三种处理方法的特点，本区属于表浅层地震地质条件复杂地区，低速层厚度不稳定，横向波速变化较大，最终选择了层析成像静校正法。

2 层析成像法静校正基本流程和基本原理

层析成像法静校正能够利用地震波的走时和路径反演出地下介质的速度模型，这种反演方法有精度高、适应性强等特点，能够适应介质的横向波度变化和速度倒转等情况，使得这种方法在任意地表模型的情况下都能获得不错的效果。

层析静校正首先需要通过拾取炮点和检波点的初至时间来计算出地震波由炮点出发到检波点接收的旅行时间，然后删除拾取的零时检波点和互换差较大的炮点来获得更为精确的地震波旅行时间。将初至时间按照炮检偏移距排列形成接收点集合，并根据显示拐点将其分层（图1），根据这个分层集合建立初始速度模型，这是层析反演迭代的初始模型。

图1 炮检距排列接收点集合分层示意图

根据炮检旅行时间结合初始速度模型用射线追踪反演算法反演出新的地下介质速度模型，这是一个多次迭代的过程，通过多次迭代将误差逐渐收敛，最终得到可靠的速度模型（图2）。如果初至时间拾取不准确，将会直接影响迭代的收敛性从而影响速度模型的准确性。

图2 可靠的速度模型

2.1 关键技术——成像网格化

层析反演的一个关键技术就是成像网格化，把地震波由炮点出发再到检波点接收这个过程当成一条射线，在对这些射线进行网格化处理，大炮检距观测系统一般选择长方形网格较好，通过网格的射线最终反演成介质速度，每个网格的速度是一个常数，最终由这些网格速度形成近地表速度模型。小网格可以很好地解决短波长突出的静校正问题，但小网格内没有足够的射线通过会导致反演结果不收敛，最终得到的速度模型不可靠；大网格中有足够的射线通过，反演结果能够很好很快的收敛，误差较小，但速度模型分辨率较为低（图3），能够很好解决影响大的构造形态的长波静校正问题，适合区内较为平坦、近地表速度变化不大的地区使用，但是对局部构造复杂的地区却无能为力。

图3 大网格下分辨率较低的速度模型

2.2 射线追踪反演算法

1987年Um和Thurber提出了最大速度梯度射线追踪三维算法，这种算法以计算效率高著称，它进行内插计算，岩性边界可以是不连续的水平层面，这样就使得算法的可行性和可操作性在实际勘探中有所增强。

这种算法根据地震学中的费马原理（Fermat's principle），即地震波沿射线传播的旅行时和沿其他路径传播的旅行时相比为最小，亦是波沿旅行时最小的路径传播。以费马原理为原则进行炮点到检波点的射线追踪，得到一条射线路径，接着对追踪射线进行分割，通过这个过程计算了射线路径的长度，得到了该射线在网格中的横纵深方向上的坐标。层析过程中，射线长度和坐标信息为网格中的速度更新提供依据。把每个网格中射线的旅行时间求和可以得出整个射线路径的旅行时间，用以下方程表示：

式中：tm——地震波走时；

Vijk——第ijk网格中的速度；

Dijk——第ijk网格射线路径长度。

层析完之后就是反演，它是一个反复迭代的过程，给定一个初始速度模型V，通过以上算法获得射线旅行时间tm，根据射线追踪的算法可以得到射线路径矩阵A，再利用拾取初至时观测得到的旅行时间与ΔT的差值ΔT来不断修正每个网格的速度：

式中：ΔV——初始速度模型V的修正量。

通过迭代不断减小误差最终得到较为可靠的速度模型。

2.3 计算静校正量

有了较为可靠的速度模型，计算静校正就相对简单了，首先选择一个等速界面为低速层底界面（图2中黑线所示），然后用等速界面的速度去替换界面以上低速层的速度，从而求出因低速层存在而产生的延迟时间，根据这个延迟时间和炮检点高程数据在速度—深度模型上就可以计算出观测点的总校正量。

3 层析静校正应用效果

本勘探区位于老挝北部山区，地形起伏较大，根据原始单炮记录看，煤层同相轴较为明显，但因地形影响同相轴有所扭曲，这将会直接影响剖面的叠加效果，从而难以获得地下煤层的真实形态反映。

本次静校正处理首先进行了初至时间编辑，去除了拾取时间为0的道，并用互换法删除互换差较大的炮点从而保证了炮检旅行时间的可靠性。尝试了在不同网格大小下反演速度模型，最终选择横向5×纵向2.5的网格大小，迭代次数为15次，既保证了迭代误差曲线的收敛性又保证了速度模型的分辨率。计算静校正时为保证校正量值适中，采用海拔高程1300m作为处理基准面，此替换速度2500m/s。

图4 为地震原始单炮记录静校正处理前后的效果对比，地震波初至和目的层同相轴变得较为光滑，有效地消除了因地表崎岖不平及浅部低速带横向变化带来的影响。

图4 静校正前后单炮记录对比图

图5 为静校正前后叠加剖面效果对比。剖面的反射波同相轴明显得到加强，煤层反射波连续性增强，提高了地震剖面的垂向分辨率和信噪比，为下一步精细处理和解释提供了可靠的依据。

图5 静校正前后叠加剖面对比图

4 结论

该地区地表高程起伏，浅层岩性变化较大，第四系很薄，区内有新近系、三叠系初露区域，导致地表低速带分布不均匀，横向速度变化较大。地震原始记录显示本区折射波不发育，分析几种静校正的适用特点最终采用了层析静校正。该方法适用性较强，在本区取得了较为理想的效果。通过层析成像法静校正在本区的应用，了解到影响其效果的几个因素：①准确的初至拾取是层析反演迭代误差收敛的关键。②选择合适的网格大小，找到速度模型可靠性与分辨最小地质体的平衡点，一般横向取道距的1/2，纵向取道距的1/4。③把射线密度的底界面覆盖到速度模型上，如果替换速度的层位均在此界面上，则计算的静校正量较为可靠。④选择测区内最高海拔高程点作为基准面高度，防止炮检点校正到高于零值的位置而丢失。