三种折射静校正方法原理的比较

时间：2024-05-18

王立会++梁久亮

摘要：随着折射静校正在地震勘探数据处理中的作用日显重要，需要对基本的折射静校正方法进行归纳与分析。为此，本文介绍了三种常见的折射静校正方法的原理及计算步骤，比较了它们的相同点和不同点。这对充分理解每种方法的实质大有帮助。

关键词：折射静校正加减法扩展广义互换法合成延迟时法

中图分类号：O72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0016-02

要获得准确的静校正量，重要的是搞清近地表结构，建立准确的近地表模型，即把近地表地层的速度和厚度求准确[1]。在地震勘探中，反射记录上存在初至折射波，并且每一炮都有初至折射波，它可为建立近地表模型提供所需的资料，而不增加额外的工作。所以，利用初至波求取近地表结构，估算静校正量便成了主要且有效的途径。这一类方法统称为折射静校正。

一般情况下，近地表模型包括3个参数，分别为风化层速度、折射层速度和折射界面深度。根据折射波基本理论，利用初至波的时距曲线可知，折射波对应的时间斜率的倒数等于折射层速度，直达波对应的时间斜率的倒数等于风化层速度，同时还可求出截距时间（折射波时距曲线延长后与时间轴交点的时间值）。由此可得到折射界面深度，其计算公式如下：

（1）

这样求取近地表模型就转化为求取风化层速度、折射层速度和截距时间。

然而，利用初至估算风化层和折射层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，旅行时距曲线也受到高程变化的严重影响，使得时距曲线不易解释[2]。这样迫切需要一些特殊方法来求取近地表模型。下面介绍的加减法、扩展广义互换法和合成延迟时法就是这类特殊方法。

1 加减法[3]

加减法是由Hagedoorn（1959）首先提出来，它是一种间接计算截距时间和折射界面速度的方法，图1是加减法原理示意图。

定义加减时间值为：

（2）

（3）

方程右边所给的时间是从图1的三条射线路径的初至上读出来的时间值，由射线路径可知：

（4）

可以看出方程（4）中的加时间值与截距时间是相同的，所以，不是直接从炮记录测量截距时间，而是采用方程（2）求出截距时间。

应用代数的方法，可以得到减时间与折射层速度有如下的关系式：

（5）

式中，x为炮检距AD。

所以，加减法的计算步骤可归纳为：（1）拾取初至时间；（2）计算加减时间（式（2）和式（3））；（3）由加减时间求出截距时间和折射层速度（式（5））；（4）用扫描法比较叠加剖面的效果来确定风化层速度，或者假设一个合理的速度值；（5）用式（1）计算在D点以下的折射界面深度；（6）根据前面求取的折射层速度、风化层速度、折射界面深度以及野外测量的高程信息等参数，建立近地表模型，从而计算静校正量。

2 扩展广义互换法

扩展广义互换法（EGRM）是在广义互换法（GRM）的基础上发展而来的，使之适用于野外各种不规则的观测系统采集的数据，例如弯线排列接收，炮点偏离排列位置。这种方法应用比较广泛，很多大型的地震资料处理软件都采用了该方法，如Omega软件的折射波静校正和绿山软件的折射波静校正[4]。该方法应用效果的好坏不仅与选取的折射层有关，而且和选定的风化层的平均速度有关。因此在使用该方法时，应注意以下几点：（1）所有测线均选择本地区稳定的同一折射层的折射波进行初至拾取；（2）调查风化层速度变化范围，合理选择高速层顶界面以上地层的平均速度，最好是结合野外微测井和小折射资料；（3）静校正计算过程中，采用统一的替换速度和基准面高程。

2.1 延迟时定义

假设地下有一水平折射界面，如图1所示，A点激发D点接收，初至折射时间可以表示成：

（6）

我们把式（6）中的第一项定义为A点的延迟时，即

（7）

由上式可知，A点下的折射界面深度为：

（8）

因此，求取近地表模型就转化为求取风化层速度、折射层速度和延迟时。其中，一般用扫描法比较叠加剖面的效果来确定；可以通过初至波的斜率来估算，当折射界面水平时，一般可满足精度的要求，另外也可以用五点插值法求取折射层速度；延迟时则由下面介绍的互换法求取。比较式（8）和式（1）可以发现，一个点上的延迟时数值上等于截距时间的一半。

2.2 互换法求取延迟时

如图1所示的几何路径关系，并结合式（6）、式（7），可得D点延迟时

（9）

由此可见，利用、和，就可以确定D点的延迟时。这种方法称为互换法。在多次覆盖观测系统中，很容易得到、和的值。

如果D点不在接收点上，如图2所示。x，y点为接收点，采用与上面方法相同的推导方式，即可得到D点的延迟时计算公式，即

（9）

式中右边第一项为基本项，第二项为补偿项，是由于x，y两点与D点不重合所产生的。它比互换法的适用范围更广，故称为广义互换法（GRM）。但其有限制条件，要求为直测线，规则观测系统。

更为一般的情况是弯曲测线，道间隔不等或炮点偏离测线。这时，式（9）就变为更一般的公式：

（10）

式中第一项仍为基本项，包括三个初至旅行时，第二项称为炮检距剩余项，包含了每个初至时间所对应的真实炮检距，它用来补偿测线弯曲或观测系统不规则时所产生的差异。它代表了更为一般的情况，故被称为扩展广义互换法（EGRM）。

EGRM方法是对GRM方法的扩展，它适用于弯线或三维施工情况，即A，G，x，y四个点不在一条直线上，而要计算延迟时点处也没有接收点。endprint

3 合成延迟时法

所谓合成延迟时法就是根据不同炮点在相同接收点来自同一层折射波初至时差相等的关系，合成出一条各炮点公用的初至折射波时距曲线和相对应于该时距曲线的各炮点的起爆时间曲线，通过对两条曲线的分离求得炮点和检波点延迟时。该方法具有如下优点[5]：（1）使用道数少，便于同偏移距域、同层追踪合成；（2）同时在共炮、共检、共偏移距域实现绝对延迟时的求取；（3）炮、检波点延迟时精度基本不受折射界面弯曲和速度变化的影响。

图3所示，炮点激发得到的和道初至时差为，这个时差等于第二炮激发，和道的初至时差；如果将炮得到的初至折射波时距曲线向上平移，使和重合，和重合，就得到了炮点激发与激发相接的时距曲线。同样道理，每炮的时距曲线都照此平移与前一炮的时距曲线相接，就得到了一条连续追踪的合成时距曲线，检波点时间连成的曲线称为合成检波点时距曲线。在每一炮的时距曲线向上平移过程中，炮点时间也同时向上平移，即所有炮点相对于第一炮的时间延迟也可以连成一条时间曲线，这条时间曲线我们称之为合成炮点时距曲线。因为同地面位置合成检波点时距曲线与合成炮点时距曲线的时差就是截距时间，其截距时间的一半就是延迟时，所以，这两条曲线的总和称之为合成延迟时曲线。

对于同地面点道，合成延迟时法可以利用多道初至时间计算时差，因此，它能充分利用多次覆盖的信息，具有统计效应，可求得较精确的折射层速度和延迟时。该方法在复杂区二维勘探中应用取得了很好的效果。在三维勘探中，对每条接收线也可以用非纵距较小的一组炮线和接收线来合成延迟时曲线，进而计算炮点、检波点延迟时，这方面也有成功应用的实例。

4 结语

本文介绍的三种折射静校正方法，属于一次静校正方法范畴，都需要建立近地表模型，在此基础上计算静校正量，而不同之处就在于建立近地表模型的方法不同。加减法是利用式（2）式（3）和式（1）等所示的加减时间与截距时间、折射层速度的关系，求出后者这两个量，进而建立近地表模型，由于一般找不到对比首波和恰好在同一点的射线路径，该方法已为扩展广义互换法所取代。扩展广义互换法和合成延迟时法，这两种方法都是先求取延迟时，然后利用延迟时、风化层速度、折射层速度这些参数计算得出近地表模型；而它们的区别在于求取延迟时的方法不同，前者利用互换法的基本原理求取延迟时，后者通过平移连接折射初至时间曲线进而求取延迟时。

参考文献

[1] 邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京：石油工业出版社，2006.

[2] Ozdogan Yilmaz.Seismic Data Processing[M].Tulsa，OK：Society of Exploration，1987.

[3] 李振春，张军华.地震数据处理方法[M].东营：石油大学出版社，2004.