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[摘 要]常规的方法在复杂近地表条件下很难求得正确的低速带速度和静校正量。从理论模型上得出层析反演静校正通过非线性算法反演出准确的近地表速度模型，求出准确的静校正量。通过本研究结果可看出层析反演静校正明显改善了复杂地区（沙漠、山地、黄土塬等）地剖面的质量，证明其是解决复杂地表地区静校正问题的一条比较有效的途径。
[关键词]复杂地表 层析反演 静校正
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0162-01
1 引言
随着勘探的不断深入，地震勘探由平原地区逐步转移到山地、沙漠及黄土塬等地区，而这些探区地表条件极为复杂，静校正问题尤为严重。这些地区地形起伏大，表层岩性变化非常剧烈，低降速带厚度变化大，激发和接收条件复杂，近地表条件纵、横向千差万别，导致地震反射资料不能准确成像，也造成地下构造发生扭曲。静校正问题是制约地表复杂地区油气勘探的关键性问题。本次研究通过辽河外围沙漠、山地地区和黄土塬等地震资料特点，选定初至波层析反演静校正的方法，解决地表复杂地区地震资料的静校正问题。
2 层析反演静校正方法
层析静校正技术是一种利用单炮初至进行近地表速度反演的方法。在层析反演中，将地质模型假设由速度单元组成，每个单元是常速，单元之间的速度不同。首先给定一个初始的速度模型，通过射线追踪计算初至时间，它与实际旅行时的差被用来计算速度模型的修正量，模型修改后，再计算基于新的速度模型的初至旅行时，最终构成了一个迭代过程。当正演旅行时和实际初至时间之差小于某个阈值时，就得到了最终的速度分布。层析反演采用正反演迭代的方法，可根据初至时间重构速度场，并充分利用更多的地球物理信息（如直达波、回折波或折射波等初至信息）得到可靠的结果。
当低降速带厚度、速度横向变化非常剧烈，或者纵向速度分布异常时，层析静校正是一种十分有效的方法。层析反演静校正技术不需要输入风化层速度，它通过运算可以较准确的得到近地表风化层的速度，另外，层析静校正可以让整个偏移距范围内的所有初至参与计算，无需人工将初至分组，所需参数量较少。该方法不仅适用于地表低降速带复杂速度场的需要，而且能刻画出小尺度的各种地质异常体。
1.1 初至拾取
初至拾取的目的是要得到地震波由激发点至接收点的最小旅行时间，以作为层析反演射线走时的目标函数。初至时间拾取的准确与否直接影响层析反演的结果，初至波拾取工作可以在多个域（如炮域、检波点域、共偏移距域等）进行，拾取后应对初至拾取值进行分析[1]，对误差较大的初至时间进行重新拾取或删除，以保证接下来层析反演的准确性。
1.2 表层速度模型反演
（1）选择适合的偏移距
如果使用全偏移距反演能够减少模型的不确定性，但近偏移距资料容易缺失或噪声干扰较大，反演过程中通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通常也是有限度的，比较常用的偏移距范围在200米到3000米之间，但具体选取的数值范围还要根据不同资料的特点具体分析。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2到5层，过多的层数会增加速度模型的不确定性。
（2）横向平滑参数选择
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25%。
（3）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100m的平滑半径效果较好[2][3]。
1.3 静校正量的计算
有两种方法可将反演所得到的速度模型用于静校正：
（1）在地表一致性前提下，用射线追踪方法计算地表面到高速层顶界面的走时及校正时差；
（2）用波场延拓的方法直接使用表层速度模型进行静校正，属于非地表一致性静校正，也称波场延拓静校正。
利用层析反演速度模型进行静校正，就可称为层析静校正。目前生产中普遍使用的是地表一致性静校正，认为穿过地表射线为垂直射线，每一个物理点的校正量值是唯一的。每个站点的静校正量由两部分组成：长波长静校正量（低频分量）和短波长静校正量（高频分量）。
（1）
Δhi表示射线在第i个网格内的垂直传播厚度，Δvi表示第i网格的层析反演速度，hd表示统一基准面高程，hg表示高速顶界面的高程，vs表示替换速度，n为从地表面到高速顶界面的纵向网格数。
2 实际资料应用情况
前面介绍了层析反演静校正的基本原理与计算方法，下面通过多个复杂地表工区进行层析反演静校正的应用实例，来验证该算法的效果。
2.1 山地、丘陵地区
研究区位于辽宁西部， 地表特征以山地、丘陵为主。该区地表起伏比较大，地层出露区域较多，表层结构相对复杂，低降带厚度变化大，静校正问题突出。一般静校正方法效果不理想，采用层析反演静校正后取得了良好的效果，
研究区位于中国西北地区黄土塬区，地形起伏较大，表层覆盖巨厚的含砾黄土层，经长期冲刷，形成了塬、梁、沟、峁、坡等黄土塬特有的复杂地貌。黄土、淤泥、砾石等疏松沉积覆盖区激发、接收条件较差，表层低降速带的厚度及速度变化大，一般的静校正方法很难得到理想的处理效果，甚至不能成像。用层析反演折射静校正方法能解决由低降带厚度、速度横向变化所带来的静校正问题。
2.3 沙漠地区
研究区地表主要以草场、沙漠为主，地表条件比较复杂，横向速度变化大，地表起伏比较大，高差大，信噪比低，存在严重的静校正问题。能否解决好静校正问题，已成为最关键性问题。
沙漠地区地震数据信噪比低，一般静校正方法的应用受到限制，但初至波层析反演静校正能同时解决长、短波长剩余静校正问题。采用层析成像折射波静校正方法成功地解决静校正问题，取得了很好的处理效果，
2.4 砾石、戈壁滩
研究区位于中国西部砾石、戈壁滩地区，地势比较平坦，但潛水面深度变化较大；砾石颗粒小及胶结程度变化较大；砾石层的厚度变化较大。这三个较大的变化，一方面影响地震的激发和接收条件，同时也给静校正工作带来一些困难。在砾石、戈壁滩，打井十分困难，一般采用可控震源激发，造成了初至波清晰度受影响，导致初至波很难追踪，给初至波拾取工作带来很大困难。
经过对研究区地震资料反复研究，采取自动拾取与手工修改相结合的方法，对单炮可识别初至的一段炮检距进行细致的拾取，并根据该区特点设计层析反演参数，最终取得了比较好的静校正效果。
3 结论与认识
通过对初至波层析静校正技术在不同地区的应用，证明该方法能够解决复杂表层结构引起的静校正问题，而且可以得到比常规静校正技术更好的处理效果，通过应用研究，得到以下认识：
（1）初至时间的拾取是否准确，对反演结果的好坏起决定性影响[4]。应尽量保证相邻炮拾取层位的一致性，对于三维地震资料，在自动拾取后，对因信噪比极低造成的不可信拾取值应进行剔除，对废道坏道应该尽量剔除，保证拾取质量；对于二维地震资料，在自动拾取后，应进行细致的手工修改。
（2）不同的层析反演软件都有各自的适应条件及局限性，生产实践中，应根据不同工区的特点，选择合适的软件和方法。
（3）由于层析反演静校正对近地表速度模型进行了不同程度的平滑，导致在应用该静校正后仍存在一定的剩余静校正量，所以复杂地表地区在层析反演静校正后，再应用地表一致性剩余静校正，会取得很好的效果。
总之，层析成像静校正技术是解决复杂地表静校正问题的有效方法，是一项值得推广应用的方法和技术。
[关键词]复杂地表 层析反演 静校正
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0162-01
1 引言
随着勘探的不断深入，地震勘探由平原地区逐步转移到山地、沙漠及黄土塬等地区，而这些探区地表条件极为复杂，静校正问题尤为严重。这些地区地形起伏大，表层岩性变化非常剧烈，低降速带厚度变化大，激发和接收条件复杂，近地表条件纵、横向千差万别，导致地震反射资料不能准确成像，也造成地下构造发生扭曲。静校正问题是制约地表复杂地区油气勘探的关键性问题。本次研究通过辽河外围沙漠、山地地区和黄土塬等地震资料特点，选定初至波层析反演静校正的方法，解决地表复杂地区地震资料的静校正问题。
2 层析反演静校正方法
层析静校正技术是一种利用单炮初至进行近地表速度反演的方法。在层析反演中，将地质模型假设由速度单元组成，每个单元是常速，单元之间的速度不同。首先给定一个初始的速度模型，通过射线追踪计算初至时间，它与实际旅行时的差被用来计算速度模型的修正量，模型修改后，再计算基于新的速度模型的初至旅行时，最终构成了一个迭代过程。当正演旅行时和实际初至时间之差小于某个阈值时，就得到了最终的速度分布。层析反演采用正反演迭代的方法，可根据初至时间重构速度场，并充分利用更多的地球物理信息（如直达波、回折波或折射波等初至信息）得到可靠的结果。
当低降速带厚度、速度横向变化非常剧烈，或者纵向速度分布异常时，层析静校正是一种十分有效的方法。层析反演静校正技术不需要输入风化层速度，它通过运算可以较准确的得到近地表风化层的速度，另外，层析静校正可以让整个偏移距范围内的所有初至参与计算，无需人工将初至分组，所需参数量较少。该方法不仅适用于地表低降速带复杂速度场的需要，而且能刻画出小尺度的各种地质异常体。
1.1 初至拾取
初至拾取的目的是要得到地震波由激发点至接收点的最小旅行时间，以作为层析反演射线走时的目标函数。初至时间拾取的准确与否直接影响层析反演的结果，初至波拾取工作可以在多个域（如炮域、检波点域、共偏移距域等）进行，拾取后应对初至拾取值进行分析[1]，对误差较大的初至时间进行重新拾取或删除，以保证接下来层析反演的准确性。
1.2 表层速度模型反演
（1）选择适合的偏移距
如果使用全偏移距反演能够减少模型的不确定性，但近偏移距资料容易缺失或噪声干扰较大，反演过程中通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通常也是有限度的，比较常用的偏移距范围在200米到3000米之间，但具体选取的数值范围还要根据不同资料的特点具体分析。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2到5层，过多的层数会增加速度模型的不确定性。
（2）横向平滑参数选择
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25%。
（3）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100m的平滑半径效果较好[2][3]。
1.3 静校正量的计算
有两种方法可将反演所得到的速度模型用于静校正：
（1）在地表一致性前提下，用射线追踪方法计算地表面到高速层顶界面的走时及校正时差；
（2）用波场延拓的方法直接使用表层速度模型进行静校正，属于非地表一致性静校正，也称波场延拓静校正。
利用层析反演速度模型进行静校正，就可称为层析静校正。目前生产中普遍使用的是地表一致性静校正，认为穿过地表射线为垂直射线，每一个物理点的校正量值是唯一的。每个站点的静校正量由两部分组成：长波长静校正量（低频分量）和短波长静校正量（高频分量）。
（1）
Δhi表示射线在第i个网格内的垂直传播厚度，Δvi表示第i网格的层析反演速度，hd表示统一基准面高程，hg表示高速顶界面的高程，vs表示替换速度，n为从地表面到高速顶界面的纵向网格数。
2 实际资料应用情况
前面介绍了层析反演静校正的基本原理与计算方法，下面通过多个复杂地表工区进行层析反演静校正的应用实例，来验证该算法的效果。
2.1 山地、丘陵地区
研究区位于辽宁西部， 地表特征以山地、丘陵为主。该区地表起伏比较大，地层出露区域较多，表层结构相对复杂，低降带厚度变化大，静校正问题突出。一般静校正方法效果不理想，采用层析反演静校正后取得了良好的效果，
研究区位于中国西北地区黄土塬区，地形起伏较大，表层覆盖巨厚的含砾黄土层，经长期冲刷，形成了塬、梁、沟、峁、坡等黄土塬特有的复杂地貌。黄土、淤泥、砾石等疏松沉积覆盖区激发、接收条件较差，表层低降速带的厚度及速度变化大，一般的静校正方法很难得到理想的处理效果，甚至不能成像。用层析反演折射静校正方法能解决由低降带厚度、速度横向变化所带来的静校正问题。
2.3 沙漠地区
研究区地表主要以草场、沙漠为主，地表条件比较复杂，横向速度变化大，地表起伏比较大，高差大，信噪比低，存在严重的静校正问题。能否解决好静校正问题，已成为最关键性问题。
沙漠地区地震数据信噪比低，一般静校正方法的应用受到限制，但初至波层析反演静校正能同时解决长、短波长剩余静校正问题。采用层析成像折射波静校正方法成功地解决静校正问题，取得了很好的处理效果，
2.4 砾石、戈壁滩
研究区位于中国西部砾石、戈壁滩地区，地势比较平坦，但潛水面深度变化较大；砾石颗粒小及胶结程度变化较大；砾石层的厚度变化较大。这三个较大的变化，一方面影响地震的激发和接收条件，同时也给静校正工作带来一些困难。在砾石、戈壁滩，打井十分困难，一般采用可控震源激发，造成了初至波清晰度受影响，导致初至波很难追踪，给初至波拾取工作带来很大困难。
经过对研究区地震资料反复研究，采取自动拾取与手工修改相结合的方法，对单炮可识别初至的一段炮检距进行细致的拾取，并根据该区特点设计层析反演参数，最终取得了比较好的静校正效果。
3 结论与认识
通过对初至波层析静校正技术在不同地区的应用，证明该方法能够解决复杂表层结构引起的静校正问题，而且可以得到比常规静校正技术更好的处理效果，通过应用研究，得到以下认识：
（1）初至时间的拾取是否准确，对反演结果的好坏起决定性影响[4]。应尽量保证相邻炮拾取层位的一致性，对于三维地震资料，在自动拾取后，对因信噪比极低造成的不可信拾取值应进行剔除，对废道坏道应该尽量剔除，保证拾取质量；对于二维地震资料，在自动拾取后，应进行细致的手工修改。
（2）不同的层析反演软件都有各自的适应条件及局限性，生产实践中，应根据不同工区的特点，选择合适的软件和方法。
（3）由于层析反演静校正对近地表速度模型进行了不同程度的平滑，导致在应用该静校正后仍存在一定的剩余静校正量，所以复杂地表地区在层析反演静校正后，再应用地表一致性剩余静校正，会取得很好的效果。
总之，层析成像静校正技术是解决复杂地表静校正问题的有效方法，是一项值得推广应用的方法和技术。