（固体地球物理学专业论文）转换波的自动静校正.pdf

摘要 地震勘探方法已从单一的纵波勘探发展到包括纵波勘探、横波勘探和转换波 勘探等在内的多波勘探方法。 横波由于其自身的特点及其传播规律决定了它在对含油气盆地进行精确勘 探和直接预测油气中具有不可替代的作用。但是，由于获取单纯的横波震源存在 许多困难并且及其昂贵，因此利用纵波震源和三分量接收器来获取多分量地震数 据的多波地震勘探方法正日益发展起来。 由于转换波具有与纵波不同的特点，因此对地震转换波数据的处理也必然有 其不同之处。其中，转换波剩余静校正是转换波资料处理的主要困难之一。 大多数常规剩余静校正算法，不论是旅行时分解法还是最大叠加能量法，都 是基于共中心点叠加的。从论文整体性考虑，本文对这两种算法做了简要的介绍。 从原理上讲，常规算法能够用于处理转换波数据。但是，由于横波剩余静校正量 往往都很大，用常规的剩余静校正算法去解决大的横波静校正问题时常常会产生 对错相位的现象。并且，转换波的叠加是以共转换点为基础的。转换波的这些特 点使得常规算法在处理转换波的剩余静校正问题时出现了局限性。文中有实际例 子来说明常规算法的这种局限性。 并且由于同一位置的横波静校正量与纵波静校量不相关，所以用已知的纵波 静校正量通过加权去大致估计横波静校正量也是不合适的。因此，适应转换波特 点的剩余静校正算法是转换波勘探方法得以进一步推广的需要。 c a r y 和e a t o n 在1 9 9 3 年提出了一种解决大的转换波接收点短波长剩余静校 正量的稳健算法。在地表一致性假设下，转换波数据的炮点静校正量可以用常规 方法求取，因此，输入数据认为是经过炮点静校正之后的转换波数据。在地下构 造不很复杂并且接收点静校正量很大的情况下，剩余静校正量可以近似等于接收 点的静校正量。根据这一假设，c a r y 等发展了最大叠加能量法( r o n e n ， c l a e r b o u t ，1 9 8 5 ) ，即在共接收点( c r p ) 叠加剖面上，通过对优化函数的仔细 设计，可以通过使模型道与c r p 叠加道的相关值达到最大来实现叠加能量最大， 从而拾取最大相关值所对应的静校正量做为该c r p 点的静校正量。 本文实现了这一算法，并应用于理论模型和实际数据。通过与常规算法的对 比，验证了c a r y 等提出的这一算法无论在精确性还是在稳定性上都优于常规算 法，克服了常规算法在解决大的静校正量问题时的局限性。本文最后对几种剩余 静校正算法进行了分析，并对c a r y 等的算法的优缺点进行了讨论。 a b s t r a c t m u l t i c o m p o n e n ts e i s m i ce x p l o r a t i o nh a sc o m ei n t ob e i n gw i t ht h e d e v e l o p m e n to fm o d e r ns e i s m i ce x p l o r a t i o n b e c a u s eo fi t so w na d a p t a b i li t yi np r e d i c t i n go i lf i e l d s ，s - w a v ei s p l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei no i la n dg a sp r o s p e c t i n g t h em e t h o do f a c q u i r i n gm u l t i c o m p o n e n td a t at h a tm a k e su s eo fo n l yap - w a v es o u r c ea n d t h r e e c o m p o n e n t r e c e i v e r si s b e c o m i n g i n c r e a s i n g l yc o m m o n ， s i n c e p r o b le m sa n de x p e n s e sa s s o c i a t e dw it hs - w a v es o u r c e sc a nb ea v o id e d b e c a u s eo ft h ed if f e r e n c eb e t w e e nc o n v e r t e d w a v ea n dp - w a v e ，t h e p r o c e s s i n g o fc o n v e r t e d 。w a v es e i s m i cd a t ar e q u i r e sc e r t a i ns p e c i a l c o n s i d e r a t i o n s ，i nw h i c ht h ed e t e r m i n a t i o no fr e s i d u a ls w a v es t a t i c si s o n eo ft h em a i np r o b l e m s m o s tc o n v e n t i o n a lr e s i d u a l s t a t i c s p r o g r a m s ( r e s i d u a l s t a t i c s e s t i m a t i o n e i t h e r b y t r a v e l t i m e d e c o m p o s i t i o n o r b ys t a c k p o w e r m a x i m i z a t i o n ) w o r kw i t ht h ec o m m o n m i d p o i n t ( c m p ) s t a c k f r o mt h ep o i n t o f i n t e g r a t i o n ，w ew i l lg i v eab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h e s et w o c o n v e n t i o n a lr e s i d u a l s t a t i c sm e t h o d s i np r i n c i p l e ，t h es a m ea l g o r i t h m s c o u l db eu s e dt o p r o c e s sc o n v e r t e d - w a v ed a t a h o w e v e r ，c o n v e n t i o n a l r e s i d u a l s t a t i c sa l g o r i t h m so f t e np r o d u c ec y c l es k i p sb e c a u s eo ft h e l a r g e r e s i d u a ls - w a v es t a t i c s m o r e o v e r ， i n s t e a do fc m ps t a c k ， c o n v e r t e d - w a v ed a t an e e d sc o m m o n c o n v e r s i o n p o i n t ( c c p ) s t a c k a l lt h e s e m a k ec o n v e n t i o n a la l g o r i t h m su n e f f i c i e n tt oc o n v e r t e d - w a v ed a t aa n dw e h a v ee x a m p l e st os h o wt h e s ed i s a d v a n t a g e si nt h i st h e s i s t h ep - w a v ea n ds - w a v es t a t i cs o l u t i o n sa r el a r g e l yu n r e l a t e dt oe a c h o t h e r ，s oi ti sg e n e r a l l yn o tf e a s i b l et oa p p r o x i m a t et h es - w a v es t a t i c s b ys i m p l ys c a li n gt h ek n o w np - w a v es t a t i cv a l u e s w en e e da n e w r e s i d u a l 。s t a t i c sa l g o r i t h ms u i t a b l ef o rc o n v e r t e d - w a v ed a t at os a t i s f y t h ed e v e l o p m e n to fc o n v e r t e d - w a v es e is m o l o g y c a r ya n de a t o np r e s e n tar o b u s t m e t h o df o ro b t a i n i n ga ni n i t i a l e s t i m a t eo fl a r g e ，s h o r t w a v e l e n g t hr e c e i v e rs t a t i c s w i t ht h ea s s u m p t i o n t h a tt h es u r f a c e c o n s i s t e n tm o d e la p p l i e st op s vm o d e c o n v e r t e dd a t a ， t h es h o ts t a t i c sc a nb er e s o l v e da n da p p l i e dt ot h er a d i a lc o m p o n e n tt r a c e s f r o mt h ep r o c e s s i n go ft h ev e r t i c a lc o m p o n e n t ，s ot h ei n p u td a t ai ss h o t s t a r i c sf r e e i na d d i c t i o n ，w ea s s u m et h a tt h ed a t aw e r en o ta c q u i r e di n as t r u c t u r a l l yc o m p l e xa r e a ，s ot h er e s i d u a ls t a t i c si s e q u a l t ot h e r e c e i v e rs t a t i c s a p p r o x i m a t e l y a c c o r d i n g t o s t a c k p o w e r m a x i m i z a t i o n ( r o n e n ，c l a e r b o u t ，1 9 8 5 ) ，c a r ya n de a t o ns h o w e dt h a t s t a c k p o w e rc a nb em a x i m i z e dw i t ht h eu s eo ft h ec r o s s c o r r e l a t i o no fa p i l o tt r a c ea n da c r ps t a c k e dt r a c eb yc a r e f u ld e s i g no ft h eo b j e c t i v e f u n c t i o na n dt h eo p t i m i z a t i o no fs t a c k p o w e rp r o d u c e sm u c hm o r er e l i a b l e s o l u t i o n so ft h ec r ps t a t i c st h a nc o n v e n t i o n a ls t a t i c sa l g o r i t h m s w ep r a c t i c et h i sa l g o r i t h ma n da p p l yi tt ot h e o r e t i c a la n df i e l dd a t a i nt h et h e s i s w ec a ns e et h a tt h i sa l g o r i t h mp r o v i d e sm u c hm o r er e l i a b l e a n dr o b u s ts o l u t i o n so fc r ps t a t i c st h a nc o n v e n t i o n a ls t a t i c sa l g o r i t h m s f i n a l l y ，w em a k eac a r e f u la n a l y s i so ft h et h r e ea l g o r i t h m sl i s t i nt h e t h e s i sa n dd i s c u s st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc a r y sm e t h o d 第一章概述 1 1 多波勘探的发展 由于勘探目的和技术方面的原因，长期以来地震勘探仅限于纵波勘探( 常规 勘探) 。纵波勘探是在对实际地质与地球物理模型和波动理论本身进行各种近似 和简化的基础上建立起来的一套勘探方法，它在构造成像方面取得了很大的成 功。近年来，随着勘探精度的提高和岩性勘探的发展，人们不仅需要有关构造方 面的信息，还需要很多有关岩性方面的信息，常规的纵波勘探由于受其理论前提 的约束在当前的勘探要求面前已显示出难以克服的困难。于是，人们开始把目光 转向多波勘探。 多波勘探方法是一种综合利用纵波、横波、转换波等多种地震波对含油气盆 地进行精细勘探用以预测油气的方法。各种波场由于其传播规律、速度等各不相 同，通过其在介质中传播可以获得许多相对独立的地质信息，综合利用这些信息 可以更可靠地预测油气分布及进行岩性研究，如弹性参数反演、裂缝探测、流体 预测等。 多波勘探有两种实现方式。第一种是纵波激发、纵波接收和纵波资料处理与 横波激发、横波接收和横波资料处理相结合，进行联合资料解释。这种勘探方式 在7 0 年代以前曾经有人试验过。这种方式需要两次独立的野外采集。首先，由 于获取单纯的横波震源需要很高的代价并且在技术上存在很大的困难：其次，由 于记录两种相互垂直传播的波需要不同的震源和检波器以及不同韵激发和接受 位置，资料的信噪比和分辨率一般不具可比性，很难进行对比解释：再次，由于 s - s 波成像的信噪比和分辨率都很低，且记录长度比p - s 波长，这些都给对比解 释带来很大的困难。因此这种工作方式基本上没有得到推广应用。 第二种实现方式是纵波激发、多分量检波器接收。传统震源激发的纵波在弹 性分界面上不仅会产生同类反射纵波，而且会产生转换反射横波。多分量检波器 在地面可以同时接收到这些纵波和横波信息。由于震源相同，检波器的接收条件 相近，因此使用这种采集方式得到的纵波和横波资料具有较好的可比性，并且使 用这种采集方式得到的横波资料与单纯的横波震源激发得到的资料相比其信噪 比和分辨率都要高。因此纵波激发、多分量检波器接收的勘探方法近年来颇受欢 迎。其中纵波资料可用常规方法和技术来处理，而转换反射波的传播特点决定了 1 垒盛盈兰堂筐趁震篮蕴蕴锺巨弦趁芯匹 其资料处理需要一些特殊的考虑，如波场分离、共转换点( c c p ) 面元技术 ( t e s s m e r , b e h l c ，1 9 8 8 ) 和修正的动校正公式( s l o t b o o m ，1 9 9 0 ) 等，这些使得对 转换波数据的处理与对常规的p p 波数据的处理不同，它要比同类反射波( p p 或s s ) 资料处理更加复杂。 要获取转换波数据，首先要对多波数据进行波场分离。这是因为在多分量地 震记录上，每个分量上都有不同的波型存在，特别是在垂直分量和径向分量的记 录上一般既有纵波的反射，也存在横波的反射。对转换波的后续处理需要知道纵 波和横波的速度或二者的比值，不做波场分离，这些速度场是无法求得的( 马在 田等，1 9 9 7 ) 。 转换波叠加需要一种真正的共反射点道集，即共转换点( c c p ) 道集。在单 层各向同性介质中，转换点的坐标是偏移距、反射界面深度和纵波与横波速度比 值的函数( t e s s m e r 等，1 9 8 8 ) 。t e s s m e r 等人推导了单一水平层状介质中转换点的 位置表达式，从而可以利用多次覆盖数据来抽取c c p 道集。通过数值测试表明 多层介质中c c p 的坐标可以用单层介质中的表达式来近似。并且他们还指出当 偏移距很小时，转换波的旅行时曲线可以用双曲线来近似。 当偏移距与深度的比值很大时，转换波数据的旅行时非双曲线性就很明显了 ( s l o t b o o m ，1 9 9 0 ) 。在不涉及到更复杂的三维问题时，s l o t b o o m 提出了一种改 进的动校正公式。比起标准的动校正公式，它可以使转换波数据得到更好的拉平 并能给出更好的均方根速度估计。 然而，从处理者的角度来说，最有问题的一步通常是剩余横波静校正量的决 定。横波静校正量通常是同一位置纵波静校正量的2 1 0 倍。 ( t a t h a m ，m c c o r m a c k ，1 9 9 1 ) 。当解决非常大的剩余静校正问题时，常规剩余静校 正算法通常会产生“周期跳跃现象。除此之外由于在同一位置上的纵波静校正 量与横波静校正量在大体上是不相关的，所以通过对纵波静校正量简单地加一个 比例因子去估计横波静校正量是很不恰当的( a n n o ，1 9 8 6 ) 。因此，适应转换波特 点的剩余静校正算法是转换波勘探发展的要求，也是工业界期待解决的问题。而 波场分离、共转换点技术等理论的发展为适应转换波特点的剩余静校正算法的发 展及应用奠定了基础。 1 2 野外静校正及常规剩余静校正 2 生墟殛堂丝i 垒塞趱邈越醴应勉趁蕴正 反射波( p p ) 时距曲线是在假设观测面是一个水平面、地下传播介质是均匀 的情况下推导出来的。但实际情况常常并非如此，观测面通常是起伏不平的，地 下传播介质通常也不是均匀的，因而得出的反射波( p p ) 时距曲线一般都是发生 了畸变的双曲线。静校正就是研究由于地形起伏、地表低降速带横向变化对地震 波传播时间的影响，并进行校正，使时距曲线满足用于动校正的双曲线方程。 静校正量信息主要来自于两方面，一是来自于对野外的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： 二是来自于地震记录，根据地下反射波信息来求取静校正量。前者称为基准面校 正或野外静校正，后者称为反射波剩余静校正。对于多数地区，这两种静校正工 作都要进行，反射波剩余静校正通常在基准面校正或野外静校正之后进行。 根据野外观测的排列长度，可以将炮点或接收点的静校正量沿空间方向变化 的曲线分解成高频分量和低频分量。高频分量称为短波长静校正分量，低频分量 称为长波长静校正分量。在共中心点( c ) 叠加剖面中，短波长分量会影响 叠加效果，而长波长分量则还会影响小幅度构造的勘探，产生构造假象或使构造 要素畸变。 剩余静校正量多以高频的方式出现，严重影响c m p 叠加的质量。因此在c m p 叠加之前，必须对它进行估算和校正，实现c m p 道集的同相叠加。估算剩余静 校正量的方法很多，大多数剩余静校正程序都是基于c m p 叠加的，要么在增强 的c m p 叠加上通过互相关来拾取每一道的延迟时( w i g g i n se ta 1 ，1 9 7 6 ) ，要么通 过优化c m p 叠加的能量( r o n c n ，c l a c r b o u t ，1 9 8 5 ) 。根据本论文的需要我们主要 介绍y i l m a z 在地震数据分析中介绍的旅行时分解剩余静校正方法和最大叠 加能量剩余静校正方法。 1 3 转换波剩余静校正 尽管转换波( p s ) 与纵波 p ) 的处理流程相似，但由于转换波的传播特点使 得它们在大部分处理过程中所使用的实际算法是不相同的。 由于近地表的横波速度很低，导致转换波( p s ) 接收点的剩余静校正量比 传统纵波( p p ) 的剩余静校正量大得多，用常规的剩余静校正算法进行转换波 剩余静校正常常会出现不稳定的“周期跳跃 现象：并且转换波射线路径是不对 称的，对于给定的炮点和接收点位置，转换点通常向接收点的方向上偏离中心点。 3 用常规方法解决转换s 波的剩余静校正问题，在算法中需要用c c p 面元来代替 c m p 面元，由于在接收点s 波静校正应用之前不能拾取可靠的延迟时，所以不 管是c c p 叠加还是c m p 叠加，通常叠加质量都很差。另外，不象纵波那样，横 波速度不受近地表潜水面波动的影响，很难在高程或基准面校正中决定合适的横 波替代速度。 针对这些问题，c a r y 等1 9 9 3 年提出一种解决转换波剩余静校正量的简单方 法：即在共接收点( c i 心) 叠加剖面上通过优化模型道与所求道之间的相关值而 得出一种求取大的短波长接收点静校正量初始值的稳健算法。 本文首先详细介绍了这种方法的基本原理，然后据此编制了算法程序，并通 过一系列理论模型的数值试验，详细讨论了这种转换波剩余静校正方法的一些技 术细节。最后，把该方法应用到中石化胜利油田盐家地区某一条测线的多波资料 处理中，取得了良好的效果。 4 第二章常规剩余静校正方法及其局限性 2 1 引言 地震反射时间常常受地表不规则性的影响。对于陆地数据来说，反射旅行 时要校正到一个公共基准面上，这个基准面可以是一个平面或沿测线变化的面 ( 浮动基准面) 。旅行时的基准面校正除了炮点和检波点的高程校正外，通常还 需要近地表风化层的校正。风化层效应的估计和校正通常是使用与风化层基底相 关的折射初至来完成。 消除由不规则地表和近地表风化层引起的旅行时畸变通常称为野外静校正 或折射静校正。这些校正能够消除数据中的大部分旅行时畸变，尤其是近地表的 长波长异常体引起的旅行时畸变。 从反射旅行时中消除近地表的影响通常是把炮点和检波点沿垂直射线路径 方向移到风化层下面的一个基准面上。在地表一致性前提下，炮点和检波点沿垂 直射线路径向基准面的定位过程就是静校正过程。静校意味着一道上各个点的时 移量一致，地表一致性意味着时间校正仅与该道的炮点和检波点的地表位置有 关。然而，这些校正通常不能消除由于高程、风化层基底和风化层速度的快速变 化所引起的旅行时畸变。因此，在野外静校正或折射静校正之后，通常还需要剩 余静校正处理。 通常讨论的剩余静校正都是应用于陆地数据。但是，在某些情况下，剩余静 校正能使海上数据质量得到巨大的改进。在具有不规则水底地形的浅水区( 水深 小于2 5 米) ，在靠近水底的沉积物中速度发生快速变化的地方，剩余静校正都有 可能取得成功。 为了产生最佳叠加剖面，图2 1 显示了通常使用的剩余静校正和速度分析的 流程图。输入的是经过野外静校正或折射静校正后的c m p 道集，经过速度分析 ( 通常沿测线方向取几个点就行) 并用拾取的初始速度做n m o 校正，然后计算 剩余静校正量，把这些校正量应用到原始道集上，重新进行速度分析。这次速度 分析要涉及测线上所有必要的点，最后再次进行n m o 校正和c m p 数据叠加。 在某些情况下可以多次估算和应用剩余静校正。其中，从没有应用剩余静校正的 c m p 道集上拾取的速度称为初始速度，从应用过剩余静校正的c m p 道集上拾取 5 的叠加速度称为最终速度。 i 初始速度分析 基于初始速度的 n m o 校正 计算并应用剩余 静校正量 反n m o 校正 最终速度分析 基于最终速度的 n m o 校正 丫 叠加输出 图2 1 剩余静校正处理流程图 实际上，图2 1 中所示的流程通常还附加有质量控制环节，在剩余静校正之 后常常还有必要检查c m p 道集和速度分析的效果。一些检测工具能够判断出这 些校正量的大小。例如，从共炮点和共接收点道集上可以分别看出两个检波点和 两个炮点之间的相对静校正量。并且共炮点和共接收点叠加也可分别用于共炮点 和共接收点道集中。一个共炮点叠加剖面能够显示一条测线上炮点静校正量大小 的范围；一个共接收点叠加剖面能够显示一条测线上接收点静校正量大小的范 围。在我们从动校正之后的c m p 数据上拾取旅行时畸变作为剩余静校正算法的 输入时，这些显示信息能够帮助我们确定一个最合理的最大静校正量。 2 2 旅行时分解剩余静校正方法 因为本论文中的转换波剩余静校正方法是以旅行时分解理论和最大能量叠 6 加技术为基础，所以在这里，我们对常规剩余静校正中的旅行时分解方法以及最 大叠加能量法做简单介绍。 图2 2 显示了偏离出双曲旅行时轨迹的静校正量。在n m o 校正之后，c m p 道集中沿偏移距方向没与反射同相轴h 对齐的道将使最终的叠加道效果变差。剩 余静校正的目的就是估算出这些偏离反射同相轴的时移量并校正它们。为了做到 这一点，需要为动校正后的旅行时建立一个模型，这个旅行时是从震源点到地下 反射界面的某深度点，然后反射回接收点的旅行时间。图2 3 显示了定义这一模 型的观测系统以及所用符号的意义。在我们经常使用的也即在这里讨论的反射旅 行时模型中，我们承认剩余静校正是基于地表一致性假设的( h i l e m a ne t a 1 ，1 9 6 8 ；t a n e re ta 1 ，1 9 7 4 ) 。这意味着静校正量仅依赖于震源点和接收点的地表位 置，而不是依赖于地下的射线路径。如果不论偏移距大小，所有射线路径在近地 表的地层中都是垂直的，那么这一假设就是合理的。地表一致性假设通常是一个 合理的假设，因为风化层的速度常常都很低，这使得射线在从下面地层进入风化 层时发生很强的折射，从而使射线路径趋于垂直。但在高速的永久冻土层中，这 一假设就是不合理的，因为近地表的高速度使得射线远离垂直位置。 沿某一特定反射同相轴h 拾取的旅行时差值气对应着第，个震源点，第f 个 接收点和第k 个中心点 k = ( f + ) 2 】，它可以通过以下方程大致模拟出来 ( t a r t e re ta 1 ，1 9 7 4 ；w i g g i n se ta 1 ，1 9 7 6 ) ： 弓= s ，+ r j - 1 - 嚷+ m 七巧 ( 2 1 ) 其中，s ，是与第个震源点有关的剩余静校正量；是与第f 个接收点有关的剩 o f f 卵t o 竹s e t 一 黔册 图2 - 2 从n m o 校正后的道集上拾取旅行时 差值 图2 - 3 建立模拟方程( 2 1 ) 所需的地表一致 性静校正模型( t - 地表，b = 风化层基底，d = 基 准面i b 反射面，j = 炮点位置，i - - - 接收点位置b 中心点位置神检距) 7 余静校正量：g 是参考c 点的双程时间与沿水平反射同相轴h 的第k 卟 c m p 点的旅行时之间的差值，这一项与沿h 方向的构造变化相对应，称为构造项： m 七是剩余动校正项，可以认为它是抛物线型的，它是由于在包含反射同相轴 h 的时窗内进行动校正不充分造成的，系数m 七的量纲为( 时间距离2 ) 。 为了专门分析由方程( 2 1 ) 所隐含的方程系，假设有仫个炮点，有，z ，个接 收点，有- n c + c m p 点，然后定义覆盖次数为甩，。我们的目的就是把观测到的 旅行时差值( 估算的或拾取的) 勺分解成方程( 2 1 ) 右边所定义的那些分量之 和。总时间拾取数( 或方程总个数) 等于n g xn ，未知数总个数等于 l l ，+ 聆，+ 雅g + n g ，一般情况下，( n g n f ) ( n ，+ n ，+ n g + n o ) ，因而方 程个数大于未知数个数。 我们使观测到的旅行时差值乃与模拟旅行时差值巧的差的平方和最小，从而 形成一个最d , - 乘问题： e = ( 勺一巧) 2 矿 这样，剩余静校正的过程包含三个阶段： ( 2 2 ) ( 1 ) 在一个c m p 道集内通过各道与参考道或在某种情况下需要定义的模型道 做互相关拾取旅行时差值勺； ( 2 ) 由方程( 2 1 ) 模拟乞并把它分解成各个分量和：震源项和接收点项，构造 项和剩余动校正项，并由最d - - 乘法计算出各个分量： ( 3 ) 把计算出的震源和接收点项s ，和分别应用到n m o 校正前的c m p 道謇的 旅行时上。 拾取阶段涉及到从数据中估算旅行时差值岛，目前工业上正在使用的有几种 拾取方案，我们这里所讨论的称为模型道方案。具体思路可以概括为：首先，用 r 一个初始速度函数对c m p 道集做n m o 校正。为了用于拾取，在一个时窗内的 道振幅值要归一化成共同的均方根振幅。然后，如图2 2 所示，在第尼个共中心 点道集上选取一个时窗( 最好选取信噪比较高的时窗) ，并在时窗办内构造一个 叠加道，再把这个道集中的每一道都与叠加道做互相关，拾取出来的时移值乇就 对应着最大相关值；接着，通过叠加这个道集中的所有经过时移后的道构成一个 初始模型道；反过来用这个初始模型道与这个道集中的所有原始道做互相关，重 新计算勺；再将这个道集中的所有原始道重做时移勺后叠加构成最终模型道； 最终模型道再与下一个道集中的各个道做互相关构造那个道集中的初始模型道。 这样从某一个c m p 道集开始，向左右移动直至所有的c m p 道集都处理完，这 个过程就算结束，拾取完时移值岛就可过渡到下一个阶段，即把这些时间拾取值 分解成方程( 2 1 ) 中所定义的那些分量和。 在拾取阶段需要涉及几个实际问题，第一，带通滤波有助于估算一个可靠的 时移值，这个时移值对应着互相关的峰值；第二，用于做互相关的时窗的选取是 另外一个重要因素，如果有必要，时窗还应该横向可变，这样可以跟踪目标层； 第三，要输入一个最大允许门槛值以防在分解阶段出现不合实际的大时移值；最 后，输入的c m p 道集必须是经过n m o 校正之后的，校正速度可以是区域速度 函数或从初始速度分析得出的速度。 剩余静校正的下一步就涉及到对时间拾取值乞进行最小二乘分解。通过旅行 时分解进行剩余静校正量的估计。 参照方程( 2 - 2 ) ，我们知道观测的旅行时差值乇是从动校正后的c m p 道集 上某一包含有强反射的时窗内拾取的，我们想分别估计下面的参数，即地表一致 性震源和接收点的静校正量，这些参数与通过模型方程( 2 1 ) 模拟出的旅行时 差值有关 用方程( 2 1 ) 替换气并且使方程( 2 - 2 ) 中的误差能量e 最小，这就要求 丝= 警= 罢= 旦= o ( 2 - 3 ) 一= 一= 一= 一= i - i7 。 a si 8 r ia g k 8 m ko s d r io u ko l k 于是产生，z ，+ n ，+ n g + n g 个方程，与未知数的个数相等。 求解这些方程可得，z ，个震源点，n r 个接收点，n g 个构造项和，z g 个剩余动校 正项的剩余静校正量。 在求得每一个炮点和接收点的静校正量后将这些静校正量应用到动校正前 的c m p 道集中的每一道上。在信噪比特别低或近地表变化复杂的地区，有必要 多次重复应用剩余静校正，也就是说，把第一次应用后的结果再做动校正，再估 计新的拾取值，然后分解、应用，如此迭代下去直至得到合理值。 ( 2 1 ) 式中的方程是否彼此相互独立仍是一个遗留的问题。这个问题非常重 要，因为它决定着方程的解是否唯一。为简单起见，考虑没有构造项和剩余动校 正项的情况。在这种情况下，方程( 2 1 ) 的形式为 勺= s - + ( 2 - 4 a ) 仅考虑四个未知数的情况：s ，其中，j = 1 ，2 和，；，其中，f = 1 ，2 ，这时有 四个方程 然而，对方程( 2 4 b ) 仔细检查我们发现 l + t 2 2 = t 1 2 + t 2 1 ( 2 5 ) 所以( 2 - 4 b ) 的四个方程中有一个方程是冗余的，对于四个未知数而言只有三个 独立方程。 这个简单的例子表明通过解方程( 2 3 ) 得出的静校正解是不确定的。由于 独立方程的个数比未知数的个数少，因此有必要对从旅行时分解法中( 方程2 1 ) 得出的解加一个约束条件： ( 1 ) 一个可能的约束条件就是炮点和接收点的静校正量之间的差异可能很小 l o b斗1 、ll _ 吃吃 + + + + 研如研如 = = = = 2 1 2气乞乞 ( g u l u n a y , 1 9 8 5 ) 。这个约束条件是有争议的因为它可能是无效的，例如通过爆 炸采集数据的情况，在这种情况下，炮点和接收点并不在同一个物理位置上。 ( 2 ) 另一个可能的约束条件可以是构造、动校正或静校正自身在空间变化上的 约束；所有的这些约束条件都在各种各样的实际应用中出现过。例如，可以在构 造项省略的情况下假定一个关于剩余静校正问题的模拟方程。这时必须设计好拾 取方案以使从一个c m p 点过渡到另一个c m p 点时不至于累加旅行时，这在构 造起伏很缓的地区是非常合适的。 ： ( 3 ) 我们可以在严格意义上加入一个地表一致性条件，当一个炮点和一个接收 点近似位于同一个物理位置时，我们可以给它们加上同一个静校正量。 ( 4 ) 如果我们对速度的控制很有把握，我们也可以在整条线上把剩余动校正系 数m 设为一个常数，这使估算参数减少，进而使剩余静校正解更加稳定并且在 物理上合理。 总之，旅行时分解法的剩余静校正估计有三部分组成：拾取，分解和应用。 拾取阶段决定着剩余静校正的有效性，因此，对拾取阶段中的各个参数如最大门 槛值、相关时窗等要慎重选择。 2 3 最大叠加能量剩余静校正方法 对于覆盖次数很低并且信噪比较差的陆上数据，从动校正后的c m p 道集上 估计旅行时畸变的方法可能不会成功，其结果必然是通过旅行时分解得出的剩余 静校正量可能是错误的和不稳定的。对于剩余静校正量的地表一致性估计有一种 更稳健的方法，即可以通过使叠加道能量最大来确定地表一致性剩余静校正量 ( r o n e n , c l a e r b o u t ，19 8 5 ) 。 最大叠加能量法的理论基础看起来很简单。与旅行时分解法进行剩余静校正 量估计一样，本方法也是用于动校正后的数据。以确定一个炮点的剩余静校正量 为例，其关键步骤包括： ( 1 ) 对于我们所考虑的炮点，对其共炮点道集中的所有道施加一个静校正量。 ( 2 ) 在一个时窗内对含有该炮点道集中道的所有c m p 道集叠加。 ( 3 ) 对( 2 ) 中所得的每一个叠加道，求其振幅值的平方和，最后计算所有涉及 到的c m p 叠加道的总能量。 1 1 ( 4 ) 对不同的静校正量重复步骤( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 。 ( 5 ) 选取对应最大叠加能量的静校正量并让它对应到所讨论的炮点上。 ( 6 ) 把所选取的对应最大叠加能量的静校正量应用到该炮点道集的所有道上。 ( 7 ) 把含有该炮点道集中道的所有c m p 道集进行叠加。 ( 8 ) 对一个炮点位置，重复步骤( 1 ) ( 7 ) 。 用共接收点道集代替共炮点道集，同样的流程可应用到求接收点的静校正量。 从以上最大叠加能量法的理论流程看来，它的计算量和数据转换量都很大。 实际应用中对这一理论流程做了一些改变，即先产生两个超道集：一个超道集来 自于所考虑的共炮点或共接收点道集中的所有道，第二个超道集来自于与共炮点 或共接收点道集有关的叠加道中的所有道( r o n e n ，c l a e r b o u t ，1 9 8 5 ) 。在二个道集 中，取某一特定时窗内的各个道的振幅值按顺序排列起来，两道中间以一段零振 幅隔开。值得注意的是这种方法的微妙之处就是叠加的超道集中并没有来自共炮 点或共接收点道集中道的贡献。这种方法的基本理论可以简单表示为： 定义炮点和叠加超道集分别为时间序列f ( t ) 和g ( t ) ，叠加能量就定义为这 两道在时窗t 内的和，即 。 p ( a t ) = ，( f 一f ) + g ( 玎。( 2 - 6 a ) 其中f 是应用于炮点超道集f ( t ) 的试用静校正量。把平方项展开，可以得到 p ( a t ) = ，2 ( t - a t ) + g 2 ( f ) + 2 尸( f 一f ) g ( f ) ( 2 6 b ) ff r 前两项是两个超道集的能量，是一个常数，第三项是两个超道集的互相关。因此， 要使叠加能量最大就等于使这个互相关值最大( r o n e n ，c l a e r b o u t ，1 9 8 5 ) 。 现在，再来考虑如何确定一个炮点的剩余静校正量。 ( 1 ) 产生炮点超道集，为了消除步骤( 3 ) 中的尾部效应，在产生超道集时需要 在每两道之间添加一些零振幅值。 1 2 ( 2 ) 产生叠加超道集。 ( 3 ) 对两个超道集进行互相关。 ( 4 ) 确定与互相关峰值相对应的相关延迟时一即为该炮点剩余静校正量。 ( 5 ) 把对应最大相关值的剩余静校正量应用到该炮点道集中的各个道上。 ( 6 ) 把含有该炮点道集中道的所有c m p 道集叠加。 ( 7 ) 移到下一个炮点，重复步骤( 1 ) ( 6 ) 。 ( 8 ) 对所有的接收点道集同样重复步骤( 1 ) 一( 7 ) 。 为了能使炮点的静校正量收敛到某一个值，步骤( 1 ) ( 8 ) 通常迭代进行。 多年来的实际应用表明，在低信噪比地区，最大叠加能量法要比旅行时分解 法更能产生好的叠加效果。 2 4 常规剩余静校正算法的局限性 从原理上讲，常规剩余静校正方法可以应用于转换波。但由于转换波自身的 特点决定了其传播路径与常规p 波有很大的差异，这些差异使得常规剩余静校正 算法在解决转换波问题时出现了很大的局限性，如“周期跳跃现象等。因此， 适应转换波特点的剩余静校正算子是多波勘探进一步发展的要求。 从图2 1 可以看出常规剩余静校正要求输入的是c m p 道集。对于转换波， 由于其射线路径的非对称性，如果基于c m p 道集进行剩余静校正处理，必然存 在着很大的近似。如果直接在c c p 道集上进行，由于大的静校正量的存在会使 c c p 道集的抽取也存在很大的误差。除此之外，由于常规算法的目标函数( 最 b - 乘方程系和最大能量方程系) 都是多维的或多模型的，这使得优化解很可能 不唯一，这意味着在求取大的剩余静校正量时很可能会陷入局部极小值之中。加 之，转换s 波的静校正量通常很大，用常规算法来解决转换波剩余静校正问题其 局限性就很明显了。 1 3 阿2 4 a 从原始数据中抽出的c c p 道集 图2 4 b 对原始数据加入了接收点静枝正量后的c c p 逆集 酗2 4 ch 常规掉法对舍有静校正肯 的数据剩余静铰正后的c c p 迸壤 图2 4 是从某一转换波理论模型中抽取的c c p 道集，这些道集都是在近似 的c m p 道集上经过n m o 校正后抽取的。其中，图2 4 a 是原始的c c p 道集， 图2 4 b 是加入了接收点静校正量之后的c c p 道集，其中最大静校正量是1 0 8 m s ， 图2 4 c 是对图2 4 b 在c m p 道集上经过常规剩余静校正之后抽取的c c p 道集。 从图2 4 c 可以看出，在常规剩余静校正之后，c c p 道集出现了串相位现象。 图2 5 a 是对原始模型进行c c p 叠加后得出的剖面，图2 5 b 是图2 4 c 中的 c c p 道集进行叠加后得出的剖面。从最终的叠加剖面上可以清楚地看出常规算 法在解决大的转换波剩余静校正量时出现的问题。 2 5 小结 上面介绍的两种剩余静校正方法都是在动校正后的c m p 道集上进行求解， 然后应用到动校正前的c m p 道集上。在信噪比不高的地区，最大叠加能量法比 旅行时分解法更有效和更可靠，但当剩余静校正量很大时，这两种方法都会出现 “周期跳跃现象。常规算法固有的局限性使得它不能很好地解决大的转换波的 剩余静校正问题，针对转换波的剩余静校正算法随着勘探精度的提高越来越显得 重要了。 1 5 图2 5 a 对原始数据进行c c p 叠加后的剖面 嘲2 5 b 用常规算法对舍育静校正量的数据剩余静枝正后的c c p 叠加剖而 第三章转换波自动剩余静校正方法 随着石油工业的发展，常规纵波勘探已不能满足高精度勘探的需要了。由于 其自身的传播特点，多波勘探能够获取比纵波勘探更丰富的信息，这些信息是提 高勘探精度所必需的。因此，多波勘探越来越受到人们的重视。其中，纵波资料 可用常规方法处理，而转换波资料需要一些特殊的处理，本论文就是专门研究转 换波的剩余静校正问题。 在方位各向异性或3 d 构造不知道的情况下，p s v 波数据主要是记录在检 波器的径向分量上，向下传播的能量是被炮点的p 波静校正延迟，而向上传播 的能量则是被接收点的s 一波静校正延迟。我们假设径向分量的p s v 波数据的炮 点静校正量可以从处理相关的p p 波数据中得到。从原理上讲，在炮点静校正应 用到径向分量数据上之后，在进一步的静校正分析中应该使炮点静校正固定下 来。然而，在接收点静校正的求解过程中，常规剩余静校正算子在避免“周期 跳跃”现象上仍然常常无效( t a t h a m ，m c c o r m a c k ，1 9 9 1 ) 。 尽管用s 波震源的横波勘探已有独立的s 波静校正技术。但横波勘探的成本 和难度很大，因此用p 波震源和三分量检波器来采集多分量数据的方法日益流 行起来。对于多分量数据，独立的s 波静校正解是无法得出的，检波点的静校 正必须通过转换波数据来求取。本