低降速带横向速度和厚度的变化不但会引起构造异常，也会引起共反射点的数据出现时差，从而影响叠加成像质量，降低地震资料分辨率。随着勘探目标不断向岩性、微幅构造和小断块发展，建立准确的近地表模型以消除静校正影响成为高精度三维地震勘探的重要内容。
（一）模型法静校正
近地表模型建立一般是根据小折射、微测井的单点调查资料和测量成果用数学方法进行空间内插，实现过程可分为如下几个主要步骤。
1.表层结构划分
通过解释控制点所在的微测井或者小折射，得到每一个控制点近地表各层厚度和平均速度。为了划分表层结构，以地表高程为起点，将各控制点对应的厚度与速度标定在平面坐标系中，再按照各层速度的大小确定低降速带各层的层系，连接控制点之间各层系的地质界面，形成近地表的地质结构剖面。
2.控制点间内插
控制点间的内插包括层界面和层速度的内插。应用专业交互软件采用数学方法进行层结构的划分和内插。在复杂地表结构地区还要考虑表层介质突变和层尖灭。
3.基准面的确定
地震数据处理理论大多是以水平基准面上观测均匀层状介质的地震波场为前提，因此，在地表结构简单、地表高程差不大的区域，可以采用水平基准面。在有些地区，如山地或者山前地带，低降速带各向异性和地表高程差很大，水平基准面将会在局部产生绝对值很大的静校正量，引起动校正无法校平同相轴，在这种情况下，可以采用浮动基准面，避免过大的静校正量出现。
4.静校正量的计算
首先是对低速层的剥离，也就是从地震记录的时间上减去低降速带引起的延迟。对于任意站点i的剥离量pi可以表示为：
成熟探区油气精细勘探理论与实践
式中，tj为站点i位置处近地表第j层的时间延迟；hk为站点i位置处近地表第k层的厚度；vk为站点i位置处近地表第j层的平均速度。
低降速层剥离后，相当于将地震排列摆放在低降速带底界面（或者是高速层顶界面上），虽然界面比较平滑，但为了对比解释方便，还需要校正到统一基准面上。低降速带底界面与基准面之间按高速层速度填充。任意站点i的充填量fi可以表示为：
成熟探区油气精细勘探理论与实践
而站点i对应的基准面校正量STi为剥离量和填充量之和，即
成熟探区油气精细勘探理论与实践
上两式中：n为低降速带层数；vc为高速层速度；DPi为站点i的基准面高程；Ei为站点i的地表高程。
（二）大炮初至层析静校正技术
基于大炮初至信息的层析反演静校正技术是目前解决复杂近地表静校正的最佳手段，针对高精度三维地震海量数据特点，重点解决高精度三维地震资料海量数据的初至拾取工作，开展了射线追踪及大型系数矩阵的稳定解法研究，解决了冲积平原区近地表静校正问题。
1.地震资料初至波自动拾取技术
随着勘探的深入，地震资料的数据量越来越大。手工拾取初至效率低，且浪费大量劳动力，在某种程度上已成了限制处理速度的关键问题。针对该问题，研究了一种效率较高的全新初至波自动拾取方法——基于边界检测的初至自动拾取方法。该方法对初至质量高的资料，通过自动拾取就可以得到精度较高的初至时间；而对初至质量差的资料，自动拾取后通过少量修改就可以得到精度较高的初至时间。
1）地震记录的预处理
为了使用数字图像处理技术进行初至自动拾取，并取得较好的效果，需要对地震记录进行归一化处理、灰度化处理和去噪处理。
（1）归一化处理。由于地震记录中各道、各样点间振幅分布范围很大，如果直接进行地震记录的图形显示，会造成混乱。因此，在进行图形显示之前应进行归一化处理，将各样点振幅限制在一定的范围内。
（2）灰度化处理。在一般的地震记录中，图形显示存在正负振幅。而在图像处理中处理的是各点灰度，不存在正负振幅的概念。因此，应用数字图像处理必须对地震记录进行灰度化处理，对地震记录灰度化处理的过程可以认为是对记录各点振幅取绝对值的过程，经过灰度化处理后，初至波的界面更加清晰。
（3）去噪处理。在进行单道归一化和灰度化处理之后，对于干扰较小、初至较好的情况，初至波和其他信息分界很明显；但对于存在较多干扰和随机扰动的记录则不能取得较好的效果，这类资料还需做进一步的去噪处理。去噪的方法很多，结合地震记录特点，选取运算量较小的模板遍历算法，该算法的本质是一个滤波器。
2）边缘检测
边缘检测是图像处理中一项重要技术，是图像分割技术的重要组成部分。它是通过一定的算法去确定图像中边界处的像素，为图像识别和进一步处理奠定基础。
边缘检测可以借助空域微分算子进行，通常通过对应模板与图像卷积来完成。两个具有不同灰度值的相邻区域之间总存在灰度边缘。灰度边缘是灰度值不连续（或突变）的结果，这种不连续可利用求导数方法检测到。常用一阶和二阶导数来检测边缘，其原理见图4-26。导数可用微分算子来计算，实际数字图像处理中的导数运算是利用差分近似微分来进行。
图4-26 利用导数检测边界的原理
3）边界追踪技术
根据地震记录的特点，经过对多种边缘追踪方法比较，发现跟踪“虫”（bug）抗干扰能力强、运算简单，追踪效果较好。在对存在较强干扰的地震记录处理中，采用跟踪“虫”进行边缘追踪，可较好地确定初至波的位置。图4-27是一个最简单的“bug”模板示例（检测60°角范围内的边界）。在实际应用中，可以根据实际情况选取适当角度范围的模板。
边界追踪通常使用在梯度算子处理过的剖面上，该方法的难点在于怎样准确选定起始追踪点。在系统中，采用统计方法，按照一定的准则判断某点是否为准确初至。另外，对于上述方法仍无法准确选定的时候，可以使用系统提供的交互选定起始追踪点功能。
4）基于边界检测的初至自动拾取技术应用效果
应用初至自动拾取技术在许多区块进行了初至信息的拾取。从永新、五号桩、罗家三个区块自动拾取的效果来看，自动拾取的初至准确程度非常高（图4-28），效率高（表4-8），而且抗干扰能力很强，能够为后续的以初至信息为基础的近地表校正提供很好的基础数据信息。
图4-27 跟踪“虫”示意图
图4-28 永新地区所有炮初至信息的统计图
表4-8 不同工区自动拾取效率统计
2.层析反演建立近地表模型的实现过程
层析反演过程主要包括4个部分：数据预处理、正演、反演、反演结果评价。
数据预处理：数据预处理目的在于对原始数据的误差和分布进行分析和挑选，尽可能地去掉系统误差、源点和接收点位置的误差，把影响走时的非速度因素去掉。
正演：正演目的在于计算出从震源到接收点的地震波传播路径及走时，即射线追踪。这是层析成像最关键和最耗时的环节，射线追踪方法的优劣直接影响到成像精度、实用化程度以及对速度剧烈变化区域的适应能力。
反演：对于地震初至波层析成像来说，反演即是根据实际记录走时与初始模型计算走时之差得到新的速度模型，使新模型射线走时和实际观测走时残差减小，并达到给定精度。实际计算中当这种差异小到预定程度时，可近似认为最终新模型符合实际速度分布情况。
反演结果的评价：主要包括对反演的收敛性分析，走时数据拟合情况分析以及把成像结果用于实际地震资料处理中（如静校正等）检验结果的正确性。
根据对反演结果的要求，正演和反演一般需要反复进行多次。
1）模型速度的修正（速度模型反演过程）
假设实际拾取的初至旅行时为t0，射线追踪获得的理论旅行时为tc，两者之差为Δt，将Δt按泰勒级数展开，忽略高次项，写成矩阵形式为：
成熟探区油气精细勘探理论与实践
上式可以简化写为：
Δt＝JΔp （4-11）
其中，雅克比矩阵J称为灵敏度矩阵，Δp为近地表模型参数(深度、速度)初始值的修正量。由矩阵计算的基本理论，对雅克比矩阵J进行分解可以得到
J=UDVT （4-12）
其中，U和V分别是m×n和n×n的正交矩阵，D是由其奇异值构成的对角矩阵，令矩阵J的广义逆为：
A－1=VD－1UT （4-13）
则近地表模型的修正量矩阵Δp为：
∆p=A−1∆t （4-14）
通过式4-14计算得到任意网格内的速度修正量，完成近地表速度模型更新工作。
以上的正反演过程不断循环迭代，直到旅行时误差小于某个预先设定值时，循环迭代结束。
2）反演模型的可靠性分析
通过一系列的分析来确定反演的速度模型是否可信。
（1）模型反演的收敛程度，分析是否达到要求。收敛分析包括射线追踪理论初至时间与实际拾取初至时间的差值以及各次迭代过程中的速度变化量等。图4-29是工区内实际初至旅行时与最终理论计算初至旅行时之间的吻合程度显示图。从图中可以看出，理论旅行时的初至信息（蓝色）和实际旅行时（红色）吻合程度好，初至一致性好。图4-30是工区内理论初至时间与实际拾取初至时间的均方根差随迭代次数变化的曲线图。从图中可以看出，随着迭代次数的增加，初至时间的均方根差（ms）逐步减小，在第6次迭代时已减小到6ms，而且均方根差迭代曲线进入平稳减小阶段，说明迭代次数已足够。
图4-29 永新工区实际旅行时（红色）与最终理论旅行时（蓝色）
图4-30 理论与实际初至旅行时均方根差随迭代次数变化曲线
（2）射线传播路径和分布情况的分析。看射线是否足够并均匀，传播试算符合规律。从图4-31射线密度图来看，工区内大部分区域射线密集，射线分布均匀，规律性强。同时射线的底界面都在预先设定好的深度范围之内，说明预先给定的射线追踪计算深度是合适的。
图4-31 层析反演的射线密度图
通过以上各种监测手段的运用，永新地区层析反演的近地表速度模型是有效的、准确的，可用于后续处理。
3）层析反演静校正应用效果
在环渤海湾地区胜利探区的几个工区进行了应用。实际应用效果表明，层析反演静校正方法取得很好的效果。图4-32是胜利探区永新高精度区块静校正应用前后的剖面对比。由于永安水库的影响，静校正前，不管是在单炮还是剖面上，同相轴变形严重，扭曲现象明显，层析反演静校正量的应用改善了同相轴的连续性，恢复了单炮上同相轴双曲线形态，剖面上改善了同相轴连续性，提高了剖面的信噪比。
（三）基准网平差折射波静校正
在复杂地表区的地震勘探中，地震记录缺乏稳定追踪的折射初至波，也不存在稳定的折射速度层，常规折射静校正方法失效。因为没有沿折射速度层滑行稳定的折射波，使EGRM法、ABC法、FARR法以及相对RRS等方法的基本公式都不成立。基准网平差折射波静校正技术是全差分静校正方法的扩展，它既有全差分静校正方法的优点，同时也解决了全差分静校正量方法对长波长静校正量有较大累计误差以及不能求取正确长波长静校正量的问题。
图4-32 永新地区层析反演静校正前（左）、后（右）剖面对比
1.测量精度及误差
测量平差的基本内容之一，就是衡量测量成果精度。所谓精度，就是指误差分布的密集或离散程度。分布愈为密集，则表示在该组误差中，绝对值较小的误差所占的相对个数愈大，该组误差绝对值平均值就愈小。由此可见，精度虽然不代表个别误差大小，但与该组误差平均大小显然有直接联系。因此，采用一组误差平均大小作为衡量精度高低的指标，是完全合理的。
2.基准平差静校正应用效果
根据永新地区三维观测系统排列形式，建立合适的条件方程，利用基准网平差方法对地震资料静校正量进行处理，得到了各个炮点和检波点相对准确的静校正量。
从叠加剖面图4-33可以看出，平差后的CDP剖面只是在少量地方做了校正，这是由于永新地区地形相对平坦，精准网平差折射波静校正优势没有得到真正体现。
图4-33 平差前（上）、后（下）的叠加剖面对比