地震资料数字处理原理及实践.doc

地震资料数字处理原理及实践(PROMAX版)前言本书是基于作者多年的数据采集和处理经验写成，书中没有超出前人的任何高深理论，讲述的都是资料处理的常识性知识，在书中作者把理论和实际处理方案以及软件有机的结合在了一起，目的是希望在最短的时间内培养出一个合格的处理员。学习本书虽然不一定使读者立刻成为一个数据处理大师，但从这里起步，无疑会提高大师的成功率。作为一本从采集到处理细节都兼顾的通用地震资料处理指导书，它既可以作为数据处理的入门书籍，又可以作为一本处理实践教材。多年来,大师们出品的地震资料处理典籍都是着重阐述物探理论,还没有一本做到知行合一,本书则力图做到物探基础理论和处理实践相结合,为读者完整介绍常规处理过程。书中的每段文字、每张图片都是作者亲手打造，前辈的经典理论不会改变，改变的是读者如何解读并把它们付诸实践的过程。本书采取地震勘探原理和实际地震资料处理相结合的方法，详细讲解了地震资料处理环节中遇到的各种基本物探原理，提供了基础应用实例。采取理论+实例+软件实现一体化的学习方法，避免了以往勘探原理中那种只片面强调理论而不注重实践的情况，使读者在使用Landmark专业的处理软件Promax过程中，就能够掌握基础物探理论，做到学即可用，学则有成。再吹一下牛皮，本书虽然只是讲解地震资料处理的基础理论，但绝不是以往理论书籍的纯理论讲解，本人从事过多年的一线生产实践，看了太多的理论与实际生产脱节的名著，因此决定写一本物探人员都看得懂、做得来资料处理书，让有志从事地震资料处理的技术人员看过此书后，不需要其它培训资料就可以从事此行业了。书中的许多观点和方法都是大多数处理人员实际工作中经常面对，而又没有专业资料详细讲解的，因此本人力求以内业人员的角度解决这些问题，提供通俗易懂的解决方案。以上的内容均与本书实体内容无关，以下正文部分如果与某些前辈的书籍雷同，就当作者是原创，同时笔者也万分高兴，终于写出和大师同样的文字了。2013年4月2日目录第一节 坐标系统1-7第二节 野外地震数据采集8-16第三节 野外观测系统 17-22第四节 常用地震波分析 23-28第五节 常规二维处理29-146第六节 常规三维处理 147-169第七节 处理概念讨论 170-181附录 地震数据的收集、提交成果 182-183189第一节 坐标系统我们生活在地球上，据可靠情报说地球是一个两极稍扁，赤道稍鼓的椭球体，平均半径在6371km。地球表面有山有水有河流，疙疙瘩瘩高低起伏，这些起伏相对于地球的半径来说，真是小菜一碟，如果把地球捏成一个半径1m的球，8800多米高的珠穆朗玛峰的高度也就1.4毫米，所以高低对地球直径来说，不是问题，问题是我们生活在地球上。那么我们如何知道自己处在地球上的那个位置呢？那就要研究科学术语坐标了。坐标有很多种，传说有直角坐标、极坐标和球面坐标系等，虽然品种较多，但最终目的还是为了确定某一个点的位置，回答“我在那”的问题，至于回答“我是谁”的问题，那是哲学家的事。1. 经纬度坐标现在我们研究一下球面坐标系，在一个球面上怎样定义我家老屋的位置呢?这很简单，使用经纬度啊。在地球表面，平行于赤道的一系列圆构成纬线，从赤道开始到南极或北极在球面上正好是90，所以南半球就叫南纬，北半球呢？自己猜猜看吧。连接地球两极和赤道上某个点可以有唯一的一个平面，过这三个点做一个圆，这是半径最大的圆了，这些大圆中有一个正好通过格林威治天文台，有人把那个半个圆弧就叫做0经线。0经线以西叫西经，以东叫东经，球体只有360度，所以西经和东经最大也就是180。这样地球上每个点的经纬度再加上地球半径就对应了唯一的一个物理位置了,这也太复杂了吧。现在，当你告诉客人你家的屋顶坐标是北纬295844.79、东经3184.91，来访者就会想了，如果我从大英帝国的格林威治天文台开始出发，我要沿着赤道向东大约走1/12个圆周，然后再沿着经线也走1/12个圆周，差不多就找到你了。如果你的客人对地球不了解，或者缺少空间想象能力，他肯定会迷路的。这种定义坐标的方法真是太复杂了，而大多数人一生都生活在一个固定的区域，都认为自己的那片土地是平的。例如你问一个老大爷，去旮旯胡同怎么走，他会告诉你向东走到第二个街口左转再走100米，这时他老人家使用的肯定不是经纬度坐标。我认为他使用的是直角坐标系，也就是欧几里得坐标系统，在平面上以相对于原点的距离XY来定位的。地球很大，地球表面一定范围内的区域都可以看成一个平面的。即使是山区，也是在一个平面上隆起的高地。实际生活中，多数人也是这样做的，都是依赖某个点为起点算距离的，考虑高程的不太多，除非跳楼的和跳水的。事实上，地球确实是一个不规则球体。宇航员们已经把拍到的照片发到网上了，我还是有点不相信自己生活在一个球上，这个球一转动我岂不是大头朝下了？然后他们又把陆地分为高原、山地、丘陵、平原、盆地等；海底又可以分为大陆架、大陆坡、深海平原、海底山脉等；这么复杂的地球如何以数字形式描述其上某一点的高程呢？2. 椭球体 一提到复杂难解的问题，数学家们就会眼睛发亮了，他们总会把简单的问题搞得更为复杂，而地球坐标这个问题，那更要命了。首先要把地球模型简化，地球表面十分接近于一个规则的旋转椭球体，即一个椭圆绕着它的短轴（南北两极）旋转而成的旋转椭球体，我们称之为地球椭球，实际上就是一个大肚子的扁扁球。人为构造理论的椭球体就叫做参考椭球体，它忽略了地球表面的高低不平状态，这为描述地球表面的形态提供了一个有效的方法。大地测量学中, 参考椭球体是一个数学上定义的地球表面，它近似于大地水准面。大地水准面吗？大地水准面是一个假想的由地球自由静止的海水平面扩展延伸而形成的闭合曲面。通常是被认为是地球真实轮廓。其形状和大小非常接近自然地球的形状和大小，并且位置比较稳定，因此在大范围的区域内，一般选取大地水准面作为野外测量成果的共同基准面。但不要把大地水准面想象成一个光滑的球面，实际上大地水准面不是一个规则的曲面。因为重力线方向并非恒定的指向地心，导致处处与重力线方向正交的大地水准面也不是一个规则的曲面。大地水准面实际上是一个起伏不平的重力等位面，如果大地水准面上面没有摩擦力，你在大地水准面上滑动就不需要克服重力做功。由于参考椭球体相对简单，大地控制网的计算和显示点坐标（如纬度，经度和海拔）首选就是这个几何模型。通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的长半轴、短半轴和扁率来表示的。目前最常用的参考椭球，是美国国防部制图局(DMA)在1984年构建的WGS-84。椭球体作为一个描述地表的数学模型，历史上曾经使用过多种参考模型，它们的长轴和短轴稍有差异。下表列出了一些最常见的参考椭球：图1-2-1 参考椭球体有了一个椭球体，如何定义地表某个点的坐标位置呢？在球面上首先考虑经纬度坐标，也就是地理坐标系统。这好像又回到前面研究的经纬度坐标上了，对了，球体上的坐标都和经纬度坐标有着直系的亲缘关系，不搞清经纬度坐标，其他的坐标怎么来的很难说清。对以参考椭球面为基准面的坐标，地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和该点沿着法线方向到椭球面的距离(大地高)H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。啥叫大地经度呢？通过地球表面上某个点与两极构成的平面叫做子午面，P点大地的经度就是通过该点的子午面与本初子午面(通过英国格林威治天文台的子午面)之间的夹角；P点的纬度就是通过该点大地椭球体的法线与赤道面的夹角；大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。所以地表上任意一个位置都可以使用(纬度B，经度L，大地高H)表示，这就和立体几何中(x,y,z)表示空间任意点的坐标类似了。也就是笛卡尔直角坐标系统。那我们现在是否有办法使用笛卡尔直角坐标系统表示地球上任意点的坐标呢？答案是肯定可以的，但道路依然曲折。知道了椭球体是什么东西，还要知道另一个概念：基准面。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近。上面的定义中出现了两个特定，第一个是指存在很多参考椭球体，每个大国有能力都要搞一个自己的椭球，这样大概能使敌人摸不清自己的藏身之处吧；第二个特定是指在给定的椭球体下产生的自己关心的地球表面区域的近似地表数学模型。 椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，同样的椭球体能定义不同的基准面，如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了克拉索夫斯基椭球体，但它们的基准面是不同的。我们通常称谓的北京54坐标系和西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系，西安80坐标系。目前最长使用的就是WGS84坐标系统，WGS1984基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。3. 地图投影上述分析费了很大的气力，空间点的坐标还是在球面上，现在就要把球面上的数据转换到直角坐标系上来了。地图投影就是干这个事的，其科学的定义是：运用一定的数学法则，将地球椭球面的经纬线网相应地投影到平面上的方法。即将椭球面上各点的地球坐标变换为平面相应点的直角坐标的方法。定义表明了坐标投影实质上是将地图从球面转换到平面的数学变换，数学变化当然就有很多种，其中最常用的有墨卡托投影、高斯克里格投影和兰伯特等角投影等。3.1墨卡托(Mercator)投影墨卡托(Mercator)投影，是一种等角正切圆柱投影”，荷兰地图学家墨卡托在1569年拟定, 假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线（赤道）与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图。墨卡托投影特点有两个特点：A、是没有角度变形，由每一点向各方向的长度比相等，它的经纬线都是平行直线，且相交成直角，经线间隔相等，纬线间隔从标准纬线向两极逐渐增大。B、墨卡托投影的地图上长度和面积变形明显，但标准纬线无变形，从标准纬线向两极变形逐渐增大，但因为它具有各个方向均等扩大的特性，保持了方向和相互位置关系的正确。在地图上保持方向和角度的正确是墨卡托投影的优点，因此墨卡托投影地图常用作航海图和航空图，如果循着墨卡托投影图上两点间的直线航行，方向不变可以一直到达目的地，因此它对船舰在航行中定位、确定航向都具有有利条件，给航海者带来很大方便。3.2高斯-克吕格投影和UTM投影3.2.1高斯-克吕格投影此投影是一种“等角横切圆柱投影”。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（auss，17771855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes Kruger，18571928）于1912年对投影公式加以补充，故得名。高斯是一个数学天才，他被认为是最重要的数学家之一，有数学王子的美誉，被誉为历史上最伟大的数学家之一，和阿基米德、牛顿、欧拉同享盛名。18岁的高斯就发现了质数分布定理和最小二乘法，他还独立发现了二项式定理的一般形式，发现概率统计中的标准正态分布（或高斯分布）函数，严格证明了每一个N阶的代数方程必有N个复数解。高斯是现代大地测量学的奠基人，除了当数学家，1818年至1826年间，高斯找到了一份大地测量工作，白天他到野外测量数据，夜晚计算。五六年间，经他亲自计算过的大地测量数据，超过100万次。作为测量组长，当野外观测走上正轨后，高斯就在屋里处理观测成果，并写出了近20篇对现代大地测量学具有重大意义的论文。在这些论文中，推导了由椭圆面向圆球面投影时的公式，并做出来详细证明。当然，这些论文也为他赚了不少稿费。后来，德国大地测量学家克里格于 1912年对高斯投影公式加以补充，就成为现在的高斯-克里格投影系统。其原理如图（图1-3-1）设想用一个圆柱横切于球面上投影带的中央经线，按照投影带中央经线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，将中央经线两侧一定经差范围内的球面正形投影于圆柱面。然后将圆柱面沿过南北极的母线剪开拉平，即获高斯一克吕格投影平面。通俗的讲就是把地球视为球体,假想一个平面卷成一个横圆柱面并把它套在球体外面,使横轴圆柱的轴心通过球的中心,球面上一根子午线与横轴圆柱面相切。这样,该子午线在圆柱面上的投影为一直线,赤道面与圆柱面的交线是一条与该子午线投影垂直的直线。赤道面在圆柱面上的投影也是一条直线，将横圆柱面展开成平面,由这两条正交直线就构成高斯-克吕格平面直角坐标系。展开的投影带中赤道投影是Y轴，连接南北两极的经线构成X轴。高斯-克吕格投影的特点是除中央经线和赤道为直线外，其他经线均为对称于中央经线的曲线。投影没有角度变形，在长度和面积上变形也很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大处在投影带内赤道的两端。由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中广泛应用，可以满足军事上各种需要，并能在图上进行精确的量测计算。图1-3-1 高斯-克吕格投影示意图按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带,这是高斯投影中限制长度变形的最有效方法。分带时既要控制长度变形使其不大于测图误差，又要使带数不致过多以减少换带计算工作，据此原则将地球椭球面沿子午线划分成经差相等的瓜瓣形地带,以便分带投影。通常按经差6度或3度分为六度带或三度带。6带分法是从格林威治零度经线起，每6分为一个投影带,全球共分为60个投影带。东半球从东经0-6为第一带，中央经线为3，依此类推,投影带号为1-30。其投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=(6n-3)。西半球投影带从180回算到0，编号为31-60,投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=360-(6n-3)。三度带是在六度带的基础上分成的，它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合，即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第 1、2120带。图1-3-2 高斯-克吕格投影带分带示意图3.2.2 UTM投影UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是一种“等角横轴割圆柱投影”，椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。在6带内最大长度变形不超过0.04%。UTM投影与高斯-克吕格投影相似，该投影角度没有变形，中央经线为直线，且为投影的对称轴，中央经线的比例因子取0.9996是为了保证离中央经线左右约330km处有两条不失真的标准经线。从计算结果看，两者主要差别在比例因子上，高斯-克吕格投影中央经线上的比例系数为1， UTM投影为0.9996，高斯-克吕格投影与UTM投影可近似采用 XUTM=0.9996 * X高斯YUTM=0.9996 * Y高斯从展开的分带示意图中，可以看到两种方法的X、Y坐标都出现了负值，为了克服这一问题，两个投影的Y坐标轴都西移了500km， 进行坐标转换时，如果坐标纵轴西移了500000米，转换时必须将Y值减去500000乘上比例因子后再加500000，有：YUTM=0.9996 * (Y高斯-500000)+500000另外，高斯-克吕格投影北纬偏移为零；UTM投影北半球投影北纬偏移为零，南半球为10000公里。可以在google earth中做一个显示比较。从分带方式看，两者的分带起点不同，高斯-克吕格投影自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，第1带的中央经度为3；UTM投影自西经180起每隔经差6度自西向东分带，第1带的中央经度为-177，因此高斯-克吕格投影的第1带是UTM的第31带。实际生产中，如果没有给出投影带号，你获得的坐标可能是60个投影带中任意一个。所以Y坐标还必须加上带号，例如测量点在18区带上，原坐标值为x=1234567， y=243353.5m,西移500km后为y=743353.5,加带号通用坐标为y=18743353.5 。注意：在石油勘探中x、y坐标是颠倒的，与一般的几何书上的坐标轴方向一致。还是上面的点，测量和处理都认为x=18743353.5，y=1234567，x有8位整数位，y有7位整数位。很多处理人员会把x坐标前面的区带号去掉，这是一个不好的习惯，失去了区带标志，你的数据可以来自于地球表面任何区带内，往往造成后期的解释、地质人员无法操作。另外需要明确区带号只是一个标志，不代表真实的距离，不然x坐标就成了18000km，差的太离谱了。3.2.3高程H在直角坐标系中我们确立了一点的X、Y坐标，那么高程如何确立呢？一般来说高程就是指这点到大地水准面（海平面）的距离，而参考椭球体表面是大地水准面近似数学表达。当然根据工作需要可以取不同的高程基准面，例如盖房子，房子的高度肯定是以地基为起点的垂直高度。在工程计算中，一般都是把海平面作为大地基准面的，也称作海拔。总结：以经纬度表示的地理坐标系统和平面坐标系统都是建立在参考椭球体上的，椭球体有多种；地图投影提供了球面坐标和平面直角坐标系统相互转换的数学算法，投影算法不是问题，关键看你用它做什么工作。第二节 野外地震数据采集野外地震数据采集是一个多工种合作项目，在我们处理地震数据前，有必要知道地震数据是如何获得的；也有必要知道在采集过程中会出现哪些因素影响地震数据质量。只有清楚了地震数据采集的各个环节，才有可能在地震处理过程中消除采集中产生的误差。野外数据采集是由地震队完成的，地震队主要有以下几个工种：施工组、测量组、钻井班、仪器组、炮班和放线班。1. 施工组负责踏勘、野外观测系统的设计、向其它班组下达任务书、收集野外采集数据（包括各类班报、磁带）、向甲方提供采集成果和施工总结报告等工作，在所有班组中处于核心低位。野外施工前，地质人员根据地质任务要求部署地震采集任务，例如某工区的勘探测线密度不够，只有0.1公里/平方公里（在一平方公里范围内平均只有0.1公里测线），那么需要加密测网；又如某区块钻井获得了工业油气流，但油气层在空间的展布和内部结构没有查清，这时布置一个三维采集任务可以最终解决这一问题。所以地震采集任务是为地质解释服务的，完成地质任务才是终极目标。地质人员下达地质任务一般都是划定一个区域，明确布设二维或三维测线的坐标位置、满覆盖位置和覆盖次数等参数。施工组首先明确地质任务后，开始踏勘工作，现场勘查采集工区的交通、水源、植被和人口分布与自然气候等条件。进而确定是否能完成地质任务的技术要求，把踏勘结果反馈给地质人员，有时因地表因素可适当调整测线位置，同时地震队也可根据踏勘结果核算采集费用。踏勘完成后，要提供一份完整的施工设计，地震队如果中标了，施工就开始了。测量组首先出马。2. 测量组完成野外物理点的测量任务，提供炮点、检波点、小折射点和微测井等野外施工点物理位置的测定。凡是与坐标相关的工作都找测量组没有错。测量组是地震队野外采集的先行班组，测量组依据施工设计提供的导线坐标开始测量工作，测量组的工作是如何展开的呢？例如测量组准备测量某一条导线，地震勘探中测量人员经常把测线叫某某导线，施工人员则经常称呼为某某线。其实都是一回事，就像麻雀北方又称之为“家贼”。勘测人员首先考虑的是使用何种测量方法，测量方法一般分成两种，常规测量和GPS测量。如果工区内高程变化很小，就像华北平原，那是用GPS测量最好了；如果是四川山区，高程变化大，卫星接收信号很差，那只好使用常规测量了。2.1常规测量使用经纬仪、红外仪和全站仪等设备测量野外物理点坐标高程。这些仪器不但能测量两点之间的距离，还能测量它们之间的方位角（水平和垂直方位角）。如图2-2-1，需要测量337.5线上桩号100-500的坐标，图上ABCD分别为测量这条导线时建立的测站，S1、S2和E1、E2为已知的控制点，这些点是前人做大地测量时建立的三角点，其坐标数据是已知的，并且精度较高。图中显示的都是这些物理点在平面上的投影。测线上地表高程变化较大，如曲线所示。首先从已知的控制点S2开始摆放仪器，因为不仅需要测定下一个测站A点相对于S2的距离和高程，还有直线A-S2相对于直线S1-S2形成的角度。以此类推可以测定其他测站的位置。伴随着观测站前移，以观测站为基础，逐步向前测定各个桩号的坐标。你可能疑惑，为什么不在直导线上直接架设观测点，这看起来更为合理，实际施工中在直导线上有时很难找到合理的观测点来看到每个桩号的位置，测量上有个术语叫“通视”，既两点之间可以用“眼睛”直线看到。例如在测线上M、N这样的物理点，它们正处于谷底，就很难在测线上找到一个合适的观测点精确测量，如果选择测线以外比较高的位置架设仪器，就容易多了。当然，测量组成员都希望找到像C点那样，正好在直测线的位置观测，至少可以少走路。最后测站所在的导线测量必须连接到已知的控制点E1、E2上，从而计算出从S1、S2引入的导线误差有多少，提高测量精度。图2-2-1 常规测量示意图ABCDS1E2S2E1高程CMN2.2 GPS测量GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，由空间卫星向地面测量人员使用的GPS信号接收设备提供数据信息，从而计算出接收设备所处地理位置的经纬度、高度等信息。地震测量中广泛使用一种新的GPS测量方法RTK（Real - time kine matic），既实时动态差分法。RTK能够在野外实时获得厘米级别的定位精度，定位过程全自动化，背着仪器走到预先设定好的位置，仪器就会提醒你到了，别瞎跑了。这种方法高效、可靠，最最主要的是节约人力，省钱啊。不论使用何种测量方法，地震野外测量都是要得到精确的物理点数据，在野外做好明确的施工标记，在测量点插上纸质的排列旗，写好测点的桩号（站号）、线号，有时还要撒上碎纸，挖个坑，把写有测点站号、线号纸张埋入坑内，所有的一切都是为了以后放线、打井的施工人员能找到位置。如果标记被毁坏了呢？没办法，只有重新测量了。O(248000,7797000)(250000,7800500)(255500,7800500)(260000,7800500)(250000,7804500)(255500,7804500)(260000,7804500)(253000,7799000)(257000,7799000)(253000,7803500)(257000,7803500)(253000,7808000)(257000,7808000)图2-2-2 测线站号桩号命名示意图2012-257线2012-253线XY2.3 测线号和站号命名线线线线有时候，拿到一个工区处理资料，在工区的坐标未知的情况下，有些小朋友会试图估计工区的大致位置，我说这种方法是可行的。看上图我建立的伪工区，只有6条测线，但足以说明问题。说明一下：1、工区坐标尺中横坐标（x）没有加上区带号，加上后就是7位或8位整数了，那你就知道伪工区的真正位置了，没有就不行。在实际工作中最好明确区带号；2、在测线上标示出了部分测量点的桩号和坐标，同时标出了测线的名字；3、工区测线是与测网平行的，也就是说不是斜测线，相邻检波点距(道距)50米。再回答几个疑问：1、测线号如何命名的？如果是横测线，那么它的Y坐标就不会发生改变，例如2010-800.5线，它的Y坐标都是7800500，命名时就是取Y坐标的末六位，然后再除以1000，这样你就得到了800.5线，再写上年号，就有了2010-800.5这个东西，其他的横测线依此类推；如果是纵测线，那它的X坐标自然不变，同样取末六位数字，除以1000，再加年号。2、桩号是咋算出来的？本工区的坐标原点是(248000,7797000)，为什么选在这里，这完全是测量需要采取的，还拿2010-800.5线说事，此线的端点坐标为(250000,7800500) 和(260000,7800500)，Y坐标当然不变，那么以X坐标关联桩号肯定是科学的，其上的每个测点的桩号都可以使用公式：横测线桩号=(X坐标-零点X坐标)/道距=(x-248000)/50，所以800.5线的首道桩号=(250000-248000)/50=40；尾道桩号=(260000-248000)/50=240这里又出现一个概念，什么叫道距？它的精确的定义是：直测线施工时，每两相邻的接收点在设计测线上的投影距离长度。一般就是指两个相邻检波点之间的理论距离。再一般的讲在物探中提到的距离都是指在二维水平面上的距离，并且把它投影到测线上。纵测线桩号=(Y坐标-零点Y坐标)/道距=(Y-7800500)/50，其他的自己想吧，我不能告诉你了，你知道的太多了！3、最难的一个问题，为什么一个测量的物理点，有时叫做桩号，有时又叫站号？这个问题我也思考了半辈子了，实际上野外施工时叫道号，如果是在这个点上摆放检波点，那就叫检波点号，在这点上放炮就叫炮点号。听了这么多名字，正常人一般都不正常了，我的理解是这和工种密切相关，只不过是叫着顺口而已。测量组一般直接称其为“道”，例如“我已经在100道上了”，“向后挪一道”；处理人员喜欢叫“桩号”；仪器操作人员有时叫“站号”。说白了都是一回事，就是老丈人、岳父和泰山的区别。2.4 炮检点分布理论上，如果设计的测线是直线，那么检波点和炮点都应该分布在一条直线上，实际测量中总会有一定的误差，检波点的误差一般小一些，不论地表条件如何差，摆放一串检波器的位置还是可以找到的，所以测量规则中要求实测检波点与理论检波点之间的误差很小，具体可能不到1米，沿着测线方向和垂直测线方向的误差要求不一样。炮点与理论设计点的误差可以大一些，这个误差也仅限于垂直测线方向，既实际测量的炮点在理论炮点附近，垂直于测线可以有一定的偏移，但其范围理论上不超过一个道距，实际施工可能要求不超过半个道距。处理人员最怕的是沿着测线方向（投影到测线方向）的误差超限，不论炮点还是检波点，这都会使反射点发生移动。上面提到的测量误差范围是本人估计的，所以用了几个“可能”，有时你不需要知道很多规范，从理论上是可以推测某些技术参数的。图2-2-3显示了实际炮点和检波点在水平与垂直方向上的分布。“”号代表炮点在平面上的位置，高程曲线上有炮点和检波点标志。你会发现在A、B处检波点高程和炮点高程没有重合，这是测量的错误吗？再看AB两处炮点在平面的分布，可见它们的炮点都没有和排列（检波点）重合，这就意味着实测炮点和理论点有一定的误差，实际上这是可以的。施工时，有时需要选取的激发点位置沿着排列垂向有一定的移动，特别在地表条件复杂地区，例如山区。这样做的目的只有一个，选取好的地表激发条件。假设检波点B所在的位置是一条深沟，沟内乱石林立，风化层很厚，打井自然效果不好，所以把炮点移动到沟外的山上基岩出露位置。野外测量组有时跟随一个定井员，由他确定井位时，他会寻找交通方便、水源方便、基岩出露的地方作为炮点。当然，如果他不想到现场看，他也可以在室内依照测量草图把这些炮点定出来，解释时胡说就可以了。测线L检波点高程炮点高程图2-2-3炮点、检波点分布示意图AB下图中还有一个问题，激发点不是连续的，不是每道都放炮，这与以后提到的覆盖次数有关。我们把两个相邻激发点间的距离投影在设计测线上的长度叫做激发点距或者炮点距。本图中的激发点距是2个道距，但测量中为了保证设计人员有一定的选择余地，一般多赠送百分之几的炮点，冗余很重要,没有冗余就失去了设计的回旋余地。3. 钻井班一提到钻井，很多人就想到高高的井架，轰鸣的机器，而物探的钻井深度不过10几米到几十米，使用的是几米高的架子，配备发动机驱动钻杆，有人力钻机，也有车载钻机。也可以分为有水钻机和无水钻机。目的就是在地表开一个圆孔，把炸药放到地下，炸药一般是柱状，多桶炸药可以连接到一起。钻井说起来很简单，实施起来却不简单，如果就影响采集数据质量来讲，钻井因素应处于核心地位。从消耗的财力物力来讲，钻井班也是地震队成本核算的重心。所以钻井班是个伟大的班组。施工的进度、成本的控制和采集资料的品质这三样中，技术人员最关心资料品质，下面我就讲一讲钻井对质量的影响。1、每个施工设计中对钻井都有一个技术要求：保证井深。井打的越深，炸药就埋置的越深，爆炸时能量就存在最大的向下传递可能。如果井钻得过浅，炸药能量会沿着地表快速衰减，这时有效能量没有用于激发地震波，而是用来破坏地表结构了。先说一个专业术语耦合，根据传说中的地震波传播规律，当炸药周围介质的波阻抗和炸药的波阻抗相差不多时，爆炸产生的地震波能量损失越小。那啥叫波阻抗来着？波阻抗 Z=V，其中是介质密度，V是介质波速。所以在平原地区，井深一般要超过潜水面，当炸药的密度与起爆速度乘积和其周围的介质密度与速度乘积相差不多时，激发能量才最好。潜水面是一个很好的波阻抗界面，含水的地下泥土与不含水的松软泥土之间可以产生一个强的波阻抗界面，使得激发能量被封盖得以向下传播；山区当然选择基岩激发了，所谓的基岩就是出露在地表，且与地下山体连接为一体的岩石，基岩与地面空气又是一个绝对的波阻抗界面，在其上打井放炮更能保证生产质量；那在戈壁、沙漠和黄土塬地区打井呢？这些地区对于地震队来说基本上是个噩梦，它们的共同点是缺水，风化层巨厚。风化层内介质十分疏松，炸药就像在棉花内爆炸，能量绝大部分被风化层内介质吸收，检波器接收的有效信号就大幅减少。所以各类专家都想了很多方法，包括使用不同的震源（井炮、车载震源等）和震源组合激发（多井组合、车载震源组合等），导线图2-3-1 井炮炸药安放示意图写了无数篇论文，结果你自己猜呢？2、井已经打出来了，下一步需要炮班包药工包装好炸药并下到井底，炸药是一桶一桶衔接到一起的，成为一个爆破筒，爆炸人员一般使用专用的爆炸杆把药柱压入井底，如图2-3-1，最后用土石等材料把药包上部分填实、压紧，这叫闷井。目的就是激发时保证能量下传。如果井深不够或者井内存在地下水（也许是空气）导致药柱上浮，那就麻烦了，放炮时会在地表炸出一个大坑，飞沙走石，那是相当的危险，工农员和农民兄弟都会很郁闷。所以放炮时严禁围观，戒严必须到位。这种地表爆炸的井炮叫坑炮，是谁都不想看到的玩意。严格的讲井深是指药柱中点到地表的距离，爆炸后地震波向四周传播，要把地面理想化看成一个平面的话，地震波是在半球空间传播的，向下传播的地震波能产生反射波，有很大部分地震波是向上传播的。起爆时刻与井口检波器接最早接收到的地震波之间的时差就是值，也就是井深导致的时差，这在处理上是要消除的。爆炸后在药柱周围会形成什么结构呢？书上说是这样子的。形成三层结构，内部是爆炸破坏区，中间是塑性区，外层广大的空间是完全弹性区。破坏区会形成一个空洞；塑性区围岩永久变形，出现大量裂缝；弹性区变形区什么都没改变，只是传输爆炸能量的介质。但在基岩上激发有这可能，在砾石、黄土和沙土中就很难说是这种情况。我推测药柱的形状可能直接影响到周围介质的变形特征。井炮激发既然存在这么多不利因素，为什么不使用可控震源，就是震源车在地面不停的敲击那种。生产中可控震源有两个致命的缺陷，一是有效频带很窄，二是能量弱，在高程变化剧烈地区无法使用也算一个问题吧。那么换空气枪怎样，空气枪广泛使用于水中，在地面还没听说过使用，这是一种水鸭子震源，也不行。所以在陆地上还得用井炮，虽然这玩意很吓人，但目前是最好的激发方式。高能、高效和高频这三高就足可以证实炸药震源是个好同志。那炸药爆炸时能量到底多大呢？弄个公式看看，随着时间T的延长，爆炸能量Q迅速衰减，以至于放炮时，即使你在炮点附近的安全区外也只能感觉到大地只震动了一下。这种震动实质是沿着地表传播的初至波产生的，真正地震勘探的有效反射波你的脚丫子是感觉不到的，脚上的肉多肉少都不行。，公式中A，都是常数，A0，0。井炮的分布在理论上是均匀分布的，生产中经常有村庄、桥梁、铁路、公路和烟囱等建筑趴在测线附近，这是绝对不是考虑技术参数合理的时候，“安全第一”才是永恒的主题。至于距离这些建筑物多远，使用多大药量激发合理，这完全是一个经验问题，按照安全技术标准也很难施工，因此我们的做法是：设施越值钱离得越远，也可以这么说，钱越多离得越近，炸坏了咋样，赔钱呗。有钱的话可以把毁坏的设施买断。4. 放线班、炮班和仪器组放线班看起来很简单，只是摆放检波器的班组。放一串检波器技术含量不高。放上千串检波器，还要把它们和采集站、电源站或者交叉站等站体连接到仪器上，并且保证各个设备工作正常，这就需要一点技术含量了。如果测线穿越公路、河流或者湖泊，那摆检波器就是真的技术活了。首先研究一下采集系统的实体连接（图2-4-1），整个采集系统是由多个采集站将多根大线串联在一起，最后接入仪器车构成。当然，仪器车可以停放在测线的任何位置，只不过需要交叉站将仪器车连接到测线上。在野外，我们通常说的检波器还有另外一个响亮的名字叫“小线”，检波器是用夹子夹在大线上的，大线就是地震数据的传输电缆，我估计是因为检波器的传输电缆线很细，所以把它称之为“小线”。图中的一根大线上可以夹6个检波器，大线的一端连接采集站，一个采集站负责一根大线上的所有检波器的数据采集和处理，图中的采集站就对6个检波器的工作负责，同时采集站又连接下一根大线，那根大线上的检波器数据由下个采集站负责，依次向前直至接入仪器。图2-4-1 排列摆放示意图 那么这套系统是如何工作的呢？首先说说小线，检波器在埋置到其所在的野外物理位置后，它就开始震动了，无论仪器接收与否，它的震动都不会停止，检波器内部存在磁感应线圈，其机械振动会转换为电信号在大线内传导，采集站接收这些模拟信号将其转化为数字信号，最终传至仪器车存储在磁带或硬盘上。采集站在这里负责的是模数转换和数据存储以及延时等功能，所谓的延时是因为大线一般无法同时传输几百个采集站的数据，要在采集站内暂时保存后再发往仪器；小线负责接收地表震动；大线负责传输数据，既包括仪器车的控制指令，也包括小线采集的数据；仪器车上的记录和监控系统才是野外采集系统的大脑，它就是一个监工，各类设备的状态都可以通过仪器看到。采集系统是如何工作的呢？从放炮说起，炮班的炮手把爆炸机接到导线上，导线当然是连接到井底的药柱上。炮手这是向仪器发出爆炸的信号，仪器确认这一信号并且发出激发指令，爆炸机发出点火脉冲引爆井底药柱，这一过程确保仪器和爆炸机同步，也就是仪器精确的知道炸药的激发时间。在此时刻仪器开始计时，传递控制指令启动采集站接收处理检波器数据，通常采集的数据长度是6秒，而仪器工作时间要长一些，在放炮6秒后仪器还要接收采集站的数据，但时间很短。再说说“建排”，建排是指建立排列，听起来很难理解，说白了就是仪器在放每一炮之前必须知道测线上检波器、采集站、电源站和交叉站等站体的工作状态，看看它们是否健康活泼，仪器通过发出指令模拟放炮，从而看看是那道的放线工没有把检波器摆好、那些检波器附近干扰严重、那些采集站没有工作、电源站供电提供的电能是否充足等等。发现这些问题后，仪操员会叫查线工及时处理解决。仪器能不能持续监控野外各类站体和检波器的工作状态？答案是不能，只有在放炮和建排时仪器才检测外围设备，这涉及到采集系统的能耗问题了。放炮过程和建排都很耗电，整个采集系统的能源都由电瓶提供，电瓶是接到电源站上的，电源站是负责整个系统的能量供给和分配的，如果没电了，整个排列就都会从仪器的监控系统中消失了。所以没事充充电是好事，仪器控制电力的使用十分必要。图2-4-2 检波器示意图线夹子导线壳体尾锥最后谈谈小线，这又是一个不得不说的故事了， 检波器是与地震波亲密接触的第一个物理设备，你可能觉得名字叫得如此专业的设备应该个头很大，事实上检波器只有巴掌大小，一个尾锥加一个壳体，壳体内部装有线圈和磁铁，二者之一固定到尾锥上，封闭在壳体里，其实就是一个小发电机，尾锥插到地表接收地震波产生的震动，内部线圈切割磁力线产生电流，也可以说是电压，电压大小与地面震动的强度成正比。只不过电压数值很小，毫伏级别，就是把上千个检波器串联起来也打不死人，这么小的电压只有采集站这样的高精度设备才能捕捉到。我上面说的是单个检波器，真正的检波器稍微复杂一点，仅仅是把单个检波器串联、并联组合到一处，模样如图2-4-2，图中显示的是一串检波器，当把这串检波器夹到大线上，就相当于一个检波器，仪操员认为是一个检波器，查线员也认为是一个检波器，不久的将来处理员也认为是一个检波器。那为什么不只使用一个检波器？把这么个小设备搞得如此复杂值得吗？答案只有一个：压制野外干扰。通过把一串检波器内的单个检波器在空间排列组合起来，可以压制野外的随机干扰和来自地表的规则干扰，例如压制面波。组合后的检波器的输出相当于组合中心检波器输出。测量组经常把实测的物理点位置称为主道，野外标记也是在实测的检波点桩号上，组合中心指的也就是主道位置，围绕主道位置把检波器在野外现场摆放好是放线员的职责所在。看一看检波器组合实例（图2-4-3），红色圆圈代表组合中心，无论是面积组合、平行或垂直排列组合都是利用的有效波和干扰波在传播方向上的时差来压制干扰波。图2-4-3 检波器组合示意图面积组合平行排列垂直排列科学的说组合后的检波器串可以认作是一个滤波器，其输入是有效地震波和各类地表干扰波，通过讨论这个滤波器的滤波响应，前人得出了一个重要的成果：检波器组合可以看成一个线性系统，组合后的信号相当于单个检波器信号通过这个系统被加以改造，系统的频率响应函数与输入信号的形状无关，与信号的到达时间也无关，只与信号的频率以及信号到达组内各个检波器的相对时差有关。依照一系列复杂的公式，我们有以下几个结论：1、组合后N个检波器的总振幅，等于单个检波器振幅的n倍，这是基于地震波是垂直入射到地面的假设成立的。2、检波器越多，其低通滤波效果越显著，压制高频的能力越强，所谓的通放带越窄。我这里只说了一种检波器，也是我多少了解的一种，其他种类的工作原理可能不同，但疗效是一样的。第三节 野外观测系统谁把观测系统这个东西搞明白了，处理就学会了50%，深刻的理解地震资料野外采集观测系统是学好资料处理的核心步骤。学会看别人的观测系统不难，理解了然后自己设计一个观测系统很难。那何谓观测系统呢？地震勘探中的观测系统是指地震波的激发点和接收点之间的相互位置关系。这是摘自陆基孟老师地震勘探原理的原话，你看了这个定义可能把嘴巴撇到后脑勺子上去了，就这句话，值得同学你把它整的那么高深吗？洒家认为值。下面来个实例。地下每一个反射点的信息获得都是通过炮点和检波点组合获取的，地震处理有几个基本假设，其中之一就是地下介质是水平层状介质。根据地震波反射原理，反射点正好位于炮点和接收点中间。我的示意图也是基于这样的原理才是正确的。假设我们在野外桩号200处放了一炮，接收排列站号是140-199,201-260，总共120道，炮点左边和右边各60道，地震波向地下传播，在地下界面A形成反射，向上传播被地表的120道检波器接收，形成单炮记录（图3-1）。仪器道号野外桩号反射界面A仪器道号图3-1 单炮记录形成示意图若更好的理解观测系统，需要领会下面几个问题。1. 什么叫做偏移距？你可能会问，为什么不在炮点位置摆检波点？这很好回答，激发点附近的检波器面临着激发点自身产生的强烈干扰，它极有可能罢工。所以正常情况下设计观测系统时炮点和最近的接收点都存在一定距离，一般是1道，这也叫最小偏移距。上图中给出了一个野外经常使用的炮检组合接收方式。如果检波器之间的道距是50m，处理中把炮检点之间距离称之为偏移距，炮点和检波点之间的最小距离叫最小偏移距，最大距离称之为最大偏移距，那此炮的最大、最小偏移距分别是：最小偏移距：Min_offset=50*(200-199)=50*(201-200)=50m最大偏移距：Max_offset=50*(200-140)=50*(260-200)=3000m所以用偏移距的方式表示出这炮的观测系统就是：3000-50-0-50-3000，注意这样写的时候一定标明道间距50m，通过这种方式推算出炮点和接收排列的位置关系，只需要除以道间距就可以算出检波点个数，虽然不直观但专业，看了显得高深，挺好。2. 在仪器记录上是否能反映出我们定义的炮检点关系？这个问题如果问仪操员，他一定说YES，因为放炮时他已经在地震接收仪器上设定了这种接收关系，仪器接收的第1道对应排列站号140，第2道对应排列站号141等等。那在单炮记录上能反映出这种对应关系吗，处理员都会很深沉的说：你玩去吧。因为仪器记录的数据永远是把第1个接收检波点定义为通道号1，俗称道号1，下面依次递增，即使在站号200处没有摆放检波器，仪器也不会留出1道数据让你弄明白这种情况。这种情况下炮检关系只能通过处理时再次定义，使用电子仪器班报、SPS文件等予以明确。3. 单道记录如何炼成的？界面A深度h界面B界面Ch1h2h3距离