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汪家屯地区多分量地震采集技术及地震数据 处理方法应用 摘要 多波多分量地震勘探是地球物理勘探技术的重要组成部分，也将是未来的一 项主要发展技术，其凭借自身的优势，引起了人们的广泛关注。有人称多波多分 量地震为全波地震，是指利用纵、横波震源激发，利用三分量检波器记录地震纵 波、横波( 包括快、慢波) 、转换波，从而使野外记录的地震数据信息更为丰富， 为地质构造的成像、裂隙和孔道的确定、储层岩性的解释提供特定的信息。 近年来，在海洋多波勘探中取得了很好的效果，而在陆地多波勘探中普遍存 在着转换波信噪比低的问题。大庆油田早在9 0 年代初就一进行了转换波勘探的 现场试验研究。试验区选在大庆汪家屯地区，该区气藏发育，储集层为小砂体， 构造主要以岩性构造为主。为了验证转换波在大庆探区对油气的检测能力，我们 利用纵横波综合信息，判别岩性，分析烃类异常，研究深部组合气藏，但受到当 时三分量检波器精度的制约，转换波的应用效果没有达到预期目标。 随着科学技术的发展，三分量检波器的制造工艺有了很大的改进。因此，2 0 0 2 年2 月大庆物探公司又一次在汪家屯地区进行了转换波勘探试验研究。在本次试 验中采用了一系列的新方法和新技术。 本文针对纵、横波的反射特点，主要从保证反射系数稳定和满足目的层埋深 两个方面论述了多波采集观测系统的设计方法；对汪家屯地区的资料进行了噪音 机理分析；对检波器的选型和检波器的埋置误差进行了分析；论述了组合激发提 高转换波能量的方法；同时对转换波处理的数学原理进行了阐述，应用马在田院 士等人研究、开发的多波地震资料处理系统对汪家屯资料进行了处理应用效果分 析。 通过汪家屯地区的例子剖面，我们讨论了纵波转换波的解释方法，以及转换 波多参数预测地层地质属性的效果。 关键词：多波多分量转换波信噪比采集处理效果 m u l t i - - c o m p o n e n ts e i s m i ca c q u i s i t i o nt e c h n o l o g ya n d d a t a p r o c e s s i n ga n d t h e i ra p p l i c a t i o ni nw a n g ji a t u na r e a 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 ni sa l li m p o r t a n tp a r ta m o n gt h et e c h n o l o g y o fg e o p h y s i c a le x p l o r a t i o n a tt h es a m et i m ei tw i l lb eam a i nd e v e l o p i n gt e c h n i q u e i nt h ef u t u r ew i t hr e g a r dt oi t sa d v a n t a g e s ，a n da r o u s e st h eg e o p h y s i c i s t s a t t e n t i o n w i d e l y g e n e r a l l ys p e a k i n g ，m u l t i c o m p o n e n ts e i s m i cs u r v e yi ss o m e t i m e sc a l l e dt h e f u l lw a v e f i e l ds e i s m i ce x p l o r a t i o nw h i c hm e a n st h a tp - w a v ea n ds h e a r - w a v es o u r c e s a r eu s e di ns e i s m i ca c q u i s i t i o nr e s p e c t i v e l ya n dt h er e f l e c t i v ew a v e si n c l u d i n gp - w a v e ， s h e a r - w a v e ( f a s ts p l i ts h e a r - w a v ea n ds l o ws p l i ts h e a r - w a v e ) a n dc o n v e r t e d - w a v ea r e r e c o r d e du s i n gt h r e e c o m p o n e n tg e o p h o n e s s ot h em u l t i c o m p o n e n ts e i s m i cd a t a s e t s m a k et h ei n f o r m a t i o no fs e i s m i cd a t ab e c o m em o r ea b u n d a n tt h a ng e n e r a lp - w a v e s e i s m i ce x p l o r a t i o n ，w h i c hc a ng i v ep a r t i c u l a ri n f o r m a t i o nf o rt h ei m a g eo fg e o l o g i c a l s t r u c t u r e ，t h ed e f i n i t i o no fp o r o c i t ys i z ea n dp i p e ，a n dt h el i t h o l o g i ci n t e r p r e t a t i o no f i nr e c e n ty e a r s ，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 sa l r e a d yb e e nu s e d s u c c e s s f u l l yi no c e a n i cg e o p h y s i c a le x p l o r a t i o na n dt h ee f f e c ti sv e r yg o o d ，w h i l ei n t e r r e s t r i a le x p l o r a t i o n , t h i st e c h n o l o g yh a ss o m ep r o b l e m s ，f o re x a m p l e ，t h ep r o b l e m o fl o ws nr a t i oi nc o n v e r t e dw a v e e a r l y , i n19 9 0 s ，w eh a v eg o n eo nt h ef i e l dt e s ti n d a q i n go i lf i e l d w es e l e c t e dt h ea r e ai nw a n g j i a t u nt ot e s t i nt h ea r e a , t h e r ei s a p l e n t yo fg a sr e s e r v o i r , a n dt h er e s e r v o i ri sa l i t t l es a n dr o c kb o d yi ng e n e r a l ，a n dt h e s t r u c t u r ei sm a i n l yl i t h o l o g i c i no r d e rt ot e s th o wo f f e c t i v e l yt h ec o n v e r t e dw a v e d e t e c tt h er e s e r v o i ri nt h ea r e ao fd a q i n g ，w em a k eu s eo ft h ei n t e g r a t e di n f o r m a t i o n ， t oj u d g et h er o c kp r o p e r t y , a n a l y s et h ea b n o r m a lp h e n o m e n ao fh y d r o c a r b o n ，a n d r e s e a r c ho nt h ed e e pc o m b i n e dg a sr e s e r v o i r b u ti nt h ec o n s t r a i n to fl o wa c c u r a c yo f t h r e e c o m p o n e n tg e o p h o n e s ，t h ee f f e c to fc o n v e r t e dw a v ed o e s n ta r r i v ea t t h e p r e d i c t e dg o a l w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h es t a t e - o f -a r to f t h r e e c o m p o n e n tg e o p h o n e sh a sb e e nm u c hi m p r o v e d s od a q i n gg e o p h y s i c s c o m p a n yw e n to nt h ef i e l dt e s to fc o n v e r t e dw a v eo n c ea g a i ni nw a n g j i a t u na r e ao f d a q i n gi n2 0 0 2 2 ，a n dw eu s e das e r i e so fn e wm e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e si nt h i st e s t i nt h i s p a p e r , w i t hr e g a r d t ot h er e f l e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fp - w a v ea n d s h e a r - w a v e ，t h ed e s i g no fo b s e r v a t i o ns y s t e mh a sb e e nd i s c u s s e di nd e t a i lt oe n s u r e t h a tt h er e f l e c t i v ec o e f f i c i e n tk e e p ss t e a d ya n dm a tt a r g e th o r i z o n sc a nb ed e t e c t e di n m u l t i - c o m p o n e n ts e i s m i ca c q u i s i t i o n t h em e c h a n i s mo fn o i s eh a sb e e na n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h es e i s m i cd a t ai nw a n g i i a t u na r e a t h et y p eo fg e o p h o n ei ss e l e c t e d a n dl a y i n ge r r o ro fg e o p h o n e si sa n a l y z e d ，a n dw ea l s od i s c u s st h em e t h o dt h a tt h e e n e r g yo fc o n v e n e dw a v ei se x c i t e db ya s s e m b l e ds o u r c e s a tt h es a m et i m e ，t h e m a t h e m a t i c a lt h e o r yo fc o n v e r t e dw a v ep r o c e s s i n gh a sb e e ne x p l a i n e d a tl a s t ，w e a p p l yt h em u l t i - c o m p o n e n ts e i s m i cp r o c e s s i n gs o f t w a r ew h i c hi sd e v e l o p e db ya n a c a d e m i c i a nm az a i t i a ni nt o n g j iu n i v e r s i t yt op r o c e s st h em u l t i c o m p o n e n ts e i s m i c d a t ao fw a n g j i a t u n ，a n do b t a i np r e f e r a b l ee f f e c t f i n a l l y , b yt h ee x a m p l ep r o f i l e i n w a n g i i a t u na r e a , w ed i s c u s s e s t h e i n t e r p r e t a t i o nm e t h o do fc o n v e r t e d - w a v e ，a sw e l la st h ep r e d i c t e de f f e c tt h a tw ew i t h m u l t i p a r a m e t e ro fc o n v e r t e d - w a v e k e y w o r d s ：m u l t i - c o m p o n e n t ，c o n v e r t e dw a v e ，s nr a t i o ，s e i s m i ca c q u i s i t i o n , p r o c e s s i n ge f f e c t 同济大学硕士论文 第一章引言 多波多分量理论可追溯到1 9 世纪2 0 年代，是泊松首先认识到弹性扰动一般 由纵波和横波合成，一个是标量位函数的梯度，一个是涡旋场，分别满足纵波速 度和横波速度的波动方程。早在2 0 世纪3 0 年代前苏联就开始研究横波地震勘探， 后来美国( 1 9 6 6 年) 、法国( 1 9 6 9 年) 、西德( 1 9 7 1 年) 相继开展了横波勘探方 法研究。 2 0 世纪7 0 年代末到8 0 年代初，由于横波震源及处理、解释方法有了新的 突破，横波地震勘探有了显著的进展。1 9 7 7 - 1 9 7 8 年间大陆石油公司利用纵、横 波资料研究碎屑岩的剥蚀情况后，立即与赫德森湾石油及天然气公司联合，并迅 速扩大到1 3 家公司，在北美的7 块地区记录s h 波地震资料，从而确立了s h 波 在判别岩性和烃类检测中的作用。但终因纵横波的层位对比、横波资料信噪比低 等问题而使这项技术受到冷落。 近年来，随着海底电缆地震勘探及多分量地震资料处理技术的发展，从最初 成功解决挪威海域气云导致的成像模糊区的问题，到目前在真假亮点评价、检测 裂缝、烃类检测以及岩性和流体预测等方面都取得了巨大的成功，使人们看到了 多波多分量技术发展的潜在前景。 由于s 波勘探具有野外作业成本高，需要专门的s 波震源，勘探深度浅和信 噪比低等弱点。因此，人们把目光转向了转换波，转换波的好处在于震源简单， 不需要专门的s 波震源，采集费用低，信噪比高，勘探深度深，频带宽。目前大 多数采用这种p 波震源激发，地面三分量检波器接收，获得x 、y 、z 三分量记录 的多分量地震勘探方法。 三分量地震勘探方法以前一直采用5 4 度的三分量检波器，由于此三分量检 波器分量间的串扰比较大，现在多采用9 0 度三分量检波器。随着试验量的增加， 人们发现三分量检波器的埋置误差会影响三分量地震资料的质量，也就是说，在 埋置中任何方位和倾斜的偏差都会造成地震信号的误差。该误差的增大会使三分 量地震资料的精度降低。为了在野外实际勘探中能够控制方位角误差和倾角误 差，在三分量检波器上安装了袖珍经纬仪，这样在实际野外三分量地震勘探中， 能够较好地解决了此问题。在三分量地震资料处理中，人们开始研究地层各向异 同济大学硕士论文 性，进而研究裂隙油藏，众所周知，大部分地壳岩石经实验发现是各向异性的。 然而，通过大量的勘探测试后发现，许多岩石的各向异性都可视为弱各向异性， 弱各向异性的假设将各向异性的理论进行了简化，而变得实用。据此，t h o m s e n 提出用较为简单的弱各向异性的波动方程代替任意各向异性介质的波动方程，用 此方程来研究在各向异性地层中波场特征，预测地层裂隙。用此方程对地下介质 弹性参数变化所引起的地震波场变化进行地质体的反演，三分量地震波场满足空 间( 三维) 弹性波传播规律，而三分量地震勘探是全波场弹性波激发和接收的地 震勘探方法，因此该方法是目前地震勘探领域最能全面反映地下介质弹性和岩性 信息的勘探方法。 2 同济大学硕士论文 第二章三分量地震数据采集 一、多波采集观测系统的设计 l 、最大炮检距的选择 纵波的接收排列长度受到满足速度分析精度、反射系数稳定、动校拉伸精度 及目的层埋藏深度等几方面因素的制约，转换横波最大排列长度的选取，也是要 考虑这几方面的影响，所不同的是纵波在小炮检距即小入射角时反射系数较大， 转换波在自激自收的方向上，反射系数是零，在小偏移距处接收到的反射波振幅 只是纵波的5 - 1 0 ，随着偏移距的增大，反射能量逐渐提高，但是最大炮检距 大于纵波临界角后，转换波的反射系数虽然增大了，它的相位却发生了变化，在 临界角处产生突变，并且排列过长转换反射波的能量衰减也会非常严重。转换波 所要求的接收排列通常比纵波接收排列要长得多，一般为界面埋深的1 - 3 倍。因 此多波采集观测系统炮检距的确定既要考虑取得较好的p 波资料，又要注意s v 波的接收效果，即设计最小炮检距以p 波为准，设计最大炮检距以s v 波为准。 ( 1 ) 纵波最大炮检距 满足反射系数稳定的炮检距 从反射系数稳定方面考虑，为避免因入射角过大而引起反射畸变和产生寄生 折射，最大炮检距】( n l 应满足： x m t j 幸v r ( t g a 木c o so s i no ) ( 2 1 ) t 。：双程反射时间；v r ：均方根速度；o ：地层倾角；a ：入射角，般取2 0 度。 + ：代表上倾激发；一：代表下倾激发。 满足速度鉴别精度要求的炮检距 满足速度鉴别精度要求的速度误差k 不应大于6 ，有： ) ( i i l t o v r 2 ( 1 - k 2 ) 2 f m ( 2 k - k 2 ) m( 2 - 2 ) f m ：最大频率k ：速度精度 满足动校正拉伸的炮检距 为了使动校正后拉伸最小，保留足够的高频成份，动校拉伸率p 一般不应大 于1 2 5 ，炮检距) ( i l l 应满足： x m ( 2 t o2 * v n2 ：l c p ) 1 忽( 2 3 ) 3 同济大学硕士论文 v n - 平均速度p ：动校正拉伸率 炮检距与目的层深度的关系 为了有效利用检波器资源，最大炮检距应近似等于主要目的层深度： 1 2 h x h 以汪家屯为例，若以t ：层作为主要目的层，t 0 取1 - 4 s ，v r 取2 5 0 0 m s ，v n 取 2 9 0 0 m s ，f 取5 0 h z ，对于纵波来说，综合考虑以上诸因素的影响，其最大炮检距 的选取范围应是： 1 6 0 0 m x 。2 1 0 0 m ( 2 ) 转换波反射系数与最大炮检距的关系 转换波反射系数与最大炮检距的关系，实际上就是纵波临界角对炮检距的约 束。下面以大庆汪家屯为例进行分析。 从大庆汪家屯地区汪9 1 2 井的全波测井曲线和密度测井资料中读取各目 的层系的纵波速度，横波速度和密度参数，表2 - 1 是某目的层的参数，如表所示， 各界面两侧存在着纵波速度差，泊松比差，密度差，形成了各种类型的反射界面， 同时计算了各界面的反射系数，绘制反射系数与入射角关系曲线。大部分界面存 在临界角，在大于临 界角入射时，纵波转 换波的反射相位将发 生变化，这种变化是 突变性的，在处理中 难以进行校正，因此， 转换波的最大炮检距 应以临界角为限。由 表2 - 1 可见，大部分 界面的临界角大于 5 5 度，因此最大入射 角初步选为5 5 度。这 样实际上限制了所允 _ 、 o 【工j 0 昌 最大炮检距 o f f s e t ( m ) 到啪o o4 0 0 0 0 06 0 0 0 i illi iiilii iiiliiiii lil 图2 1 最大炮检距与方位角的关系图 4 o 8 _ j d o 8 u 8 客 同济大学硕士论文 许的最大炮检距，即使在水平层状介质情况下，对同样的炮检距，浅层反射界面 表2 - 1 汪9 _ 1 2 井临界角统计表 序号深度密度纵波时差臆度横波时差t 速度泊松比临界角 bp - p i7o 3 2 7 5 11 0 8 0 3 6 7 2 2 51 2 8 2 4 19 一l71 4 5 矿一 一i 一 2 39 0 3 3 8 6l7 0 1 7 9 30 3 0 5 一l7l9 一2 1 0 0 3 0 4 82 0 0 15 2 40 3 3 3 2 o 一l72 3 3 一 9 0 3 3 8 61 9 0 1 6 0 40 3 5 5 记7 2 1 一l72 一一 o 3 4 62 38 0 3 8 1 01 6 5 1 8 4 8 一l72 一，一 0 3 2 8 2 4 59 1 3 3 4 91 8 0 1 6 9 3 一l7 3 0 o 一 6 一 1 5 0 2 0 3 2o 3 1 52 37 8 3 9 0 8 一l7 3l 一7 一 0 3 3 32 3 39 5 3 2 0 81 9 0 1 6 0 4 一173 一 一8 一 1 7 0 1 7 9 30 3 3 3 2 4 58 5 3 5 8 6 一i742 一9 一 0 3 2 92 3 39 5 3 2 0 818 8 1 6 2 1 一l74 m 一lo 一 1 7 0 1 7 9 3o 3 4 82 4 58 2 3 7 1 7 一l7 6ll 一 0 2 2 8 2 3 59 5 3 2 0 8 1 6 0 1 9 0 5 一i7 0 一i2 一 13 8 2 2 0 80 2 4 72 4 i8 0 3 8 1 0 一l7 49 一l3 一。 0 2 2 72 39 8 3 1 1 01 6 5 1 8 4 8 一l75i 一l 一。 o 2 3 4 2 48 0 3 8 1 0 1 3 6 2 2 4 4 l7 s 2 一ls 。 o 3 0 62 2 89 5 3 2 0 81 8 0 1 6 9 3 一l754 韶， 一l6 一。 o 3 3 12 3 28 5 3 5 8 61 6 9 18 0 4 一i7 5 7 一i7 一 o 3 4 52 2 6 9 0 3 3 8 61 8 5 1 6 4 8 一l7 5 l 1 ， 一l0 一。 0 3 0 92 38 3 3 6 7 21 5 8 1 9 2 9 i76i “一 一l9 一 o 。2 9 92 47 5 4 0 6 41 4 0 2 1 7 7 i7 63 一2o 一。 0 3 0 3 2 38 5 3 5 8 61 6 0 1 9 0 5 一l7 6 4 一2l 一。 o 3 0 42 3 59 0 3 2 4 31 7 7 1 7 2 2 一 i768 一22 一。 0 3 5 32 310 0 3 0 4 82 l o 1 4 5 1 一l769 。m ， 一23 一 0 2 9 7 m 1 2 3 29 4 3 2 4 31 7 5 1 7 4 2 一l7 7 2 一24 一。 0 2 7 22 3 28 4 3 6 2 915 0 2 0 4 2 一l77 l 一25 。 0 3 5 52 49 0 3 3 8 61 9 0 1 6 0 4 l7 03 同济大学硕士论文 的入射角将大于深层反射界面的入射角。因此，在设计观测系统时，如果设计的最 大炮检距适合于某目的层系，就要考虑到更浅部的反射界面有可能存在大于临界 角的情况。 为将允许的最大入射角换算为允许的最大炮检距，我们采用工区的速度谱资 料，并假定界面水平，绘制了泊松比分别为o 2 与o 4 ，入射角分别为 3 0 ，4 0 ，5 0 ，6 0 ，7 0 度的曲线图，如图2 一l 所示，由此图可见，在纵波1 4 秒左右的 目的层取最大入射角为5 5 度，则最大炮检距应在3 6 0 0 m 左右较合适。 ( 3 ) 目的层埋深与转换波排列长度关系 转换波的排列长度随目的层埋深而变，目的层越深则要求排列长度越长，接 收的排列具体长度由最小炮检距与最大炮检距决定。 选取允许的最大入射角和最小入射角。 采用下面公式计算出最大偏移距与最小偏移距。 hus s i na x = h t g a + 其中，x 为最大偏移距，h 为地面到界面的垂直深度，口为纵波的入射角， 为纵波速度，屹为横波速度。 当a 取5 5 度，将汪家屯地区的t 2 层的相关参数代入上式，可以计算出适合 纵波转换波的最大炮检距为3 1 0 0 米，结合前面反射系数稳定所要求的最大炮检 距，该区观测纵波转换波的最大炮检距可以选在3 1 0 0 - - 一3 6 0 0 米。 2 、转换波道距的选取 与纵波的道距选用规则相同，根据采样定理的要求，为了不产生空间假频， 在没有相干噪音的情况下，道距不能超过有效波信号最小视波长的一半。在排列 长度一定的条件下，针对各目的层利用视波长表达式可求出转换波反射视波长， 利用下式求取适合转换波采集的道距。 x 入h 2 = v s 2 f i 。( 2 - 5 ) 其中缸为道距，入山为转换波最小视波长，v s 为转换波视速度，f l l 为转换波的 最大频率。 6 同济大学硕士论文 如果转换波和纵波采用同一观测系统进行观测，那么道距的选取就要同时 兼顾纵波的要求。在汪家屯地区，利用有关参数经过计算道距取2 5 m 比较合适。 3 、汪家屯试验 汪家屯气田是大庆外围油田中发现的最大气田，主要含气层是扶杨油层， 该区分别发育了以河流相沉积为主的河道砂，砂体规模小，延伸方向大致为南北 向。利用纵波勘探己基本查明了该区的构造形态和断裂分布，考虑到横波勘探的 优势，在该区进行了多次的纵横波联合勘探，希望利用纵横波综合信息判别岩性 和天然气的聚集情况。汪家屯地区于1 9 9 0 年和1 9 9 6 年已做过转换波试验，2 0 0 2 年2 月在汪9 1 2 井和6 4 井附近部署了两条各l o k m 的三分量试验线，即s 0 1 线 和s 0 2 线，它们斜交于汪9 1 2 井。经过现场试验，采用了如下的观测参数： d f s v 仪器接收道数8 0 道 记录长度6 s采样率2 m s 单边激发最小偏移距4 0 0 m 最大炮检距2 3 7 5 m单个三分量检波器地面接收 道距2 5 m炮距5 0 m 井深1 3 m 药量3 k g 组合井数2 口组合基距3 0 m 关于检波器的选型试验和激发因素试验在下面介绍。 二、三分量地震理论方法进行噪音机理的研究 以往研究噪声只能在z 方向上研究，现在三分量地震技术的发展，我们可以 在反射平面内研究噪声的特征，在单炮记录取同一点上接收的转换波和纵波资料， 绘制噪声的质点振动轨迹，可以绘制面波质点振动轨迹，直达波的质点振动轨迹， 随机干扰的质点振动轨迹，折射波的质点振动轨迹，从质点振动轨迹上可以看出： 面波在空间的质点振动轨迹是椭圆，随机干扰在空间上质点振动轨迹没有确定的 方向，有效波在空间的质点振动轨迹基本呈线性，直达波在空间的质点振动轨迹 应呈圆形，如图2 - 2 、图2 - 3 、图2 4 、图2 - 5 。它们这种不同的特征为处理中纵 波转换波分离和信噪分离即极化滤波提供了条件。 7 同济大学硕士论文 三、三分量检波器的选用 要改善对转换波的接收效果，提高资料的信噪比，地震波接收硬件一三分量 检波器的性能是很重要的一个环节。1 9 9 4 年物探公司从加拿大引进了o m n i p h o n e 三分量检波器2 3 0 只，1 9 9 5 年进行了试验，从试验中，我们发现o m n i p h o n e 三 0 m 严。 a p o ， - 3 帕唔。：嘞：舭： 硼 ： 。赢 2 - 2面波质点振动轨迹 图2 3随机干扰质点振动轨迹 ，砖乏 o 二p 一“”弗之毒j 。，：a h _ - 。r - o l o _ 。 图2 _ 4有效波质点振动轨迹 图2 - 5 直达波质点振动轨迹 分量检波器有如下问题：( a ) 、三分量检波器各分量之间的串扰非常严重( b ) 、 三分量检波器埋置与检波器方向和倾角调节发生矛盾；( c ) 、在三分量检波器内 安装了极化滤波器。为了改进三分量检波器，以适应目前三分量勘探技术的发展 要求，因此与西安石油学院仪器系吕郊教授合作研制了9 0 型c d j - i o 型三分量检 波器。 l 、检波器的设计要求 ( 1 ) 检波器内不进行极化滤波处理，不设前置放大器，不设分时传送等硬 件，而是将检波器接收的三分量信号直接送地震仪，使三分量数据实现了原始数 据高保真记录。 ( 2 ) 为了避免各分量之间的串扰，多分量之间的夹角由5 4 。改成9 0 。 ( 3 ) 克服检波器埋置与检波器方向调节之间的矛盾，将检波器底坐与检波 器芯体分离。 2 、硬件实施方案 8 ( 1 ) 把安装有x 、y z个检波器磁芯的检波器密封抢固定在方向球行上 部。 ( 2 ) 袖珍经纬仪安装在检波嚣仓j 盖l ，待侧准方位角和调平检被器后 将经纬仪卸下。 ( 3 ) 在尾锥已引入地袁前提下，三个分量检波器水平方向o3 6 0 度范刑u f 渊节：垂向沿铅重方向15 度锥体范罔内u r 调节。 3 、三分量检波器样品的研制 针对已有的三分量检波器在尾锥o 地表紧耦合条件下，无法调节乃位角及倾 角的严币缺点。首次，利用袖珍经纬仪( 精确地质罗盘) 指示方位角和凋节水平， 由万向节装置调节使所有新型二分量检波器，托一条测线卜各物珲点的检波器方 向保持一致，保证方位角误差小于2 度，且每个检波器的x y 【丽处f 水甲而，倾 角误差小于l5 度，这样的检波器所得的二分量数据，足保真。盹数据。 试验样品i 外形 如幽26 ，装配图如斟27 。 三分量检波器的参数如下： 结构5 4 度： 分量间串音，优于 2 0 d b ； 在尾锥与地表紧_ 禺台 条件r 检波器方位如03 6 0 度可渊，误差小十2 度； 在尾锥与地表紧耦合 条什下榆波器倾角01 5 可 调，龌芹小于l5 度； 目26 样品i 外形幽蚓2 - 7 样品i 装配图 一分量问相位差小十im s ； 自然频率1 0 h z ， 必敏度02 5 v e m s l 试验样品1 i 外j 自如h28 ，装配如h29 。技术指标如r 结构9 0 度： 9 瞢_； 目济太 m * 女 ；：i j 燃尝鬲巍j f 条件下榆波器方位角o3 6 0 度- _ - 一i 曩：；兰x 雏l ! 柙南r | 训，误芷小_ j2 度，1 i r毒i 删，j 可g l 在雌铋表紧描合 l j 兰刿。 孽箩霉。 。：慧祧习f舢3 祧 审| 。j 畀? 一鼍 榆嚣i 銎鬻； f l引 榆波器问的连接杆小于 i k冀| 到附嘲检自 同济大学硕士论文 四、三分量检波器埋置误差分析 1 、单个三分量检波器埋置误差理论计算( 参考文献 4 ) 首先讨论三分量检波器埋置时，存在方位角偏差和倾角偏差时，引起各分量 产生的误差。令x 轴为测线方向，y 轴为垂直测线方向，z 轴方向垂直向上。当 三分量检波器埋置既存在方位角偏差，又存在倾角偏差时，各分量存在的误差： 令x 为x 分量的值：y 为y 分量的值；z 为z 分量的值；x 。为三分量检波器 发生偏差时x 分量的值：y 。为三分量检波器发生偏差时y 分量的值；z 。为三分量 若检波器埋置仅在y 方向倾斜( i t 角度时，相当于坐标系绕x 轴旋转a 角。 啪二兰c 埔 沿6 ) 若检波器埋置仅在x 方向倾斜b 角度时，相当于坐标系绕y 轴旋转b 角。 刚i 三酬 协7 ) 若检波器埋置仅存在方位偏差时，相当于坐标系绕z 轴旋转y 角。 耋=。coosv，-。s苫tayy0疆y至 c2 8 ) 令x = l ，y = l ，z = l 将( 2 6 ) 、( 2 - 7 ) 和( 2 - 8 ) 式相乘即可得到三分量检波器的 误差公式。检波器在各个方向存在的误差曲线如图2 一1 2 所示。 2 、三分量检波器组合后埋置误差理论计算 若设1 3 为检波器的个数，组合后的各分量的误差为： 缈2y l y ( 2 9 ) o _ 7 o 6 o 5 o o 3 o 2 o 1 o o 1 5 同济大学硕士论文 a x = 缸a y - - 鱿a z = a z ， i f f i li = li = 1 偏差角( 度) oi o 偏差角( 度) 图2 1 2 三 3 04 0 o o 1 0 2 ( 2 - 1 0 ) ol o2 03 0 偏差角( 度) 分量检波器x 、y 、z 三个方向均存在偏差角时误差曲线图 1 2 v 串一簸洙寓 舛冷吴游商 n串贴嗽窿 同济大学硕士论文 从表2 - 2 中可以看出，随着组合数的增加，三分量检波器的埋置误差随之增大。 表2 2 检波器埋置误差分析表 误差分量( )a x a y a z 偏差角( 度) 12 312 3l23 单个三分量检波器3 个 3 4 6 8 1 3 4o 10 2一o 93 57 11 4 4 分量同时存在偏差 3 个三分量检波器3 个 分量同时存在偏差。组1 0 2 2 0 4 4 0 2咱3_ 0 6 _ 2 7 - 1 0 52 1 3- 4 3 2 合误差 5 个三分量检波器3 个 分量同时存在偏差，组 1 73 4 6 70 5- 14 5- 1 7 5- 3 5 5 - 4 5 合误差 3 、三分量检波器埋置误差实际资料分析 在试验线上选3 8 个三分量检波器，道距为5 m ，偏移距为2 0 0 m ，定点放炮，三 分量检波器保持水平，方位角从0 度变到5 0 度，每改变1 0 度放一炮。共放5 炮。 从单炮记录上，在地震道上选取时窗，在时窗内求振幅的平均值。绘制振幅与检 波器方位角关系图。如图2 - 1 3 所示，从图中可以看出，方位角的改变，振幅随 之改变。 151 01 52 02 53 03 5 道数 图2 1 3 三分量检波器方位角与振幅变化关系图 1 3 目弈太 * 1 谂女 五、组合激发提高信噪比的方法 在三分节地蕊资料采集巾进行了波场调查，从波场调查图上看x 分芷汇录 上面波强度比z 分量记录t 面波强度人。如吲2 一1 4 、吲2 一1 5 所示：x 分量竹炮 记录上面波分为两组： 第一组面波，频率为1 0 l l z ，视速度为2 3 0 米秒，视波k 为2 3 米。 第二自t j f | i 波，频率为1 7 l l z 视速度为2 6 0 米秒，视波长为1 5 米。 z 分埘单炮记采上的面渡只有一组，频率为1 6 1 1 z ，视速度为2 6 0 米秒，视 波长为1 8 米。从上述r 知：x 分量i ：的i f lj 波比z 分量f 2 的而波影响要大，而且 影响有效信息的接收，由rx 分量的主频和商波的土频致，在处理中采川切除 的方法，必然会使更多的有效信息损失，因此最好在采集过程中将咖波址制。如 果采用传统的检波器组合来压制面波， 1 l 于三分司简波器的特殊性，会造成较人 f f j 埋置靛井，冈此采川震源自i 台米压制面波较为理想。 为r 证实= 分量地震组合激发的实际效果，在大庆饪家屯三二分量施。i 区的地 震资料采集中，采用1 3 米井；匀 ，组合井时单井的药帚为3 k g ，进行了纽台并与 单井激发的试验和对比。 n 2 1 4= 分冒干扰波波场调a 罔( 水平分 t ) 目痒太学i 。镕m 图2 1 5三分量规则t 扰渡渊查目( 唾a 分量) 在野外分别选择了单井2 口井组合馓发，所得竹炮记录分别如图21 6 、图 2 17 所示。从实际资料看，组合激发要比币井激发所衙资料面波要弱，存纵波 记录和转换波单炮记录都比较明显。从单地品质上分析，纵波反射t 2 层以r 信 噪比高，反射能盐强；横波反射佶噪比要远远低于转换波，反射能量也划于纵波， 但在t 2 层咀r 都u r 以见到有效反身寸同相轴，这在汪家- e 地区多波采集中转换波 的信噪比算是比较高的冈此从我们的王分景地震施j 墩果柬石采川：口井 组合激发，单个检波器接收，既能保i l ：施工资 ：i 的质量又能提高施工效率。 例2 - 1 6x 分显单炮让采对i z n l 划2 1 7 z 分髓单炮l l 录对比图 同济大学硕士论文 第三章三分量处理方法及应用 一、转换波处理的数学原理( 参考文献 1 1 ) 我们知道，在多分量地震记录的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，一般是既有纵波反射，也存在横波反射。当在各 向同性介质中用纵波震源激发，用三分量检波器接收时，在垂直分量区的记录上 既有纵波反射波的反射，又会存在转换反射波的记录。同理，在径向的水平分量 ( x ) 的记录上也存在纵波反射波和转换反射波。在进行转换波处理之前，应进 行波场分离，将水平分量和垂直分量中的纵波和转换波分离出来。在得到转换波 后，即可进行转换波的处理。转换p - s v 波不同于纵波反射的地方在于其射线路 径的不对称性。因此，即使对水平层状介质，利用多次覆盖共中心点观测技术也 得不到来自同一反射点的反射。对于转换波而言，共中心点道集不再是共反射点 道集。因此，常规的纵波抽道集，速度分析，动校叠加和偏移等都不能用于处理 转换波。转换波的处理主要包括预处理，共转换点道集抽取，速度分析，共转换 点叠加、叠前偏移和叠后偏移等。 1 、波场分离 就用于实际资料的效果而言，在现有的纵、横波分离方法中，印变换法具 有一定的优势。但是在印域纵波与横波的响应往往有较多的重叠部分，不容易 把它们截然分开。为此我们作了改进，提出我们称为删变换的方法使得在川 变换域纵、横波的能量分别汇聚到左右分开的不同口的一些点上，易于实现分离。 在叠前的多分量地震记录上，p - p 反射波的时距曲线表现为双曲线，p - s v 转 换反射波的时距曲线也可以用双曲线来近似，可以统一表示为 红e + 学 ( 3 - 1 ) 式中乙为零炮检距p - p 波或p - s v 波的最小反射时间，蜀为最小反射时间的水平 坐标位置，g o 为某种等价速度。 我们知道，双曲线的时距关系在印域的响应为椭圆，而时空域的直线经f 节 变换后会聚焦到一个点。为此，我们作坐标代换，令 1 6 同济大学硕士论文 工= 扛一) 2 t ，：t 2( 3 - 2 ) f 二= f 2 在新的坐标系下，双曲线的时距关系表现为斜率为9 的直线 t = f 二+ 弘 ( 3 3 ) 式中g = 1 t 。 现在对( x ，f ) 坐标系中的地震记录进行砷变换 万( 下，g ) ：r “( 工，t + q x ，) 出， ( 3 4 ) 万( 下，g ) = i “( 工，t + ) 出 ( 3 4 ) 从理论上讲，经( 3 - 4 ) 变换后的地震记录中，两种反射波的能量会分别聚焦 到万( 百，q ) 的左右两部分不同口的一些点上。与单纯印变换后的两类椭圆相比， 这两部分点分开的程度要更明显，因此易于两种波型的分离。在删域把这两部 分分开，再经( 3 - 5 ) 式删反变换即可以得到分离后的p - p 或p s v 波地震记录。 “( x ，f ) = 1 1 万( ，【，t 一弘) d t ( 3 5 ) o m 万( t ，g ) 中口较大的那一部分经反变换得到p - s v 转换波记录群o ，t ) ；口较校的 那一部分经反变换得到p - p 反射波记录u p ( x ，t ) 。再经过坐标反拉伸即得到愿坐 标系下分离后的波场砧“f ) 和u p “f ) 。 上述分离过程可以对j 分量进行得至l j u s r ( x ，f ) 和“：( x ，t ) ，也可以对z 分量进 行得到“y ( 石，f ) 和“多( x ，t ) 。把从两个分量上分离出的同一种类型的波进行矢量合 成，就可以得到我们所需要的完整的p - p 波或p - s v 波地震记录。 “s 。v ( 工，f ) = “y ( x ，f ) 。：s y ( x ，f ( 3 - 6 ) 。“p ( 工，f ) = u e ，( x , t ) o ”多( z ，f ) 式中。表示矢量合成。 一般情况下，考虑到工分量上的p 波成分很少，z 分量上s v 波的成分也很 少，在实际进行分离的时候也可以不做矢量合成，近似地认为“y “f ) 和掰f “f ) 就是