多次覆盖技术

共反射点叠加法 什么是共反射点叠加法 在野外采用多次复盖的观测方法 在室内处理中采用水平叠加技术 最终得到水平叠加剖面 这一整套工作称为共反射点叠加法 现在多次复盖已成为最基本的野外工作方法 这是地震勘探野外工作的一个重大改进 多次复盖资料不仅可以经过处理得出水平叠加剖面 还可以用于计算速度谱 计算自动静校正和用于进一步实现各种偏移技术 求取各种地震参数等等 水平叠加是将不同接收点收到的来自地下同一反射点的不同激发点的信号 经动校正后叠加起来 这种方法能提高信噪比 改善地震记录质量 特别是压制一种规则干扰波 多次波 效果最好 它所利用的不是频率滤波的频谱差异 也不是组合的方向性差异 而是利用动校正后有效波与干扰波之间剩余时差的差异 并且 多次叠加在压制随机干扰方面比组合效果更好 学习内容 一 共反射点时距曲线方程 二 多次反射波的特点 三 多次叠加的特性 四 多次叠加的相位特性 六 多次复盖参数的影响 五 频率特性和统计效应 七 影响叠加效果的因素 共反射点时距曲线方程 在野外采用多次复盖工作方法时 如图 在O1 O2 03 等点激发 在D1 D2 D3 等点接收 满足O1M D1M O2M D2M O3M D3M 如果界面水平 则每次都能接收到来自界面上同一个R点的反射 M是R在地面的投影 叫共中心点 水平界面的共反射点道集和共反射点时距曲线 共反射点时距曲线方程 水平界面的共反射点道集和共反射点时距曲线 R叫做D1 D2 D3等道的公共反射点 D1 D2 D3等道组成了一个共反射点道集 当然 实际的野外生产工作中 并不是一次激发只用一道接收 而是用多道接收 共反射点时距曲线方程 但我们总可以在许多次激发获得的多张记录上 把地下某个反射点的共反射点找出来 应当注意 在O1 O2 O3等点激发 在D1 D2 D3等点接收 虽然接收到的都是来自界面上R点的反射 但是D1 D2 D3各点接收到反射波的传播路程长度不同 因此传播时间t1 t2 t3是不一样的 共反射点时距曲线方程 如果以各个接收点与对应的激发点的距离 称为炮检距 x为横坐标 以波到达各共反射点道的传播时间t为纵坐标 就可以利用x1 x2 x3和t1 t2 t3作出来自共反射点R的反射波时距曲线的半支 将激发点和接收点互换后 又可以得到时距曲线的另外半支 共反射点时距曲线方程 这种时距曲线叫做共反射点时距曲线 很容易看出 水平界面的共反射点时距曲线方程是 式中x是各道炮检距 h0是共中心点M处界面的法线深度 V是界面上部均匀介质的波速 共反射点时距曲线方程 上式与水平界面的共炮点反射波时距曲线方程在形式上是一样的 但是应当注意它们在物理意义上的差别 共反射点时距曲线只反映界面上一个点R的情况 而共炮点反射波时距曲线反映的是一段反射界面的情况 在共炮点反射波时距曲线上 t0时间反映激发点处反射波的垂直反射时间 在共反射点时距曲线上 t0时间代表共中心点M处的垂直反射时间 认清这两种时距曲线各自的特殊性对以后一些问题的讨论是很有帮助的 共反射点时距曲线方程 当界面倾斜时 对称于M点激发和接收所对应的反射点不再是一个点 如图所示 因而这些道也不再是共反射点道 但是在室内处理时仍按水平界面的情况进行 这样做 实质上并不是真正的共反射点叠加 而是共中心点叠加 引入共中心点的概念之后 可以同时适合于水平界面和倾斜界面的情况 倾斜界面的共中心点道集 共反射点时距曲线方程 共反射点时距曲线方程 对另一个激发点 激发点处的界面法线深度也要变化 为了找出一般的共中心点时距曲线方程 就要使方程中不包含h1 而只包含共中心点M处的界面法线深度h0 为此 先找出h0与h1的关系 如图所示 经过推导可以得出倾斜界面共中心点的时距曲线方程 共反射点时距曲线方程 特别地 当x 0时 t t0 t0表示炮检距为零 即在M点 时的反射时间 即自激自收时间 学习内容 二 多次反射波的特点 一 共反射点时距曲线方程 三 多次叠加的特性 四 多次叠加的相位特性 六 多次复盖参数的影响 五 频率特性和统计效应 七 影响叠加效果的因素 多次反射波的特点 一 多次反射波的产生及类型在地震勘探中习惯把绕射波 断面反射波 弯曲界面反射波称为异常波 有时人们也把多次反射波当作一种异常波 但因为多次反射波与上述几种异常波还有差别 那些异常波除有干扰的一面外 还有可以被利用的一面 而多次反射波则只是一种干扰 所以把它单独列出 以示区别对待 共反射点时距曲线方程 一般说来多次波还包括多次反射波和反射 折射波 折射 反射波 和绕射 反射波等等 这里只讨论多次反射波 并简称为多次波 当反射波传播到地面时 由于地面与空气的分界面 这个面称为自由表面 是一个波阻抗差别很明显的界面 所以是一个良好的反射界面 反射波又可能从这个界面反射向下传播 当遇到反射界面时 又可以再次发生反射返回地面 于是就形成了多次反射波 多次反射波的特点 在我国各探区都不同程度地存在多次波 如苏北地区 玉门地区 和济阳凹陷的某些地区多次波非常严重 如果浅 中层存在良好的反射界面并产生多次波 就有可能掩盖了中 深层的一次反射波 在剖面上多次波较强时 如果在解释中不能正确地把多次波识别出来 就会造成错误的地质解释 例如使巨大的断裂带被隐蔽 有利的构造不见了 以及造成沉积加厚的假象等等 所以为了提高地震勘探的水平 压制 识别多次波是一个十分重要的问题 多次反射波的特点 为了解决多次波的识别 压制问题 就要分析多次波产生的条件 特点 找出它与一次反射波之间的差异 产生多次反射波要有良好的反射界面 因为一般反射界面的反射系数较小 一次反射波的强度比较弱 经过多次反射后 多次波就很微弱了 只有在反射系数较大的反射界面上发生的多次反射波 才比较强且能被记录下来 属于这类界面的有基岩面 不整合面 火成岩 如玄武岩 和其它强反射界面 如石膏层 岩盐 石灰岩等 多次反射波的特点 多次波的类型一般分为下面几种 多次反射波的特点 1 全程多次波在某一深层界面发生反射的波在地面又发生反射 向下在同一界面发生反射 来回多次 又称简单多次波 多次反射波的特点 2 短程多次波地震波从某一深部界面反射回来后 再在地面向下反射 然后又在某一个较浅的界面发生反射 又称局部多次波 多次反射波的特点 3 微屈多次波在几个界面上发生多次反射 多次反射的路径是不对称的 或在一个薄层内受到多次反射 两类多次波并没有很严格的差别 多次反射波的特点 4 虚反射进行井中爆炸激发时 激发能量的一部分向上传播 遇到地面再反射向下 这个波称为虚反射 它与直接由激发点向下传播的地震波相差一个延迟时间 等于波从井底到地面的双程传播时间 典型多次反射波剖面 多次反射波的特点 在深水海域 水深420米 进行地震勘探时记录到的海底多次波 多次反射波的特点 二 全程多次波的时距曲线方程及其主要特点 在几种类型多次波中 我们以全程多次波为代表 详细讨论 下面先讨论全程二次反射 已知 倾斜界面R 倾角为 均匀覆盖介质波速为V 在O点激发 D点处界面的法线深度是h 在测线上某点S接收到由O激发 在R界面上产生的二次全程反射波 求 二次全程反射波的时距关系t f z 多次反射波的特点 推导的思路 作出一个等效界面 使这个等效界面的一次反射波相当于原来界面的全程二次反射波 用等效果面的法线深度h 倾角 覆盖层速度也是V 写出它的一次反射波时距曲线方程 在R界面上产生的二次全程反射波 推导的思路 找出等效界面的参数 h 与原界面参数 h 之间的关系 再代回到等效界面一次反射波时距曲线方程 就可以得到原界面的全程二次反射波方程了 多次反射波的特点 在R界面上产生的二次全程反射波 多次反射波的特点 具体推导过程可分为下面几步 一 等效界面的作法及其证明延长OA 延长SC 它们相交于B 连0 B 则O B 就是等效界面R 要证明R 是R的等效界面 就是要证明R 界面的一次反射波 相当于R界面的全程二次的反射波 根据作图过程有 1 多次反射波的特点 2 证明 3 证明 多次反射波的特点 二 设等效界面的倾角为 在O点处等效界面的法线深度为h 则它的一次反射波时距曲线方程为 三 找出h 和h 之间的关系 多次反射波的特点 四 全程二次反射波的时距曲线是 上式中t 是全程二次反射波的传播时间x是观测点与激发点的距离 多次反射波的特点 三 多次波的剩余时差在本章开始已明确指出 水平叠加方法主要是利用有效波与规则干扰波之间剩余时差的差异 来压制规则干扰波的 多次波是水平叠加能有效地压制的一种规则干扰波 这里对多次波剩余时差专门讨论一下 多次反射波的特点 在第一章介绍动校正基本概念时已谈到 应用水平均匀介质条件下反射波的动校正公式计算动校正量 并对道集中各道进行动校正 就能把同相轴校成水平直线 校正为共中心点的t0时间 多次反射波的特点 上式所表示的动校正规律只适合于它的共反射点 时距曲线方程是以下形式的波 式中 h是水平界面的深度 xi是各道炮检距 V是覆盖层的波速 多次反射波的特点 凡是时距曲线不符合上式规律的任何其它形式的波 包括来自倾斜层的反射波 多次反射波 绕射波等 如果仍按上式进行动校正 在实际工作中正是这样做的 不管什么波都当作水平界面均匀介质的一次反射波进行动校正 则道集内各道的波的旅行时不一定都能校正为共中心点的垂直反射时间t0 而可能还存在一个时差 多次反射波的特点 某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的tom之差称为剩余时差 剩余时差 t0m 作动校正后的反射时间 多次反射波的特点 还可以更具体地把几种情况列出进行比较 在共炮点的记录上 来自水平界面的一次反射波同相轴经动校正后变为一条水平直线 它反映了一段界面 在共反射点道集上 来自水平界面的一次反射波同相轴经动校正后变为一条水平直线 经叠加后变为一道 只反映界面上一个反射点的情况 在共炮点记录上 倾斜界面的反射波同相轴经动校正后是一条倾斜的直线 多次反射波的特点 在共中心点道集记录上 倾斜界面反射波同相轴经动校正后很接近一条水平直线 因为动校正有误差 如果严格按倾斜界面动校正公式进行校正 也会成为一条直线 经过叠加后变为一道 反映一小段界面 不是一个点 的情况 认真体会上述几种情况的特点对理解剩余时差概念是很有帮助的 如任何其它形式波的旅行时为tr 正常时差为 tr 一次波的旅行时为t 正常时差为 t 则剩余时差为 将剩余时差作纵坐标 xi作横坐标 就可以画出剩余时差曲线 它可以形象地反映出某个波的剩余时差随炮检距的变化规律 明确了剩余时差的含意 下面具体分析多次波的剩余时差的变化规律 如图所示 到达D点的波中 有较深界面P上的R点来的一次波 有较浅的d界面来的多次波 图上画了二次 d界面的多次波的路程相当于由等效果面d 上的反射点Dd来的反射波 多次反射波的特点 我们假设这两个波有相同的t0 这样一次波对应的界面一定深一些 多次波对应的界面浅些 因为波速随深度而变化的总趋势是增大的 下面的讨论就是以这样的假设为前提的 现在讨论多次波剩余时差与有关参数的关系 多次反射波的特点 一次波的旅行时为 为了使多次波剩余时差简单明确 用二项式展开 略去高次项 得 多次反射波的特点 多次波的旅行时为 一般情况下 速度随深度增加 Vdt 所以剩余时差大多为正 动校正后表现为校正不足 一次剖面上剩余时差随x的加大而增大 多次反射波的特点 在本节最后 再简单提及关于多次波的一些问题 1 多次波除全程多次波外 其它的多次波如短程多次波和微屈多次波 它们的时距曲线方程 剩余时差变化规律等都比较复杂 它们的识别也是比较困难的问题 2 虚反射以及海洋地震勘探中在海水层内发生的多次波 专门称为交混回响或鸣震 是两种比较特殊的多次波 3 克服多次波在地震勘探的各个阶段都采取了相应的措施 在野外记录阶段采用多次复盖的方法就是为了进一步在水平叠加中压制多次波提供原始材料 在处理中除水平叠加外 还有其它一些方法专门发现并消除多次波 在解释阶段 解释人员还要在地震剖面上通过对比分析进一步检查 去伪存真 识别多次波 避免作出错误的解释 多次反射波的特点 学习内容 三 多次叠加的特性 一 共反射点时距曲线方程 二 多次反射波的特点 四 多次叠加的相位特性 六 多次复盖参数的影响 五 频率特性和统计效应 七 影响叠加效果的因素 讨论多次叠加的特性就是讨论叠加前后有效波和干扰波将发生什么变化 如何选择有关的参数才能使有效波最大限度的加强 干扰波最大限度被削弱 讨论这些问题的思路仍然是把叠加当作一个线性时不变系统 从分析信号在叠加前后频谱的变化 进而导出有关的公式 多次叠加的特性 一 基本公式设经过n次复盖工作得到一共反射点道集 道集内有n道 各道炮检距为x1 x2 x3 xn 并设在各道接收到的一次波和多次波在波形和能量上都是相同的 只是存在到达时间的差别 多次叠加的特性 多次叠加的特性 如果某个波的振动函数是f t 炮检距为0的道 它的频谱是g j 经按一次波动校正后各道的剩余时差是 t1 t2 t3 tn 经动校正后各道波形分别是f t t1 f t t2 f t t3 f t tn 多次叠加的特性 多次叠加的特性 这个公式表明 多次叠加相当于一个线性滤波器 K j 就是这个滤波器的特性 多次叠加对波形的改造作用可以由K j 反映出来 因子K j 与原来信号的类型和波的到达时间无关 它只是叠加次数n 频率 和剩余时差 ti的函数 多次叠加滤波特性K j 是一个复数 它的模K 是多次叠加的振幅特性 它的幅角认 是多次叠加的相位特性 先讨论振幅特性 由上式可得 多次叠加的特性 可以看出 对反射波来说 最理想的情况是它的剩余时差 ti 0 则K n 表明叠加后反射波增强了n倍 对于其它 ti 0的波来说 K 一定小于n 这样叠加对于干扰波就起到相对削弱的作用 多次叠加的特性 显然 振幅特性曲线在 ti 0处有最大值 其数值等于叠加次数n 为了便于对比分析不同叠加次数的叠加效果 把特性曲线坐标作一变换 即令K 除以叠加次数 得叠加特性 多次叠加的特性 5 3 7 在这里需要明确两点 1 叠加特性公式虽然从脉冲波f t 导出 但经过付立叶变换后 其结论只适用于 不同频率的 谐波 因为只有固定某一频率 才能得出叠加特性P 同观测系统 波的剩余时差之间的明确的关系 2 为了既考虑到谐波的频率这一因素而又要把公式作适当的简化以便于讨论分析 一般来说 把P 看成参数n和变量 ti的函数比较合适 下面就按这种考虑作一些简化和变换 多次叠加的特性 多次叠加的特性 由于 令 式中i是道集内各叠加道的顺序 ai叫做各叠加道参量 可理解为各道的剩余时差所占谐波周期的比数 代入 5 3 7 有 这个式子对各种波都是普遍适用的 但各种波的变化规律不同 二 多次波的叠加特性前面已经导出了多次波剩余时差的变化规律 在离散情况下可改写成 多次叠加的特性 一般情况下 速度剖面中速度随深度而增加 也即对t0相同的一次波和多次波 一次波速度V大于多次波速度Vd 故q为正数 ti 0 多次波剩余时差曲线为一上升抛物线 多次叠加的特性 根据多次波剩余时差的规律 可得出多次波的叠加参量 即 对某一频率而言 即T一定 多次波的叠加参量的变化规律亦为一上升的抛物线 其系数为q T 多次叠加的特性 由于多次波的剩余时差 ti和叠加参量ai均按抛物线规律变化 可以利用这一特点 将它的叠加参量变化为观测系统的参数以及 单位叠加参量 的函数 这样叠加特性曲线就有了实用意义和对比标准了 为此 对叠加参量作如下变换 多次叠加的特性 多次波的叠加特性方程 多次叠加的特性 这个公式给出了多次波叠加效应与Kxi和a的关系 为了便于用此公式指导野外观测系统的设计 还要找出Kxi与观测系统的具体参数的关系 为此 引入下列符号 xi是道集内第一道的炮检距 也即偏移距 d是炮点的移动距离 xi x是代表偏移距的道间距数 a x代表炮点移动距离的道间距数 i是该道在道集中按炮检距由小到大排列时的顺序号 于是可得 多次叠加的特性 多次叠加的特性 现在有了上述公式 结合工区的参数q的变化范围 算出这个多次波的叠加特性曲线 多次叠加的特性 就是一条实际计算出的多次波叠加特性曲线 所选用的观测系统参数是 下面以这条曲线为例分析多次波叠加特性曲线的一些特点 多次叠加的特性 1 通放带当a 0时 P 0 1 随着a的增大 P 0 迅速减少 当P a P1 P a1 0 707时叠加后就不能得到很好的加强 故把a1作为通放带的边界 即a a1时 可以得到加强 多次叠加的特性 2 压制带从整条曲线来看 有一个P a 的低值区 我们用P 1 n作为此区的平均值 它与曲线的交点为ac和ac 即当波的a落入 ac ac 区间时 就能得到最好的压制 多次叠加的特性 实际上在压制带内曲线还有极大值 其最大极值称为三次极值P3 P a3 P3能说明压制量的大小 P3越大 即偏离平均压制量1 n越高 压制效果就可能不好 在ac的右边 有时也可能在左边 当偏移值 较小时 会出现P a 的第一个极小点Pm P am 如果am ac 则压制带就可以左移至am处 这时排列长度可适当缩小 这点在设计观测系统时可以考虑 多次叠加的特性 3 二次极值带过了压制带之后a再增大就迅速进入二次极值带 a a2 当干扰波的值落入二次极值带时 压制效果就会不好 因此选择参数时就使干扰波不落入二次极值带 具体地说就是道间距不能过大 在必须使用大道间距时 应增加复盖次数 以降低二次极值带的P a 值 多次叠加的特性 由图可以看出 当其它参数不变时 n越大 特性曲线在二次极值带内的值越小 多次叠加的特性 综上所述 特性曲线上共有六个特征点值得注意 即a1 ac am a3 ac 和a2 其中又以a1 ac和am三个点最重要 对每一条叠加特性曲线 抓住了这六个点 就等于掌握了此曲线所代表的观测系统的叠加特性了 顺便说明 一般的特性曲线都是以单位叠加参量a作为变量 这主要是为了便于分析和对比不同观测系统的叠加特性曲线 实际应用中可以根据需要使用的其它参量或具体参数值 利用相应的公式 对横坐标进行换算就行了 多次叠加的特性 三 脉冲波的多次叠加特性上面的公式只适用于简谐波 实际的地震波是脉冲波 两者的多次叠加特性有什么差别呢 讨论了这个问题 得出的主要结论是 脉冲波的多次迭加特性曲线不存在二次通放带 在过渡带之后就是压制带 在压制带与通过带之间的部分也是过渡带 下图对简谐波与脉冲波的叠加特性曲线进行了比较 多次叠加的特性 多次叠加的特性 学习内容 四 多次叠加的相位特性 一 共反射点时距曲线方程 二 多次反射波的特点 三 多次叠加的特性 六 多次复盖参数的影响 五 频率特性和统计效应 七 影响叠加效果的因素 多次叠加的相位特性 在地震勘探中讨论各种系统的特性时 主要讨论系统的振幅特性 因为它关系到对有效波加强程度和对干扰波压制的程度 而相位特性的重要性小些 一般都不详细讨论 并且也较难理解 在多次迭加特性讨论中 我们将稍为详细地讨论这个问题 使大家对系统的相位特性有较深刻的理解 并体会讨论相位特性的思路和所用的办法 一个系统的相位特性是指某一个频率为 0 相位为 0的简谐讯号通过系统后它的相位所发生的变化 如变为 1 简谐信号通过系统后振幅 相位的变化 多次叠加的相位特性 多次叠加的相位特性 在地震勘探中对各种系统来说 一般都是要求 对有效波 振幅特性数值大 相位特性最好为 0 或某个已知的定值 从资料解释的角度来说 已知相位变化后 就有可能进行相位校正 对干扰波 振幅特性数值较小 最好等于0 相位特性一般无特殊要求 但最好是无规律 使干扰波不以同相轴形式出现 下面以组合的相位特性为例 具体说明相位特性同组合后记录面貌之间的关系 也说明振幅特性和相位特性的不同意义 多次叠加的相位特性 设有效波Va t 0 干扰波Va干 Va 不组合时 有效波 干扰波在地震记录上的面貌见下图 多次叠加的相位特性 如果三个检波器组合 每组内的检波器以每道的位置为中心对称排列 这时有效波的振幅增大三倍 干扰波振幅相对减小 但同相轴斜率不变 因为组合后的相位相当于组内中心点的相位 多次叠加的相位特性 如果组内距一样 每组仍以道的位置为中心对称排列 但各组组合个数 z不同 结果是 各道的有效波和干扰波振幅会不一样 但相位特性同上图一样 多次叠加的相位特性 如果各组的检波器个数一样 n 3 但各组的中心点与道的位置不一致 对有效波来说 因为Va 没有影响 同相轴仍为垂直直线 而对干扰波来说 各道波形与组合前的倾斜直线相比较 则同相轴发生了扭曲 第1道超前 第2道不变 第3 4道落后了 多次叠加的相位特性为 多次叠加的相位特性 由上式可以看到 对一次反射波 剩余时差为0 叠加后的相位移 0 即叠加波形的相位与共中心点M上波形的相位一致 即时间与t0一致 而与观测系统无关 因此对水平层而言 在叠加剖面上同一t0的波在各个叠加点上的相位都是相同的 叠加后的一次反射波同相轴成为一条平滑的直线 对于多次波 情况就比较复杂 为了详细分析相位特性与n 和a的关系 当然可以选不同参数 利用公式计算出叠加的相位特性曲线 不过 现在不必要这样做 只需得出一些定性的结论就够了 多次波经过叠加后能受到削弱 但一般地说不能消灭 即还会有残余的波形存在 这种残余波形仍会以同相轴的形式出现 但在同一叠加段内分成了几段互相错开 所分开的段数和错开的相位差与观测系统及波形的特点有关 多次叠加的相位特性 现在以六次复盖 24道接收为例进行说明 采用这种观测系统时 按照道集内各道的道号可把道集分为四种类型 即 1 5 9 13 17 21道 2 6 10 14 18 22道 3 7 11 15 19 23道 4 8 12 16 20 24道 多次叠加的相位特性 每个叠加点 一个道集 内有六个叠加道 特别值得注意的是每个叠加点的偏移距x1是随叠加点的位置而变的 前已指出 x1是道集内各道中的最小炮检距 在六次复盖 24道接收情况下 可分为六小段 每一小段内有四个叠加点成为水平叠加剖面上的四道 它们的偏移距x1顺次为L L x L 2 x L 3 x L为接收间隔 六个小段内的变化规律都是这样的 多次叠加的相位特性 多次叠加的相位特性 同一观测系统的 x和L是一定的 同一个波的f q是一定的 因而a x2 q也是一定的 从叠加的相位特性公式我们已看到 与n 和a有关 在上述情况下 则 只与x1有关 即只与 有关 因为x1 x 所以x1变化 叠加后的相位也就要变化 具体地说 每一小段内各叠加点的相位随x1均匀地改变 至下一段x1重复这种变化 相位也相应地变化 这样六次叠加剖面上多次波等干扰波的剩余能量的同相轴就截成六段 成阶梯状分布 见图 多次叠加的相位特性 多次叠加的相位特性 根据上述分析可知 三次复盖时则分成三小段 每小段八道 见图 总之n次叠加分成n小段 每小段24 n道 多次叠加的相位特性 观测系统中各符号的意义 多次叠加的相位特性 当然 更一般地说 各小段之间错开的相位差也随观测系统及波的特点而变 叠加次数越少 相位差越大 反之 叠加次数越大 相位差越小 因此 应当注意当复盖次数增加到12次甚至更大时 多次波振幅虽然大大减少了 但同相性即增加了 多次叠加的相位特性 顺便说明 关于一种观测系统有几种特性曲线 的问题 在多次叠加中 虽然对同一个波 用同一种观测系统 但对应的叠加特性曲线并不是只有一条 而是有几条 其原因如下 正如上面已谈到的 若以六次复盖 24道接收为例 有四种叠加点 如果采用的观测系统是 x 50米 接收间隔为L 400米 炮点移动距离为d 100米 多次叠加的相位特性 这种叠加点的六个共反射点道的炮检距变化情况如下 第一种x1 400 x5 600 x9 800 x13 1000 x17 1200X21 1400第二种x2 450 x6 650 x10 850 x14 1050 x18 1250 x22 1450第三种x3 500 x7 700 x11 900 x15 1100 x19 1300 x23 1500第四种x4 550 x8 750 x12 950 x16 1150 x20 1350 x24 1550 多次叠加的相位特性 可见四种叠加点中各道的炮检距变化规律是不同的 只有第一个叠加点的偏移距才等于接收间隔 因而这种叠加点各道的剩余时差的变化规律也是不同的 所以严格说 四种叠加点对应的叠加特性曲线是不同的 即23道接收时 六次复盖有四种叠加特性曲线 十二次复盖有两种特性曲线 多次叠加的相位特性 由于排列的第一道所对应的一组叠加道 即第一种叠加点 中的偏移距x1 1是最小的 它等于接收间隔L 因而一般地说 它的叠加效果是最差的 所以我们在分析某一观测系统的叠加效果时 一般只分析这种叠加点的叠加效果 也就是说只要将接收间隔当作偏移距即选择 1 1 x的那条特性曲线来分析就可以了 学习内容 五 频率特性和统计效应 一 共反射点时距曲线方程 二 多次反射波的特点 三 多次叠加的特性 六 多次复盖参数的影响 四 多次叠加的相位特性 七 影响叠加效果的因素 频率特性和统计效应 一 频率特性正如在讨论组合的频率特性时已指出的 进行组合的目的并不是要进行频率选择 但它仍然是具有频率滤波作用的 进行多次叠加时也有类似的情况 它也存在频率滤波作用 我们分析多次叠加频率特性的目的 也是要了解它的规律 以避免这种副作用造成不良后果 频率特性和统计效应 明确地给出叠加频率特性的公式 由上式可以看出 当一次波动校正正确 剩余时差为零 多次叠加对一次波是没有频率滤波作用的 因为这时P 1 n是一个与频率无关的常数 频率特性和统计效应 上式是叠加特性公式 式中 ai ti T 也可说明多次叠加的频率特性 因为当波的剩余时差 ti 0时 对一个脉冲波 它可以分解为无数个简谐波 每个谐波有着不同的周期T 由叠加特性公式可知 不同谐波就有不同的叠加效果 相当于叠加起着频率滤波的作用 我们一般讨论时 就把一个主周期为丁的脉冲波近似地看成一个周期为T的谐波 频率特性和统计效应 如果要比较细致地分析多次叠加对某个波的频率滤波的作用 则先要给出这个波的剩余时差的变化规律才行 在讨论多次波的叠加特性时已导出有关的公式 和作出了叠加特性曲线 因此 要讨论多次波的叠加频率特性是比较方便的 这时只需把图5 3一l的横坐标作适当的变换 变为以频率为横坐标就行了 当然 在作这种变换时还要假定一些参数的具体数值 下面说明这种变换的做法 已知叠加参量 频率特性和统计效应 所以单位叠加参量与频率的换算关系式为 如果假定 x 40米 q 1 56 10 9 t x 25 10 6秒 得到 频率特性和统计效应 按这一关系就可以把多次叠加特性的横坐标用频率表示 图中还同时列出 x 20米 x 80米时 横坐标的频率值 频率特性和统计效应 由图上可见 在上述参数值之下 可以归纳出以下两个特点 1 x 40米时 第一极小点fm 38赫 压制带边界fc 32赫 通放带边界f1 18赫 即在图示这种条件下 对q 15 6 10 9的多次波能起到低通滤波作用 2 x 20米 f即增大至4倍 x 80米 即缩小至1 4 则fm fc f1的频率值也要发生相应的变化 频率特性和统计效应 还要指出 如果由于种种原因造成一次波仍存在剩余时差 则多次叠加对一次波也有频率滤波作用 这时可根据一次波剩余时差的变化规律进行计算 分析 如果一次波剩余时差也符合抛物线规律 则上述计算及分析方法 同样适用于一次波 频率特性和统计效应 二 多次叠加的统计效应多次叠加对随机干扰也有压制作用 其原理与组合相同 即如果道集内各道炮检距差别足够大 使各道记录到的随机干扰是互不相关的 则经n次叠加后 随机干扰只增强n1 2倍 如果有效波叠加后增强了n倍 则叠加后信噪比增加n1 2倍 但必须指出 这只表示组合和多次叠加统计效应在数学上遵循同样的公式 频率特性和统计效应 在实际效果上 n次叠加的统计效应要比 z个检波器组合的好 这是因为仅从数学关系上去分析不能很好地反映这两种野外工作方法的不同 组合时 是把同一次激发的 由几个检波器接收到的信号叠加起来 此时 这几个检波器接收到的随机干扰是由同一震源在同一时间产生的 而在多次叠加中一个共反射点道集的各道 是在各次激发时分别获得的 因而记录下来的随机干扰是由不同震源在不同时间 不同地点激发并不同时间 不同地点接收的 共反射点道集中各道之间的距离也比组内检波器之间的距离大 频率特性和统计效应 因此在多次叠加中各道的随机干扰之间更符合 互不相关 这一要求 总而言之 组合与多次叠加两种情况下所记录的波动其特点存在很大差异 因而实际效果不同 多次叠加更符合互相关函数公式的假设条件 所以它的统计效应比组合的好 共反射点叠加法 5 6多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则正确地选择多次复盖参数 对于利用叠加效应压制多次波 加强一次波具有重要作用 为了找出指导正确选择参数的原则 就要细致地分析各种参数对叠加效果的影响 在实际生产工作中 这些参数主要指道间距 x 偏移距x1 即接收间隔l 或偏移距的道间距数 以及复盖的次数n等 因为地震仪的接收道 数是固定的 当复盖次数也确定后 炮点移动距离d也就可以根据接收道及复盖次数来确定 所以d不是一个独立的参数 一 道间距如的选择 二 偏移距x1的选择 三 复盖次数n的选择 四 选择观测系统的原则和步骤 本节主要内容 前面已讨论过 当参数n 不同时 叠加特性曲线的特征点a a1 a 1也会不同 这就是说偏移距x1 道间距 x和复盖次数n不同时 叠加特性曲线的形状就不一样 下面分析这几个参数对叠加特性曲线的影响 总结出一些指导多次复盖参数选择的原则 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 一 道间距如的选择为了突出 x这一参数对叠加效果的影响 在单位叠加参量 取定T的值 如取定T 30毫秒 并把横坐标a换成q 即 5 6 1 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 分别以 x 20米 40米 80米和100米代入 5 6 1 式中 就得到了一组 x为参数的 以q为变量的叠加特性曲线见下图 根据选定参数可得两种横坐标的换算关系 例如当 x l00米 T 30毫秒 代入 5 6 1 式有 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 由此可见 对T 30毫秒 x 100米的情况 原来的q a 曲线可以不变 只需把横坐标的标度乘上3即可 见图5 5 1 对其它 x值 也可作类似的坐标变换 保持曲线形态不变 但改变横坐标的刻度 另一种做法是把 x 100米时的横坐标刻度固定不变 对其它 x值 用已选定的这个横坐标刻度 分别绘制不同如值的p q 曲线 下图就是这样画出来的 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 从下图可以看出 随着道间距的增大 通放带宽度变窄 变陡 压制带的范围向左移 也就是说 随着道间距的增大 有利于压制与一次波速度相近的多次波 当道间距很小时 如 x 20米 q值在很大范围内都处于通故带 这时是不可能收到压制多次波的效果的 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 在实际生产中 仪器的道数是一定的 道间距加大 接收段 排列长度 也加大 生产效率可以提高 但是 也应注意 我们对一次波的动校正也不是绝对准确的 如界面倾斜 速度参数选择不正确等 特别是在 x大 排列长的情况下 一次反射也可能存在剩余时差 即它的a不为0 若道距太大 就可能落入压制带 这是要考虑到的 此外在第三章中谈到的 x的选择原则 也仍是应当遵守的 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 二 偏移距x1的选择下图是四次复盖不同偏移距叠加特性曲线 偏移距x1以道间距为单位 即用 来表示 随着 的加大 通放带的宽度变窄 a1值变小 压制带范围向左移 ac值也变小 同时压制带范围内曲线的三次极值的幅度也变小 这些都说明了偏移距的增大能更好地压制与一次反射波剩余时差相近的多次波等干扰 实践证明 加大偏移距能使多次叠加压制多次波的效果提高 例如有些工区采用数字地震仪工作 偏移距选用650米 取得很好效果 当然 偏移距很大时 特别是在接收道数也较多 道间距也较大的条件下 会使远离激发点的一些道因炮检距太大而产生一些问题 如浅层折射对浅层反射的干涉 动校正量太大造成浅层动校正引起的畸变严重 有时不得不用切除的办法处理 损失了许多浅层有效波信息 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 三 复盖次数n的选择右图是单边放炮的不同复盖次数的叠加特性曲线 从图上可以看出 在压制带 ac a c 范围内 P a 的平均值近于1 n 就这几方面而言 叠加次数越多 对于干扰波的压制越好 同时 复盖次数n的加大 a1 ac的位置变化不大 压制带变宽 这说明对压制与反射波速 度差异较大的多次波有利 对速度差异较小的多次波 仍需用加大道间距或增大偏移距的办法 来增大它的剩余时差 以提高分辨率 还须指出 5 4中讨论多次叠加的相位特性时已谈到 在水平叠加时间剖面上 叠加后多次波的残余振幅 随着复盖次数的增加而减少 但同时 它们在时间剖面上的一致性也增加了 这点在增大复盖次数时是要考虑到的 四 选择观测系统的原则和步骤合理选择多次复盖观测系统对多次叠加的效果往往起着决定性的作用 应当根据工作任务 工区的地质条件和仪器装备的特点恰当地选择有关参数 关于这些参数对叠加效果的影响 上面已进行了讨论 这里再具体谈谈选择观测系统的原则和步骤 选择观测系统的原则共有以下三条 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 1 要根据地下地质情况 地质任务和干扰波的特点来选择观测系统的形式 若工区内断裂发育 多次波的干扰又不太严重 则应以中间放炮或较短排列的单边或双边端点放炮的观测系统来进行工作 因为这时观测结果的精度最大 由于排列短 动校正误差小 地下反射点的密度也增加 精度就较高 在多次波干扰严重的地区 为了压制多次波 突出一次波 应当采用偏移距较大的单边放炮长排列观测系统 2 必须确保有效波处于通放带 干扰波落入压制带 这是多次复盖是否有效的必要条件 3 经济原则 在保证地质任务 保证资料质量的前提下 应尽可能用低复盖次数 大道间距 大排列 以便用较小工作量就能有效地完成地质任务 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 关于设计观测系统的步骤 首先要再次明确 用多次叠加压制多次波主要是利用多次波与一次反射波之间剩余时差的不同 从本质上说是因为对同样的t0 这两种波的传播速度是有差异的 此外考虑到单位叠加参量a中包含了波的周期这一因素 因此也需要掌握多次波主周期Td 的特点 总之 具体地说 观测系统的设计也就是根据工区内反射波和多次波的速度规律 原始信噪比和多次波的视周期等已知情况 合理地确定得盖次数n 偏移距x1 和道间距 x等参数 在实际做法上应当是理论计算与野外试验相结合 多次复盖参数对叠加效果的影响及其选择原则 5 7影响叠加效果的因素 以上几节的讨论 假设反射界面是水平的 同时也认为动校正速度选取正确 动校正量的计算也是正确的 因而能实现真正的共反射点叠加 然而在实际生产工作中 这些条件不可能完全满足 例如一次波和多次波的动校正速度选择得不完全正确 反射界面不是水平的 而有一定的倾角等等 为了保证多次叠加的质量 取得好的实际效果 需要分析这些因素的影响 估计可能造成的后果 找出减少或避免这些不利因素影响的办法 这是很有必要的 这些问题 有些将在第六章讨论 有些则已属于数字处理方法的内容 在这里只谈谈速度参数不准确引起的影响以及地层倾斜的影响两个问题 影响叠加效果的因素 本节主要内容一 动校正速度选取不准确的影响 二 地层倾斜对叠加效果的影响 影响叠加效果的因素 一 动校正速度选取不准确的影响1 对一次波影响如果选取动校正速度 也叫叠加速度 Va与一次射波的实际速度V有误差 则经动校正后 一次反射波不会校正到x 2处的回声反射时间t0 而与t0有一剩余时差 tv 式中qv是由速度误差而引起的剩余时差表达式中的一个参数 可叫做 速度误差剩余时差系数 当一次波也存在剩余时差时 经n次叠加后 一次波将不会增强n倍 由 5 7 1 可知剩余时差 tv是x2的函数 叠加效果完全与多次波相似 可以用已讨论过的叠加特性进行分析 影响叠加效果的因素 关于在不同观测系统或地质条件对速度精度的要求有几点一般的规律 第一 叠加次数越高 接收间隔越大时 通放带越窄 对动校正速度精度要求越高 否则一次波就可能进入压制带 第二 界面越深的反射波 即t0越大的反射波速度误差的影响越少 反之 对浅层速度误差影响大 第三 随着道间距的增加 由速度误差引起的叠加参量av增大 允许的最大速度差就要减小 同时av也与波的频率 成正比 频率越高 av也越大 速度误差就越有可能使一次波落入压制带 因此速度误差较大时有压制高频成分的作用 影响叠加效果的因素 2 对多次波的影响动校正速度的正确与否 也直接影响到对多次波的压制效果 速度误差对多次波的叠加有两种影响 当动校正速度大于一次波速度而使一次波校正不足 则多次波的剩余时差 td将增大 从 5 2 16 式可以看出 这可以使多次波进入压制带而更有利压制多次波 相反 当动校正速度小于一次波速度 td将越小 到一定程度则多次波可能进入通放带而不受压制 若更细致地分析 则可发现速度误差对多次波叠加效果的影响还与观测系统有关 在实际工作中速度参数的提取及选择 是在地震资料数字处理过程中的一项重要工作 在这里不作详细讨论了 影响叠加效果的因素 用不同速度动校正后的道集记录结果示意图 当速度合适时 动校正后一次波相轴是一条水平直线 而多次波由于剩余时差的存在 呈与初至波方向一致的双曲线 当速度过大时 一次波也会出现剩余时差 多次波剩余时差加大 方向则都与初至波方向一致 影响叠加效果的因素 当速度过小时 动校正量过大 一次波会呈与初至波方向相反的双曲线 而多次波一般则呈与初至波方向一致的双曲线 但斜率显著变小 如果动校正速度小到正好与多次速度相等时 多次波同相轴也可能成为一条水平直线 一次波仍将呈与初至波方向相反的双曲线 影响叠加效果的因素 二 地层倾斜对叠加效果的影响当地层倾斜时 对水平叠加效果的影响可归结为两方面 即共反射点分散的影响和把倾斜界面当作水平界面计算动校正量造成的校正不准确的影响 下面分别进行讨论 1 共反射点分散的影响 在 5 1讨论倾斜界面情况下的共中心点时距曲线方程时已指出 当反射界面倾斜时 各叠加道的反射信号并非来自同一反射点 随着炮检距增大 反射点要向界面上倾方向发生偏移 影响叠加效果的因素 倾斜界面情况下共地面中心点的接收道反映的不再是一个公共反射点 而是一个