物探-浅层折射波法和反射波法ppt课件

.,第二章,浅层折射波法和浅层反射波法,.,本章要求,了解浅层地震勘探的主要仪器设备；掌握浅层折射波法和反射波法野外观测系统，了解数据采集质量的影响因素；掌握直达波、两层水平与倾斜界面反射波和折射波时距曲线的推导方法，了解多次波与绕射波时距曲线的特征与推导方法；掌握真倾角与视倾角的概念；了解倾斜界面反射波和折射波时距曲线，了解弯曲界面对反射波时距曲线的影响；了解浅层折射波法和反射波法的资料处理方法；掌握地震勘探资料的定性和定量解释。,.,第一节数据采集,.,一、主要仪器设备,浅层地震仪又叫工程地震仪，具有探测深度浅、探测对象规模较小、体积小、重量轻、灵敏度高等特点。地震仪的发展：模拟光点记录地震仪模拟磁带记录地震仪数字磁带记录地震仪数字电子记录地震仪,.,工程地震仪的基本要求：,1.应具有高放大倍数的性能；2.记录强、弱信号不失真；3.应具有较宽的通频带：fHi300Hz、fLo30Hz。,工程地震仪的特殊要求：,1.应具有较高的分辨率；2.应具有较高的信噪比；3.应具有信号增强功能；4.轻便、工作效率高。,.,地震仪的四个组成部分,检波器放大器震源同步系统记录显示装置,一个地震道：,一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路）和一个记录器组合在一起,.,1.检波器,(1)速度检波器,其电压输出与地表质点运动速度成正比的检波器,检波器：是把地震波到达引起的地面微弱振动转换成电讯号的装置。,速度检波器：因为检波器输出信号电压与其振动时位移速度有关，一般为电磁式；加速度检波器：具有固有频率高的特点,可用来测量物体振动的加速度，一般为压电晶体。,.,(2)加速度检波器,其电压输出与地表质点运动的加速度成正比的检波器，也叫涡流检波器。,速度检波器根据其固有频率可分为：,低频检波器-10Hz中频检波器-1033Hz高频检波器-33100Hz,加速度检波器一般为高频，频率可达1000Hz,.,2.震源,锤击炸药震源枪电火花,3.震源同步系统（触发系统）,在激发地震波的同时产生使主机记录的同步信号。,.,二、观测系统,激发点和接收点之间以及排列和排列间的位置关系称之为观测系统,测线布置原则：,1.测线最好为直线，此时垂直切面为一平面，所反映的构造形态比较真实；2.主测线应尽量垂直岩层或构造的走向，目的是最大限度地控制构造形态；3.测线应尽可能与其它物探或钻探等勘探线一致；4.测线的密度应根据地质任务要求及探测对象的复杂程度等因素决定。,.,1.观测系统有关的专业术语,道间距,排列长度,浅折：510m；浅反：25m,如接收道数为N，则：,偏移距,偏移距为道间距的整数倍，一般不小于最浅的目的层深度,指相邻两道检波器的间距，一般用X表示。,第一道到最后一道检波器的距离，用L表示。,炮点距最近的检波器之间的距离，一般用X1表示。,.,最大炮检距,X,X1,L,Xmax,炮点,S1,S2,S3,SN,测线,炮检距为炮点与检波点的间距，炮点离最远的检波点距离为最大炮检距，一般用Xmax表示。最大炮检距与探测深度密切相关，对于折射波法，Xmax大于57倍目的层深度；反射波法为0.71.5倍目的层深度。,.,2.折射波法观测系统,（1）测线类型,纵测线,非纵测线,.,（2）观测系统,单支时距曲线观测系统相遇时距曲线观测系统多重时距曲线观测系统追逐时距曲线观测系统,时距曲线：,指接收点距离和地震波走时之间的关系曲线,X,t,.,单支时距曲线观测系统,OS1S2S3Sn,排列关系：,OS1S2S3Sn,t,X,i,S直达,S折射,盲区,t0,t直,X直,X折,t折,V1,V2,各层速度：,V1=X直/t直V2=X折/t折,一端连续增加发射点即形成追逐时距曲线观测系统,.,相遇时距曲线观测系统,OS1S2S3SnO,排列关系：,O,O,ABCE,S折射,S折射,S折射反映了BE段；S折射反映了CA段；BC段则是两条曲线共同反映的地段,两端同时增加发射点即形成多重相遇时距曲线观测系统,.,3.反射波法观测系统,单次覆盖简单连续观测系统宽角范围观测系统多次覆盖观测系统,在浅层反射波法现场数据采集中，根据仪器及地震地质条件的不同，选择不同的观测系统。一般可用的观测系统：,.,多次覆盖观测系统,多次覆盖观测系统，又称水平叠加、共反射点叠加、共中心点叠加，是指一条测线上不同点击发、不同点接收地下同一反射点的信号。,SnS2S1OD1D2Dn,R,共反射点,.,右图为6次覆盖观测系统,O1O6激发6炮后得A、B、C、D、四个达到六次覆盖的共反射点。,.,炮点移动道数计算：,其中：N为每炮的接收道数；n为覆盖次数；d是激发点间距；S为常数，单边激发为1、双边激发为2。,.,4.影响浅震采集质量的因素,野外采集中，除正确选择震源、仪器和合理布置观测系统外，还要选择采集条件和工作条件：如测线位置、扫描时间、仪器增量、通频带等来突出有效波，压制干扰波以得到高质量地震记录。试验阶段:对区内各种干扰波和有效波的分布特点进行研究，分析各种波在时空域中相对关系，以及频率、视速度方面差异，以便更好设计采集系数。,.,工作阶段：,图2.1.7模型试验结果图中可确定出最佳接受窗口。图2.1.8浅层试验记录。图2.1.9中间放炮双边接受的浅震实验记录。,.,.,理论时距曲线是指在理想状态下，典型界面的反射波和折射波理论上可出现的时距曲线形态和规律,第二节理论时距曲线,.,一、直达波时距曲线,OS1S2S3Sn,t,X,t,X,曲线方程：,曲线斜率：,表层速度：,.,二、折射波时距曲线,1.水平二层界面的折射波时距曲线,假设地下深度h处,有一水平速度分界面R,其上下两层速度分别为v1和v2,且v2v1,如图从激发点O到地面接收点S的距离为x,折射波旅行路程OABS。则旅行时t:,.,所以：,由于：V2=V1/sini,所以：,从图中简单的几何关系知：,.,此为水平二层介质的时距曲线方程，为直线，斜率：k=1/V2,.,如果令X=0，则曲线的延长线相交t轴为t0，称为截距,表示界面深度h与截距t0之间的关系,此求深度法称t0法,.,2.水平三层界面的折射波时距曲线,斜率：k=1/V3，盲区：OM2=2h1tgi13+2h2tgi23,.,将上式推广到n层：,由上可见，在多层水平介质情况下，折射波时距曲线仍为直线。,.,3.倾斜界面折射波时距曲线,下倾方向接收时折射波的旅行时间为：,.,则：,同理，在O2点激发，在上倾方向O1点接收，波的旅行时间为：,.,倾斜界面时距曲线的特点：,时距曲线的形状：,倾斜界面的折射波时距曲线仍为直线，其斜率或视速度的倒数分别为：,特点：上倾方向折射波时距曲线斜率小、视速度大、曲线缓；下倾方向折射波时距曲线斜率大、视速度小、曲线陡。,.,特征点的距离：,下倾方向接收的折射波时距曲线盲区O1M1较小、截距时间t01也较小；上倾方向接收的折射波时距曲线盲区O2M2较大、截距时间t02也较大；此特点可帮助我们判别界面倾向。,.,倾角计算：,解斜率公式：,得：,得到倾角公式：,V1由直达波曲线上求得V*上和V*下由S上和S下求得,.,界面倾角的影响：,实际工作时，可将测线布置的与地层倾角斜交，使视倾角变小，以满足i+90的条件。,当+90时，下倾方向接收，折射波射线将无法返回地面，上倾方向入射角总小于临界角，无法形成折射波，见左图：,i,i,R,X,+=90时的示意图,+90时的示意图,.,V*与i、的关系：,只讨论上倾方向接收时：,当i时V*为正,当i=时V*为折射波为垂直地面传播,当i时V*为负时距曲线倒转，意味着折射波先到达离震源远的检波器,.,V2的计算：,由V*上和V*下的公式得：,即可求出V2,当15时，COS1，则上式=2/V2,当=0时，为水平界面，V*上=V*下=V2，视速=真速,.,h1、h2的计算：,将S上、S下分别各自的时间轴延长，得截距t0上、t0下，用t0法求两个激发点的界面法向深度（t0=2hcosi/V1）。,h2,h1,O,O,.,4.其它特殊界面折射波时距曲线,.,.,.,.,三、绕射波时距曲线,x,L,s,O,h,A,X,t,波的旅行时间由二部分组成：,为双曲线方程，最小点为绕射点在地面的投影位置,.,四、反射波时距曲线,1.水平界面反射波时距曲线,根据光学的镜像关系，求出O点的镜像点O*，我们将O*点称为虚震源点。可认为反射波是O*激发的直达波。,.,波的旅行时间：,移项变换后：,为双曲线方程，对称于t轴，极小点位于震源点上方,当x=0时：,t0=2h/V1,界面深度：,.,（1）反射波和直达波时距曲线,双曲线的渐近线斜率：,水平界面反射波的几个问题,这个斜率实质上是前面所讨论的直达波的斜率，也就是说，当接收点远离震源时，即X很大的情形，反射波时距曲线与直达波时距曲线重合，意味着直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线。,.,（2）时距曲线的弯曲情况,由前面介绍可知：,V*=V/sin,当X时：90，V*=V曲线趋于渐近线,当X0时：0，V*曲线变得平缓,对于某一反射界面的时距曲线来说，随着炮检距X的增大，角也增大（21），从而使V*变小，斜率变大，曲线越来越弯曲：,我们可用视速度定理来讨论时距曲线的弯曲情况：,.,另外，也可根据反射波时距曲线方程求得双曲线斜率的倒数（视速度）：,来讨论上述结论,而对于埋藏深度不同的反射界面的二条时距曲线来说，因深层反射波返回地表的角比浅层的要小，V*相对变大、斜率变小、曲线变缓。,.,对于多层水平反射界面，地震波沿折线传播，此种条件下，若炮检距不大，可以将多层介质的反射波时距曲线近似为双曲线，即将多层介质等效为厚度为H，速度为平均速度的单一反射界面。,（3）多层水平反射界面,等效平均速度法,.,等效平均速度数学模型,.,将多层介质用具有均方根速度和厚度的均匀介质来代替，即：,均方根速度法,.,2.倾斜界面反射波时距曲线,对于倾斜界面我们仍然用虚震源O*来推导时距曲线,.,.,曲线极小点坐标：,曲线t坐标轴的截距：,应用此式可求出反射界面的法向深度,.,倾角（严格讲为视倾角）的求法,另一方法（见右图）,在时间剖面上任意取与t轴等距离的两炮捡距x，则有：,td称为倾角时差,倾角时差：是由激发点两侧对称位置观测到的来自同一界面的反射波的时差，由界面倾角引起的。,.,3.反射波时距曲线与反射界面的关系,.,.,变换后：,h,时差t的大小与断距h有关：,.,第三节浅震资料处理及解释,理论上浅层地震的分辨率,纵向分辨率：,横向分辨率：,纵向分辨率也叫垂向分辨率或时间分辨率。它是指地震记录沿垂直方向能够分辨的最薄地层的厚度。通常的含义为地震记录上能够正确地识别地层顶、底界面的反射波。,横向分辨率也叫水平分辨率或空间分辨率。它是指地震记录沿水平方向能够分辨的最小地质体的宽度。,.,影响分辨率的因素,1.主频和频带宽度：,宽频带的高频地震波具有较高的分辨率,2.时间采样率：,时间采样率-相邻两组纪录数据的时间间隔。设为t，则能够记录到的不出现假频的最高频率为1/(2t)；如：有效波的上限频率为250Hz，则t=2ms,3.空间采样率：,空间采样率一般指道间距X。道间距越小，则横向分辨率越高；浅反中应Xr，一般为r/2左右。,4.地震波的穿透深度：,穿透深度越大分辨率越低,.,折射波的资料处理与解释,总体分为两步：1.对地震记录进行波的对比分析，识别并提取有效波的初至时间和绘制相应的时距曲线。2.据时距曲线特征，选用相应的方法进行解释工作。,.,两种解释方法：定性解释和定量解释方法,定性解释:根据已知地质情况和时距曲线特征，判别地下折射界面的数量及其大致产状，是否有断层或其它局部性地质体的存在，为选择定量解释方法提供依据。定量解释:根据定性解释的结果选用相应的数学方法或作图方法求取折射波界面的埋深和形态参数，然后可根据结果构制推断地质图等成果图件。,.,折射波t0法解释系统,预处理：若地层记录中初至区干扰波较强,有效波相对较弱,则应选择预处理中通过滤波,切除或均衡压制干扰波，以保证对有效波的识别。,.,折射波t0法解释步骤：,在记录上识别折射波静校正绘制时距曲线t0解释法求取地层厚度及纵波速度和地层倾角。,.,.,浅反资料处理与解释,浅反资料处理,.,浅反资料的一般处理流程：,浅反资料处理,浅反资料处理,.,一、预处理,预处理的目的是把原始数据进行初步加工，使之满足处理方法技术的要求。,1.剪辑处理,2.切除,浅反资料处理,所谓剪辑，就是将那些不好的原始数据改正或切除。不正常的记录道包括工作不正常道、死道。工作不正常的道可能使记录的波形严重畸变，表现为振幅过大或过小，需将它们充零（切除）；死道是由于检波器埋置不好或检波器、仪器、大缆线等的故障造成的，也应充零。,切除包括以下几个方面：（1）切除强振幅的初至波，这些初至波一般是直达波和浅层反射波等干扰波；（2）切除发生相位畸变的浅层宽角反射波；（3）切除震源干扰波，以防止强振幅的相干干扰波参与水平叠加处理。,.,原始纪录与经过剪辑切除处理后的对比图,浅反资料处理,.,3.抽道集,多次覆盖观测系统处理时为共反射点叠加，又称CDP叠加。叠加前要将整个剖面的共反射点的道抽出来，每一反射点一张记录，即形成CDP道集。这实际是一种数据重排，其目的是为了水平叠加和计算速度谱的方便。,共反射点时距曲线方程：,浅反资料处理,.,二、参数分析处理,参数分析处理是为了寻找在常规处理或其他处理中采用的最佳处理参数，一般包括频谱分析（一维和二维）及速度分析等。,1.频谱分析,浅反资料处理,频谱分析是为了了解有效波和干扰波的频率分布范围，以便选取合适的频率滤波参数。,.,2.速度分析,速度参数在数据处理和解释中至关重要，叠加速度质量的好坏直接影响了地震时间剖面的质量，也影响层速度及平均速度的计算精度，最终影响到地质解释的精度。速度分析的目的之一是水平叠加、偏移等提供处理的速度参数，同时为时深转换提供平均速度。,非正确速度,正确速度,速度参数在水平叠加时的重要性,CDP道集,t=2h0/v,浅反资料处理,.,三、常规处理,常规处理是浅反资料处理中的中心环节，通过合理的处理方法及流程，把在参数分析阶段确定的最佳处理参数用于地震资料的处理。,常规处理一般包括滤波、静校正、动校正、水平叠加等步骤,浅反资料处理,.,1.数字滤波,数字滤波包括频率滤波和视速度滤波,根据有效波和干扰波在频率上的差异来压制干扰波、突出有效波的方法叫频率滤波。由于其信号以及滤波因子都是单变量的函数，所以频率滤波又称一维滤波。,利用视速度不同进行滤波的方法称视速度滤波。频率滤波和视速度滤波结合起来称为二维滤波。,频率滤波是一种线性运算，可用于处理过程中的每一作业，如在共炮点或共反射点道集记录、叠加前后或偏移前后的CDP剖面等。一维滤波可以压制低频和高频的的干扰波，但一般声波和面波及多次反射波的干扰仍然存在。此时必须采用二维滤波。,浅反资料处理,.,滤波效果对比,一维频率滤波结果,浅反资料处理,.,浅反资料处理,.,浅反资料处理,.,2.静校正,地震勘探的基本理论均以地面为水平面、近地表介质均匀为假设前提的，而在野外实际工作时，情况并非如此。由于地形起伏不平、低速带的厚度和横向速度也是经常变化的，这些因素都会直接引起反射波到达时间的改变，从而影响地震叠加剖面的质量。因此要进行表层因素的校正，即静校正。,浅反资料处理,.,人为选定一个静校正基准面，利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度等资料，将所有的炮点和检波点都校正到该基准面上，用低速带层以下的地层速度代替低速带的速度，从而去掉表层因素的影响，以满足地表水平、表层介质均匀的假设条件。,野外静校正方法,地形校正有正有负，通常规定当测点高于基准面时为正，低于基准面时为负。,浅反资料处理,.,野外（一次）静校正量计算示意图1基准面；2地形线；3基岩顶面；4反射界面；0-炮点：S-接收点,1,2,3,4,O,S,浅反资料处理,.,3.动校正（正常时差校正）,为了进行水平叠加，用反射同相轴直观地反映地下的构造形态，便于波的对比解析，故要对双曲线形的反射波时距曲线进行正常时差校正，动校正处理是针对共反射点（CDP）道集的。它把炮检距不同的共反射点校正为中心点的回声时间（相当于自激自收的记录道）。,将CDP各道均换成0偏移距的过程叫动校正,浅反资料处理,5,.,动校正前后反射时距曲线,t0=2h0/v,浅反资料处理,反射时距曲线为一双曲线,时距曲线与t0的直线一致,.,多次覆盖就是为了水平叠加，水平叠加（或称为共反射点多次叠加）技术是目前浅层地震反射波勘探中最常用的方法。它是将动校正后的共反射点道集叠加在一起形成一个CDP道。,4.水平叠加,浅反资料处理,.,共反射点（CDP）水平叠加的过程,浅反资料处理,.,一个共中心点道集经过静、动校正后，水平叠加作为一道输出。输出道上的反射波时间t0就是共中心点M处的回声时间。一条剖面有数千道共中心点道集。以t为纵坐标，测线为横坐标，将每一个共中心道集的叠加输出道按顺序排列在各自相应的共中心点位置，就构成了时间剖面。,时间剖面,.,时间剖面,经过水平叠加得到的剖面称时间剖面。（见图）,剖面坐标轴：纵坐标为零偏移距t0；横坐标为CDP点（相邻两CDP点间距为1/2道间距）,浅反资料处理,.,四、解释处理,所谓解释处理就是为了消除水平叠加时间剖面上的某些模糊特征和进行正确地质解释而做的一些数据处理，包括偏移处理、修饰处理和时深转换等,当反射地层为非水平时，水平叠加的时间剖面没有反映真实的地层情况。这就需要把水平叠加时间剖面上偏移的同相轴反射层归位到真实的空间位置上，这样会使剖面面貌变得清晰，从而提高地震记录的分辨率。由于偏移处理一般在水平叠加处理之后进行，故又称叠加偏移，处理后得到一种偏移时间剖面。,1.偏移处理,浅反资料处理,.,偏移处理的效果图,浅反资料处理,.,偏移处理前后的地震剖面对比,浅反资料处理,.,2.时深转换,以t0为纵坐标的时间剖面能定性地反映出反射界面的轮廓，但界面的确切深度及产状还和速度参数密切相关，必须输入相应的速度参数，并逐次计算出各反射界面的深度，将时间剖面转换为深度剖面。,时深转换处理的一个重要因素是转换速度得到转换速度的方法：地震测井（地层的平均速度和层速度数据）均方根速度（叠加速度或等效速度）求取层速度和平均速度。,浅反资料处理,.,时-深转换,t0法绘制深度剖面,S1,S2,S3,h1,h2,h3,浅反资料处理,.,浅反资料解释,浅反资料解释,地震剖面是地质剖面对地震波的响应，在地震剖面中蕴藏着极丰富的地质信息，就地震剖面中所含的信息来说可分为两大类：一类是反映地震波运动学特点的，主要是反射波的时间信息，利用该信息可以研究地质构造和地层的几何形态、空间位置等；另一类是反映地震波动力学特点的，主要是反射波的振幅、频率和相位等信息，用它可以研究地层的岩性。我们只研究与地层、构造有关的时间信息，即地震时间剖面。,.,一、水平叠加时间剖面的特点,经过水平叠加后的时间剖面，一般在地层倾角小、构造简单的情况下，能够较直观地反映地下的地质构造特征，同时也保留了各种地震波的现象和特点。时间剖面表现为：反射界面总有一定的延续范围，同一界面的反射波形也相对稳定，且能在时间剖面中延续一定的长度，形成醒目的同相轴。同相轴的起伏能定性地反映出反射界面的起伏变化情况。,浅反资料解释,.,时间剖面和地质剖面的主要区别：,（1）在测线上同一点，根据钻井资料得到的地质剖面上的地层分界面，与时间剖面上的反射波同相轴在数量上和出现的位置上常常不一定是一一对应的。,（2）时间剖面上的纵坐标是t0不是深度，而地震波的传播速度一般是随深度而变化的，另外地层的非水平及构造等因素影响，时间剖面上的反射波同相轴反映的界面形态和界面之间的距离，可能有假象（见下图）。,浅反资料解释,.,浅反资料解释,.,浅反资料解释,.,尖背斜,浅反资料解释,.,界面倾斜时导致地震记录的同相轴相对于实际界面发生偏移,浅反资料解释,.,二、时间剖面中波的对比,在时间剖面上，反射层位表现为同相轴的形式。在地震记录中相同相位（主要指波峰和波谷）的连线叫做同相轴，所以在地震时间剖面上反射波的追踪实际上就变为同相轴的对比。根据反射波的一些特征来识别和追踪同一反射界面反射波的工作，就叫做波的对比。,浅反资料解释,.,反射波识别对比的3个标志,振幅标志,波形标志,相位标志,时间剖面中波的对比（T1、T2、T3同相轴）,浅反资料解释,.,三、时间剖面的地质解释,时间剖面地质解释的任务是：确定反射层的地质属性，了解地层厚度的变化及接触关系；对断层等地质构造作出解释；绘制地震地质解释剖面图。,浅反资料解释,.,1.原则与方法,（1）掌握地质资料、通观全局，研究剖面结构,（2）重点研究标准层的反射同相轴具有强振幅和较稳定的反射波叫做标准层，它们是工区主要的岩性分界面，特征明显而又易于研究剖面的主要构造特点。,（3）相位对比进行相位对比有下列几种做法：一种是强相位对比，当反射界面连续性好、岩性稳定、波的特征明显，可以在较大范围内连续追踪时，可选择最强最稳定的相位进行波的对比追踪，但须注意剖面上所对比的相位应一致；另一种是多相位对比，对比波的二个或二个以上的相位。,浅反资料解释,.,（4）波组对比所谓波组对比，是指比较靠近的若干个反射界面产生的反射波的组合，一般是由某一标准波及临近的几个反射波组成，能连续追踪，具有较稳定的波形特征，各波的出现次序和时间间隔都有一定的规律。,（5）研究异常波常见的异常波有三种，即与岩性突变点有关的绕射波、断层面产生的断面波、凹界面产生的回转波。它们是研究断面、尖灭和绕曲等现象的有效异常波。,浅反资料解释,.,2.反射层地质层位的确定（标定）,形成地震反射的物性界面（波阻抗界面），主要是具有明确地质年代的地层层面和不整合面，如果能确定反射界面的地质年代，就可以把地震剖面变成地质剖面。在常规的地震资料解释中，是用井孔的资料来标定过井地震剖面上的反射层位的。随着地震资料处理技术的发展，现在可以根据声波速度测井资料以及垂直地震剖面资料来进行标定。,浅反资料解释,.,反射波同相轴错断。一般为中小断层反映反射波同相轴产状突变，反射零乱或出现空白带。这是由于断层错动，引起两侧地层产状突变。以及由于断层的屏蔽作用，引起断面下反射波射线畸变等原因造成的。反射波同相轴的数目突然增减或消失，波组间隔突然变化这是由于断层上升盘沉积地层少，甚至未接受沉积，而在下降盘往往形