野外工作技术9

1、第三节 地震波的激发 n 一、 炸药震源 n 特性：1.激发的是脉冲波，频带宽， 能量强，高频成分丰富。地震脉冲波 的视周期与炸药量的关系是 ) 1 . 3 . 3( 3 1 * KQT 式中K是常数，炸药量大，激发产生 的视周期越大，频率越低。见图 3.3-1和图3.3-2所示。 高分辨率地震勘探应采用小药量激 发，一般为几十克到几百克； 2. 遇到砂质土或腐质土，或随机干 扰大时，药量要加大； 3. 地震波的能量还与炸药和周围介 质的耦合情况有关，这表现在两个 方面,一个是几何耦合,二是阻抗耦 合。 n几何耦合为100%是最好的耦合，另一是 阻抗耦合（指炸药密度炸药起爆速度） /岩石密度岩

2、石纵波速度），比值为1时， 激发的能量最大。为增加耦合性，常利 用注满水的洞激发； n4. 激发通常在潜水面或低速带以下激发。 n二 、非炸药震源 n（一）锤击震源 图3.3-1 一只雷管激发产生的信号振幅谱 图3.3-2 一只雷管加助爆剂激发产生的信号振幅谱 图3.3-3 锤击震源的波谱 图3.3-4 小能量叠加功能示意图 20log（线性记录的最大信号电压）/（线 性记录的最小信号电压） 单位为分贝（db）.例如当比值为104时， 动态范围为80分贝； 3. 地震仪应有宽的频带和可选择的滤波器； 4. 对地震脉冲有良好的分辨能力； 5. 仪器对各道有良好的一致性； n（一） 动圈式地震检波

3、器工作原理 n1. 当线圈在磁板间隙内运动时，线 圈切割磁力线，在线圈内产生感应 电动势； 2. 电动势的大小与与切割磁力线的 速度成正比，故又叫速度检波器； 见图3.4-1 检波器的特性及参数 3. 该结构对于水平方向的运动，线圈与 磁铁之间没有相对运动，因此没有输 出。 (二）检波器的特性及参数 1检波器具有自己的固有频率，固有频 率高，可以消除低频噪声 2. 阻尼系数h是检波器的另一特性指标， 设检波器的固有频率为0 图3.4-1 动圈式检波结构草图 返回 图3.4.3 阻尼系数与检波器固有振动的关系 图图3.4-43.4-4 不同型号检波器的寄生噪声不同型号检波器的寄生噪声 土壤表面与

4、检波器底面的接触，构成了 检波器土壤振动系统，并存在一个谐振频 率，在检波器插在刚性岩石上时，谐振频率 高， 100HZ垂直检波器 ;100HZ水平检波器 第五节 地震勘探的分辨率 一 、垂向分辨率 1用地震记录沿垂直方向所能分辨的最 薄地层的厚度； 2由图3.5-1，当来自顶、低反射波 的时差 大于地震子波的延续时间 长度t时，顶、低界面的反射波才 能分开； 因此 t 是顶、低界面的反射波能否分开的 条件。 ) 3 . 5 . 3( 2 c f tv r )4 . 5 . 3(ra 图3.5.-3 第一菲涅尔带范围确定示意图 6图3-5-4是砂岩体模型宽度与其对应 的地震响应，对于大于菲涅尔

5、带的反 射段，显示的反射图形与反射段的形 态一致，对于小于菲涅尔带的反射段， 地震反射特征发生变化，呈现点绕射 型效应、振幅随岩层横向宽度的减小 而降低。 三、对影响分辨率的几个因素的讨论 n 无论是垂向分辨率还是横向分辨率，都 是与子波的频率成分、频带宽度和相位特征 等因素有关，子波的波长越短，分辨率越高， 频带越宽，分辨率越高，在频谱相同的情况 下，零相位子波具有较高的分辨率，这是因 为零相位子波，频带较宽，振动延续时间最 短所致。 图3.5-4 表示宽度不等的砂岩体横向分辨模型 n (二）分辨率与信噪比之间的关系 n 1. 地震记录信噪比会影响地 震记录的分辨率； n 2. 设地震记录的

6、分辨率为Pa (无噪声存在条件下的分辨率)， 信噪比为r，可以证明 )10. 5 . 3( 1 1 2 1 a r n PP 图3.5-4 相同频带宽度的子波具有相同的分辨率示意图 (三）分辨率与大地滤波作用 1. 地震记录的分辨率随传播深 度的增加而降低，要提高纵向 分辨率，又有较大的勘探深度， 就要拓宽子波的频带宽度，使 子波向低频端扩展。 n一、记录长度与时间采样率 n1.记录长度的选择必须保证记录到最 深目的层来的反射波, 并留有一定的 余量； n2. 记录长度=地震仪的采样点数采 样率（采样间隔），采样点数确定了， 采样率高，测量精度高，但勘探深度 变浅； )2 . 6 . 3( 2

7、 1 c f t 二、最大和最小炮检距 1.1.最大炮检距最大炮检距xmax xmax 就是炮点与最远就是炮点与最远 一道之间的距离，一般最大炮检距应大致一道之间的距离，一般最大炮检距应大致 等于最深目的层的深度等于最深目的层的深度h h，或，或 hx)5 . 17 . 0( max 2. 2. 最大炮检距太大会带来宽角反射的畸最大炮检距太大会带来宽角反射的畸 变影响；变影响； 3. 3. 最小炮检距最小炮检距x xmin min 是炮点与最近一道检 是炮点与最近一道检 波器之间的距离波器之间的距离, ,又称偏移距；又称偏移距； 4. x4. xmin min不应小于最浅目的层的深度； 不应小

8、于最浅目的层的深度； 5. x5. xmin min大一些可以消除声波和面波干扰 大一些可以消除声波和面波干扰。 n三、最佳接收地段的选择 n 最佳接收地段又称“最佳窗口技 术”，如图3.6-1，一般由地震野外试验 确定偏移距。 n四、道间距的选择 n 道间距又称空间采样率，它影响 地震记录的横向分辨率，用x表示，道 间距小，横向分辨率高，但勘探费用大， 选择道间距应从以下因素考虑： 图 3.6-1 最佳窗口技术 (一）有利于有效波的对比有效波能够可 靠对比的条件是: 2 T t 其中T是有效波的视周期，t是相邻接收道 的波至时间差；因此道间距应满足： 2 * x 2当来自顶、低反射波的时差

9、大于地 震子波的延续时间长度t时，顶、低 界面的反射波才能分开； 因此 t 是顶、低界面的反射波能否分开的条 件。 图3-2 接收点R所记录的地震记录是两个反射波叠加的结果 图3-3 1. 1. 指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺 寸；寸； 2. 2. 第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面波第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面波 到达界面时的波前面，与前面相距到达界面时的波前面，与前面相距1/41/4波长先波长先 期到达的另一波前面在界面上形成的圆称第期到达的另一波前面在界面上形成的圆称第 一菲涅一菲涅尔带尔带； )3 .5 .3( 2 c f tv r n3

10、. 3. 在频率较高时，第一菲涅尔带半径为式在频率较高时，第一菲涅尔带半径为式 （3.5.3)3.5.3) n4. 4. 如果地质体的水平宽度如果地质体的水平宽度a a满足不等式满足不等式(3.5-4)(3.5-4) 则这样的地质体相当于一个点的绕射，不能分则这样的地质体相当于一个点的绕射，不能分 辨该地质体的存在；辨该地质体的存在； n5. 5. 第一菲涅尔带半径随频率增高而减小，随第一菲涅尔带半径随频率增高而减小，随 勘探深度增大而增大，因此不能撇开地质体的勘探深度增大而增大，因此不能撇开地质体的 埋深而谈分辨率问题。埋深而谈分辨率问题。 )4 . 5 . 3(ra 图3-4 第一菲涅尔带

11、范围确定示意图 6图3-5是砂岩体模型宽度与其对应的 地震响应，对于大于菲涅尔带的反射 段，显示的反射图形与反射段的形态 一致，对于小于菲涅尔带的反射段， 地震反射特征发生变化，呈现点绕射 型效应、振幅随岩层横向宽度的减小 而降低。 三、对影响分辨率的几个因素的讨论 n 无论是垂向分辨率还是横向分辨率， 都是与子波的频率成分、频带宽度和相位 特征等因素有关，子波的波长越短，分辨 率越高，频带越宽，分辨率越高，在频谱 相同的情况下，零相位子波具有较高的分 辨率，这是因为零相位子波，频带较宽， 振动延续时间最短所致。 图3.5 表示宽度不等的砂岩体横向分辨模型 （一）分辨率与频率成分的关系 分辨率

12、不依赖于单频谐波的频率，单频 波的分辨率为零，只有同时增加频带宽度 方可；见图3.6. (二）分辨率与信噪比之间的关系 1. 地震记录信噪比会影响地震记录的分辨 率； 2. 设地震记录的分辨率为Pa (无噪声存在 条件下的分辨率)，信噪比为r，可以证明 )10. 5 . 3( 1 1 2 1 a r n PP 图3.6 相同频带宽度的子波具有相同的分辨率示意图 (三）分辨率与大地滤波作用 1. 地震记录的分辨率随传播深度的 增加而降低，要提高纵向分辨率， 又有较大的勘探深度，就要拓宽子 波的频带宽度，使子波向低频端扩 展。 n2. 影响反射波到达时差 的因素主要是 地层波速和地层厚度，但在同一

13、岩层中 横波速度比纵波速度小，因此利用横波 勘探可提高垂向分辨率； n3. 深层速度大，频率明显降低，同样厚 度的地层在浅层可以分辨，深层可能不 能分辨。 )2 . 6 . 3( 2 1 c f t 二、最大和最小炮检距 1. 1. 最大炮检距最大炮检距x xmax max 就是炮点与最远一道 就是炮点与最远一道 之间的距离，一般最大炮检距应大致等于最深之间的距离，一般最大炮检距应大致等于最深 目的层的深度目的层的深度h h，或，或 hx)5 . 17 . 0( max 2. 2. 最大炮检距太大会带来宽角反射的畸最大炮检距太大会带来宽角反射的畸 变影响；变影响； 3. 3. 最小炮检距最小炮检距x xmin min 是炮点与最近一道检 是炮点与最近一道检 波器