【地震勘探方法的反射波法概述4100字】

地震勘探方法的反射波法概述反射波法在工程地震勘探中应用广泛。反射波会在各种具有弹性差异的界面上产生。反射波法主要用于探测断层，确定层状大岩层的速度和厚度。（1）反射波法观测系统在浅层反射波法野外数据采集中，为了抑制干扰波，突出有效波，可以根据不同情况选择不同的观测系统，应用最广泛的观测系统是广角测距观测系统和多覆盖观测系统。广角测距观测系统将接收点布置在临界点附近进行观测，因为在这个范围内反射波的能量相对较强，可以避免声波和表面波之间的干扰，尤其是对于“弱”反射界面。图3-54显示了同一界面的反射波振幅与位置之间的关系，显示了能量在临界点附近增加的特征。在实际工作中，广角测距观测系统和多覆盖观测系统经常结合使用，以获得良好的采集效果。临界点附近的最佳广角观测范围通常可以通过现场试验来确定。图3-54同一界面的反射波振幅变化特征多覆盖观测系统是根据水平叠加技术的要求设计的，因此首先引入了水平叠加的概念。水平叠加，又称共反射点叠加或共中心点叠加(图3-55)，是将不同激发点和不同接收点接收到的同一反射点的地震记录进行叠加，可以压制多次波和各种随机干扰波，从而大大提高信噪比和地震剖面的质量，提取速度等重要参数。多重覆盖观测系统是目前地震反射法中应用最广泛的观测系统。图3-55共反射点示意图具体而言，在选择偏移距离和检测距离之后，每个激发时间、激发点和整个阵列同时向前移动一段距离，直到测量到整个截面。为了便于在观测系统上找到共中心道集的位置，常用综合平面法来表示多覆盖的观测系统。如图3-56所示，在本观测系统中，炮点移动轨迹的数量计算如下：图3-56单边激发6次覆盖观测系统示意图其中:v为拍摄点移动轨迹数；n为排列的接收通道数；n为覆盖次数；d为激发点之间的距离(m)；S为常数，单侧激发S=1，双侧激发S=2；δx是检测距离(m)。此外，还有双边激发的多覆盖观测系统和三维观测系统，目前在浅震中很少使用。（2）反射波理论时距曲线1）水平界面的反射波时距曲线假设地下介质如图3-57所示，有水平波阻抗界面R，界面埋深H，界面上覆盖层波速为V1。O点激发产生的地震波传播到界面R后，一部分能量反射回地面D1、D2、D3等点接收反射点O*，通常称为虚源点。由于O点和O*点在界面上是对称的，所以在地面上接收到的反射波可以看作是波速V1充满整个空间的介质，与O*点发出的直达波相同，因此我们可以很容易地得到反射波的时距曲线方程如下：其中:t为接收反射波的时间(s)；V1是界面上覆盖层的波速(m/s)；h为界面埋深(h)；x是发射点和接收点之间的水平距离(m)。图3-57水平两层介质的反射波时距曲线示意图上式经移项后可得：以上公式为双曲方程。与T轴对称，最小点在焦点正上方。在激发点接收到的反射波时间t0称为双向垂直时间，即公式()中x=0时的t值。如果V1已知，则可以根据时间t0确定水平界面的埋深。从公式()可以看出，双曲线渐近线的斜率为，即当接收功率远离源O，即距离X足够大时，反射波时距曲线与直达波时距曲线重合，所以我们可以说直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线。如果界面r同时为折射界面(即v2>v1)，则在xM点接收到以临界角入射的折射光线，这不仅是折射波的初始光线，也是反射波的光线，所以反射波和折射波的时距曲线在xM点相切，或者在该点有相同的传播时间。因此，在临界点附近，反射波会受到折射波的干扰。根据反射波时距曲线方程，其斜率(即视速度)的倒数可由下式求得：其中:V*为反射波时距曲线斜率的倒数(视速度)(m/s)。从上面的公式可以看出，在焦点附近，V*趋于无穷大，而在远离焦点的地方，V*趋于真速度V1。表观速度变化的原因在于反射波到达每个观测点的入射角不同。另外，可以看出，反射界面越深，视速度越大，时距曲线越平坦。2）倾斜界面的反射波时距曲线如图3-58所示，有一个倾斜的反射界面r，倾角ψ，V1覆盖层介质的波速。如果在o点激发，沿x方向观察反射波的传播时间，根据波射线传播原理和虚源法可以得到相应的时距曲线方程。图3-58倾斜界面的反射波时距曲线图同样，我们可以把测量线上任意一点D接收到的A点反射的波看作是虚源O*发出的直达波，那么反射波从源0到D点的传播时间；可以写成：其中:t为反射波从o源到d点的传播时间；O*D是o*点到D点的距离。。按照余弦定理可得：式中：ψ为界面R的倾角。（3）反射波资料处理及解释目前，浅层反射波法采集的野外资料通常是多覆盖观测系统获得的共激发点地震记录，除有效波外，往往还伴随着各种干扰波，无法进行直接的地质解释。因此，必须对这些数据进行滤波、校正、叠加等处理，得到可靠的反射波地震剖面，才能进行进一步的地质解释。在此基础上设计了反射波数据处理系统。1）反射波的资料处理系统随着微机技术的应用和发展，国内外一些部门和单位根据浅层反射波的特点开发了反射处理系统，并在生产实践中得到广泛应用，取得了良好的经济效益。2）反射波法资料解释对野外采集的地震数据进行处理后，得到的主要结果数据是水平叠加(或偏移)后的时间剖面。因此，它们是反射波资料地质解释的基础。一般来说，反射层的结构形式、接触关系和断层分布可以通过比较时间剖面上的波来确定。然而，这种地质解释的准确性往往受到许多因素的影响。首先是数据采集和数据处理的质量。高信噪比、高分辨率的时间剖面是保证解释质量的基本条件。在采集或处理中，方法或参数的选择不当也会影响地震剖面的质量，甚至造成伪影，影响解释的精度。此外，地震剖面的解释也受到分辨率的限制。①时间剖面的表示形式地震数据数字化处理后，得到的时间剖面如图3-59所示。图中纵轴垂直向下，表示t0时间，剖面两侧分别标注0ms、10ms、20ms坐标值作为对应的t0时间。每隔10ms有一条水平线，称为定时线。该坐标的值表示每个CDP点排列在地面上，两个CDP点之间的距离是磁道间距的一半。图3-59地震时间剖面实例图每个CDP轨迹的振动模式用波形线和可变面积显示法(使波形的正半圆为黑色)表示，不仅可以显示波形特征，而且可以更显著地显示不同强弱的波动景观，便于波形比较和同相轴跟踪。由于反射界面总是有一定的稳定延拓范围，来自同一反射界面的反射波形也有相应的稳定性，在时间剖面上形成了持续一定长度的清晰同相轴。由于地震波的双向传播时间与界面的正常深度大致成正比，因此根据同相轴的变化，可以定性地了解地层波动和地质构造的概况。但时间剖面不是反射界面的深度剖面，也不是地质剖面。必须经过一定的时深转换过程，才能进行定量地质解释。②反射波的对比识别在时间剖面上，反射层位通常是同相轴的形式。在地震记录上，同相的连线称为同相轴。因此，在时间剖面上对反射波的跟踪实际上变成了同相轴的比较。我们可以根据反射波的传播时间和波形相似性来识别和跟踪同一界面上的反射波。本文主要从幅频特性、波形相似性和同相性等方面对波形进行比较。这些标志不是相互孤立的，也不是一成不变的。反射波的波形、振幅和相位与许多因素有关。一般来说，激发和接收受地表条件的影响，会使同相轴由浅至深发生类似的变化，而与深部地震和地质条件变化有关的影响往往只使一个或几个同相轴发生变化。所以在波浪对比中，要善于分析研究各种影响因素，找出同相轴变化的原因，严格区分是地质因素还是地表等其他因素。另外，在时间剖面的识别中，除了规则界面的反射波外，还要对一些特殊波如多次波、绕射波、剖面波的特征有足够的了解，才能做出正确的地质解释。3）时间剖面的地质解释结合已知的地层条件和钻孔资料，在时间剖面上发现特征明显、易于连续追踪、具有地质意义的反射波同相轴，作为全区解释对比的标准层。在没有标准层的剖面中，相邻剖面的结构特征可以作为控制解释的参考。断裂带同相轴的变化特征主要包括:(1)反射波同相轴的错位；反射波同相轴突然增大或减小或消失；反射波同相轴突变，反射混乱或出现空白区；标准反射波同相轴发生分叉、合并、畸变和强相位转换；等等。上述特征是识别断层的重要标志，常伴有绕射波和剖面波。当断层特征明显，绕射波和剖面波清晰时，也可以从时间剖面确定剖面的产状要素。沉积岩层中的不整合面往往是侵蚀面，其波阻抗变化很大，因此反射波的波形和振幅也变化很大。特别是对于角度不整合，往往有多组反射波组，在时间剖面上视速度差异明显，沿水平方向逐渐合并并尖灭。此外，当地震地质条件复杂或处理过程中方法和参数选择不当时，时间剖面上的同相轴会出现突变，甚至造成假象、假结构和错误解释。我们必须注意在工作中避免这种情况。4）解释成果图件在对时间剖面和地质解释进行比较和识别之后，可以构建诸如深度剖面和结构图之类的图作为解释的结果。①深度剖面图深度剖面的构建是通过计算和处理将X〜t0坐标下的反射波转换成XH坐标下的地质构造，这是数据处理系统中引入的时深转换。假设在时间剖面上有一个反射波同相轴[图3-60(a)]，其平均速度已知为V，则D1、D2、D3等点对应的界面深度可由下式得到：其中:hi为di点的对应界面深度(m)；v是反射波的平均速度(m/s)；Toi是Di点接收反射波的时间。以D1、D2、D3等点为圆心，以相应的法向深度hi为半径，圆弧包络即为所需的反射界面，如图3-60(b)所示。需要指出的是，地震剖面线在地面上可以分布在不同的方向，反射界面的出现是一定的，所以需要的深度也是不同的。在计算反射界面深度时，通常分为正常深度、视深度和真实深度。图3-61显示了三个深度之间的几何关系。根据反射波的传播规律，所讨论的反射波是穿过X截面的射线平面(即图中穿过O、M、N点的平面)中的波信息。因此，当用地震方法得到剖面上O点的深度时，就得到射线平面上界面上O点到M点的距离，称为法向深度，用H表示..此外，还有从o点沿射线平面到界面的垂直距离，称为视深度，用hx表示，以及从o点到界面(射线平面外)的垂直深度，称为真深度，用hZ表示。图3-60t0法构制深度剖面示意图图3-61不同深度之间的几何关系图从图3-60可以看出，各种深度知觉有如下关系：其中:ψ为界面沿X方向的视倾角()；a为