第3章地震资料的野外采集2

1、地震勘探原理,主讲：王守东,2,地震勘探原理,第1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第2+章 地震信号的频谱分析 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础,3,第3章 地震资料采集方法与技术,3.1 野外工作概述 3.2 野外观测系统 3.3 地震波的激发与接收 3.4 低(降)速带测定与静校正 3.5 地震组合法 3.6 多次覆盖技术,4,3.5 地震组合法原理,3.5.1 地震勘探中干扰波的特点和组合的概念 3.5.2 简单线性组合的方向特性 3.5.3 组合的统计效应 3.5.4 组合的方式,5,3.5.1 地震勘探中干扰波的特点和组合的概念,

2、一、有效波与干扰波 二、组合的概念,6,一、有效波与干扰波,当激发地震波时，既产生有效波，也产生干扰波，所记录的地震信息是在干扰的背景下记录的有效波。,7,一、有效波与干扰波,有效波和干扰波的差别 1）传播方向上的差异。例如水平界面的反射波差不多是垂直从地下反射回地面的；而面波是沿地面传播的。实质上就是视速度的差别。 2）有效波和干扰波在频谱上有差别 3）有效波和干扰波经过动校正后剩余时差上的差别。如多次波，在经过动校正后，剩余时差仍不为0 4）有效波和干扰波出现的规律上差异。例如风吹草动等引起的随机干扰的出现规律就与反射波的很不相同。,8,干扰波与有效波的差别,9,10,一、有效波与干扰波,

3、为了提高地震勘探的精度，就要求突出有效波，压制干扰波，使地震资料更能真实地反映地下的地质情况。 组合法就是一种压制干扰的方法。,11,二、组合的概念,地震组合法就是利用干扰波与有效波在传播方向上的不同而提出的压制干扰波的一种方法。 它主要用于压制面波之类低视速度的规则干扰及随机干扰。目前仍是野外工作的一种最基本的技术。 在野外多个检波器以一定的形式（线性顺地震测线或垂直测线；面积圆形，星形，菱形)埋置在测线上，把接收到的振动叠加起来作为一个地震道的信号。,12,二、组合的概念,把多个检波器接收信号输入一个地震道或者用多个震源同时激发构成一个总的震源，前者称为检波器组合，后者称为震源组合 组合可

4、以压制规则干扰，也可以压制随机干扰,注意：针对有效波和干扰波的差异，有各种压制干扰波的方法，组合法是利用干扰波与有效波在传播方向上的不同而提出的压制干扰波的一种方法。,13,二、组合的概念,14,二、组合的概念,组合的形式分为： 1）野外检波器组合，即把安置在测线上一定距离的几个检波器所接收到的振动叠加起来作为一道地震信号。 2）野外的震源组合，即在相隔一定距离的几个震点上同时激发，总效应为一炮。 3）室内混波，把若干个地震道 信号按比例相加，作为一个新地震道,15,图,16,组合原理,对一组检波器，一个垂直到达地表的波场，将同时影响组合内的每个检波器，它们会产生相干加强。如果水平方向传播的波

5、在不同的时间影响不同的检波器，出现相消干涉。 同样，从一组同时激发的震源产生的地震波垂直向下传播，当它们返回检波器时，信号也会得到加强，但从震源组合产生的波如果水平传播到一个检波器时，这些波的相位不同，就会部分地相互抵消。,17,3.5 地震组合法原理,3.5.1 地震勘探中干扰波的特点和组合的概念 3.5.2 简单线性组合的方向特性 3.5.3 组合的统计效应 3.5.4 组合的方式,18,3.5.2 组合的方向特性,假设沿测线布置n个检波器，检波器间距为x，地震波是平面波，波前面与地面成角，地震波速为V。则相邻两检波器的时差 设第一个检波点的地震波形为f(t)，则各点接收到的波形依次为：

6、f(t-t)，f(t-2t)，f（t-（n-1）t）,19,3.5.2 简单线性组合的方向特性,组合,20,3.5.2 简单线性组合的方向特性,21,方向特性曲线,通过讨论下式函数的图形性质来说明组合的方向特性。,(1)极值点 当y=0时，(n,0)1取极大。 y=0，即t/T 0 当y=1，2，正整数时，,为二次极大，如果波落入二次极大，也能得到加强。,22,(2)零值点 由公式可知0 y 1，要使(n，y)=0则必须使：,因此当 时， 有零点， 地震波进入零值区，就会受到最大的压制。,23,(3)通放带,一般定义对某一波，若组合后的 ，则y的变化范围就是通放带，可知通放带的区间为 ，为了使

7、反 射波在组合后得到加强，必须保证反射波的组合参数y位于通放带内。,(4)压制区 地震波进入零值区有最大的压制，为了使干扰波在组合后受到压制，必须使干扰波的组合参数y满足：,区间称为压制区。,24,(5)压制区极值 在压制区内也有极值，称为压制区极值。在(0,l)区间内，压制区极值有n-2个，极值位置可解析式得出 压制区内极值大小不等，以中心极值最小，当n为奇数，中心点为y=0.5时，将y代人公式得：,25,3.5.2 简单线性组合的方向特性,组合的方向效应,26,线性组合的频率特性,上面讨论的组合方向特性是基于固定频率的平面简谐波，对平面简谐波，组合前后频率不变，有效波到达相邻检波器的时差为

8、0。 实际的地震波包含许多频率成分，频率不同，t/T也不同。有效波到达相邻检波器的时差可能很小，但不为0。组合后的波形有畸变 宽频波组合后的波形是否畸变，就需要考察组合的频率特性。,27,线性组合的频率特性,分析这种畸变的基本思路是：把组合看作是一种滤波装置(系统)，把脉冲看作是许多不同频率的简谐波组成，每种谐波在组合后的变化可以利用组合的方向频率特性公式来计算，最后，把组合后的各种简谐波成分叠加起来，就可得到脉冲波组合的输出。把组合特性式改写为： 由公式可看出，组合后振幅随地震波的频率不同而变化，这就是组合的频率滤波特性。,28,线性组合的频率特性,如果固定组合数目n，以(n,t,f)为纵坐

9、标，f为横坐标变量，以t为参量，可绘制组合频率特性曲线。,29,线性组合的频率特性,从上图中可以说明组合的频率特性： 1)t=0组合的频率曲线为直线，无频率滤波作用。 2)t0组合具有低通滤波器的特点，通频带的宽度与地震波到达相邻两个组合点的时差t有关，t越小通频带越宽，t越大通频带越窄。 3)若组合时采用较大的时差，由于通频带变窄引起有效波的波形畸变，有效波的高频成分就有压制作用。,30,线性组合的频率特性,4)组合时差t的大小与地震波的视速度有关，对反射波而言，近炮点的视速度较大。因而，时差较小，而远炮点的视速度较小，时差较大，因而，在同一张记录上，远炮点道的波形畸变大，使波的延续时间增长

10、，相位增多，动力学特征降低。,31,组合法的缺陷,进行组合是为了利用地震波在传播方向的差异来压制干扰波，但组合本身有一定的频率选择作用。 在设计组合方案时，只考虑到有效波和干扰波的传播方向的差异，没有考虑它们在频谱上的差别，组合的这种低通频率特性只能起使有效波畸变的不良作用。,32,3.5 地震组合法原理,3.5.1 地震勘探中干扰波的特点和组合的概念 3.5.2 简单线性组合的方向特性 3.5.3 组合的统计效应 3.5.4 组合的方式,33,3.5.3 组合的统计效应,地震勘探中常遇到一些特殊的干扰，称随机干扰（或不规则干扰），其来源可分三类： 1)地面的微震，如风吹草动，人走车行，这类干

11、扰的特点是在震源激发前就已存在。 2)仪器接收或处理过程中的噪音。 3)次生的干扰波，如不均匀体散射等。特点是无方向性，相位变化无规律。 随机干扰的特点是记录上表现杂乱无章，频谱很宽，频率范围广。 随机干扰表面上看不规则，但也有规则，它遵循“统计规律”。这是与有效波有差别的。,34,3.5.3 组合的统计效应,组合除了对传播方向与有效波有明显差别的规则干扰波能进行压制外，对随机干扰也有较好的压制作用，这种压制作用主要是利用组合的统计特性。 组合对随机干扰的统计效应的主要结论: 组内检波器的间距大于该地区的随机干扰的相关半径时，用n个检波器组合后，对垂直入射到地面的有效波振幅增强n倍；对随机干扰

12、振幅只增强n1/2倍。因此，有效波相对振幅增强n1/2倍。 证明上述结论涉及到数学中的概率与统计知识，主要是理解它的物理意义和得出此结论的一些条件。,35,3.5.3 组合的统计效应,随机干扰的相关半径是一个与统计效应有关的概念。 地震勘探中，如果认为两个检波器分别记录下来的随机干扰是不相关的，必须满足一定的条件，即检波器要相距较远。 随机干扰的相关半径就定量说明两个检波器至少要相距多远，才能认为这两个检波器分别记录下的随机干扰是不相关的。,36,12个检波器沿直线以45m间隔排列记录到干扰波。各道记录不相关。,37,在前图第九道附近，以0.75m间隔排列的12道记录。相似性较好。,38,3.

13、5 地震组合法原理,3.5.1 地震勘探中干扰波的特点和组合的概念 3.5.2 简单线性组合的方向特性 3.5.3 组合的统计效应 3.5.4 组合的方式,39,3.5.4 组合的方式,等灵敏度组合 不等灵敏度线性组合 面积组合 震源组合,40,3.5.4 组合的方式,等灵敏度组合 沿测线各点检波器的个数一样 不等灵敏度线性组合 各点上检波器的个数不一样，但有规律分布，一般是中心多两边少。其组合特性曲线的压制带更宽，压制区内的极值更小，通放带更陡，压制干扰波的效果更好。,41,面积组合,线性组合是把检波器沿测线布置，压制沿测线方向的干扰波，不能压制垂直测线方向的干扰波。 采用面积组合可以压制垂

14、直测线方向的干扰波。 一般采用矩形面积组合，并在测线方向检波器个数多。其方向特性可在线性组合的基础上，按“等效变换”求得。,42,43,震源组合,在野外还采用震源组合。震源组合特性与检波器组合特性的原理基本上是一致的，震源组合也有方向效应、统计效应和平均效应 在地震地质条件比较复杂的地区要得到好的地震记录，一般采用震源组合、检波器组合和多次覆盖相结合来提高叠加次数。 组合的方向特性是炮点组合的方向特性和检波器组合的方向特性的乘积。 按照互换原理，震源组合与检波器组合的原理是等价的，可以检波器组合法为例讨论地震组合原理。 组合检波和组合爆炸的互换性并不一定完全符合。,44,震源组合,生产实践证明

15、，组合检波的效果是比较显著的。它已成为地震勘探野外工作的基本方法技术。组合爆炸则因成本高，费时多，在一般情况下不常采用。 随着可控震源的采用，震源的组合又使用得较广泛了。,45,第3章 地震资料采集方法与技术,3.1 野外工作概述 3.2 野外观测系统 3.3 地震波的激发与接收 3.4 低(降)速带测定与静校正 3.5 地震组合法 3.6 多次覆盖技术,46,作业,1、组合的概念 2、组合的方向效应 3、组合的统计效应 4、组合的方式有哪些 5、组合的目的是什么 6、组合的缺点是什么 7、有效波和干扰波的差别表现在那几方面,47,第3章 地震资料采集方法与技术,3.1 野外工作概述 3.2

16、野外观测系统 3.3 地震波的激发与接收 3.4 低(降)速带测定与静校正 3.5 地震组合法 3.6 多次覆盖技术,48,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加的影响,49,一、水平叠加的概念,多次覆盖 指采用一定的观测系统获得对地下每个反射点多次重复观测的采集地震信号的方法。 水平叠加 在野外采用多次覆盖的观测方法，在室内将不同接收点接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，最终得到水平叠加剖面。这种方法

17、能提高信噪比，改善地震记录的质量，特别是压制一种规则干扰（多次波）效果最好。,50,51,52,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加的影响,53,二、共反射点时距曲线方程,1、水平反射界面 2、倾斜反射界面,54,1、水平界面,1、水平反射界面 再来观测一水平反射层的时距曲线，用O1、O2Oi 表示在测线上不同的位置上激发点，S1、S2Si表示接收点。注意激发点和接收点是对称的。这样就可得到反射界面层上的同一个反射点R。 R称为共

18、反射点； S1、S2Si称为共反射点叠加道；对应的旅行时为t1、t2ti；M点称为共中心点，它是R点在地面上的投影。,55,共反射点的时距曲线,以炮检距为横坐标，以反射波到达各叠加道的旅行时ti为纵坐标，可以得到来自共反射点R上的反射波时距曲线，这条时距曲线称为共反射点的时距曲线。,56,共反射点的时距曲线,或,h共中心点M处的界面的法向深度； v波在均匀介质中传播的速度； ti共反射点叠加道的反射时间； t0-共中心点M的垂直反射时间。,57,共反射点时距曲线方程和共炮点时距曲线方程物理意义上的区别,1、共反射点时距曲线，只反映界面上的一个点R 的反射。而共炮点反射波时距曲线反映的是一段界面

19、的反射 2、共炮点时距曲线中，t0为炮点的垂直反射时间。共反射点时距曲线上，t0为共中心点M的垂直反射时间；,58,共炮点反射时距曲线,共反射点反射时距曲线,炮点与接收点 中点处的t0,M点的t0,59,2、倾斜反射界面,当界面倾斜时，对称于M点激发和接收的反射点不再集中于R点，而是分布在一个范围之内。但激发、接收和叠加仍然与水平层一样，对称于M点进行。此时不再是共反射点叠加，而是共中心点叠加， 引入共中心点的概念后，可以适应不同产状的地层,60,共中心点时距曲线的方程,如右图所示，O点放炮，S点接收，炮点O处的法线深度为h1，共中心点M点的法线深度h0，界面倾角，可知反射波到达S点的时间为,

20、为得到一般的共中心点M时距曲线方程，就要使方程中不含有h1，而只包含共中心点处法线深度h0。,代入得,61,62,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加的影响,63,三、多次反射波的产生及类型,1、多次反射波的概念 2、多次反射波的产生条件 3、多次反射波的类型,64,1、多次反射波的概念,由激发点出发，经过多次反射，到达接收点的波。 多次反射波是干扰波,65,2、多次反射波的产生条件,要有良好的反射界面。 基岩面，不整合面，火成岩

21、，石膏层，岩盐，石灰岩,66,3、多次反射波的类型,67,3、多次反射波的类型,68,69,70,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加的影响,71,四、全程多次波的时距曲线方程及其特点,全程二次波为例,72,全程二次反射,时距曲线方程 特点 1、双曲线 2、 3、 =2,73,74,75,76,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、

22、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加的影响,77,五、多次波的剩余时差,1、正常时差，动校正与叠加 2、剩余时差 3、多次波剩余时差的变化规律,78,1、正常时差，动校正与叠加,正常时差 界面水平情况下,对界面上某点以炮检距X进行观测得到的反射波旅行时同以零炮检距进行观测得到的反射波旅行时之差,这纯粹是因为炮检距不为零引起的时差. 动校正 在界面水平情况下,从观测得到的反射波旅行中减去时差 t ,得1/2处的t0时间,这一过程叫正常时差校正或动校正.,79,1、正常时差，动校正与叠加,正常时差的近似计算,80,1、正常时差，动校正与叠加,81,82,83,84,85

23、,2、剩余时差,剩余时差 把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t0之差叫剩余时差。 多次叠加法：主要是利用有效波（如一次波）和干扰波动校正时差的差值，即剩余时差来压制干扰波的。,86,87,干扰波的剩余时差曲线,如果 任何形式波的旅行时间为tr,正常时差为tr =tr-t0， 一次反射波的旅行时间为t，正常时差为t=t-t0，则剩余时差t为 t=tr - t =(tr-t0)-(t-t0)= tr-t,绘出t一x曲线叫做干扰波的剩余时差曲线。,88,3、多次波剩余时差的变化规律,89,3、多次波剩余时差的变化规律,90,3、多次波剩余时差的变化规律,91,3、多次波剩余时差的变化规律,92,93,3.5 多次覆盖技术,一、水平叠加的概念 二、共反射点时距曲线方程 三、多次反射波的产生及类型 四、全程多次波的时距曲线方程及其特点 五、多次波的剩余时差 六、动校正速度对叠加的影响 七、界面倾斜对叠加