工程地震勘探实验指导书(旧)

1、工程地震勘探实 验 指 导 书 桂林工学院 2003年 3月目 录实验一、地震仪的认识及折射波数据采集的野外工作方法实验二、折射波数据处理及解释方法实验三、反射波数据采集的野外工作方法实验四、反射波资料处理及解释实验五、人工合成地震记录程序设计实验六、地震记录的频谱分析和滤波处理实验七、面波数据的采集实验八、面波数据处理及解释方法实验一、地震仪认识及折射波数据采集的野外工作方法二、 实验目的二、 了解SWS-1G 型多功能面波仪的基本原理及操作方法2. 掌握判读折射波初至时间的方法3. 了解折射波法的野外数据采集方法、掌握各种观测系统的特点及使用方法。二、实验安排实验分组进行，每组使用不同的观

2、测系统，主要采用相遇时距曲线观测系统和追逐时距曲线观测系统。并设置排列中心炮点了解表层横向速度变化的情况。三、实验设备SWS1G型多功能面波仪、键盘、仪器电源、大线（27芯电缆）、38Hz检波器、触发器、大锤等。四、实验内容（一）、认识地震仪器的各个组成部分，了解地震仪的主要技术指标。SWS-1G 型多功能面波仪的主要技术指标：通道数：面波与地震系统为24道，可扩展为48道；可选择1、4、6、12、24道5档使用。桩基动测系统为4道，可选择14道使用；多波映像系统13道任选，具有三分量多波映像通道。采样点数：具有512，1024，2048，4096，8912样点选择。采样率：设 50S8mS

3、10档。瞬时浮点放大器；AD转换：20bit。信号叠加增强：32 bit。滤波设置:三种滤波方式，高通两档：70Hz、150Hz；低通一档：20Hz；全通；仪器通频带：0.5Hz4000 Hz；CPU：80486DX2；RAM：8Mb；硬盘容量：540Mb；显示：LCD 640 480 VGA模式；通讯接口：具并行口和软驱接口；电源：DC 12V。（二）、地震仪的操作方法地震仪采用外接键盘操作。接通电源后，屏幕上出现“多功能面波测试系统”字样，按任意键后，屏幕上边出现选择菜单：面波勘察地震勘察 微动测试桩基动测 地震映象磁盘操作退出系统首先用左右箭头键将光标移到 “磁盘操作”条上，回车后弹出设

4、定记录存盘路径子菜单，设定记录存盘目录，以回车键结束。然后将光标移到“面波勘察”条上，回车后弹出如下面波采集子菜单：Seismic Data AcquisitionFile name f15.datDirection name order inc文件名文件序号（渐增）Number of channels 1Trace size (sample) 2048Intervel sampling 0.200msChannel spacing 1.00mOffset 1-st channel 2.00mBand pass filter off道数记录长度采样间隔道间距偏移距带通滤波Auto-step,s

5、hot,shack & saveMonitor current file(filter & PGC)Curreng file save Playback自动文件序号变化，叠加，存盘监测当前文件当前文件存盘回放记录将光标移动到设定文件名、偏移距、道间距、采样间隔、采样长度等项参数。（三）、折射波数据的野外采集 1、数据采集 采用38Hz检波器，偏移距2米，道间距2米，12道一个排列，多次激发叠加，得到224米范围的地震记录。炮点不动，将检波器移动到2648米，多次激发叠加，得到2648米范围的地震记录。以此类推，可做23个检波器排列，剖面总长度达到4872米，力求获得目的层的初至折射波。 2、地

6、震记录分析 分析折射波视速度及各目的层的接收范围，确定进行目的层初至折射波测量的参数，即偏移距、道间距、采样间隔、采样长度等。（四）、折射波识别 根据折射波的特征，判读地震记录，分析波形、识别同相轴。读出直达波、折射波的初至时间，并绘出时距曲线。一般读波至的起跳位置时间。也可以读波蜂时间，但要在结果中减去多算的时间。五、实验要求在计算机上的地震记录图上读取折射波的初至时间，折射波初至的拾取应读取波至的起跳点，并将采集到的折射波数据在厘米纸上绘成相遇和追逐时距曲线；计算各段时距曲线斜率及视速度；确定各层的互换时间；利用截距时间法进行简单的资料解释，求出激发点下折射界面深度。六、注意事项 检波器要

7、垂直插入土壤中，如检波点位上土质较松，应踩实后再插入检波器。不准用脚踩检波器。思考题1. 一个人工产生的扰动如何形成地震记录？2. 折射波形成的物理机制是什么？3. 如何识别来自同一界面的折射波？4. 相遇时距曲线观测系统和追逐时距曲线观测系统的特点是什么？5. 分析折射波记录，总结折射波特点。实验二、折射波数据处理及解释方法一、实验目的编制t0法求界面和差数时距曲线法求速度的程序，掌握折射波资料解释方法。二、实验安排参考工程地震勘探中t0法求界面和差数时距曲线法求速度的公式编写程序。要求上机前编好程序；上机时输入程序及数据进行程序调试及数据处理。三、实验内容 1. 利用下面给出的折射波数据进

8、行程序调试； 2. 根据给出的折射波数据解释出折射界面形态。 3. 利用编制的程序解释实验一中获得的折射波资料。参考数据表：相遇时距曲线折射波数据（单位ms） 点号T1（正向数据）T2（反向数据）1112131415161718192021222376798689951001071101151181251291351381341311241191121071029892878178 点距为20米；互换时间为141.5mS；V12mmS。程序参数设置：N：获得实测数据的道数 T：互换时间T1（I）：I点的T1 值 T2（I）：I点的T2 值X（I）：I点的炮检距 TO（I）：I点的t0 值Q（I

9、）：I点的差数值 DX：检波距V2（I）：I 点的V2值四、注意事项： t0法求出的界面深度是垂直于地面的，真实的界面形状是以每点深度为半径的圆的包络面。思考题 t0法求界面和差数时距曲线法求速度的应用条件是什么？如不能满足应用条件可能造成什么后果？实验三、反射波数据采集的野外工作方法一、实验目的 掌握一次覆盖共炮点反射波数据的采集方法；了解如何利用干扰波调查剖面确定最佳偏移距和最佳窗口的位置；掌握地震映象（最佳偏移距法）的工作方法。二、实验安排 制作干扰波调查剖面，分析测区的干扰波调查剖面；在能识别反射波的情况下确定最佳偏移距；分小组按不同的条件进行共偏移距测量；在理想条件下，做共炮点反射波

10、法测量（或广角反射测量）。三、实验设备 SWS1G多功能面波仪、键盘、仪器电源、大线（27芯电缆）、触发器、100Hz和38Hz检波器、大锤等。四、实验内容用不同频率的检波器、0.51米的检波距、多个排列制作干扰波调查剖面。从干扰波调查剖面上分析不同层位反射波及其接收反射波的最佳窗口。用不同的偏移距进行地震映象测量。根据地震映象记录，对比不同偏移距的效果。五、注意事项 激发条件要尽量一致，有利于进行地震映象中各道的波形对比。思考题 应用地震映象（最佳偏移距法）可以解决哪些地质问题？在波形记录上如何显示？这种方法的实质是什么？ 实验四、反射波资料处理方法一、实验目的 利用反射波资料处理程序，了解

11、反射波资料处理的流程，主要为速度分析、CDP叠加、动校正和正演模拟方法。二、实验内容 反射波资料处理程序使用方法：运行速度分析程序（CDPSTKVEXE）后，计算机上出现下列速度分析菜单：Manual V pickAuto V pickNMO V probeCDP stackDisplay profilePrint profileSave profileDirectoryQuit手工速度分析自动速度分析NMO校正结果演示动校正及速度分析显示叠加剖面打印叠加剖面保存叠加剖面列文件目录退出 拾取折射波波至时间及分析一个反射波同相轴：选择“Manual V pick”后出现“Load file na

12、me”，键入文件名，回车后，显示地震记录，进一步操作按 F1获得帮助。 如对所有的反射波进行自动分析，选择“Auto V pick”则程序进入二级子菜单： Load record noDifferentiate noDisplay recordCheck windowPick velocity noCheck resultPrint result读出地震记录微分处理显示记录检查速度分析窗口自动提取速度参数检查速度分析结果打印结果 如要退出这一级菜单，按“Esc” 键。选择“Load record”读出需要处理的地震记录，选择“Pick velocity” 进行自动速度分析，完成后选择“Chec

13、k result”出现速度分析结果表，选择有意义的层，回车后，显示地震记录并在此层反射波上有白色线型标志，再回车后，进入根据速度分析结果计算出的正演模拟地震记录。回车后，重新显示原地震记录。经过对比，确认反射波的同相轴。取得速度参数后，可以对地震记录中的反射波进行动校正。在一级菜单上选择“NMO V probe”, 回车后，程序进入二级子菜单：Load record noDisplay recordNMO mode(C/V) const. V(Var V)Set velocity 1400m/sCheck record（N）Check velocity Print record（N）Print

14、 velocity读出地震记录显示记录NMO模式 速度为常数(速度随深度变化)速度设置 1400m/s(程序内设置的速度)检查动校正结果检查速度打印动校正结果打印速度选择“Load record”读出需要处理的地震记录，选择“NMOmode(C/V) const.V(Var V)”用回车键选择NMO模式，对于一个反射波同相轴时，选择“const.V” ；有多个反射波同相轴时，选择“Var V”。选择“Set velocity”键入速度值（对于“const.V”，仅键入速度；对于“Var V”，则需键入t0时间和相应的速度）.三、实验要求对实验三的某一个地震记录进行速度分析，分析“Check r

15、esult”表中列出的t0（双程垂直时间）、Vr（相对于某一深度的均方根速度）、Z（界面深度）、C（假设地质模型产生的反射波和真实反射波的相似程度）等参数，找出反射波。并记下反射波的值。根据上述速度分析的结果对地震记录进行动校正，分析同相轴的变化，调整速度值，直到反射波的同相轴基本在一条直线上为止。四、注意事项 在程序运行过程中，按F1获得帮助。思考题 动校正处理中，在速度选择过大或过小时，反射波的同相轴如何变化？ 实验五 人工合成地震记录程序设计一、 实验目的根据已知条件合成地震记录，理解掌握反射波地震道形成的机理；掌握地震记录正演解释的原理和方法。二、 实验安排根据给出的公式、子波和地质模

16、型编程序；上机调试程序；与实测地震记录对比，进行正演解释。三、实验内容（一）、人工合成地震记录原理： 地震记录上看到的反射波波形是地震子波在地下各反射界面上发生反射时形成的。反射波的振幅有大有小（决定于界面反射系数的绝对值）、极性有正有负（取决于反射系数的正负）、到达时间有先有后（取决于反射界面的深度）的地震反射子波叠加的结果。 如果地震子波的波形用 S(t) 表示，地震剖面的反射系数为双程垂直反射时间t 的函数，用 R(t)表示，那么反射波地震记录形成的物理过程在数学上就可以用S(t)的R(t)的褶积表示，即某一时刻的反射波地震记录 f(t)是:其离散形式为：如果大地为多层介质，在地面记录长

17、度内可接收的反射波地震记录为：式中，n为合成地震记录的采样序号，n=1,2,3.N；N为合成一道地震记录的采样点数；m=1,2,3.M，为离散子波的采样点数；t为采样间隔。这种褶积模型将地震波的实际传播过程进行了简化：1、在合成地震记录的过程中没有考虑大地的吸收作用，所有薄层的反射波都与地震子波的形式相同，只是振幅和符号不同。2、假设地震波垂直入射到界面上，并原路径返回。3、假设地层横向是均匀的，在深度（纵向）方向上假设密度为常数，只是速度发生变化。4、不考虑地震波在传播过程中的透射损失。（二）、人工合成地震记录的方法1、 反射系数序列在有速度测井资料的情况下，可以用速度曲线代替波阻抗曲线，计

18、算反射系数序列。在没有速度资料的情况下，可根据干扰波调查剖面分析的结果设计地质模型。如设计的地质模型如图a所示，图中H为层厚度，V为层速度，根据下式计算反射系数： 式中H为反射界面的深度，N为反射层序号，随深度变化的反射系数序列如图b所示。但褶积计算中需要与时间有关的反射系数，深度与时间的转换可用下列公式计算：式中n1、n2为离散形式的时间序号，因序号需要用整数表示，计算出n1、n2后需要取整处理。随时间变化的反射系数序列如图c所示。V1=300m/s,H1=10mV2=1000m/s,H2=10mV3=500m/s,H3=10mV4=3000m/s H t图a 地质模型 图b 反射系数（H）

19、 图c 反射系数（t）t=nt 2.地震子波地震子波的选择是制作合成记录中的重要部分，子波选择是否合适，直接影响合成记录的质量。一般可用以下二种方法：（1）根据已总结出的地震子波的特点，地震子波可以用一些函数表示，如比较常用的雷克子波。雷克子波的表达式为：式中f为子波频率。（2）在地震记录上识别波形没有被其它波干涉的、形态完整的反射波。并在地震记录上读出离散数据，作为地震子波。3.编程参数及要求（1）程序设计的采样间隔t=0.2-0.25ms，子波采样点数M=30-50个，记录长度N为1024。如用公式法计算子波，选用的频率f=100Hz。（2）先用地质模型上给出的层参数编程，并绘图输出。（3

20、）对实验四中经过动校正后的地震记录进行正演模拟解释。思考题如何利用人工合成地震记录对实测地震记录进行解释？实验六 地震记录的频谱分析和滤波处理一、实验目的 了解和掌握地震资料数字处理的过程和方法；了解频谱分析的功能；掌握数字滤波的原理和方法。二、实验安排 利用程序“ BNDFLTEXE” 和“FKSWSAEXE”对反射及折射波实验中的记录进行一维或二维付氏变换，了解各波组成份的频率特征；对实测资料进行滤波处理并总结数字滤波的效果。三、实验内容1、对地震记录进行一维付氏变换；2、对地震记录进行二维付氏变换；3、对地震记录进行一维频率域数字滤波。四、实验安排1、一维频谱分析对地震记录进行大致的波组

21、划分，进行傅立叶变换后了解干扰波和有效波的频谱特征，设计带通滤波器，滤去干扰部分。“BNDFLTEXE”程序的使用方法：执行“ BNDFLTEXE”程序后出现下列菜单：FilesSave asOverview files for:Number of files done文件名滤波后文件另存为查看文件处理文件数File by file filteringFiltering with testing mode & Band from频谱分析和带通滤波选择“Files”项，回车后，出现下列二级菜单FileOrder mode incNumber of files批文件的第一个文件名批文件序号增大或减

22、小批文件数选择“File” ，回车后，键入需处理的文件名，以回车键结束，按“Esc”退出二级菜单。选择“Filtering with testing mode & Band”，回车后，屏幕显示波形图，右下角显示热键（黑色字母）及其功能菜单：ViewGain/colorCursorHeaderUtilityBand-SpecSec./Trace(Filted/Raw)FilteringSave-nextNext图象显示方式及比例尺调节图象增益与色彩调节光标控制文件头参数综合应用对一道中的一段（一道）作频谱分析滤波滤波结果存盘，转入下一个文件处理直接调入下一个文件选择Band-Spec后，波形图上

23、出现与菜单颜色相同的取样窗口，窗口内的数据为DFT的样点，用四个箭头键，移动窗口到需要进行分析的特定波上，用“pageup”和“pagedown”键调整窗口的大小，窗口必须大于波的一个周期。回车后，出现频谱图。记下特定波的主频及频带宽度。 2、一维数字滤波 了解了各种波的频谱之后，设计滤波器。在频谱图方式选择热键B，回车后，右上角出现滤波器参数设计菜单： Low gate HzLow slope DB/DCTHigh gate HzHigh slopeDB/DCTMode Band pass带通滤波器低截频带通滤波器低截频门陡度带通滤波器高截频带通滤波器高截频门陡度带通滤波 用上下箭头键调整所

24、需设置的参数，左右箭头键调整频率及陡度，最后选择“Mode”，则开始滤波。 3、二维频谱分析 二维频谱分析是对地震记录进行二维傅立叶变换，考查干扰波和有效波的频率、视速度特征。使用的处理程序为“ FKSWSAEXE”，操作方法见面波资料解释。思考题频率域一维数字滤波的原理、方法、及其功能是什么？实验七、面波数据的采集一、实验目的了解瞬态面波法的探测原理，掌握面波野外数据采集方法二、实验安排 分组、采用不同的偏移距、道间距进行面波测量。 第1组 偏移距10m，道间距2m 第2组 偏移距 5m，道间距2m 第3组 偏移距 3m，道间距 1m 第4组 偏移距 1m，道间距 0.5m三、实验设备多功能

25、面波仪、低频检波器（4Hz）、面波电缆和大锤等。四、实验内容 瞬态面波法数据采集装置和仪器操作方法均与折射波数据采集相同。但要根据不同的探测需要选择检波器，一般应选择较低频率的检波器。安置检波器应注意与地面垂直并与地面紧密耦合。 面波数据记录点位于检波器排列的正中间。 采用多种偏移距和道间距采集面波数据的目的是探测不同的深度，偏移距、道间距小，接收到的高频成份多，利于浅部勘探。反之，有利于深部探测。五、注意事项： 瞬态面波记录要求波形完整、有较好的相似性，信噪比高、无削波和溢出现象。思考题 分析和对比不同偏移距和道间距采集的面波波形记录，不同偏移距和道间距的记录有什么区别。实验八 面波数据处理

26、及解释方法一、实验目的 学习、掌握面波资料的数据处理程序的使用方法，学习面波资料解释的方法和原理，比较不同偏移距和不同道间距实验结果的差异。二、实验内容1、利用“FKSWSAEXE”程序解释实测面波资料，获得频散曲线。对比不同偏移距及道间距对探测深度和精度的影响。2、根据地质资料进行分层解释。3、对一条测线上面波分层的结果进行地质解释。三、实验步骤 l、面波资料处理程序“FKSWSAEXE”的使用方法： 运行“FKSWSAEXE”面波处理系统程序后屏幕显示面波处理系统主菜单： Surface Wave SoundingLoad file： ？MonitorCheck shot layout调入

27、面波记录检查面波记录检查排列布置参数Procession load fileXVFK searchZVs inversionSave SWS file： ？处理调入记录在时域和频域内提取面波面波资料的反演解释处理结果（SWS文件）存盘Back SWS fileFile： ？ZVs inversionSave SWS file： ？处理 SWS 文件调入SWS 文件面波资料的反演解释处理结果（SWS文件）存盘 注：SWS文件为计算出的频散曲线数据文件。菜单各栏的功能：（1）Load file：调入面波记录可以用下列两种方法之一调入面波记录：方法1：直接键人记录文件名。 方法2：按F1键，通过目录

28、表查找欲调入的记录文件名。 调入面波记录后，屏幕出现记录图象和下列二级菜单：ViewGain/colorCursorHeaderUtilityXV WindowFK Searching图象显示方式及比例尺调节图象增益与色彩调节光标控制文件头参数综合应用确定面波时间一空间域窗口在频率一波数域内提取面波 二极菜单的操作方法：用热键（菜单内的大写字母）选择各功能项，用ESC键退出，回主菜单。（2）XVFK search：在时域和频域内提取面波 功能：在时间一空间域和频率一波数域内进行速度和波数（波长）滤波，消除非面波干扰信号，有效地提取面波信息，并在频率一波数域内计算面波频散曲线。 （3）XV Wi

29、ndow 用其它功能调整图象后，进入 XV window，确定面波时间一空间域窗口，其功能为：通过对面波边界视速度V1、V2，和面波沿地面测线空间坐标X1、X2，以及面波时间长度TSC的选取，确定面波时间一空间域窗口。 使用方法：将光标移动到 XV window项，按enter键，在波形图上出现一个与调色板颜色一致的窗口，同时在屏幕右上角窗口内显示时间一空间域参数。要了解面波窗口的调整方法，可按F1键得到帮助。 （4）FK Searching 功能：经过二维付立叶交换把数据由时间一空间域转换到频率一波数域，得到二维振幅谱图象；在振幅谱图象上选取等面波窗口进行滤波，从频率和波数上去除与有效波无关

30、的成份；计算出面波频散曲线，为进一步反演地层结构（深度一速度曲线）提供依据。 方法：将光标移动到此项，按enter，进行二维付氏变换，数秒后完毕，屏幕显示处理结果频率一波数域振幅谱图象和三级菜单： ViewGain/colorCursorHeaderUtilitySearchDiagramExtractNew图象显示方式及比例尺调节图象增益与色彩调节光标控制文件头参数综合应用确定面波频域窗口计算面波频散曲线在频域内提取面波重新绘制FK振幅谱 三级菜单的功能： Search 功能：在频谱图上，通过对面波频率和波速的选取，确定面波频率一波数域窗口，在窗口内自动拾取面波振幅等值线图的极大值。 原理：

31、由于面波的频率和波数（波长）与其它干扰波有较大的区别，所以在FK域中可以区分。频波图即为振幅谱F（f，k）在FK平面上的投影图。从该图可知，二维信号的能量在频率和波数平面图上的分布范围和能量集中点处所具有的频率和波数值不同。不同的二维波动信号的频波谱不同，振幅（或能量）在频波图上的分布也不同。因此，可以用FK平面图进行二维信号的频波谱分析。 方法：将光标移动到此项，按enter，屏幕上出现一个菱形的窗口，同时屏幕右上角窗口内显示有关的参数。要了解面波振幅谱极大值的确定方法，可按F1键获得帮助。 说明：为了获得地层深部的资料，要求有较低频的信息，在FV域内应以最小的窗口在靠近原点处选取光标。如果

32、在频谱图上找不到更低的频率信息，说明原始记录没有采集到该信息。必须设法改进野外采集方式，以获得较好的资料。 Diagram 功能：根据频波域搜索的面波信息，即从等值线的极大值拾取每种相位的频散曲线。 方法：将光标移动到此项，按enter，屏幕上绘制出面波频散曲线。同时出现四级菜单。 Extract 功能：进行二维频域滤波，提取面波信息，去除干扰波成份。 方法：将光标移动到此项，按enter。 说明：计算出的面波频散曲线已放入内存，可以在主菜单下进行存盘或反演解释。 2面波资料的定量分层方法 做好频散曲线后，返回主菜单，选择“ZV inversion”，进入面波资料分层程序： ZV Invers

33、ion 面波资料的反演解释 功能：由面波频散曲线反演地层结构一速度和深度。 原理：首先由面波记录计算出频散曲线；根据频散曲线进行地层分层，以该地层结构参数（层厚、层速度等）为模型，利用系统提供的最优化算法，计算出理论频散曲线；反复修改各层参数，使实测频散曲线和理论频散曲线得到最好的拟合。从而获得较准确的地层结构参数。方法：将光标移动到此项，按enter键，屏幕显示频散曲线和二级菜单：ViewLayerFitAuto-FitH-Vs showUtilitySource 菜单中各选项的功能： Layer 确定地层参数 功能：根据频散曲线形态（拐点、斜率等特征）确定地层参数，为拟合处理提供依据。 方

34、法：将光标移动到此项，按enter键，屏幕上闪烁箭头指向第一个频散点，同时右侧窗口显示对应点参数。按F1键，窗口内显示操作键注释表。 Fit 曲线拟合 进入此项功能，在直方图左侧有一条阴影带，对应着某一层位，用来修改各层参数。按F1键，窗口内显示操作键注释表。除表中的功能键外，在无理论曲线的状态下，还有下列两个操作键可以使用： Del减去一层。层参数由上一层取代，原层厚度加到上一层的厚度上。 Ins内插一层。在本层和下一层之间内插，层厚度和速度取本层和下一层对应参数的平均值。H-Vs show 标注地层参数 进入此项即在分层图上标注地层厚度和剪切波速度 按F1键，窗口内显示操作键注释表。 3根

35、据地质信息或钻孔资料进行分层，获得各层的层速度。4根据同一剖面上各测点的频散曲线，分析此断面中地层的纵向和横向变化。四、面波数据处理概要 面波测深数据处理是从现场采集的多道地震数据中，提取面波的频散数据。对于层状的地层，再根据频散数据进一步反演出地层的剪切波速（VS）分层断面，达到测深的目的。（一）面波数据处理原理 在原始地震数据中，除面波外，还含有反射、折射和其他干扰波，其中有和面波在时间上不重合的部分，可以在空间一时间（XT）域，以适当的窗口来排除。层状地层上的面波，又是由不同视速度和能量分布的多个模态合成的。其中以基阶模态面波的频散规律，能最直观地反映地层的波速断面，也最易干据此讲行地层的分