反射波.ppt
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1、,地震反射波法,地震反射波法主要包括三个部分的工作,即: 野外数据采集 资料处理 资料解释。,基本流程,第一节 资料采集 第二节 资料处理 第三节 资料解释及应用,第一节 资料采集,主要任务是获取第一手实际观测资料,为地震数据处理和解释提供物质基础。其采集资料的好坏将直接影响到资料处理的质量和解释的精度,关系到地质成果的优劣,因此,它是地震勘探中重要的环节之一。它分为现场踏勘、施工、试验工作及正式生产等阶段,由测量、激发、接收以及现场整理解释或现场实时监控处理等多工种密切配合进行。采集的关键是仪器设备和野外工作方法。有关仪器设备问题这里不讨论,在此,仅讨论采集工作方法技术等问题。,第一节 资料
2、采集,1、有效波与干扰波 2、测线布置和观测系统 3、地震波的激发与接收 4、观测参数选择 5、多次覆盖原理及参数选择,1、有效波与干扰波,在数据采集中,埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动,其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波,所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。,由此可见,在反射纵波法勘探中,一般只有反射纵波是有效波,其他波属于干扰范畴,而在瑞雷面波法勘探中,除瑞雷面波外,均为干扰波。,在反射波法勘探中,我们根据各种环境、激发以及传播因素产生的干扰的动力学和运动学特点,将干扰波分为两类: 其一是规则干扰波 其二是不规则干扰波 下面分述其主要特点。,规则干扰
3、波主要有:声波、面波、工业电干扰、多次反射波、侧面波以及绕射波等。,其主要特点为在时间或空间上表现出一定的规律性,能量一般较强。与有效波的差异主要表现在频率、视速度和到达时间三个方面,并且大部分干扰主要表现出视速度和到达时间两个方面与有效波存在差异。如面波、声波和多次反射波等。,不规则干扰波:它主要包括微震(即与激发震源无关的地面扰动),低频和高频背景等。,其主要特点是在时间和空间上表现出无规律性,即是一种随机的能量较强、频率不定的干扰。与有效波的差异主要体现在频率上。,我们了解有效波和干扰波的特征和差异,其目的在于在采集和处理的过程中,选择合适的方法,压制干扰波,突出有效波,以便更好地解决地
4、质问题。,2、测线布置和观测系统,1、测线布置 (1)测线最好为直线。 (2)主测线尽量垂直于岩层或构造的走向,以便于最大限度地控制构造形态。 (3)测线要尽可能与其它物探测线一致,若测区内有钻井,则测线要尽可能通过钻井,以便于综合分析解释物探资料和地质资料。,(4)测线疏密程度应根据地质任务、探测对象勘探精度等因素确定。一般情况下,要布置适量的与主测线垂直的联络测线,以确定地质构造的整体格架以及检测不同测线上反射波的对比闭合精度。,(5)测线布置应尽可能避开地形起伏较大和地物障碍等线路,力求以最少的工作量来解决地质问题。 (6)测线布置应尽可能远离非地震干扰源。如厂矿的机械振动,公路上频繁行
5、驶的汽车引起的振动、以及高压线引起的交流干扰等。若无法避免,应尽量使测线垂直穿过干扰源,以便降低干扰波对有效地震信号的干扰。,2、观测系统,(1)综合平面图示法 (2)简单连续观测系统 (3)间隔单次覆盖观测系统 (4)多次覆盖观测系统,在对一条测线进行观测时,为提高效率,通常都是每放一炮,多个观测点进行观测,每次激发时所安置的多道检波器的观测地段称为地震排列。我们把激发点与接收排列的相对空间位置关系称为观测系统。显然可见,观测系统的选择和设计与勘探地质目的、干扰波与有效波的特点、地表施工条件等诸因素有直接关系下面我们就常用的几种观测系统的图示和设计进行论述。,(1)综合平面图示法,(2)简单
6、连续观测系统,(3)间隔单次覆盖观测系统,双边放炮观测系统:在排列两端分别激发。又因该观测系统对地下反射界面仅一次采样,所以又称为单次覆盖观测系统。所得的地震剖面为单次剖面。 如果震源固定在排列的一端激发。每激发一次,排列沿测线方向向前移动一次(半个排列长度)。那么这种观测系统叫做单边激发(或叫单边放炮)简单连续观测系统,如图1.4.5(b)。 如果震源位于排列中间,也就是在激发点的两边安置数目相等的检波器同时接收,这种观测形式叫做中间激发观测系统(或叫中间放炮观测系统),如图1.4.5(c)所示。,(4)多次覆盖观测系统,为了压制多次反射波之类的特殊干扰波,提高地震记录信噪比,采取有规律地同
7、时移动激发点与接收排列,对地下界面反射点多次重复采样的观测形式叫多次覆盖观测系统。,3、地震波的激发与接收,1、P波的激发与接收 2、SH波的激发与接收,1、P波的激发与接收,激发 接收,(1)激发,激发震源分为两类:一为炸药震源,另一为非炸药震源。对于激发纵波而言,两类方式均可选择,一般以实现地质目的为准。相比而言,炸药震源激发的勘探深度的选择范围要大得多。在激发时,对震源一般有两个要求:激发力要竖直向下;激发装置或药包与大地耦合要好。 若采用炸药震源激发,一般在浅井或浅坑中埋置药包,且药包的体积要小、成点或球状,以保证激发效果。此外,在潮湿的土层或浅水面以下激发比在松散的干土层中激发效果要
8、好。 为提高勘探的分辨率,希望激发信号的频带宽、主频高。实践表明,在浅层地震勘探中,小药量高爆速的炸药震源和枪击震源等都能获得比较好的效果。,(2)接收,地震波的接收除观测系统和地震仪的仪器因素选择外,主要涉及如下三个方面的问题。 (1)检波器的选择:一般认为采用自然频率较高的检波器,有助于扩展记录信号的宽高频,从而有助于提高地震记录的分辨率,压制低频干扰。此外,在陆地勘探中,选用速度检波器,而在水中接收时,采用压力检波器。 (2)埋置条件的选择:根据仪器的响应与波的振动方向之间的关系,采用垂直检波器接收地面位移的垂直分量,可得到最大的灵敏度。因此检波器要埋直。此外为使得检波器与大地耦合好,应
9、埋置在潮湿、致密的土壤或岩石中。,(2)接收,地震波的接收除观测系统和地震仪的仪器因素选择外,主要涉及如下三个方面的问题。 (1)检波器的选择:一般认为采用自然频率较高的检波器,有助于扩展记录信号的宽高频,从而有助于提高地震记录的分辨率,压制低频干扰。此外,在陆地勘探中,选用速度检波器,而在水中接收时,采用压力检波器。 (2)埋置条件的选择:根据仪器的响应与波的振动方向之间的关系,采用垂直检波器接收地面位移的垂直分量,可得到最大的灵敏度。因此检波器要埋直。此外为使得检波器与大地耦合好,应埋置在潮湿、致密的土壤或岩石中。,图 检波器和不同的大地耦合 1-最好耦合,埋置在挖过的地表里; 2好的耦合
10、,埋置在挖过的地表里,相位畸变较小; 3一较好的耦合,埋置在粗扫过的地表里,振幅有衰减,相位畸变中等; 4一坏的耦合,埋置在没做任何处理的地表,振幅衰减和相位畸变均较大,(3)接收点检波方式:在工程高分辨率地震勘探中,通常采用每道单个检波器接收的方式,以减少接收方式的因素造成的高频成分的衰减。但有时,因表层非常疏松,面波干扰非常强烈,为减少后期处理的困难,往往在接收时采用多个检波器组合的方式进行组合检波,其结果作为一道的输出。如图所示。,经分析可知,组合检波有利于提高信噪比,但对纵向分辨率有一定影响。因此,在勘探中,应根据实际情况和地质目的及要求,综合考虑选择检波方式。,2、SH波的激发与接收
11、,激发 接收,(1)激发,在工程勘探中激发SH横波的震源主要采用击板法,但因其能量有限,故解决浅层和超浅层问题比较有效。而对于解决中浅层问题一般仍采用炸药震源激发。,不论选择哪一种激发类型,均须注意下述两个问题: 激发力与地面水平,且垂直于测线; 激发装置或药包与大地耦合要好。,若采用炸药震源激发,则必须使激发力具有一定的方向性和聚能的特性为此将炸药放在一定形状的爆炸室内进行爆炸。通过对各种形状爆炸室的试验,结果表明:v型爆炸室激发效果最为稳定,当采用较小的药量时,它激发的作用力主要集中在两个方向如图所示。,力Fl和F2是炸药室内填允物飞出去时对物体的作用力,力的作用时间短,产生的波形是尖脉冲
12、形,而F2作用时间较长,产生波形的宽度要宽些。,(2)接收,在接收SH横波时,接收方式和要求基本与P波相同,唯一不同的是采用水平检波器接收,并且多道接收时各道检波器的埋置方向要求一致。接收与激发详情见图。,4、观测参数选择,(1)仪器因素 (2)道间距和偏移距 (3)最佳接收段问题,(1)仪器因素,利用工程数字地震仪进行数据采集时,所涉及到的仪器因素主要有:采样率、记录长度、滤波档以及前放固定增益等参数。下面简要述之。,1)采样率,大小必须满足采样定理:,为记录信号中的最高频率,为了保证不畸变地将一连续信号离散采样为一数字信号,则在其最短周期内,应至少采两个样值,否则将使信号出现假频,即使得离
13、散采样后变成另一种频率的新信号。 在高分辨率地震勘探中,为保证不畸变地记录有效信号,每个最短周期内至少要采4个样值或更高。这对展宽仪器的通频带、提高精度等有一定好处,但可能增大高频干扰。在实际中选择时除上述因素外、还应考虑记录长度问题,因为大部分工程数字地震仪其记录长度(总点数道)是一定的,所以不能选择过高的采样率,以免点数太多,存储容量不够或增加不必要的勘探成本。 一般采样率的范围为:微米级至毫米级。可根据勘探目的层的深浅、精度要求和采样定理等来确定。,2)滤波档,工程数字地震仪一般均设有低通、高通、带通、全通等模拟滤波器。在采集中,为提高地震记录的信噪比,改善记录频谱中高、低频能量的不平衡
14、状况,可根据实际干扰波调查的结果,选择合适的滤波器,以压制干扰。例如选择较高低截频的高通滤波器,以压制低频干扰,并相对增强高频成分的能量。,3)前放固定增益,对于无瞬时浮点放大功能且动态范围较小的仪器而言,该参数的选择是比较重要的因为它对信号的振幅能量影响较大。一般,对于近炮点的道,固定增益选的小一点,对远炮点的记录道,选的大一点,一般均以记录不“截顶”为标准。,(2)道间距和偏移距,道间距的选择原则为,经过处理后能在地震剖面的相邻道上可靠地追踪波的同一相位并不出现空间假频,根据采样定理有:,最短视波长,波传播的视速度,波的最高视主频,对于倾斜地层,经分析,在上倾方向接收时,采用比一般情况稍大
15、点的道间距也能满足空间采样率的要求;而在下倾方向接收时,则需采用比一般情况较小的道间距才能保证不出现空间假频;,所以,在野外采集时,一般采用上倾方向接收较好。此外为提高地震记录的横向分辨率,常采用小道距接收。,偏移距:偏移距的大小直接影响了有意义的浅层反射波的覆盖次数,此外还有可能造成波的振幅和相位的较大变化以及波场复杂化等诸多问题,所以偏移距一般要求尽可能小。然而偏移距太小,波场受震源干扰严重,实际中,应兼顾各种矛盾,选择合适的偏移距。偏移距的变化对多次覆盖(多次叠加)的影响见图。,(3)最佳接收段问题,需要指出的是,在勘探深度较浅、地震地质条件比较单一的情况下,我们可以按最佳时窗技术去考虑
16、观测参数的设计等问题;当勘探深度较大、地震地质条件较复杂时,最好按组合检波和多次覆盖技术去考虑压制干扰以及观测参数选择问题。因为此时目的层深浅相差较大,很难选取甚至不可能选取最佳时窗。,5、多次覆盖原理及参数选择,1)基本原理,由于共深度点道集内各记录道反射波都是地下同一界面反射点形成的,因此这些反射波具有相同的波形特征,经动校正(即正常时差校正)之后,把共深度点道集内所有的地震记录道叠加起来,就能起到压制与一次反射波视速度不同的多次反射波和各种满足统计规律的随机干扰的作用,从而提高记录的信噪比。但由于多次覆盖方法相当于一个低通滤波器,对波场的高频成分具有一定的抑制作用,因此在实际中要慎重选取
17、各叠加参数。,5、多次覆盖原理及参数选择,2)叠加特性与参数选择,n:叠加次数,d:炮点距,q:多次波 剩余时差系数,k:道序号,由此可见,叠加效果的好坏,主要与n、 、 参数以及叠加参量 有关。在此,我们主要讨论以 中的频率f为横坐标,固定q值情况下, 、 、n参数的变化对叠加特性的影响。,偏移距越小,通频带的边界频率越高 表明偏移距越小越好,道间距越小,通频带的边界频率越高 表明道间距越小越好,从图中可以看出,覆盖次数从6提高到12,通放带的边界频率变化不大,叠加频率特性曲线很接近。,由于提高覆盖次数能够有效地提高记录的信噪比,提高对多次波的压制能力,且对地震波的高频成分影响不大,因此在浅
18、层高分辨率地震反射调查中,较高覆盖次数水平叠加技术是必要的。然而当地层倾角较大时,地下反射点变成一反射“面元”,且倾角越大,道集内反射点的分散距离越大,将直接影响到叠加效果,此时高覆盖次数反而有害。较高覆盖次数虽对频率特性影响不大,但对勘探成本却影响较大。因此,在数据采集中要全面考虑记录的信噪比和勘探费用,在满足具有较高记录信噪比的条件下,应尽可能采用较低的覆盖次数。,从高分辨率地震勘探的角度考虑,激发和接收的总原则为:小药量激发,宽频带接收,观测系统采用小道距、小偏移距、无组合检波、合适的覆盖次数观测。,第二节 资料处理,地震资料数字处理,是指用计算机对采集的原始资料进行,以压制干扰、提高信
19、噪比和分辨率、提取地震参数为目的的一整套处理方法和技术。 它可为资料解释提供反映地下结构和岩性等的地震剖面和参数。,在处理过程中,人们总是将采用的各种处理方法、程序按一定次序组合起来,形成各种处理流程,以实现计算机自动处理。 一般而言,任何一个处理流程都不是一成不变的,图给出了一个典型的二维反射纵波多次覆盖资料的处理流程,对于SH横波的多次覆盖资料的处理也可参照进行。,第二节 资料处理,1、预处理 2、频谱分析 3、数字滤波处理 4、校正处理 5、速度分析 6、时深转换 7、偏移处理 8、修饰性处理 9、常规处理中影响分辨率的有关环节,1、预处理,所谓预处理,是在对数据作实质性处理之前为满足一
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