《地震勘探——原理和构造解释(非物探专业用)》学习笔记.doc

地震勘探原理和构造解释（非物探专业用）学习笔记1、地震波实质上就是一种在岩层中传播的弹性波。2、从波源上看，爆炸时作用于岩石的外力，是非周期性的，不足以补偿质点振动阻尼而耗损的能量，因而岩石中质点的振动是不稳定的。由于爆炸产生的振动具有脉冲的性质，即振动只在一短暂时间内延续，所以由振动而引起的地震波，也具有非周期的脉冲性质。也就是说地震波属于脉冲振动。3、将相邻两个极大或极小值的时间间隔叫做视周期，以T*表示，其单位为毫秒或秒。将视周期的倒数叫做视频率f*，以赫兹为单位。4、振动的正向极值或负向极值的个数习惯上称为相位数。更细致地说，检波器由原来的静止状态到因波的到达而开始振动的时刻，这个时刻称为波的初至。但实际上，这个时刻在记录上很难准确确定。更常用的办法是以振动图上某个明显的极大值（在地震勘探中习惯称为“相位”这与物理学中的“相位”的含义是不同的）的时间作为波的到达时间，显然，这两个时间之间是有差别的，时距曲线方程里的t表示的是初至时间；在图中画出的是相位的时距曲线。T=x/v5、地震勘探中所获得的一道地震记录，实际上就是一系列地震波传播到地表时，引起地表某一质点振动的振动图形。每一道表示某道检波器所接收到的振动图形。其中每一个脉冲图形都表示一个岩层分界面的反射波，返回到地面所引起的质点振动图形，靠前面的脉冲表示浅层反射，靠后面的脉冲表示深层反射。如果在地面沿测线设置多道检波器，得到的多个振动图形的总和就是地震波形记录。6、在地震资料对比中所说的“波形特征”，就是指振动相位数、视周期、视振幅及其相互关系。7、地震波运动学理论，就是研究地震波在时间和空间中的运动规律。 时间、空间和地质介质是不可分的，因此，根据地震波运动的时间和空间的关系，可以找出相应的介质结构。8、时距曲线的概念所谓时（间）距（离）关系，就是表示波从震源出发，传播到测线上各观测点的传播时间t同观测点相对激发点（取坐标原点）的距离x之间的关系。波到达测线上任一观测点的时间同观测点与激发点之间的距离的明确定量关系，即所谓的时距曲线方程。 在介绍了时距曲线的基本概念后，还需指出，当激发点和观测点在同一条直线上时，这样的测线称为纵测线，用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。除非特别说明，一般讨论的都是纵测线的情况。当激发点不在测线上，这样的测线叫做非纵测线，用非纵测线进行观测得到的时距曲线叫做非纵时距曲线。应当注意，对同一类型的波，在同样的介质结构情况下，它的纵时距曲线与非纵时距曲线是不相同的。例如，直达波的纵时距曲线是直线，但它的非纵时距曲线就不是直线而是一条双曲线。9、地震波的动力学理论，是地震勘探最主要的理论基础。地震波动力学主要研究地震波在运动状态中的能量、波形、频谱等特征及其变化规律的一门学科，它是地震资料地层、岩性解释的基础（实质：动力学特征与地层结构、岩石性质、流体性质等有较好的内在联系）。目的：研究地层、岩性、沉积、圈闭甚至直接检测油气。这就为我们利用地震波的动力学特征及其变化来研究地下的地层、岩性及其油气显示奠定了基础。10、振动的合成与分解任意一个周期振动的波形无论怎样复杂，都可以看成许多正弦（或余弦）波叠加而成，而这些正弦（或余弦）波的频率是基本正弦波频率的整数倍。基本正弦波叫做基波，频率为基波频率整数倍的正弦波称为谐波。由分量波形叠加得到合成波形，称为振动的合成（或振动的叠加）。反之，合成波形也可以分解成组成它的分量波形，这叫做振动的分解。所以，合成波完全等价于组成 分量波形，而分量波形又和他们的合成波形等价。信号的合成和分解11、频谱的概念频谱就是频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。 频谱是频率谱密度的简称。它将对信号的研究从时域引到频域，从而带来更直观的认识。 只要简谐分量足够多而它们的参数又选的合适，就几乎能够合成任意所需要的振动。换句话说，随便画一条振动曲线，只要画的曲线满足一定的数学条件，就总可以找到一些适当的简谐分量，用它们把所要的合振动“配制”出来。由此得出的频谱的概念可以这样叙述：一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；这些简谐分量及其各自的振幅、频率和初相，就叫做复杂振动的频谱。许多简谐振动信号合成一个复杂的脉冲信号。频谱（Spectrum）的基本概念一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；那许多简谐分量及其各自的振幅、频率和初相，就叫做复杂振动的频谱。组成一个复杂振动的各个谐振动分量的特性与其频率关系的总和称为该振动的频谱，包括振幅谱和相位谱。所谓频谱分析，就是利用傅里叶方法来对振动信号进行分解并进而对它进行研究和处理的一种过程。将波（振动）以频谱方式表示称为频谱分析，频谱分析在信号处理中是十分重要的工具。频谱分析是地震勘探中一个十分重要的概念。频谱分析的数学基础是付立叶(Fourier)分析。振幅谱是以频率为横坐标、各频率谐波的振幅为纵坐标绘出的曲线；相位谱则以各频率谐波的相位为纵坐标绘出的图形。振幅谱的特点：、振幅谱的一个值，只反映信号的一个频率分量。、在振幅谱中，其主频f0一般与信号中的视频率f*相近（f*f0）。也就是说，组成该信号的无限多个频率分量中，作用最显著的还是那些与视频率相近的频率成分。、短脉冲具有宽频谱，长脉冲具有窄频谱。这就是说，脉冲的延续度与频带的宽度成反比，即T(1/f)。 周期函数的分立谱(离散谱)注意：图中横坐标是用基频的整数倍表示。频谱的意义：频率成分每个频率分量的幅度大小。振幅谱的意义：频率成分每个频率分量的幅度大小从振幅谱看的意义频谱参数：主频：频谱极大值所对应的频率；频宽（带宽）：振幅谱等于最大值的0.707倍处的两个频率值之间的宽度。频谱的主要参数主频0和频宽= 2-1主频0频谱极大值所对应的频率。频宽= 2-1振幅谱等于最大值的0.707倍处的两个频率值之间的宽度。各种地震波的频谱的特征面波10-30Hz，反射波的主频一般在3050 Hz。各种地震波的频谱特征与地震勘探有关的一些频谱特点：面波频率低（1030Hz)反射波主频 （3050Hz）深层反射频率更低声波频率较高，大于100Hz工业交流电，50Hz左右，并有一个很窄的频带，窄带风吹草动等微震的频谱比较宽，出现在60Hz以上。浅层折射波和直达波的频谱，分布于反射波的频带之内。激发条件对地震波频谱有影响药量大，频率向低频方向移动岩石致密，频率向高频方向移动不同类型反射波频谱有差异同一界面的反射纵波比反射横波频率高；其主要原因是横波的高频成分被吸收严重反射波的主频随t0增大而减小相同类型反射波随传播距离增加频率降低频谱在地震勘探中的应用掌握干扰波的出现规律，在野外采集时选择仪器上合适的滤波档，将其“拒之门外”；在室内处理时，有针对性地设计滤波器，将其滤除，提高资料的信噪比。频谱的再认识：不同乐器发出同一音调时的振动图和频谱 一个复杂的信号可以分解成不同频率的正弦信号，反之亦然。在信号研究和处理中采用分解过程比合成更多一些。 所谓频谱分析，就是利用付立叶方法来对振动信号进行分解并进而对它进行研究和处理的一种过程。 频谱的概念也可以这样叙述：一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；那许多简谐分量及其各自的振幅、频率和初相，就叫做那复杂振动的频谱 不是所有的信号都可以分解（哪怕无限多个）简谐振动的。数学上确立了确切的条件，即狄利克莱（Dirichlet）条件。 狄利克莱（Dirichlet)条件，任意一个区段内，1)信号f(t)除有限个间断点外都连续，2)仅有有限个极大和极小值。 这是傅里叶级数展开的充分必要条件。能分解的振动曲线能分解的振动曲线不能分解的振动曲线12、频谱的表示方法用图像的形式表示一个合成振动与其频率组分的关系是直观的，而且也是清楚的。但是从另一个方面看来，它的实用性不大。为了简便起见，我们对组成合成振动信号的分量，利用频率和振幅的关系作图，得到所谓的相位谱。我们把振幅谱和相位谱统称为频谱，在地震勘探中，振幅谱用得多，相位谱用得很少，所以振幅谱又简称频谱。理论证明地震波是非周期振动的一种，它是一种脉冲振动，所以，它的频谱可以表示为频谱图。非周期振动的频谱是连续谱，它的波形是由无限多个不同振幅、不同相位且频率是连续变化的谐振动波形叠加而成。在通信中处理的信号有话音、数据(电码)、图像等。这些信号最后都转换为随着时间而随机变化的电压或电流。个规则的非正弦信号，不论它是周期性的还是非周期性的，都可以分解为一系列频率不同的正弦（或余弦)分量。图1所示的非正弦电流波形中，可以分解为两个频率不同的正弦波，其中频率为l000Hz的正弦波，振幅是4毫安，初相角是+90。；另一个频率为3000Hz的正弦波，振幅是1毫安，初相角是-90。信号中分解出的所有正弦波，可以按其频率高低依次排列，将各正弦波的振幅，按其频率高低顺序加以排列，就可以得到信号的振幅频谱，简称幅谱。将各正弦波的初相角，按其频率顺序加以排列，就可以得到信号的相位频谱，简称相谱。频谱是幅谱和相谱的总称。由于在大多数情况下知道信号的幅谱就够了，所以习惯上提到频谱一般都是指幅谱，否则就需要作相应的说明。信号的频谱可以用图2表示，这种图称为频谱图。图中纵轴的线段称为谱线，它的长度代表正弦波的振幅 A 或相角 a，它的横轴上所处的位置代表该正弦波的频率f。信号频域分析方法基础知识-测振仪系列知识讲座九频域分析的基础是频谱分析方法。利用某种变换，将复杂的信号分解成为简单信号的叠加，而使用最普遍的变换就是快速傅里叶变换（即：“FFT变换”）。利用它，能将复杂的设备振动信号分解成为有限个或无限个频率的简谐分量信号（即：简单信号）。而将这些简谐分量的频率按其大小从低到高的排列起来而作成的坐标图，就成了“谱线图”、“频谱图”，简称为频谱（详见下图所示）。因为设备的故障是与设备的故障特征频率相关，所以运用频谱图就可以对设备的故障进行分析和诊断，这就是我们通常所说的设备故障频谱（域）分析法。频谱有幅值谱和功率谱之分。前者，它反映了振动信号的振幅大小随频率分布的情况；后者，则反映了振动信号的振动能量大小随频率分布的情况。信号由时域向频域变换的示意图图中的f1称之为基频，也称为工作频率或称为1倍频。其后面的f2、f3、f4 。若与基频成整数倍时，则为基频的谐波频率，称之为基频的2倍频、3倍频、4倍频、，分别用1、2、3、4 来表示，以下相同。地震波的波谱地震波的波形，不仅是时间t的函数，而且也是空间距离x的函数。我们已知道，表示时间函数关系，用地震波的振动图形f（t）；表示空间函数关系，用地震波的波剖面f（x）。一个振动图形f（t），是由无限多个频率连续变化的谐振动所组成，同样，一个波剖面f（x）,也是由无限多个波数连续变化的谐振动所组成。描述振动图形的频率结构用频谱，同理，描述波剖面的波数结构则用波谱。地震波的波谱，因波的类型不同，它的特点也不一样。一般情况下，反射波的视波长大于40m；声波的视波长最短，只有13m，这是由于声波的速度低，频率又高的缘故。面波和直达横波的视波长也不长，面波的视波长约为540m，直达横波的视波长约为515m；只有浅层折射波的视波长，接近反射波的视波长，约为30170m。由此可见，反射波的视波长与面波、直达横波和声波的视波长有明显的差异。利用它们之间的这种差异，可以进行波数滤波，达到压制干扰波，增强反射波，提高信噪比。但是，浅层折射波和反射波的视波长相近，也不能用波数滤波的方法来消除浅层折射波的干扰。地震波的频波谱地震波的波形是时间空间的函数f（t，x），与时空函数f（t，x）相对应的是频率波数谱F（，K）。地震波的频波特征与时空函数f（t，x）一样，比较全面地反映了地震波的特征。由地震波的视速度频图可知，反射波的视速度相对较高，一般都大于30004000m/s。面波、声波和直达横波的视速度都低于1000m/s。浅层折射波与反射波在视速度上有明显的差别，它的视速度为15003000m/s。由此可知，浅层折射波和反射波，在频谱和波谱上都是互相叠掩的，而在视速度谱上它们之间分开了。因此，采用频波滤波的方法（又叫二维滤波），不仅可以压制视速度较低的面波、声波等干扰波，而且还可以压制浅层折射波干扰。这是二维滤波比较突出的特点。波数滤波的概念 在地震勘探中，有时有效波和干扰波的频谱成分相近，无法用频率滤波来压制干扰，但是既然是不同类型波，一定在其他方面存在差异，例如视速度不同（图1-46），这时就可以利用视速度的不同来压制干扰而不采用频率滤波的办法。例如“组合”就是根据视速度不同来压制干扰波的。这种滤波不只是对一个地震记录道，而是对若干个空间的地震记录道发生作用，因此是一种空间域的滤波。图146 地震波的视速度谱地震波动是时间和空间的函数，既可用振动图来描述图1-47(a)，也可用波剖面来表示图1-47(b)。当用波剖面表示时，可用波长表示波剖面上两个相邻极大值之间的距离，波数K表示单位长度上的波长数目。 图1-47 地震波的图示(a)振动图，(b)波剖面=vt (1-6-1) (1-6-2) (1-6-3) 当地震波频率变化时，波数也要改变，一个地震波振动图形是由不同频率的简谐频率成分组成的，对应的波剖面也是由许多不同波数的简谐波剖面所组成，用X(x)表示波剖面，用X(K)表示它的波数谱，利用傅里叶变换有 (1-6-4) (1-6-5) 这一对变换公式表示，任何一个波剖面可以用无数个波数不同的简谐波剖面之和来表示。波数与波剖面的关系和频率与振动图形的关系一样，不同的是前者的变量为空间x，后者的变量为时间t。在实际地震勘探中，通常是沿测线进行观测的，因此，用视速度V*，视波长*和视波数K*等表示所观测的地震波。 因此(1-6-2)和(1-6-3)式可写成 *=V*T (1-6-6) (1-6-7)由(1-6-7)式可以看出，当两个简谐波频率f相同时，它们的视速度V*不同，那么波数K*也不同，当两个简谐波频率不相同但它们的视速度相同时，那么波数K*也不同。因此波数的变化既包含了频率又包含了视速度的变化。 第四章 共反射点叠加法共反射点叠加法是60年代美国的一位名叫梅恩（Moyne 1962）的人提出的。所谓的共反射点叠加法是指在野外采用多次覆盖观测方法，在室内处理中采用水平叠加技术，最终得到水平叠加时间剖面的一整套工作。所谓的一次覆盖或多次覆盖是指对北追踪的界面观测的次数。例如对同一界面追踪了两次，称为二次覆盖。但要注意，对多次覆盖，每次观测时，炮点和检波点各不相同。水平叠加是指将在不同炮点激发、在不同接收点接收到的来自地下同一反射点的信号，经动校正后进行叠加。由于多次覆盖观测方法和水平叠加技术的基本原理完全一样，所以也将共反射点叠加法称为共反射点水平叠加技术（或共深度点技术等）。该方法原理简单，效果好，现在多次覆盖已成为最基本的野外工作方法，这是地震勘探野外工作的一个重大改进。这种方法的目的在于突出有用信息，压制规则干扰波和随机干扰波，从而提高信噪比，改善地震记录质量。特别是在压制全程多次波上效果最佳。它所利用的不是频率滤波的频谱差异，也不是组合的方向性差异，而是利用动校正后有效波与干扰波之间剩余