（地球探测与信息技术专业论文）城市工程中灵活宽线地震勘探及数据处理研究.pdf

摘要 摘要 城市是现代社会的重要舞台，如何在城市条件下进行工程勘探成为一个新的 课题。城市工程勘探具有较多的技术难点，如布置测线难、建筑物及人流阻挡多、 环境干扰大等。随着社会的发展，以往应用于油气田和煤田勘探的方法技术逐渐 在工程中得到推广和应用。灵活宽线地震勘探是为在地表条件复杂、地下条件也 复杂的地区开展宽线地震工作而提出的。它既有宽线多线接收的特点，又有弯线 测线方向的可变性。 地震资料的数据处理，是地震勘探中重要的一环。本文主要以灵活宽线地震 勘探在城市工程中的应用为着眼点，研究了灵活宽线地震勘探的相关数据处理方 法和程序模块。在野外工作中，为保证灵活宽线能有一定的覆盖次数，采用了计 算机帮助布置测线的方法和程序，详细介绍了各种测线布置的方法和优缺点。在 资料处理方法中，设计了能够适合于城市工程勘探的相关处理程序。其中包括灵 活宽线共面元道集的形成、水平叠加、倾角扫描叠加和灵活宽线倾斜叠加等。此 外，还可进行纵横倾角的研究等，并简要介绍了灵活宽线速度分析方法。经理论 和实际资料处理结果表明，这些处理程序，从方法上来讲，都是可行的。 关键字：城市工程灵活宽线地震勘探数据处理 成都理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm o d e mt i m e s ，i ti san g wt a s kt oc a l t yo u te n g i n e e r i n g p r o s p e c t i n gi nu r b a n c o n d i t i o n s ad i v e r s ea r r a yo ft e c h n o l o g i c a ld i f f i c u l t i e sa r ec h a r a c t e r i s t i co fu r b a n e n g i n e e r i n gp r o s p e c t i n g ，s u c ha st h ed i f f i c u l t yi na r r a n g i n gl i n e s ，t h eo b s t r u c t i o no f b u i l d i n g sa n d t r a f f i c a n dt h ep r e v e n t i o no f t h es u r r o u n d i n g s w i t l lt h ed e v e l o p m e n to f s o c i e t y , t h et e c h n o l o g yo n c ea p p l i e di np r o s p e c t i n gh y d r o e a r b o na n dc o a lf i e l d si s i n c r e a s i n g l yu s e da n ds p r e a di nu r b a ne n g i n e e r i n gp r o s p e c t i n g s e i s m i cp r o s p e c t i n g a l o n gt h ef l e x i b l ew i d el i n ei si n t e n d e dt ob eu s e df o ra r e a sw i t hc o m p l e xs u r f a c ea n d s u b t e f f a n e a nc o n d i t i o n s i tc h a r a c t e r i z e sv a r i a b i l i t yo ft h ed i r e c t i o no fc u r v e dl i n ea s w e l la sm u l t i p l er e c e p t i o n sf r o mw i d el i n e s p r o c e s s i n gs e i s m i cd a t ai sav i t a lp a r ti ns e i s m i cp r o s p e c t i n g t h ep a p e rd e a l s w i t ht h em e t h o d sa n dp r o g r a m si np r o c e s s i n gd a t af r o ms e i s m i cp r o s p e c t i n ga l o n g f l e x i b l ew i d el i n e sw i t l lav i e wt oh e l pa p p l yt h et e c h n o l o g yo fs e i s m i cp r o s p e c t i n g a l o n gf l e x i b l ew i d el i n e si nu r b a ne n g i n e e r i n g c o m p u t e r sa r eu s e dt oh e l pa r r a n g e l i n e st og u a r a n t e et h ef o l do ff l e x i b l ew i d el i n e si nf i e l dw o r k t h ep a p e ri n t r o d u c e s v a r i o u sm e t h o d so fl i n ea r r a n g e m e n ta n dt h e i rs t r o n ga n dw e a kp o i n t s i td e s i g n s r e l a t e dp r o g r a m sf o rd a t ap r o c e s s i n g ，w h i c hi ss u i t a b l ef o ru r b a ne n g i n e e r i n g p r o s p e c t i n g ，i n c l u d i n gt h ec r e a t i o n ，h o d z o n t a ls t a c k i n ga n ds l o p ea n g l es t a c k i n go fc o m m o n e l e m e n tg a t h e ro ff l e x i b l ew i d el i n e sa n ds l a n ts t a c k i n go ff l e x i b l ew i d el i n e s i na d d i t i o ni t e x a m i n e sh o r i z o n t a la n dp e r p e n d i c u l a rs l o p ea n g l e s ，a n dg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no f t h ev e l o c i t y a n a l y s i so ff l e x i b l ew i d el i n e s t h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n sa n dp r a c t i c a lc a l c u l a t i o n ss h o wt h a t t h e s ep r o c e s s i n gp r o g r a m sa l ep r a c t i c a b l ei nt e r m so f m e t h o d o l o g i c a le x p e r i m e n t k e yw o r d s ：u r b a ne n g i n e e r i n g f l e x i b l ew i d el i n e s e i s m i cp r o s p e c t i n gd a t a p r o c e s s i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛叠堡王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的周志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名：豸了云 学位论文作者签名：玉i 粗叛 一) 年r 月e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛叠堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡王盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：知钽双 知7 年厂月 - t ， 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 选题背景与研究现状 走可持续发展道路，协调人口、社会、环境和资源的关系，是中国发展战略 的必然选择。城市化是人类社会发展的必然趋势。城市作为国民经济发展最理想 的空间场所和历史舞台，城市的可持续发展对整个国家的影响至关重要。伴随着 城市的快速发展，大部分城市长期超强度开发利用资源，大量排放“三废”，导致 资源破坏，环境恶化，人为产生了一系列地质灾害问题。由于城市地质灾害具有 危害性、潜在性、突发性、隐蔽性、社会性等特点，因此如何探明潜在的地质灾 害危险，提出对应的预防和解决对策，更好的为经济建设和社会发展服务，不但 特别重要，而且十分紧迫。近年来，地球物理勘探的应用范围得到了迅速地扩展， 其方法主要包括地震方法、电磁方法和重力等，在各种城市地质灾害的监测、预 报和防治工作中，都发挥巨大的作用。 地震勘探经过半个世纪的发展，从d , n 大，从弱到强，今天它已走在世界先 进科学技术的行列中，并且已经在油气、煤田、矿产资源调查中得到了广泛的应 用。上世纪9 0 年代中后期，随着大规模的城市扩张和工程建设，地震勘探技术 开始在工程和城市领域获得发挥和应用。 地震勘探是借助人工激发的地震波对地下介质进行探测的一种物探方法。地 震勘探和地震学有着密切的关系。为研究天然地震发生及形成机理，1 9 世纪中 叶人们制造了记录地震发生期地壳运动的地震记录仪，尔后j c k a r c h e r 提出 了反射地震波的基本理论。第二次世界大战后，随着晶体管地震仪开发成功，以 及地震记录由纸记录到磁记录的转变和c d p 技术的出现，地震勘探迎来了第一次 革命。同时，随着数字技术、计算方法和电子计算机的飞速发展，地震勘探无论 是在仪器设备还是资料采集、数据处理解释上都获得了长足的发展。从二维到三 维是地震勘探技术的再一次革命。三维地震勘探是把地震勘探方法扩展到三维空 间的新技术，包括数据采集技术、资料处理和解释系统。它能提供足够的地下界 面采样密度，通过三维波动方程偏移处理和适当显示就可以呈现出原来的垂直图 像。这不仅符合地质体的三维特性，更可排除二维测线对空间三维数据的割裂， 从而组成一个涵盖整个目标地质体的三维数据体。在上世纪7 0 年代初，g g 瓦 尔顿和j w 冬金提出三维地震勘探十字排列、l 排列系统和等时图显示，法国 c g g 和e l f 公司合作研究了宽线技术，发展了弯线技术。 对于弯线和宽线技术的研究，我国地震工作者也很早给予了关注，于1 9 7 4 成都理工大学硕士学位论文 年前后提出了反射“面积单元”的概念，但真正全国系统的研究是从1 9 7 8 年原 地质部石油局河南辉县会议后开始的。尔后，地震宽线资料解释方法技术、宽线 动较前的剩余静校正方法研究、灵活宽线剖面地震资料处理方法研究、复杂地区 资料解释方法研究、地震宽线方法的推广应用、地震宽线剖面动校前剩余静校正 方法研究等课题相继被列入国家相关科技攻关项目。随后，弯宽线技术在石油和 煤田勘探中得到了应用。2 0 0 0 年，辽河石油勘探局在辽河盆地西部凹陷八一水 库区域、2 0 0 0 年山西煤田地质综普队在复杂的黄土地形区煤田、2 0 0 4 年中国石 油勘探与开发研究院西北分院在酒西盆地等均进行了弯宽线勘探地应用研究。同 时，弯宽线技术也在城市工程中得到应用。2 0 0 2 年，中国地震局地球物理勘探中 心分别在北京和银川市进行了宽6 0 8 0 m 、长8 0 0 m 左右、点距2 5 m 的宽线地 震勘探工作。 1 2 主要研究内容 本文主要以城市工程中灵活宽线地震勘探的应用为着眼点，详细讨论了灵活 宽线地震勘探的野外数据采集技术，研究了灵活宽线地震勘探资料数据处理方法 和程序。 全文共分5 章。第1 章概述了选题的相关背景和研究现状。 第2 章分析了城市条件下进行地震勘探的技术难点以及灵活宽线地震勘探 在复杂地区应用的特点。 第3 章详细介绍了灵活宽线地震勘探野外数据采集技术。本章以计算机辅助 布置测线为切入点，介绍了灵活宽线测线布置方式、计算机效果模拟及布线方式 的优缺点和改进方案等。 第4 章介绍了灵活宽线资料数据处理方法和程序设计。包括共反射面元道集 的形成、动校正、水平叠加、速度分析、时间场变化率以及倾角扫描叠加和倾斜 叠加等。 第5 章主要展示了理论模型和实际资料的处理效果。 1 3 创新点 1 、针对城市地震勘探和灵活宽线地震勘探的特点，首次把灵活宽线地震勘 探应用到城市工程中； 2 、为了减低弯曲测线由于炮检点非共线性对勘探效果的影响，提出了两种 改进型的测线布置方式： 3 、研究和设计了城市工程中灵活宽线相关数据处理方法和程序。 第2 章城市工程中地震勘探数据采集技术 第2 章城市工程中地震勘探数据采集技术 2 1 城市地震资料采集的技术难点 在城市工程勘察中，地震勘探方法已被证实为一种有效的技术方法。但在城 市条件下，地震勘探具有如下特点和技术难点： 1 接收点埋设困难：城市内大量的柏油路以及水泥混凝土地面，密集的建 筑物和过往的行人，给接收点的埋设带来困难。如何埋设接收点将直接影响施工 质量。当地表无法埋设接收点时，若过多的作空道处理将损失来自地下的反射信 息。 2 。激发方式选择的困难：为保证安全，在复杂的城区地震条件下不得不慎 重选择激发方式。若全用炸药震源将不可避免造成丢炮、少炮而导致资料的损失， 因此应尽可能地考虑其它方式进行。 3 环境噪声问题：环境噪声是在城区进行地震勘探面l | 缶的难题。城区内交 通线路四通八达，人和车辆来往十分频繁，因此环境噪声随时都会存在。这些噪 声的频率、速度与有效信号重叠在一起，很难将它们完全分开，从而影响采集资 料的信噪比。 4 测线布设的困难：在城市条件下，严格按常规布线原则几乎不可能，许 多可以布设接收点的地方由于靠近建筑物等而无法放炮，而能布设激发点的地方 由于场地限制而无法铺开排列，因此选择适宜的测线布置方式又是一个难题。 因此，城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复 杂性。 2 2 城市地震勘探施工的技术措施 2 2 1 接收点的埋设 在城市地表可分为两种情况：一种是水泥混凝土地面和柏油路面，无法正常 埋接收点；另一种是城区绿化带和一些空地，可以正常埋置接收点。在绿化带和 空地，根据地形，可以采用常规条件下接收点埋设方式。但在水泥混凝土地面和 柏油路面，是无法正常埋设接收点的。为了尽可能多地获取地下目的层的反射信 息避免空道，可以利用石膏把检波器埋置在上面，要求做到“平、稳、正、直、 紧”，确保检波器与水泥混凝土和柏油路面耦合，达到同步振动。 成都理工大学硕士学位论文 2 2 2 激发方式的选择 由于炸药震源的强大破坏性，在城区无法作业。因而采用其它的激发方式成 为必然。 1 震源枪、震源弹由于其能量利用率要比常规炸药震源高，能把有限的能 量转化为较多的地震波能量，并具有更高的安全性能，因此它的应用为复杂地表 条件下的工程地震勘察工作提供了可能。 2 锤击由于工程地震要求勘探的目的层较浅，如场地条件不允许采用像震 源枪、震源弹等其他激发方式，则可选择锤击的方式。由于锤击下传能量不可能 很大，通常需要采用垂叠的方式进行。具体的垂叠次数应由现场试验确定。 2 2 3 噪声干扰的克服 环境噪声是在城区进行地震勘探面临的难题。面对环境噪声的干扰，可以采 用一定的技术措施加以克服： 1 利用“时间差”进行施工，通过对环境噪声的调查，寻找噪声相对小的 时间段进行采集。 2 结合现场实际及试验结果，埋设好检波器，克服因埋设带来的虚反射， 尽最大可能压制干扰。 3 在保证探测目标足够分辨率的情况下，尽可能提高叠加次数，为资料处 理人员提供各方面的反射信息以便在处理过程中进行噪声压制。 2 2 4 测线的合理布设 通常城市工程地震施工由于受场地限制，能工作的区域都不是很大，这就要 求应尽可能的合理布置接收及激发线，最大限度的延长剖面长度。在此条件下， 直测线可能会面l f 矗i 着施工困难，这样我们可以考虑其他的测线布置方式来加以克 服。 灵活宽线是在弯线和一般宽线的基础上提出和发展的，它解决了测线方向的 不可变性和一般地震方法对复杂地区的局限性。面对城市条件下的勘探环境，开 展灵活宽线的应用，相信具有一定的现实意义。 2 3 灵活宽线地震勘探的特点 灵活宽线地震方法是为在地表条件复杂、地下条件也复杂的地区，改善地震 4 第2 章城市工程中地震勘探数据采集技术 资料质量而提出的。和传统直测线、弯线和一般宽线相比，它具有如下特点： 1 既有宽线多线接收的特点，又有弯曲测线方向灵活可变的优点； 2 炮点线与接收点线及其相互关系都具有可变性，即可根据勘探工区的地 下地质和地表地形特点，选择有利于激发和接收的地段灵活布置： 3 对施工地表、地下条件限制小； 4 可以有效地扩大地震信息量、改善叠加信噪比。 5 成都理工大学硕士学位论文 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 灵活宽线的特点是炮点线与接收点线及其相互关系都具有可变性，即都可以 根据勘探工区的地下地质和地表地形特点，选择有利于激发和接收的地段灵活布 置。但是，由于采用的布置方案不同，灵活宽线的炮检中点的稀密程度也不同。 为了使设计的灵活宽线既有利于激发和接收，又能使该测线的炮检中点均匀合理 地分布在输出剖面线条带内。在野外进行灵活宽线布置时，可用微型计算机，帮 助设计布置测线，其目的是使设计布置的测线尽量选择在有利于激发和接收的地 段，同时又能使灵活宽线的炮检中点均匀合理地分布在输出剖面条带内。 在野外测线布置时，首先，根据勘探区的地质任务和地球物理情况，踏勘选 定有利于激发的弯曲炮点线，测取弯曲炮点坐标数据，计算输出剖面线。依据勘 探工区的地质地貌，选择有利于激发和接收的输出剖面线方向，确定其布线方式 和观测方法。 3 1 计算输出剖面线 计算输出剖面线是将踏勘选定的弯曲炮线上的炮点坐标数据，输入微型计算 机。用三点比较求极值的方法，求取弯曲炮线上各点的坐标。或直接输入弯曲炮 线的特征点坐标，如首点、尾点、极点和拐点坐标。然后，对已知的极点坐标进 行下例计算。 设两相临的极点坐标为( j ，】，) 和( x ，y ) 。第一步计算各两相临极点坐 标间的中点坐标( x m ，y m ) ，得第一条中点坐标曲线。计算公式为： x 。：鲨 ：半 ( 3 _ 1 ) 在所得中点坐标曲线的基础上，再按上述方法计算两相邻点坐标的中点坐标，则 得到一条新的坐标曲线。依次类推，连续计算n 次，就可以得到n 条中点坐标曲 线。一般而言，计算三次即可。如图3 - 1 。综合这些中点坐标曲线和踏勘的地面 接收情况，合理选定输出剖面线方向，便得到野外施工的测线方向，程序流程如 图3 1 4 所示。 6 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 p ，一，二7 0k 岁 z ：一 x 一一7 、 乒 多 ：芝_ 一 、 j ，多 么 互一 02 0 4 06 08 01 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 3 8 0 4 0 0 4 2 0 4 4 0 图3 - 1 测线与各次输出剖面线 3 2 布线方式和观测系统参数的选择 3 2 1 布线方式 灵活宽线的观测系统较直线有较大的灵活性。只要获得好的目的层反射和炮 检中心点具有一定密度分布，即保证共反射面元有充分多道数的情况下，炮点、 检波点位置、炮检距、接收点距等都可以改变。并且排列也可不动，仅改变激发 点位置，反之亦可。 通常，灵活宽线的布置方式有以下几种方案可供选择： 第一、沿自由弯线布置炮点，沿弯曲测线依次平行布置接收点线，如图3 - 2 。 这种布线方式基本上是沿袭现行弯曲测线施工方法来布置的。其优点是施工方 便，但其缺点是炮检中点的分布受炮线的弯曲影响较大，以致使炮检中点疏密不 匀，从而严重影响叠加质量。 第二、沿自由弯线布置炮点，沿弯线输出剖面线依次平行布置接收点线，如 图3 - 3 。这种布线方式是上一种布线方式的改进。其优点是可使炮检中点尽可能 沿输出剖面线分布，从而可使输出剖面线尽可能长，使单个面元内具有定的炮 检中点密度( 即覆盖次数) 。这对灵活宽线资料的处理和解释是很有利的。这种 布线方式的缺点是其野外施工要比上一种方式复杂一些。 第三、沿自由弯线布置炮点，沿接收点的推算位置依次平行布置接收点线。 这种布线方式是上述改进型布线方式的更进一步改进。这种方式的优点是可使炮 检中点最大限度的落入输出剖面网内，因而可使宽线信息得到最充分的利用。但 其缺点是其野外施工更麻烦，增大了勘探成本，一般很少选择使用。 7 啪m蛐铋柏约。 成都理工大学硕士学位论文 i il iil 川-叶 什r i i卅i i 。 l t l il i l ii l洲 i i i1 h jh 1 1i 计r 叶1 1 hh li t洲卅lr n l 1 1 x f 02 0 06 08 01 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 3 9 0 4 0 0 4 2 0 4 4 0 图3 2 灵活宽线测线布置方式一 一0 j i i l li | | 1卜 r ti | ii i“i 、i| j 1 1叭i h i n i ih 1 1t f 1埘i if 1 厂t i il l t ff 1 i - 卅硎卅 t l ii l l l l l 毕t t i f 1 7 i l i 图3 - - 3 灵活宽线测线布置方式二 以上三种布线方式各有优缺点，但灵活宽线的布线方式的确定，一般应考虑 以下两个原则： 1 利于地质任务的完成和方便资料处理解释。为此，在条件允许的情况下， 主测线总的延伸方向要大致垂直构造走向，联络测线延伸方向要尽量平行走向。 根据任务要求，测网尽量做到合理，以提高勘探效果。 2 在城市进行工作时，要避开障碍物，方便野外施工。因此，布线对工区 要进行详细踏勘，综合考虑各种因素，选好测线。 通常，为方便野外施工，我们希望灵活宽线观测系统的排列和炮点有规律分 布。因此施工中常采用与直线一样的观测系统，所不同者仅是整个排列长度按折 线长度计算，叠加次数一般要高于直线叠加次数。因而，通常采用沿弯曲炮线布 置炮点，沿所选定的输出剖面线方向，近似直交布置接收点线。 灵活宽线布置方式确定后，就可根据勘探工区的地质任务和地球物理情况， 确定合适的观测系统参数。 3 2 2 观测系统参数的选择 灵活宽线观测系统参数的选择与直线一样，主要是根据地质任务要求，地下 8 m m帅加加o 啪m帅舳柏卸。 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 地质情况复杂程度，干扰波发育情况等进行选择。 3 2 2 1 偏移距和炮间距 偏移距是指宽线接收排列的头一条接收点线到炮点的距离。这个距离可以根 据井旁干扰情况和勘探对象的埋藏深度来确定。对于在城市工程中勘探而言，由 于埋藏深度较浅，所以偏移距不应太大，一般几米至十几米即可。 炮间距是指相邻炮点间的距离。在理论上，它受多次覆盖次数的控制，一般 可以仿照直测线多次覆盖方法来确定。但是覆盖次数过高会损失高频信息，对于 工程勘探而言，不利于得到高分辨率的地震资料。若需在满覆盖次数情况下工作， 则可近似取炮点间距= 接收点线距。 3 2 2 2 接收点距和接收点线距 接收点距和接收点线距是灵活宽线观测系统中的基本参数。宽线叠加工作中 接收点距的选择是一项慎重工作，点距选择主要考虑共反射面元道集叠加次数和 可叠加性，并且要考虑地下地质条件的复杂情况和压制多次反射效果以及施工效 率。同时根据勘探任务的性质、研究对象的特点和压制干扰波的需要来选择。在 地质条件较简单，地层倾角较小的地区，接收点距应尽量选大些，这对压制多次 反射和提高施工效率都是有利的。相反，如果地质条件复杂，断层比较发育，地 层倾角大的地区点距则不宣选大。在共反射面元为小矩形的情况下，一般取接收 点距之半作面元的线性长度( d x ) 。因此，接收点距的选择直接影响着共反射 面元道集叠加的空间和时间条件以及叠加次数。 著取输出剖面线方向为小矩形的x 轴，另一边为y 轴。假设小矩形对角线方 向与界面倾向重合。如果已知沿x 、y 轴方向最大视倾角识、仇，且a y = m a x 时， 则最大接收点距可由下式表示： ，v a t 址= ：= ! 娶 ( 3 - 2 ) ( 1 + m 2 ) ( s i n 2 识4 - s i n2 妒y ) 式中& 一为最大允许时差，v 为上覆介质速度，m 为接收点数目。 通过式( 3 - 2 ) 可以得出：接收点距与地层速度、最大允许时差成正比； 与1 i i 值、地层沿x 、y 轴方向视倾角识、吼成反比。当，。一定时，地层速度 越高，则接收点距可取得越大，而m 值越大，接收点距取得越小：地层倾角越大， 接收点距也取得越小。反之亦然。因此，若已知地层速度和地层沿x 、y 轴方向 视倾角，可用式( 3 - 2 ) 对最大接收点距进行估算，从而指导我们设计时选择较 合适的点距。 9 成都理工大学硕士学位论文 在实际工作中，可根据工区速度情况和给定的f 。，对工区不同视倾角以 及m 值，利用式( 3 2 ) 计算最大接收点距。这样，我们就可以对工区接收点距 进行估算。 对于接收点线距的选择可以参照接收点距，可以相等，也可以不相等，如取 接收点距：接收点线距= 2 ：1 。 3 2 2 3 接收点线长度与接收点线排列长度 接收点线长度与接收点数目和接收点距有关。设1 1 1 为接收点数目，为接收 点距，为接收点线长度，则： ，= ( 所一1 ) 世 ( 3 - 3 ) 接收点线排列长度是指沿输出剖面线方向每炮的接收点线数目，设偏移距为 d ，每炮接收点线数目为n ，接收点线距为a n ，则接收点线排列长度为： l = d + 向一a n ( 3 4 ) 显然，接收点线排列长度与接收点线数目有关，n 越大，排列长度l 越长。 接收点线排列长度与炮检中点沿输出剖面线方向的分布状态有密切关系。一 般来说，接收点线排列长度越短，炮检中点分布状态受炮线弯曲的影响越严重； 反之，接收点线排列越长，炮检中点分布受炮线弯曲的影响越弱。这对获得必要 的覆盖次数和充分长的输出剖面段是非常必要的。 3 2 2 4 叠加次数 灵活宽线多次叠加次数与落在同一共反射面元内中心点所对应记录道数有 关。所以，叠加次数相当于同一面元内炮检中心点的密度。它受测线弯曲情况控 制。相比于直测线，由于多个炮点和检波点的非共线性，在野外实际得到的叠加 次数往往比预计少。因此，为保证必要的宽线叠加次数，在设计时需对炮检中心 点密度进行估算。最好在施工前先绘制弯线中心点位置分布图，用它大致估算叠 加次数。 一般情况下，灵活宽线叠加次数应高于同地区直线的叠加次数，以保证宽线 与直线有相当的叠加次数。但是，叠加次数也小是越高越好。在城市工程勘探中， 由于勘探深度较浅，一般只有几十米到一百多米之间，这就要求需要有高分辨率。 而叠加次数过多，会直接影响地震剖面的分辨率。 0 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 3 3 炮检中点分布 在灵活宽线的测线布置方式和观测方法选定后，为了检验输出剖面线方向和 观测方式选择的合理性，需将弯曲炮线上的炮点坐标和位于输出剖面线方向上的 检波点坐标，输入微型计算机，计算并绘制出灵活宽线的炮检中点分布状况。炮 检中点的分布和稀密程度，将直接反映出剖面线方向和测线布置的合理性。 3 3 1 计算炮检中点 炮检中点分布是在进行测线设计时，最直观的参考依据。利用设计的灵活宽 线，设输入的弯曲炮点线炮点坐标为上s ，y s , ，位于输出剖面线上的检波点坐标 或检波点线检波点坐标为搦，圮，则炮检中点为： x s + 舰 x m “= 二_ = 一 y m , 广堡墨( 3 - 5 ) 式中，i = 1 ，2 ，3 为炮点序号，j = 1 ，2 ，3 是接收排列的检波点序号，脱p j ，为炮检中点坐标。图3 - 4 、3 - 5 分别是布线方式一、二所对应的炮检中点分 布图，程序流程如图3 - 1 5 。 i i肘u j iil 州：l ；f ：瓣 。肼 虮；i ；i ；ii k 排j j m e i i i。u胛 俐： 船l ： 精雠潲猁俐融l闽i 刚” ， ， 02 0 4 0 6 0b b1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 3 8 0 4 0 0 4 2 0 4 4 0 图3 - 4 布线方式一与炮检中点分布图 啪m加加。 成都理工大学硕士学位论文 靠f f l | j ll 胁 1 f , i r i f 仃卜t ii 川l 仆呲姒鹳洲f 于1删 厂；1 1 1 lf ：啡雌#黼川 雎埘* ： _ 毕卅 弧 ” 02 0 4 0 6 0 8 01 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 6 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 d 3 0 d 3 2 0 3 4 0 3 6 0 3 8 0 4 0 0 4 2 0 4 4 0 图3 - 5 布线方式二与炮检中点分布图 3 3 2 计算输出剖面条带网格 为了更直观的观测炮检中点在输出剖面条带内的分布情况，则需要计算输出 剖面条带嗍格。 1 计算各输出剖面段参数 设输入的剖面段端点坐标为( x e a q 、y e a 。) ，q = l ，2 ，3 ，q + i ( q 是输出剖 面段的总段数) 。由图3 - 6 ，可以计算出各输出剖面段的长度： 出= x e a 口+ l x e a 口 d y = y e a q + ，一y e a q 如= 出2 + d y 2 ( 3 6 ) 以及各输出剖面段与x 轴的夹角a 为： 。：；arc三lan。兰dx=o,：dy；茎o： 芏 图3 - 6 输出剖面段长度示意图 2 计算共反射面元长度，面元宽度 ( 3 - 7 ) 图3 - 7 面元长度增量示意图 半条带宽存各输出剖面方向线的增量 m啪m印蛐柚。 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 设选取的共反射面元长度d x ，宽度d y ，共反射面元条带数n 如图3 7 所示，则共反射面元长度在各输出剖面方向线的增量为： d d x 2 蹦8 i i l 盯 ( 3 8 ) 砘妒= d x c o s 口 由图p 8 可以得知，各输出剖面共反射面元半条带宽婴在各输出剖面线 方向的增量为： 凼：n d y c o s 口 2 ( 3 9 ) 咖，：翌d y s i n 口 谢卜 找 一 图3 - 8 面元半条带宽度增量示意图 图3 - 9 面兀宽厦增量不意图 同时，根据图3 - 9 ，得共反射面元宽度在各输出剖面线方向的增量为： d e 氏2 d】，。08口(3-10) a e l y = d y s i n 饼 3 计算各输出剖面网格纵线数，各纵线的上限和下限坐标。 根据输出剖面段长度和面元宽度，可以计算出各输出剖面线网格纵线数为： r 型：i 竺。 i 蹦 一：型：! 竺+ 。 。一。 。圳) i 删 i 型：i 竺+ ，。：q 式中q = l ，2 ，3 ，q + 1 ( q 是输出剖面段的总段数) 。d i s 是输出剖面段长度， d x 是共反射面元长度。 当考虑各输出剖面线的方向变化，则共反射面元半条带宽，在输出剖面线方 向的增量应为： 成都理工大学硕士学位论文 出，：出z 2 【一d r 2 n 0 ( 3 - 1 2 ) a 0 则垂直于各输出剖面线的第j 条( j = l ，2 ，3 ，n p m ) 纵线的上限坐标( x 1 ，y 1 ) 和下限坐标( x 2 , y ：) 式为： x 2 = x e a 。一d - xs i n 口+ ( _ ，一1 ) d x 2 y 。：y e a q 一婴2c o s 口+ ( ，一1 ) 砂： 3 。1 3 x e a q 一_ d xs i n a - ( j 一1 ) d x 2 y e a q 一婴2c o s 口一( - ，一1 ) 砂2 3 州 如图3 1 0 所示。 4 计算各输出剖面网格横线数，各横线 的首尾坐标和下横线首尾坐标。 设i c d p 为共反射面元横向条带数，则各 输出剖面线网格横线数为： n b j = ( i c d p + i ) 2 ( 3 一1 3 ) 卜吼一竺咖口 净 p = y e a q 一等c o s 口 l 2b x + p m - 1 ) d x 2 ( 3 - 1 6 ) 【y y = b y + ( n p m 1 ) d y 2 n 2 删一( k o 5 ) 虎灰( 3 - 1 7 ) 【y l = b y + ( 足一0 5 ) d e f y x 22 厨一( k _ 0 5 ) 如氏( 3 _ 1 8 ) 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 第k 条下横线首坐标( x 3 ，乃) 和尾坐标( _ ，乃) 为： j 而2b x + 晖一o 5 ) 如投( 3 - 1 9 ) 【乃2b y 一( k 一0 5 ) a e t y j 矗= x x + ( k o 5 ) d 台缸( 3 2 2 0 ) 【y 4 2 y ，一( k 一0 5 ) a e 纱 若共反射面元横向条带数i c d p 为偶数，则位于各输出剖面线上的中心横线首坐 标( 靠。，y 。) 和尾坐标( 靠2 ，2 ) 为： 一2 啦( 3 埘) 【y m l2 y e a q 一2 2 j 删州( 3 - 2 2 ) 【22y e a , i + 如图3 1 1 所示，程序流程如图3 - 1 3 。 3 4 布置测线的改进 炮检中点分布状态和稀密程度，它 可直接反映所选定的输出剖面线方向和 检波点线布置的合理性。若炮检中点均 匀合理地沿输出剖面线分布，则说明设图3 - 1 1 剖面线横线坐标示意图 计的灵活宽线的弯曲炮线、输出剖面线方向、接收方式，较为合理。若局部的炮 检中点分布不合理或不均匀，应结合勘探区地质地貌，调整输出剖面线方向和激 发或接收点线位置，直到炮检中点较均匀合理的分布在输出剖面条带内为止。 图3 - 4 是根据布线方式一，沿弯曲炮点线布置炮点，沿弯曲测线近似直交布 置接收点线时，计算出来的炮检中点分布图。图中炮检中点成藕节状不均匀分布， 受弯曲测线影响严重。 图3 - 5 是根据布线方式二，沿弯曲炮线布置炮点，沿所选定的输出剖面线成 近似直交布置接收点线时，计算出来的炮检中点分布图。图中的炮检中点虽有局 部分布尚不均匀，但总体上分布于输出剖面线两侧，与图3 - 4 相比大有改进。 3 5 灵活宽线测线布置与施工 灵活宽线的野外施工不受直测线施工中所附加的那些严格要求限制。排列铺 设和搬动比较灵活方便。但是还必须遵循以下施工原则； 成都理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 根据地质任务，结合地表实际情况合理布置测线，对每条测线都要进 行踏勘。 ( 2 ) 根据实验选择良好的激发接收条件。特别是新区或者新开辟的地段， 都要适当的实验。 ( 3 ) 严格野外施工，努力提高数据采集质量。虽然灵活宽线施工较直线灵 活方便，但是决不能因此而放松对施工质量的严格要求，只有严格野外施工，才 能取得良好的结果。 在所选定的测线设计方案中，应是有利于工区的激发和接收的，其炮检中点 应基本沿所选输出剖面线方向均匀分布。但是，勘探工区的地球物理情况是复杂 多变的，实际布线中，为适应复杂多变的地表情况，有时需对某些炮点和检波点 再作一定地改动。改动后的炮点和检波点位置，不但要有利于激发和接收，而且， 炮检中点要合理地分布在输出剖面条带内。炮点和检波点位置确定后，应根据勘 探工区任务和地球物理情况，作进一步合理 输入共反射面元参数 南 叶 计算输出剖面段长度与夹角 计算共反射面元长、宽的增量 计算剖面网格纵线数与坐标 + 计算剖面网格横线数与坐标 申 弋i 绘制输出剖面网格 图3 1 2 测线布置主程序流程图图3 1 3 输出剖面网格流程图 1 6 第3 章灵活宽线野外数据采集技术 读入特征点坐标x d 】，y d l 输入中点曲线计算次数m l 两 l i ，卸 计算中点坐标：( 式2 - i ) s 0 n 绘制输出剖面线 。仑n ：， 工y n = k x u = x m k 】 y o = y m k j = o ，i - i “n k = - o ，l ，n 上 ( 如) 图3 - 1 4 计算输出剖面线流程图圈3 1 5 炮检中点流程图 1 7 成都理工大学硕士学位论文 第4 章灵活宽线地震数据处理研究 4 1 灵活宽线炮道理论记录的生成 4 1 1 时距方程 灵活宽线的一个明显特点就是它 的各个激发点和接收点的连线在平面 分布上的非共线性，即不在同一直线方 向上。因而，各检波点所接收到的地 h脯 v 慰掰 p 蛐“。 ， 冀l 图4 - 1 反射波旅行时间示意图 震反射波的射线也不在同一个射线平面内。但是，对于任意一对炮点和检波点来 说，它的地震反射波在射线平面内与直测线时的情况相同。 设s 为激发点( 即炮点) 、r 为接收点( 即检波点) ，并设所讨论的界面为水 甲界面，如图4 一l ，即倾角舻= 0 时，则灵活宽线时距方程可以写成： r ：塑：上、厨；：万虿 ( 4 1 ) 令瓦= 可2 h ，则上式可以写成： t = 孓西 ( 4 - 2 ) 式中h 为激发点下方界面法线深度，瓦为 激发点下方界面法线反射时间，矿为介质 速度，l 为炮检距，由激发点和接收点的 _ 甲面坐标确定。 图4 - 2 倾斜界面反射波旅行时间示意图 在界面倾斜的情况下，由于炮点和检波点的非共线性，测线并非完全沿着地 层倾向布置。设为界面沿炮检点连线方向的视倾角，为界面沿基准点与炮 检中点连线方向的视倾角，由图4 - 2 ，则： 丁= 警了1 ，+ 2 2 。 = l a 4 h ( h + l s i n q , , ) + l 2 一 ( 4 3 ) 令 = 。千詈s i n 妒。，即用炮检中点下方界面法线深度 。代换激发点下方界面法 第4 章灵活宽线地震数据处理研究 线深度h ，并令瓦。= 丁2 h m ，则倾斜界面时距曲线方程： r = 厨石：再 c 式中，瓦。为炮检中点下方界面法线反射时间，l 为炮检距，v 为界面速度。 如图4 - 3 ，为： 1 ， 瓦，= + - 等s i n q , ( 4 5 ) ，= ( 一) 2 + ( y 。- y o ) 2 ( 4 6 ) 式中，瓦为基准点( x o ，y o ) 下方的界面法线反射时间，为基准点( x 0 ，朋) 与 炮检中点( ，) 之间的间距，矿为界面沿基准点与炮检中点连线方向的视倾 角，由式( 4 7 ) 确定： s i n = s i n r c o s ( 4 7 ) 式中，为界面真倾角， 角，如图4 - 4 ，则： 为基准点与炮检中点连线方向与界面倾向之间的夹 c o s 少= c o s ( 口g 一哎) ( 4 8 ) 图4 3 基准点与炮检中点间距图4 - 4 界面倾向夹角示意图 式中，为界面倾向角，为基准点与炮检中点连线方向角 如基准点坐标为( x o ，y o ) ，炮检中点坐标为( x m ，y m ) ，则为： 哎f _ 三 x m - - x o = o 2 。 a c r t g 考譬一x 0 o x m x o 万+ a r c t g 争警x 一x o 0 x e a 十q - - x e a o o x ( 4 - 1 9 ) ( 4 - 2 0 ) 根据炮检中点的新坐标及共反射面元的大小和在新坐标平面上的位置，确定 出每一个炮检中点所落入的共反射面元的序号，同时记下该面元中落入了哪些 炮、哪些道记录，这些记录道便构成了共反射面元道集。为形成道集的需要，事 先要划分面元和给定必要的参数。首先，沿输出剖面线划分许多相等的矩形网格， 使矩形的一边平行测线，另一边垂直测线，这样的矩形就是被扩大了的共反射面 元，如图4 - 8 。对于共反射面元宽度和长度的选择，在倾角较大的地区，一般不 宜过大，但也不是越小越好。面元太小会使面元内的道数减少，使叠加次数降低， 一般可取道间距的二分之一。面元的行数可取1 、3 、5 。 有了上述参数就可以计算某个炮检中点应落入的共反射面元了。若炮检中点 新坐标满足： 吡争弘f 1 ( 4 - 2 1 ) 1 0 工n i 即，i l 。 计茸骠巍蠹a 、b 睾 图4 - 9 形成道集表流程图 图4 - 1 0 计算道集表流程图 第4 章灵活宽线地震数据处理研究 表4 - 1 道集表 面元序号