第五章地震组合法原理

1、5.1 简单线性组合简单线性组合 5.2 非简单非简单线性组合线性组合第第1 道道 第第n 道道组合组合1组合组合n仪器仪器有效波有效波组组合合检检波波示示意意图图面波面波提高提高 信噪比信噪比提高垂直入射提高垂直入射波能量波能量最大压制水平最大压制水平面波面波总相位同组合总相位同组合中间点相位中间点相位面波记录示例面波记录示例面波面波面面波波一一、组合检波法的提出、组合检波法的提出： 在野外数据采集中在野外数据采集中,常常遇到各种干扰波的影响常常遇到各种干扰波的影响,尤尤其是表面波的影响更为严重其是表面波的影响更为严重,为了压制干扰波突出有效为了压制干扰波突出有效波波, 充分利用干扰波与有效

2、波在传播方向、视速度及频充分利用干扰波与有效波在传播方向、视速度及频率上的差异来达到这一目的的，其中率上的差异来达到这一目的的，其中组合接收法就是利组合接收法就是利用干扰波（主要是面波）与有效波在传播方向的差异进用干扰波（主要是面波）与有效波在传播方向的差异进行对面波进行压制的行对面波进行压制的。组合检波一是压制面波。组合检波一是压制面波,二是加二是加强有效波的能量强有效波的能量. 组合有线性组合与非线行及其面积组合有线性组合与非线行及其面积组合组合.二、线性组合的特性：二、线性组合的特性：设将设将n个检波器个检波器沿一条直线等间距排列布置，并沿一条直线等间距排列布置，并作为一作为一个输出道信

3、号个输出道信号，则：，则：n个检波器个检波器总输出信号主要反映对总输出信号主要反映对n道垂直地面来的波道垂直地面来的波的迭加，则对其他方向来的波获得削弱。的迭加，则对其他方向来的波获得削弱。组合特性公式的建立组合特性公式的建立: 设一平面波以设一平面波以 角入射到达角入射到达地面地面S1、S2Sn点，点，设到达设到达S1点的时间为点的时间为: t，到达，到达 S2的时间为的时间为: t+ t，到达到达 Sn时时间为间为: t+(n-1) t,当当 =0（垂直入射）时（垂直入射）时, ts1=ts2 = ts3 = tsn 加强加强 t1t2t3s1s2s3snf(t1)f(t2)f(t3)f(

4、tn)有效波有效波( =0) tn有效波有效波同相相加同相相加 角入射的波角入射的波( =0) 角入射的波相加后会削弱角入射的波相加后会削弱等比级数等比级数等比级数1、组合的分析讨论：、组合的分析讨论：组合可作为一线性系统，特性为组合可作为一线性系统，特性为K(j )系统输出（组合后）系统输出（组合后）信号相当于单个信号通过该系统。即信号相当于单个信号通过该系统。即:组合系统组合系统检波器组合系统在频率域中主要为振幅特性和相位特性检波器组合系统在频率域中主要为振幅特性和相位特性, 即即, K(j )的的振幅振幅特性（即方向特性）为：特性（即方向特性）为： K(j )的的相位相位特性：特性： 组

5、合后组合后输出振动的输出振动的相位相位与与组合中心点组合中心点相位相位相同相同2、组合方向特性（仅考虑方向特性）：、组合方向特性（仅考虑方向特性）：组合后的效果决定于频率特性（组合后的效果决定于频率特性（ ）和方向特性）和方向特性 ，当固定某一频率当固定某一频率 i时，即时，即K( i i)主要呈现方向特主要呈现方向特性性,其特性主要由方向决定。设单个检波器接收到的其特性主要由方向决定。设单个检波器接收到的振动为振幅为振动为振幅为A0, 初相位为初相位为0的简谐波：的简谐波：则则, n个检波器组合输出即为：个检波器组合输出即为：3 组合的物理意义：组合的物理意义：由上式知由上式知, 1) 组合

6、后的波组合后的波: n个检波器组合后的总个检波器组合后的总输出波输出波和和单个检单个检 波器的波波器的波同为同为相同频率的简谐波相同频率的简谐波； 2) 组合总相位组合总相位: 组合组合总相位同中心点处相位相同总相位同中心点处相位相同； 3) 组合输出总振幅为：组合输出总振幅为： 4）对于深层的反射波（）对于深层的反射波（0），）， A n.A0 (有效波振幅增加有效波振幅增加n倍倍) ； 5）对于其他方向（）对于其他方向（0）的干扰波，相对压制。）的干扰波，相对压制。三、组合效果与入射方向讨论：三、组合效果与入射方向讨论：设组合后的效果用组合总振幅与组合前设组合后的效果用组合总振幅与组合前n

7、倍单振幅之倍单振幅之比（相对加强与压制效果）来表示组合效果比（相对加强与压制效果）来表示组合效果; 若组合若组合的方向特性用的方向特性用 表示表示,则有则有:入射角周期视速度视波长五五. 方向特性曲线分析：方向特性曲线分析：当组合数为当组合数为:n=2，3，4时，其组合方向特性如下图：时，其组合方向特性如下图：n=2n=3n=4通放带通放带二次极植二次极植07070.707压制带压制带组合次数越多通放带越窄压制带越宽选择性越好组合次数越多通放带越窄压制带越宽选择性越好讨论：讨论：（1）、）、n越大，一次极大曲线尖锐；越大，一次极大曲线尖锐；（2）、当）、当 t/T=0， =1，为一次极大；，为

8、一次极大；（3）、）、当当 t/T=1， =1，为二次极大；，为二次极大；（4）、）、 n越大，极位越高，越大，极位越高， 极=n个，压制带次级个数个，压制带次级个数 为为n-2个，二极位越小；个，二极位越小； 当当t=0时，即时，即 =0，由深层来的反射波获得最大加强。，由深层来的反射波获得最大加强。六、海洋漂缆内检波器组合特征：六、海洋漂缆内检波器组合特征：海洋地震检波器的组合后有如下特点：海洋地震检波器的组合后有如下特点：1）、较单个检波器有更强的振幅输出；）、较单个检波器有更强的振幅输出；2）、具有较强的方向选择性（即在）、具有较强的方向选择性（即在 =0 方向上有最大的接收方向上有最

9、大的接收灵敏度）；灵敏度）；3）、有一定的频率选择性。）、有一定的频率选择性。组阵内线性组合输出方向特性可用下式表示：组阵内线性组合输出方向特性可用下式表示： ( , )曲线（海洋漂缆内组合阵列组曲线（海洋漂缆内组合阵列组合压制效果曲线）见下页图：合压制效果曲线）见下页图： ( , )曲线（组合压制效果曲线）：曲线（组合压制效果曲线）：-3000-20-20-10-100度度(入射角度入射角度)90度度90度度100HZ50HZ10HZ30HZ组合阵列方向特组合阵列方向特性性48 个水听器组合后的方向选择特性图个水听器组合后的方向选择特性图入射角度入射角度信号频率信号频率当波垂直入当波垂直入射

10、时射时,所有频所有频率的波均得率的波均得到最大的加到最大的加强强,其它入射其它入射方向得到不方向得到不同程度的压同程度的压制制讨论：讨论：（1）、当）、当 =0，f=10、30、50、100Hz四种频率四种频率信号获得均等加强（无压制）；信号获得均等加强（无压制）；（2）、）、 = /2，在有效波频率范围内受到，在有效波频率范围内受到最大压制；即压制水平方向来的与有效波频率最大压制；即压制水平方向来的与有效波频率范围相近的干扰波。范围相近的干扰波。七、组合频率特性：见下图七、组合频率特性：见下图当固定当固定n，以，以t为参数，绘为参数，绘 (f)随随f变化的曲线变化的曲线:n一定，一定，1）当

11、）当t=0时，即垂直入射（时，即垂直入射（ =0）无滤波作用）无滤波作用2） t增大，通带越窄，压制高频；增大，通带越窄，压制高频； t越大，高频压制，越大，高频压制，f低丰富；低丰富； 3）合理选择）合理选择t，使其尽可能小，以减小高频波，使其尽可能小，以减小高频波之畸变。之畸变。t=0 (f)1.00.80.60.40.20n=70.010.0020.005f: (HZ) 讨论讨论: 当当n一定，一定， （1）当）当t=0时，即垂直入射（时，即垂直入射（ =0），无滤），无滤波作用；波作用；（2） t增大，通带越窄，压制高频；增大，通带越窄，压制高频； t越大，高频压制，越大，高频压制，f

12、低丰富；低丰富；（3）合理选择）合理选择t，使其尽可能小，以减小高，使其尽可能小，以减小高频波之畸变。频波之畸变。八、组合的统计效应（八、组合的统计效应（对不规则波）对不规则波） 通过统计规律，通过统计规律，组合后检波器接收的不规则组合后检波器接收的不规则 随机干扰的总振幅为单个检波器接收的随机干扰的总振幅为单个检波器接收的 倍倍， 即：即：组合信噪比问题：组合信噪比问题： 设随机干扰振幅同有效振幅相等，设随机干扰振幅同有效振幅相等，5.2 非简单线性组合非简单线性组合（一）、不等灵敏度组合（一）、不等灵敏度组合1、等灵敏度组合：、等灵敏度组合： 组内各检波器灵敏度一样，仅存在到达时组内各检波器灵敏度一样，仅存在到达时差（检波个数相同）。差（检波个数相同）。1:1:1:1:1等灵敏度等灵敏度2、不等灵敏度：、不等灵敏度：组内每个检波放置不同个数检波器接收，使每点获得不同振幅组内每个检波放置不同个数检波器接收，使每点获得不同振幅信号进行组合，如图信号进行组合，如图:1个 2个 3个 2个 1个1 ： 2 ： 3 ： 2 ：1通过带压制带特点：特点：（1）通过带窄，有利于有效波通过；）通过带窄，有利于有效波通过；（2）压制带极值变小，有利于压制干扰。）压制带极值变小，有利于压制干扰。（二）面积组合（二）面积组合适合于存在不同方向的干扰情况。适合于存在不同方向的干扰情况。1、一般