工程物探总复习(二)

1、工程物探总复习（二）主讲：王伟主讲：王伟邮箱：邮箱：岩土工程教研室岩土工程教研室有效波有效波和干扰和干扰波波一、有效波和干扰波的概念一、有效波和干扰波的概念 有效波有效波：在地震仪接收到的所有振动中，能解决某一特定地质问题的波称为有效波或信号； 干扰干扰波波：一切妨碍分辨有效波的其他波称为干扰波地震勘探野外数据采集技术及方法地震勘探野外数据采集技术及方法 一、一、 测线设计测线设计 （一）反射波法测线设计（一）反射波法测线设计1.最好为直线；2.主测线应与岩层或构造走向相垂直3.尽可能与钻探线或其它物探测线相一致。4.面积测量时应有联络测线，以检测不同测线上反射波的闭合情况。测线设计和观测系统

2、测线设计和观测系统几种常用的观测系统介绍几种常用的观测系统介绍（1）测线类型 通常的测线类型如图所示。根据激发点和接收点之间的相对位置关系及排列关系，测线类型可分为纵测线、横测线纵测线、横测线、侧测线及弧形测线、侧测线及弧形测线。测线测线类型图类型图（二）折射波法测线设计（二）折射波法测线设计1.相遇观测法：双边(排列两端激发)的观测方法。2.相邻两道检波器间的距离道间距x一般为目的层深度的1/10。很深时不按此比例。工程地震中，常采用5-10m的道间距。可以通过缩短震源附近检波点间的道距和不等间距的排列方式来兼顾求准表层速度。3.最大炮检距应选为目的层深度的7-10倍以上；为连续追踪折射界面

3、，一般按6-12个检波点设置一个震源点来进行设计。 4. 测线很长时，单元测线的衔接处重复最大接收距离的1/41/3； 5. 既考虑地质任务，又考虑地表和地质条件，测线尽量在平坦地面布置，主测线应设在路线上；图图3.2.1 3.2.1 长测线观测系统长测线观测系统6. 滑坡和边坡地质调查，通常以主滑动方向为中心，布置网格状测线，使测线方向与地层走向一致，见图3.2.2。7. 重力坝址地质调查，以坝的轴线为中心，在坝体范围内布置网格状测线，一组与水坝平行，一组与河流流向平行。图图3.2-2 3.2-2 调查滑坡调查滑坡图图3.2-3 3.2-3 调查调查重力坝址重力坝址 图图 3.2-4 3.2

4、-4 观测系统观测系统图示图示a a 双边激发双边激发 b b 单边激发简单连续观测系统单边激发简单连续观测系统; c ; c 中间激发中间激发简单连续观测系统；简单连续观测系统；d d 间隔间隔激发单激发单次覆盖连续观测系统次覆盖连续观测系统反射波法观测系统反射波法观测系统4.多次覆盖观测系统（1）是采用有规律的移动激发点和接收点，对地下界面段多次重复采样的观测系统，见图3.2-6.（2）炮点距计算公式式中s为常数，单边放炮时，s=1，双边放炮时，s=2；n是多次覆盖的次数，即对界面上的反射点重复接收的次数；N是仪器道数，或一条侧线上检波器的个数；一般采用下倾方向激发的单边放炮观测系统；此时

5、常数s=1 ) 1 . 2 . 3(2nNS 图图3.2.7 3.2.7 折射波的相遇时距曲线系统折射波的相遇时距曲线系统（a a）能解释的系统）能解释的系统 ;(b) ;(b) 不能解释的系统不能解释的系统弯曲界面的追逐时距曲线三三 震源特性对分辨率的影响震源特性对分辨率的影响1使用小能量激发，可使激发的信号频谱的主频高；2.使用小能量的垂直叠加技术比单次大药量激发的主频高。3.小能量激发可使质点产生的位移符合小形变和小位移；4.选择合适的介质激发可提高信号主频； ( (二）检波器的特性及参数二）检波器的特性及参数1检波器具有自己的固有频率，固有频率高，可以消除低频噪声,见图3.4-3.2.

6、 阻尼系数h是检波器的另一特性指标，设检波器的固有频率为0（1）h0 称为过阻尼，使接收到的信号减弱，甚至失真，见图3.4-3(b) (2) ht 是顶、底界面的反射波能否分开的条件 图图3.5-1 3.5-1 接收点接收点R R所记录的地震记录所记录的地震记录 是两个反射波叠加的结果是两个反射波叠加的结果1. 指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺寸； 2. 第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面波到达界面时的波前面，与前面相距1/4波长先期到达的另一波前面在界面上形成的圆称第一菲涅尔带，见图3.5.3； 3. 在频率较高时，第一菲涅尔带半径为下式 4. 如果地质体的水平宽度a满足不等式则这样的地

7、质体相当于一个点的绕射，不能分辨该地质体的存在；)4 . 5 . 3(ra ) 3 . 5 . 3(2cftvr 二、横向分辨率二、横向分辨率图图3.5.-3 3.5.-3 第一菲涅尔带范围确定示意图第一菲涅尔带范围确定示意图对对影响分辨率的几个因素的讨论影响分辨率的几个因素的讨论 无论是垂向分辨率还是横向分辨率，都是与子波的频率成分、频带宽度和相位特征等因素有关，子波的波长越短，分辨率越高，频带越宽，分辨率越高，在频谱相同的情况下，零相位子波具有较高的分辨率，这是因为零相位子波，频带较宽，振动延续时间最短所致。（一）分辨率与频率成分的关系 分辨率不依赖于单频谐波的频率，单频波的分辨率为零，只

8、有同时增加频带宽度方可；不同带宽对脉冲的滤波会对脉冲的旁瓣比产生影响，继而影响其分辨率。(二）分辨率与信噪比之间的关系 1. 地震记录信噪比会影响地震记录的分辨率； 2. 设地震记录的分辨率为Pa (无噪声存在条件下的分辨率)，信噪比为r，可以证明)10. 5 . 3(1121arnPP式中pn 为有噪声存在条件下的分辨率，r为信噪比，Pa 为无噪声时的分辨率；3. 地震记录的分辨率可以用子波的分辨率来描述，零相位子波的分辨率最高；4. 当信噪比r趋于零时，分辨率pn趋于零；5. 当r趋于无穷大时，等于无噪声时的分辨率Pn =Pa6. 当r=1时，Pn =1/2 Pa ；7. 当r2时，pn

9、0.8Pa ；8. 信噪比 r=24比较合适；9. 如果工区干扰成分大，应重点提高记录的信噪比，干扰小，应以提高分辨率为主。( (三）分辨率与大地滤波三）分辨率与大地滤波作用作用1.地震记录的分辨率随传播深度的增加而降低，要提高纵向分辨率，又有较大的勘探深度，就要拓宽子波的频带宽度，使子波向低频端扩展。2. 影响反射波到达时差 的因素主要是地层波速和地层厚度，但在同一岩层中横波速度比纵波速度小，因此利用横波勘探可提高垂向分辨率；3. 深层速度大，频率明显降低，同样厚度的地层在浅层可以分辨，深层可能不能分辨。 一、记录长度与时间采样率1.记录长度的选择必须保证记录到最深目的层来的反射波, 并留有

10、一定的余量；2. 记录长度=地震仪的采样点数采样率（采样间隔），采样点数确定了，采样率高(采样间隔小)，测量精度高，但勘探深度变浅；地震勘探工作参数选择地震勘探工作参数选择)2 . 6 . 3(21cft 二、最大和最小炮检距二、最大和最小炮检距1.最大炮检距xmax 就是炮点与最远一道之间的距离，一般最大炮检距应大致等于最深目的层的深度h，或2. 最大炮检距太大会带来宽角反射的畸变影响；3. 最小炮检距xmin 是炮点与最近一道检波器之间的距离,又称偏移距；4. xmin不应小于最浅目的层的深度；5. xmin大一些可以消除声波和面波干扰。hx)5 . 17 . 0(max三、最佳接收地段的

11、选择三、最佳接收地段的选择 最佳接收地段又称“最佳窗口技术”，如图3.6-1图 3.6-1 最佳窗口技术 (一）有效波能够可靠对比的条件是有效波能够可靠对比的条件是:2Tt 其中T是有效波的视周期，t是相邻接收道的波至时间差；因此道间距应满足：2*x四、道间距的选择四、道间距的选择 道间距又称空间采样率，它影响地震记录的横向分辨率，用x表示，道间距小，横向分辨率高，但勘探费用大，选择道间距应从以下因素考虑：（二）确保足够的空间采样率（二）确保足够的空间采样率即要求在一个波长内至少两次采样，避免陡倾界面的假频化；（三）对反射界面进行充分采样（三）对反射界面进行充分采样 选择道间距应保证第一菲涅尔

12、带内至少有两道四个CDP点接收，也就是x应小于第一菲涅尔带的半径。浅层浅层地震勘探野外抗干扰技术地震勘探野外抗干扰技术一、组合法 组合是指用一组检波器产生一道信号输入或多个震源同时激发构成一个纵震源，前者称为组合组合检波检波，后者称为组合激发组合激发，是应用波传播方向的不同来压制干扰波的一种方法。 它主要用于压制面波之类低视速度规则干扰波及无规则的随机干扰。如果有n个检波器组合，则组合后的输出为设f(t)的频谱为g(j),组合后的频谱为G(j) 组合后地震波的频谱与组合前相差一个因子k(j)=k(,t),若固定频率,就是研究地震波组合的方向特性, 若固定t=ti,就是研究来自某一方向的地震波的

13、频率特性。1( )(1)(3.7.1)nkF tf tkt(1)1()()() ()(3.7.2)njktkG jg jeg jk j1.规则波线性组合的方向特性由(3.7.2)可知,组合因子式(3.7.3)是组合的综合特性,它是频率和时间差t的函数,显然组合因子k的幅角1(1)21sin2()(3.7.3)sin2nnjjktkntk jeett1(3.7.4)2nt归一化的组合方向特性为表明:(1)只要地震波的视速度很大,近乎垂直出射到各接收点,则t0,组合后的输出达到最大值,在区间内,0.707,称通放带.图3.7.2是组合数目不同的方向特性曲线.sinsin11 sin(3.7.6)s

14、insinsinnxtnKnftTtxnnnftT 102tTn图3.7-2 组合数目不同的方向特性(2)在 区间内,值最小,有(n-1)个零值点,这个区间称为压制带(3)组合数目n增加,通放带变窄;(4)有效波的视速度很大,可以落入通放带, 组合后的输出达到最大,是未组合前单个检波器输出振幅的n倍;(5)对于低视速度的面波可以落入压制带,组合后相对受到压制; 所以组合法也叫视速度滤波视速度滤波.1(1)tnnTn)7 . 7 . 3(sinsin1)(tftfnnf 2. 规则波线性组合的频率特性 取(3.7.3)中的频率为变量,固定t,得到归一化的组合频率特性公式.归一化的组合频率特性公式

15、为固定组合数目n，以t为参变量，频率f为横坐标，可绘制组合频率特性曲线。见图3.7-3. 图3.7-3 组合法频率特性表明:(1) 视速度为无穷大时， 组合后对所有频率成分都没有频率滤波作用；(2) 随t增大，组合对高频成分有压制作用；(3) 组合的频率特性会使有效波形产生波形畸变；(4) 实际工作中应设法提高有效波的视速度，例如近炮点接收，倾斜界面时，采用下倾激发上倾接收。 组合后的信噪比为整理后得到组合后的统计效应为1(3.7.13)(1)(1)niisnbnbbnDn(3.7.14)(1)bnGbn设有n个检波器组合,如果组合内不规则干扰波相互统计独立,则(lx)=0,=0,且有效波的时

16、间差t0, 这时统计效应有最大值说明:1.G代表组合后的信噪比除以组合前的信噪比，可见组合可以提高地震记录的信噪比 倍。2组合法具有平均效应,对提高分辨率不利.)15. 7 . 3(nnnbbGn组合参数的选取组合参数的选取组合参数：组合数目n；组合距（检波器距离）X；组合基距（排列长度）L（1）组合距X：使得有效波落入通放带使得干扰波落入压制带*max21nx nTt21nTt1*min1nx （2）组合基距L：从压制规则干扰波的角度出发：从有效波角度考虑：min*maxmaxfv)(干扰波L)(44. 0*min有效波L（3）组合数目n： n增大，通放带变窄，不仅对低频信号有压制，高频也收

17、到一定滤波，因此不利于提高记录的分辨率； 组合法的平均效应：所得组合波是地下结构体反射波的平均结果； 组合机距较大，有可能漏掉规模较小地质体，较小时不能很好地压制随机干扰。高分辨率地震勘探要慎用组合法！高分辨率地震勘探要慎用组合法！（一）垂直叠加（一）垂直叠加1. 利用地震仪的信号增强功能，在相同接收排列上，将炮点多次重复激发的信号叠加在一起，达到提高信噪比的目的；2. 经n次垂直叠加后，使有效波振幅增强n倍；3. 对相互统计独立的干扰波，经n次垂直叠加后，振幅将增强 倍，因此利用垂直叠加可以提高信噪比。n二、叠加法二、叠加法 ( (二二) )水平叠加水平叠加( (共反射点多次叠加法共反射点多

18、次叠加法) 检波器组合法在压制面波等低视速度干扰方面有着明显的作用，但组合后的反射信息却是界面上某一小段反射波信息的平均，因而存在平均效应，“降低了横向分辨力。此外，它对于多次反射波之类的干扰波压制效果很差，甚至无能为力. 共反射点多次叠加共反射点多次叠加又称共深度点多次叠加、共中心点多次叠加或多次覆盖技术。基本思想是在地面上不同的观测点或以不同的方式对地下某点的地质信息进行重复观测，可以保证即使有个别观测点受到干扰,亦能得到地下每一点的信息。对动校正后的信号进行叠加成为水平叠加，叠加次数即多次覆盖次数；把叠加后的总振动作为共中心点M的输出，就是共中心点多次叠加的输出；图图3.7.5 3.7.

19、5 动校正示意图动校正示意图 3.3.水平叠加特性水平叠加特性 讨论共反射点多次叠加特性主要以单边激发的多次覆盖观测系统进行。 设地下某一共反射点到达地面共中心点M处的正常一次反射波为f(t),对该共反射点道集内各道反射波进行动校正并叠加。对于正常的一次反射波来说，叠加后输出结果为其频谱为:G()=nF()1( )( )( )nkF tf tnf t5.5.水平叠加法的参数对叠加特性的影响水平叠加法的参数对叠加特性的影响(1)偏移距对叠加振幅特性曲线的影响 见图3.7.7. 偏移距越大，通放带变窄，有利于压制与有效波速度相近的规则干扰波。但也不宜太大，偏移距太大，会使某些规则干扰波进入二次极值

20、区，影响压制干扰波的效果，另外也会损失浅层有效波。 图图3.7-7 3.7-7 偏移距对频率特性的影响偏移距对频率特性的影响(2)以道间距为参量制作不同道间距的叠加特性曲线，见图3.7.8，随着道间距的增大，通放带变窄，边界频率降低,有利于压制与一次波速度相近的多次波等干扰波，但也不宜过大，如果x过大，不仅影响波的同相位对比，而且也会使一次波产生剩余时差受到压制。道间距亦不能太小，太小的道间距不能压制多次波。小的道间距有利于提高分辨率.图图3.7-8 3.7-8 叠加频率特性叠加频率特性曲线曲线(3)叠加次数n对叠加特性的影响 见图（3.7-10）叠加振幅特性曲线中压制带的平均值的大小与叠加次

21、数n有关系，叠加次数越大压制带平均值越小，压制效果越好。所以增大叠加次数对于提高信噪比是有利的。但也不能过大，因为叠加次数越高，生产效率越低，耗资越大。 图图3.7-10 3.7-10 覆盖次数对叠加频率特性的影响覆盖次数对叠加频率特性的影响=12、x=20,q=15.610-9 4 4不规则干扰波的叠加效应不规则干扰波的叠加效应（1）对不规则干扰波叠加后振幅增大 倍，而一次反射增加n倍，因此水平叠加后信噪比提高 倍。（2）叠加法比组合法有更好的统计效应。 共反射点多次叠加法也有类似组合法的统计效应，由于叠加道之间的距离(多次叠加相关半径)大于组合检波的组合距，所以叠加法对随机干扰有更好的压制

22、效果，其统计效应优于组合法。nn(3) 大炮检距对分辨夹层顶底界面的反射波不利；见图(3-7-9),因此小道间距、小偏移距和短排列接收有利于保护高频成分，提高分辨率;(4)叠加法还有频率滤波作用，对于有剩余时差的波起低通滤波的作用，对于无剩余时差的波没有频率滤波作用。（1）叠加速度误差对叠加效果的影响 叠加效果好坏，关键是动校正量是否准确。对于有效反射波，如果动校正量正确，那么动校正后叠加道集的各道信号校正为t=t0的直线，能同相叠加，叠加后有效波能量大大加强，叠加效果好，否则叠加效果差。动校正量正确与否取决于叠加速度。6. 6. 影响叠加效果的因素影响叠加效果的因素倘若选择的叠加速度恰好等于

23、多次波速度时，那么叠加后非但没有压制多次波，反而使之增强，削弱了有效波。因此，叠加速度提取得是否合适，直接关系到叠加剖面的质量。总之：a) 速度小于正常速度，动校正量过大，形成的同相轴与初至方向相反； b) 速度大于正常速度，校正不足，校正后的同相轴与初至方向相同,他们都不能形成同相位叠加； 地震地震波速度的测定波速度的测定一 、速度测定的用途1进行时深转换，确定界面深度；2在动校正、静校正数据处理项目中使用；3用层速度进行层位对比和岩性研究；4. 应用速度换算成动弹性模量，计算岩土的物理力学参数等。 图图3.8-1 3.8-1 波速计算简图波速计算简图图图3.8.2 3.8.2 下孔法试验实

24、测时距图下孔法试验实测时距图三三 、 利用折射波测量求速度利用折射波测量求速度当界面不水平时，可利用下式求平均速度对v1 也做同样的处理。可得到界面上、下方的速度。下上下上*22vvvvv四、利用反射波测量求速度四、利用反射波测量求速度（一）一）x x2 2 t t2 2 法求速度法求速度； 在x2 t2 坐标系反射波时距曲线是直线,（二）二）t tt t法求速度法求速度 由正常时差近似公式换算得到为使测量结果准确,一般布置专门测量剖面,用大炮检距的正常时差t来求波速.并利用大量计算结果求速度平均值.ttxv0222202vxtt地震数据处理地震数据处理预处理预处理一、数据解编一、数据解编二、

25、编辑二、编辑三、抽道集三、抽道集四四 、真振幅恢复、真振幅恢复处理处理五、初至切除五、初至切除参数提取与分析参数提取与分析频谱分析、速度分析、相关分析频谱分析、速度分析、相关分析图图4.2-2 4.2-2 两道记录的相关函数两道记录的相关函数 在地震勘探中，要计算多道相关系数或多道相关函数。例如一个共反射点道集中有m道记录，对m道记录所有可能组合形式的互相关系数之和，称为多道相关系数,见式（4.2.13)满足ij的所有互相关组合共有(M一l)M/2种。jijiNnnjnixxxxNji)13. 2 . 4(1)0(1,多图图4.2-3 4.2-3 一个一个CDPCDP道集中六道记录的多道相关道

26、集中六道记录的多道相关图图 4.2-4 4.2-4 用多次覆盖资料计算速度谱原理图用多次覆盖资料计算速度谱原理图 图图4.2-5 4.2-5 计算计算叠加速度谱的网络叠加速度谱的网络图图4.2-6 4.2-6 三维显示三维显示形式的速度谱形式的速度谱 时间域的滤波运算：设滤波器的脉冲响应为h(t)，若输入信号为x(t)，则线性时不变滤波器的输出等于信号x(t)与滤波因子h(t)的褶积。换句话说，时间域内卷积运算的物理实质是滤波) 1 . 3 . 4()()()()()(*)()(dthxdtxhthtxty 因为H()=H()，H()0,故H()必为非负的实函数。 又因输入、输出均为实时间函数

27、，故h(t)也必定是实时间函数。由傅氏变换的性质可知，实时间函数的频谱具有复共扼性质，即 H(-)=H*() H()本身是实函数，实函数的共扼为其自身，即 H*()=H()，有 H()=H(-)，说明H()是偶函数。由此，零相位滤波器的频率响应函数是非负的实偶函数。(二)实用滤波器 数字滤波器的特殊性： 离散性：产生伪门现象离散性：产生伪门现象 有限性：产生吉普斯现象有限性：产生吉普斯现象 进行数字滤波时，需将脉冲响应函数h(t)按采样间隔进行离散采样， 而采样后的脉冲响应时间序列h(n)的频率特性除了有与h(t)对应的“正门”外，还产生以1/为周期的无数个 “伪门”,这就是由所谓离散所谓离散性造成的伪门现象性造成的伪门现象