野外工作方法和地震勘探技术研究

1、野外工作方法和地震勘探技术研究1、地震测线的布置第四节 地震测线布置和观测系统应考虑：工作任务、探测对象、地质构造、地形、地貌；应收集：地质、物探资料，尤其钻井及测井资料。1）测线布置原则(1) 测线最好为直线。其切面为一平面，所反映的构造形态较真实。(2) 主测线垂直岩层或构造走向。目的：控制构造形态， 利于资料分析与解释。(3) 尽量与其它物探线一致（或过钻孔）。便于综合分析解释。(4) 疏密程度应据地质任务、探测对象大小及复杂程度等因素确定。(5) 考虑地形、地物。复杂条件，弯曲测线或分段观测。地震采集时所布置的检波器所构成的线，分为三维和二维测线。三维测线有线号和道号之分。 工作中：作

2、辅助测线布置，解决一些特殊问题（如探测洞穴、古墓、古河床等），弥补纵测线的不足。2）测线布置形式1.接收点、激发点在同一直线上。工作中：多使用纵测线。处理、分析、解释方便。2. 非纵测线 几种测线形式接收、激发点不在同一测线上。非纵测线：横测线、侧测线、弧形测线。纵侧线：炮点与测点在一条直线上纵侧线：炮点与测点在一条直线上非纵侧线：炮点与测点不在一条直线上非纵侧线：炮点与测点不在一条直线上2、观测系统1 .观测系统定义：激发点与接收地段的相对位置关系。一般以纵测线观测为主。2.道间距X 定义：相邻两道检波器的间距，用X表示。 工作中：调查目的不同，X不一样。一般，道间距小，测量精度高，综合确定

3、。1）几个基本概念3.排列长度 显然，道间距大，排列长度大，工作效率高。不宜太大，相位追踪 对比困难，远处能量衰减大。4.偏移距定义：炮点离最近一个检波器的距离，用X1表示。工作中：端点不设检波器。一般为道间距的整数倍。定义：离开炮点最远的检波点与炮点的距离，用Xmax表示。最大炮检距与探测深度有密切关系。反射：目的层深度的倍。5.最大炮检距6. 互换时间把激发点和排列向一个方向移动，重复以上工作，得一连续长反射界面。图中，T=T（互换时间）。观测系统图示2）综合平面图综合平面图表示观测系统综合平面图O1激发，O1O2接收，用O1A表示，O1A在测线上投影O1A1对应反射界面R1R2；O2激发

4、，O1O2接收，用O2A表示，相应反射界面为R2R3。两次激发，得连续反射界面段R1R3。简单连续观测系统如固定在排列一端激发，每激发一次，排列沿测线方向移动一次（半个排列长度），称单边激发观测系统。如图所示。 简单连续观测系统(a) 双边激发 (b) 单边激发 定义：炮点离接收点一定距离激发。避开震源附近面波和声波的强干扰，又称偏移观测系统。如图所示。3.单次覆盖简单连续观测系统这种观测系统，可连续勘探整条测线以下反射界面，所得地震剖面为单次剖面。由于在排列两端分别激发，又称双边激发观测系统。A点激发BC段接收B点激发AD段接收O2激发，O1O2接收，用斜线段O2A表示，对R2R3进行了一次

5、观测，叫单次覆盖；O1激发，又在O2O3接收，用斜线段AB表示，又对R2R3进行了一次观测，叫二次覆盖。同理，可对R2R3段进行更多次覆盖。多次覆盖观测系统：对整条反射界面进行多次覆盖的系统。多次覆盖技术：压制多次反射波之类的特殊干扰波，以提高地震记录的信噪比。4.多次覆盖观测系统对地下界面重复观测多少次就称为几次覆盖。共中心点叠加单边放炮4次覆盖观测系统单边放炮6次覆盖观测系统第五节 地震波的激发和接收1、地震波的激发 1.地震勘探对激发条件的基本要求 激发条件：影响地震记录好坏的第一因素，得到好的有效波的基础条件。(1) 有一定能量，保证获得勘探目的层的反射；(2) 有效波能量强，干扰波相

6、对微弱，有较高的信噪比；(3) 频带较宽，尽可能接近脉冲（尖脉冲），以利提高分辩率；(4) 同点激发，地震记录重复性好。 2.震源类型两类：炸药震源，非炸药震源。(1) 炸药震源炸药激发产生的地震波频谱宽、能量强、高频成为丰富。 K是常数，炸药激发产生的地震波主频f与药量Q的关系：药量对频率成分的影响上式可见，药量越大，激发产生 的频率越低。图表示不同药量在相同炮点和激发深度处，同一接收排列接收到的信号频谱（）。结论：在保证获得勘探目的层反射前提下，尽量小药量激发，以获得高频的地震波。浅震：常用几十克到上千克的小药量或雷管激发。激发方式：地面爆炸，浅井爆炸。浅井爆炸：井深1米，药包放在井中并将

7、土回填埋实，促使能量向下传播，压制干扰波（面波、声波等）。如下图所示。锤击置于地面的钢板， 18磅或24磅。 地表结构：潮湿密实地面效果好，干燥松软地面效果较差。 优点：可多次激发，重复性好（保持钢板与地面的耦合好），信号增强。缺点：频谱低于炸药震源，能量有限，不适合深层。 高频震源枪 用震源弹射入浅孔(充水或潮湿的孔)，爆炸激发地震波。 优点：定向发射，利于能量向下传播；高频成分丰富，利于高分辩率勘探。 电火花和空气枪震源多用于水上勘探。 电火花震源：利用电容器储存高压电能，在一瞬间通过水介质释放，在水中产生压力作用于大地而形成地震波。空气枪震源：将压缩空气在短暂瞬间释放于水中，从而产生地震

8、波。 特点：两种震源都安全，无环境污染，高频成分丰富，能量可调。价格较贵。以上几种震源，当目的层深度H：H50m，锤击、小炸药量；H50100m，小炸药量、高频震源枪；H501000m，电火花、高能炸药。锤击震源的波谱2、地震波的接收 1.地震勘探对接收条件的基本要求(1) 有效波突出，并有明显特征；(2) 有效波层次分明，波间关系清楚，尤其是目的层反射应明显； (3) 干扰波少，强度弱，并易于分辨。动圈式检波结构图2、地震波的接收电动式检波器结构示意图 100HZ垂直检波器 ;100HZ水平检波器1.检波器的特性和参数2.检波器的方向特性检波器最灵敏方向，应与波的振动方向一致，所接收到的信号

9、最强。接收纵波：检波器最灵敏方向对准波的传播方向；接收横波：检波器最灵敏方向垂直于传播方向。 3.检波器的频率特性高频检波器：高频响应好，低频响应差。如图所示。大地衰减和检波器特性曲线 大地滤波衰减曲线； 检波器频率响应曲线； 检波器大地特性。高、低频信号的输出基本均一。 由于高频检波器对低频强振幅信号进行了衰减，从而避免了地震勘探仪器前置放大器处于饱和状态。4、检波器与大地耦合 耦合取决于：检波器重量，检波器与地面的有效接触面积，地面振动幅度，地表弹性模量。因此，检波器应埋直、埋深，土层应潮湿、致密。对基岩、水泥地：石膏等固结。 对泥水：加长尾锥。5.检波器排列第六节 观测参数选择假频1.采

10、样率图 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对连续信号进行25、100、125、200、250Hz采样，则输出频率分别为25、100、125、50、0Hz。显然，后两个采样不足，出现假频。 假频：某连续信号，采样频率小于信号频率的两倍，则在每个周期内采样不足两个，采样后变成另一种频率的新信号。 图 (a)：tTa/2，可辨认有效波的相同相位。图 (b)：tTa/2，易造成相位对比错误。2.道间距X的选择X选择原则：各道间相位关系清楚，同时轴明显。选择大小的总原则为：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且不出现空间假频，根据采样定理有考虑到有效波的视速度，常把道间距的最

11、大限度定为对于深层：反射波Va大，X大； 道间距X的选择有利于有效波的对比，有效波能够可靠对比的条件是: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：3偏移距：激发点至排列中第一个接收点之间的距离（最小炮检距） 所谓最佳偏移距技术，就是在最佳窗口内选择一个公共偏移距，然后如图所示那样，移动震源，保持所选定的偏移距。每激发一次只用一道接收，用12道（或24道）地震仪在每个观测点上激发接收，最后得到一张多道记录，各道具有相同的偏移距。另一种方法是采用计算机对共炮点记录进行自动选排，也可以获得各种偏移距的共偏移距剖面。由于是在最佳窗口内选择的公共偏移距，因此不受振幅和相位变化

12、的影响。利用这种共偏移距地震剖面，容易正确识别同相轴，由于偏移距相同，不需作动校正。在进行其它数据处理之前，常用来了解反射波同相轴的大致位置。 4. 最佳接收段问题 最佳接收地段又称为“最佳时窗”。在最佳时窗内接收，可避开面波和折射波的干扰，此外，其反射波振幅随炮检距的增大而减小，相位随炮检距的增大而基本保持不变。可见。最佳时窗的选取关键在于选取接收排列的两个端点。即选择偏移距和最大炮检距。 在浅层反射波法勘探中，一种观测方式是选择最佳窗口法，它的目的是为了选择最佳接收地段。为了使面波、声波、直达波和折射波产生较少的干扰，可以把接收地段选择在既不受面波的影响，也不受折射波影响的地段。这种最佳接

13、收地段称为最佳窗口，一般要通过实地试验来选择确定。 最佳时窗的选取 (a) 地质模型 (b) 各种波的时距曲线分布 图 (a)是一个模型实例。这个模型的覆盖层厚度为90m，速度为1600m/s，它覆盖在速度为5000m/s的基岩上。图5.30(b)给出了基岩反射波、折射波以及覆盖层中的直达波和地滚波的时距曲线分布情况，并确定出了最佳窗口地段。 图 (a)是根据图的模型计算出的反射波振幅随炮检距的变化情况。图中曲线的拐折是地震纵波入射到分界面上产生转换波的结果（第一章中我们详细讨论了纵波入射时在弹性分界面上波的转换和能量分配问题，知道在临界角附近各种转换波的能量变化很大）。 通过研究可知，曲线拐

14、折位置与所选模型的速度、反射界面的埋深、临界角等因素有关；反射纵波的振幅变化主要与传播的P波、S波的临界角（分别为1和2）有关。在第一临界角处，反射纵波振幅出现一极大值，在第一临界角1和第二临界角2之间，反射纵波振幅为一弱振幅条带，在第二临界角以外反射纵波又呈现强振幅变化。图中标出了反射波振幅相对平稳地段为最佳窗口地段。 (a)相对振幅曲线 图 (b)是根据图模型计算出的反射波相位曲线，显然，该曲线与振幅曲线有关。在近震源法线入射时，没有相位变化，而在第一临界角附近，反射波振幅出现极大值的地方有一小的相位变化，在第二临界角附近，反射波出现强振幅的地方相位变化很大，可从-180转到+180。在这

15、个相位变化无常的区段内，识别反射波显然是非常不利的，图中标出了相位相对变化平稳的地段为最佳窗口。 (b)相位曲线 由上面讨论可知，最佳窗口两边的选择，近震源一边受地滚波的限制，远震源一边受波的振幅和相位变化的控制。如果界面两侧介质的波速相差比较大，反射波又是宽角反射（在临界角附近的反射）的情况，根据经验，最大炮检距的距离不得大于界面埋深的倍；反之，如果速度差较小，这个经验法则可适当放宽。 下图是同一激发点不同接收地段的多张12道地震记录拼成的浅层反射记录。反射目的层是古生代的灰岩，上部是冰碛物覆盖层，采用X=3m，X1=3m和100Hz的高频检波器接收。从图中可见，目的层反射波在近炮点受到强大

16、的地滚波和高频声波的干扰，远炮点目的层反射波相位发生了变化。显然，最佳时窗的近炮点为3035m，远炮点为70100m为宜。 值得指出的是，最佳窗口接收技术在探测比较单一的目的层时效果较好，若要求探测的目的层是深浅相差较大的多层介质，就很难选择最佳窗口，尤其当地质条件较复杂，或外界干扰背景较大，或要求探测的浅、深层范围较大时，必须采用水平多次叠加技术。 从高分辨率地震勘探的角度考虑，激发和接收的总原则为：1）小药量激发2）宽频带接收3）观测系统采用小道距4）小偏移距5）无组合检波6）合适的覆盖次数图5.21 共反射点叠加模型(a) 地质模型 (b) 共反射点时距曲线 (c) 动校正 (d) 叠加

17、 A点：共反射点或共深度点。 M点：A的投影点，共中心点或共地面点。 S1、S2、S3地震道：共反射点或共深度点）叠加道。集合称CDP(共深度点)道集。 以炮检距X为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间t为纵坐标，可绘出对应A点的半支时距曲线。将炮点和接收点互换，得到另半支时距曲线。整支时距曲线称共反射点时距曲线。方程为Xi共反射点道集中各道的炮检距，hM点处的界面法线深度。5.多次覆盖原理 上式与水平界面的共炮点反射波时距方程在形式上完全一样，但其物理含义不同。(1) 共炮点反映一个区段，共反射点反映一个点； (2) 共炮点t0表示炮点回声时间，共反射点t0表示A的垂直反射时间，即M点的回声时

18、间。当 Xi=0时，t0=2h/V。对共反射点时距曲线动校正： 把各叠加道的时间校正到M点的回声时间，或者把曲线拉平，如图(c)示。 假设各叠加道波形相似，必是同相叠加，叠加后振幅成倍增加。如图(d)示。 如图示，在水平界面R1上产生二次全程反射，在R2界面上产生一次反射，假设一次波的t0时间等于二次波的t0时间t0D。用视速度定理易证：具有相同t0时间的二次波曲线比一次波弯曲。图5.22 剩余时差曲线 对时距曲线t及tD按一次波的速度进行动校正：一次波：t被拉平到t0； 多次波：tD不能拉平(为tD)，校正量不足，校正后仍上弯，叫剩余时差曲线。 剩余时差：多次波时距曲线按一次波校正后与t0的时差，用tD表示。 2.共反射点多次波的叠加效应t动校正量，q多次波剩余时差系数由上可见，多次波剩余时差tD与炮检距x2成正比。 各叠加道tD不同，叠加时非同相叠加, 叠加后多次波