第4章地震组合法原理

地震勘探原理第四章地震组合法原理1第四章地震组合法原理重点：■地震组合的基本概念■简单线性组合的方向特性■简单线性组合的频率特性■组合对随机干扰的统计效应难点：■地震组合中提高信噪比和提高分辨率的关系■影响地震组合效果的主要因素2第一节地震勘探中干扰波的特点第二节简单线性组合的方向特性第三节随机干扰的特点第四节组合的其他效应第五节组合参数的确定第六节其他组合方式第四章地震组合法原理3第一节地震勘探中干扰波的特点第四章地震组合法原理在野外施工的主要技术为组合和多次覆盖。地震组合法就是利用干扰波与有效波在传播方向上的不同而提出的压制干扰波的一种方法。4组合

把多个检波器接收到的信号作为一个输出地震道，或者{用多个震源同时激发构成一个总的震源}，前者称为检波器组合，后者称为震源组合。

组合的作用

组合法是利用干扰波与有效波在传播方向上的不同，可以压制规则干扰，也可以压制随机干扰。地震组合的分类野外检波器组合野外震源组合第一节地震勘探中干扰波的特点室内混波5野外可控震源组合激发第一节地震勘探中干扰波的特点6空气枪组合第一节地震勘探中干扰波的特点71、在传播方向上不同，即干扰波的最大真速度和有效波的视速度范围不同有效波如水平界面的反射波几乎是从地下垂直反射回来到地面；干扰波如面波沿地表附近传播。实质上是视速度上有差别。针对这一类型的干扰波，在野外施工时，往往采用检波器组合的方法压制；在进行资料处理时，还可以采用视速度滤波(f-k滤波)进行去除。第一节地震勘探中干扰波的特点干扰波与有效波的差别及压制方法8第一节地震勘探中干扰波的特点9第一节地震勘探中干扰波的特点10第一节地震勘探中干扰波的特点2、有效波和干扰波可能在频谱上有差别此类干扰波的压制方法主要是野外记录是进行有目的的采取滤波和室内的频率滤波处理。3、有效波和干扰波经过动校正后的剩余时差可能有差别如多次波，经过动校正后，剩余时差仍不为0。如今广泛使用的野外多次覆盖、室内水平叠加技术能较好压制多次波；另外，预测反褶积方法对多次波也有良好的压制效果。11一次波和多次波124、有效波和干扰波在出现的规律上可能不同风吹草动等引起的随机干扰的出现规律与有效波不同。对于随机干扰，主要是利用其统计规律进行压制，如多次叠加、组合法等都是有效方法。另外，相关滤波、相干叠加等室内处理方法也有很好的效果。第一节地震勘探中干扰波的特点1314组合(array)：指用一组检波器将信号输出到同一地震道，或者同时激发一组震源，有时也称组合形式(pattern)。组合的实现：

1）野外检波器组合，即把安置在测线上一定距离的几个检波器所接收到的振动叠加起来作为一道地震信号。

2）野外的震源组合，即在相隔一定距离的几个震点上同时激发，总效应为一炮。

3）室内混波，把若干个地震道信号按比例相加，作为一个新地震道。第二节简单线性组合的方向特性一、组合的概念15第二节简单线性组合的方向特性组合的类型1）简单线性组合若干个检波器沿直线等距排列各检波器的灵敏度相同2）加权组合各检波器的灵敏度不同3）面积组合组合的目的：增强有效波，压制干扰波，提高信噪比。对于规则干扰波，组合具有方向特性，对不同方向来的波，具有不同的灵敏度；对于随机干扰也可压制。16第二节简单线性组合的方向特性17第二节简单线性组合的方向特性18第二节简单线性组合的方向特性组合的基本概念道间距：组内距：19第二节简单线性组合的方向特性2021第二节简单线性组合的方向特性22第二节简单线性组合的方向特性23第二节简单线性组合的方向特性24第二节简单线性组合的方向特性25第二节简单线性组合的方向特性26第二节简单线性组合的方向特性27第二节简单线性组合的方向特性28第二节简单线性组合的方向特性29第二节简单线性组合的方向特性30第二节简单线性组合的方向特性31第二节简单线性组合的方向特性32第二节简单线性组合的方向特性33第二节简单线性组合的方向特性34第二节简单线性组合的方向特性35第二节简单线性组合的方向特性36第二节简单线性组合的方向特性37第二节简单线性组合的方向特性38第二节简单线性组合的方向特性39第二节简单线性组合的方向特性40第二节简单线性组合的方向特性41第二节简单线性组合的方向特性4243第二节简单线性组合的方向特性44第二节简单线性组合的方向特性45第二节简单线性组合的方向特性46第二节简单线性组合的方向特性47第二节简单线性组合的方向特性5、组合的频率特性曲线48第二节简单线性组合的方向特性496、组合频率滤波的副作用

①是地震的分辨率降低；由于组合检波系统系统具有低通滤波的作用，会滤掉高频成分，使地震波的频谱变窄，n越大，时差越大，低通滤波的作用越强烈，也就是说加强组合压制干扰的能力要以牺牲一定的分辨率为代价②有效波发生畸变；组合检波器相当于频率滤波，对地震脉冲不同频率成分的作用不同，使组合后有效波的的波形与组合前不同，尤其n和时差比较大时，有效波的的波形发生畸变；第二节简单线性组合的方向特性50

应当注意：考虑脉冲波的组合就不能用组合前后的振幅比来说明组合的方向特性，只能用别的参数，如振幅极值比、能量比或包络面积比等。第二节简单线性组合的方向特性7、脉冲波的组合特性51检波器数目n分别为2、3、4、5时脉冲波的组合特性曲线第二节简单线性组合的方向特性52

通过对脉冲波的组合特性的讨论所得到的主要结论是：脉冲波与简谐波组合特性曲线的通放带宽度基本一致；脉冲波的压制带不是周期性曲线，无零值，但其数值基本上与简谐波的压制带极值相同，为1/n左右。53从上图可以看到，脉冲波组合特性曲线的二次极大区较宽，数值较小，有的不出现。由此可见，简谐波的组合方向特性曲线基本上也能适用于脉冲波，只是在二次极大区方面，两者有所不同（见下图）。第二节简单线性组合的方向特性n=9时脉冲波与简谐波的组合效应比较①振幅极值比；②能量比；③包络面积比；④简谐波541、地震勘探中常遇到随机干扰其来源可分三类：1)地面的微震，如风吹草动，人走车行，这类干扰的特点是在震源激发前就已存在。2)仪器接收或处理过程中的噪音。3)激发产生的不规则干扰：次生的干扰波，如不均匀体散射等。特点是无方向性，相位变化无规律。第三节随机干扰的特点利用组合的方向特性能压制与有效波传播方向不同的规则干扰波。组合对随机干扰也有较好的压制作用，主要是利用组合的统计特性。一、勘探中随机干扰的特点及产生原因552、随机干扰的特点：在记录上表现为杂乱无章的振动，频谱很宽，无一定的视速度。形成条件有人为条件、激发条件和设备。随机干扰表面上看不规则，但也有规则，它遵循“统计规律”，这是与有效波有差别的。组合压制随机干扰是利用它的统计规律对它来进行压制。第三节随机干扰的特点56第三节随机干扰的特点二、地震勘探中的随机干扰是具有各态历经性质的平稳随机过程。在实际问题中，常常遇到时间t的随机函数f(t)，即函数的自变量是时间t，而函数值是一个随机变量。这种函数称为随机过程。57第三节随机干扰的特点随机过程不是指一个单个的随机函数，而是随机函数n(t)的集合，即同一环境条件产生的随机函数，某次可能以n1(t)的形式出现，另一次又可能以n2(t)的形式出现等等，但这些形式都有同一的统计规律，即n1(t)，n2(t)…则称为随机过程的一次“实现”，或“样本函数”。对一个随机过程，只有知道它多次单个随机函数n1(t)，n2(t)…等，才能真正了解这个随机过程的全部特点。

58第三节随机干扰的特点例如：地震勘探中的随机干扰，当我们考虑在某一个检波器记录下来的随机干扰的振幅随记录时间的变化规律n(t)时，n(t)即为一个随机过程。随机干扰的振幅在不同的时间t有不同的值，但不能用一个确定的时间函数来描述。因为对每一t值，振幅值是不能预先肯定的，它可以取各种不同的值。59平稳随机过程指其基本条件在时间变化过程中保持不变，故其统计规律也不随时间而变化的随机函数的集合。那么对随机过程的一次实现，只需研究足够长的一段时间即可获得该次实现的统计规律。地震勘探中记录一次随机干扰，如果把它分成若干个过程，它们的统计规律相同，这个随机干扰是平稳的，只需研究其中一个过程。图4-3-2第三节随机干扰的特点60第三节随机干扰的特点平稳的随机过程各态历经性质

—指一个随机过程的统计规律不必从多次实现中求得，只需从一次实现中便可求得。即在一次实现中已能反映该随机过程的全部特点。对各态历经的平稳随机过程，只需得到随机干扰的一次较长的记录，就可研究它的统计规律。地震勘探中，随机干扰可视为具有各态历经性质的平稳

随机过程，其统计性质不随时间变化，只需几个统计参数就可以描述这个随机过程。61第三节随机干扰的特点

62第三节随机干扰的特点63第三节随机干扰的特点3.相关函数---描述随机过程变换快慢的量■两个随机过程可以有相同的平均值或方差，但不能保证它们的变化过程一致。■用一个相关函数来表示两个随机过程的变化的相似程度，这是描述随机过程的“变化快慢”的一个统计特性参数。64第三节随机干扰的特点用一个相关函数来表示两个随机过程的变化的相似程度，这是描述随机过程的“变化快慢”的一个统计特性参数。用一种数值来定量地表示两个过程的相似程度。65第三节随机干扰的特点66第三节随机干扰的特点67四、随机干扰的相关半径随机干扰的相关半径是一个与统计效应有关的概念。地震勘探中，如果认为两个检波器分别记录下来的随机干扰是不相关的，必须满足一定的条件，即检波器要相距较远。随机干扰的相关半径就定量说明两个检波器至少要相距多远，才能认为这两个检波器分别记录下的随机干扰是不相关的。第三节随机干扰的特点68第三节随机干扰的特点图2-16随机干扰的相关函数曲线如图2-16是我国某地区随机干扰计算出的相关函数。从图中可以看出，当大于16m时，随增大，标准化的相关函数为负值，由相关函数的意义，可以认为对于距离大于16m的两个位置上接收到的随机干扰，它们之间就互不相关了。因此我们把自相关函数的第一个零点值所对应的值，叫做随机干扰的相关半径。69值得注意：究竟这个相关系数的值是多少，才可算作不相关，这里有人为因素，如ρ(l△x)<0.作为相关半径的标准。地震勘探中认为：两个检波器分别记录的随机干扰不相关有一个条件，即距离要较远。而一个地区的随机干扰的相关半径，就是说明该地区两个检波器之间至少要相距多远，才能认为这两个检波器的随机干扰不相关。当组内检波器的距离大于随机干扰的相关半径时，组合的统计效应达到最大值.

第三节随机干扰的特点70第三节随机干扰的特点71第四节组合的其他效应7273可知：组合相当于一个低通滤波器，组合后信号的频谱与组合前单个检波器的信号频谱有差异，即组合前后的波形发生了畸变。组合是为了利用地震波在传播方向上的差异来压制干扰波，突出有效波。虽然组合本身具有一定的频率选择作用，但我们不是利用这种频率选择作用进行频率滤波。组合的这种低通频率特性只能起着使有效波波形畸变的不良作用，不是利用它，而是要尽量避免这种低通滤波特性。为此，对于有效反射波应尽可能通过野外工作方法增大视速度，即减小△t，以获得最佳组合效果。第四节组合的其他效应74二、组合的平均效应第四节组合的其他效应组合的平均效应包括两方面内容：对地表的平均效应。当检波器在安置条件上有差异时，包括地形的起伏和表层的低降速带的变化，组合的作用是把它们平均，使反射波受地表条件的变化的影响减少，组合对地表的平均效应是有利的。752）对地下界面的平均效应因为组内各检波器接收的反射波是来自反射面上的许多点，如果这许多点位于一个平面上，则组合后的反射点可以认为处于这些点的中心；如果各反射点不在同一平面上，而是高低不平，比如在断层两侧，则组合后所得的波是起伏不平的面或断层两侧反射波平均的结果，这对细致研究断块特点不利，所以高分辨率或高精度地震勘探要求小组合基距就是为了避免组合对地下界面的平均效应。第四节组合的其他效应76第五节组合参数的确定772)增加检波器的个数；

N越多，通放带越窄，有利于突出有效波，压制干扰波；n一般取奇数，中间一个检波器正对压制带中心极点，但不宜过多，n太多，通放带太窄，有时有效波也被压制掉了。一般我们在原始信噪比高的地区组合点数选择少些，在原始信噪比低的地区组合点数适当的多些。第五节组合参数的确定78第五节组合参数的确定79四、其他组合方式其他组合形式有：加权组合(不等灵敏度组合)、面积组合等。1、不等灵敏度组合不等灵敏度组合就是采用某些办法使同一组内各检波器接收到的信号幅度不一样。如5点的简单线性组合是每点放一个检波器