地震组合法原理

地震组合法原理第1页，共93页，2023年，2月20日，星期四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2页，共93页，2023年，2月20日，星期四第一节地震勘探中干扰波的特点第四章地震组合法原理当激发地震波时，既产生有效波，也产生干扰波，所记录的地震信息是在干扰的背景下记录的有效波。为了提高地震勘探的精度，就要求突出有效波，压制干扰波，使地震资料更能真实地反映地下的地质情况。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。3第3页，共93页，2023年，2月20日，星期四有效波－－那些可用解决地质问题的波，如反射波、折射波等。干扰波－－是指妨碍追踪和识别有效波的波，如面波、多次反射波。根据干扰波的特点分：规则、不规则(随机)干扰波。规则干扰－－有一定主频和视速度的波，如面波、浅层折射波，侧面波；无一定的频率、无一定的视速度的干扰波，称不规则干扰波或随机干扰。如风吹草动；第一节地震勘探中干扰波的特点4第4页，共93页，2023年，2月20日，星期四组合

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第5页，共93页，2023年，2月20日，星期四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第6页，共93页，2023年，2月20日，星期四空气枪组合第一节地震勘探中干扰波的特点7第7页，共93页，2023年，2月20日，星期四1、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8第8页，共93页，2023年，2月20日，星期四第一节地震勘探中干扰波的特点9第9页，共93页，2023年，2月20日，星期四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。10第10页，共93页，2023年，2月20日，星期四一次波和多次波11第11页，共93页，2023年，2月20日，星期四4、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12第12页，共93页，2023年，2月20日，星期四13第13页，共93页，2023年，2月20日，星期四第一节地震勘探中干扰波的特点14第14页，共93页，2023年，2月20日，星期四组合(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15页，共93页，2023年，2月20日，星期四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16页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性17第17页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性18第18页，共93页，2023年，2月20日，星期四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19页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性20第20页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性21第21页，共93页，2023年，2月20日，星期四二、简单线性组合的特性22第22页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性23第23页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性24第24页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性25第25页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性26第26页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性27第27页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性28第28页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性29第29页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性30第30页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性31第31页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性32第32页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性33第33页，共93页，2023年，2月20日，星期四由讨论可以看出：组合的振幅特性和地震波的入射角有关。当α=0，反射波与地面垂直，B(0)=n，即总振幅增强了n倍，有效波得到加强，而对于其它角度则相对受到压制。第二节简单线性组合的方向特性34第34页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性35第35页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性36第36页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性37第37页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性38第38页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性39第39页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性40第40页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性41第41页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性42第42页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性43第43页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性44第44页，共93页，2023年，2月20日，星期四45第45页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性46第46页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性47第47页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性48第48页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性49第49页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性组合的频率特性曲线50第50页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节简单线性组合的方向特性51第51页，共93页，2023年，2月20日，星期四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52第52页，共93页，2023年，2月20日，星期四

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。

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。第二节简单线性组合的方向特性5、脉冲波的组合特性53第53页，共93页，2023年，2月20日，星期四检波器数目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54第54页，共93页，2023年，2月20日，星期四从上图可以看到，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）。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简谐波第二节简单线性组合的方向特性55第55页，共93页，2023年，2月20日，星期四1、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56第56页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、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、激发条件和自然条件。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57第57页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点二、统计问题和非统计问题从物理现象中获得的数据通常分确定性和非确定性两大类数据：1)确定性数据

能精确地用数学关系式表示的物理数据，研究确定性数据问题—统计问题。即这类问题可以用一个函数关系表示，函数的自变量的每一个值必然对应于函数的一个（或若干个）确定值。特点：在过程还未实现之前，已能准确地预测出其将要出现的情况。此类数据还可分周期性和非周期性。S=vt58第58页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点2)非确定性数据

某些物理现象不能用明确的数学关系式描述。无法预测未来时刻的精确值，各次观测的结果可能不同。这类数据叫非确定性数据，或叫随机数据。这类物理现象的变化规律不能用一种简单的函数关系来描述。例如：在测线上的某一点记录下的随机干扰振幅随时间变化的关系，它不能用已确定的函数来表述。59第59页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点三、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。60第60页，共93页，2023年，2月20日，星期四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。

61第61页，共93页，2023年，2月20日，星期四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。62第62页，共93页，2023年，2月20日，星期四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63第63页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点在研究随机过程的统计规律时，必需包含各种状态的随机过程。也即随机过程的多次实现。称谓各态历经。如果一个随机过程包含了这种各态历经的多次实现，而且又有平稳随机过程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。64第64页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点对于不规则干扰波的组合特性的讨论，只能用概率统计理论。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。多点接收的地震记录上不规则干扰波的振幅既随时间变化又随检波点位置而变化的随机函数，可表示为g(x,t)。重复放炮，记录下来的随机干扰各不相同。地震记录可视为具有各态历经平稳的随机过程。65第65页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点

66第66页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点67第67页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点68第68页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点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。用一种数值来定量地表示两个过程的相似程度。一个随机过程的自相关函数的特点反映了这个随机过程的固有的、而且又非其它统计参数所能反映的某方面特性。69第69页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点70第70页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点71第71页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点72第72页，共93页，2023年，2月20日，星期四四、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73第73页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点74第74页，共93页，2023年，2月20日，星期四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。75第75页，共93页，2023年，2月20日，星期四值得注意：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)<0.1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76第76页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节随机干扰的特点77第77页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节组合的其他效应78第78页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节组合的其他效应79第79页，共93页，2023年，2月20日，星期四可知：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80第80页，共93页，2023年，2月20日，星期四二、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。81第81页，共93页，2023年，2月20日，星期四2）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82第82页，共93页，2023年，2月20日，星期四第五节组合参数的确定83第83页，共93页，2023年，2月20日，星期四第五节组合参数的确定84第84页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节组合的其他效应85第85页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节组合的其他效应86第86页，共93页，2023年，2月20日，星期四四、其他组合方式其他组合形式有：加权组合(不等灵敏度组合)、反向组合、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，它的方向特性如下图所示。φ(y)y(a)第四节组合的其他效应87第87页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节组合的其他效应88第88页，共93页，2023年，2月20日，