第三节地震波的激发与接收

第三节地震波的激发与接收第1页，共137页，2023年，2月20日，星期三主要内容对激发的要求陆上炸药震源陆上非炸药震源对地震仪器的基本要求道间距选择与空间假频检波器的埋置条件检波器组合原理

地震数据采集实验说明实验目的实验要求第2页，共137页，2023年，2月20日，星期三在地震勘探野外数据采集中，首先要用人工方法激发地震波。但由于地表条件的复杂性（沙漠、戈壁、黄土覆盖区、浅滩区），所用震源及检波器的不同，会造成地震子波差异较大，从而影响后续的资料处理工作，为此，对地震波的激发和接收有一些基本要求。第3页，共137页，2023年，2月20日，星期三一、对激发的要求首先要有足够强的能量

在石油勘探中，要用地震反射法查明地下几千米深度范围的一整套地层的构造形态，地震波从震源出发，传到地下再反射回地面，传播这样长的距离，没有足够的能量是不行的。在激发出有效波的同时还会产生各种各样的波，如干扰波，异常波等，故应使地震有效波具有较强能量、显著的频谱特性和较高的分辨能力，以利于记录有效波。第4页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震勘探使用的震源，基本上分为两大类：一类是炸药震源另一类是非炸药震源第5页，共137页，2023年，2月20日，星期三人工锤击炸药可控震源地震勘探中的几种激励源第6页，共137页，2023年，2月20日，星期三滨海505号海洋勘探船我国第一台600kJ陆地电火花震源车（2005年）海洋石油震源船

第7页，共137页，2023年，2月20日，星期三二、陆上用炸药震源地震勘探方法一直采用炸药为主要震源，特点：以爆炸力强的炸药为主要材料，需要雷管进行引爆，产生的脉冲尖锐，频率范围较宽。第8页，共137页，2023年，2月20日，星期三普通炸药震源一般需要钻炮井，起爆时有相当一部分能量消耗在岩石的破碎上。爆炸索只需埋藏在0.3～0.6米深度处引爆，不需炮井，但在掩埋不好时，易引起气爆现象，造成干扰。用炸药激发时，激发方式一般有井中爆炸，水中爆炸，坑中爆炸和空气中爆炸等几种，一般以井中爆炸效果最好。井中爆炸是地震勘探中最常用的一种激发方式。第9页，共137页，2023年，2月20日，星期三井中爆炸的优点是：首先能减低面波的强度，消除声波在记录反射波时造成的困难。其次，爆炸时，在直达波中形成很宽的振动频谱。第三，可以大大减少炸药量。准备爆炸的时间大为缩短，加快了野外工作。第10页，共137页，2023年，2月20日，星期三激发条件选择：1、首先考虑激发岩性爆炸时所产生的地震波的频谱，很大程度上决定于激发岩石的物理性质。若在松软的干燥岩层如砂层或在松散的岩层如淤泥中爆炸，则频率很低，而且爆炸能量大部分被松散的岩层所吸收，转化为有效波的弹性能量不大；而在坚硬的岩石(如石灰岩、结晶片岩、冰等)中爆炸，则会产生极高的频率，但是随着地震波在岩层中的传播，这种高频的振动将很快被吸收掉。第11页，共137页，2023年，2月20日，星期三而且在坚硬的岩层中爆炸，大部分能量消耗在破坏井壁周围的岩石上。转换为弹性能量的不多，造成激发的地震波能量不强。因此激发岩性应选取潮湿的可塑性岩层，如胶泥、粘土、湿砂等这样的岩性可使大量的爆炸能量转化为弹性振动能量，使激发的地震波具有显著的振动特性。第12页，共137页，2023年，2月20日，星期三时间轴第13页，共137页，2023年，2月20日，星期三2、激发深度以反射波来说，要选在潜水面以下，最好是在潜水面以下3～5米的粘土层或泥岩中爆炸。这样可使激发的频谱适中，且由于激发离上面的潜水面不远，潜水面又是一个强反射界面，爆炸所激发的能量由于潜水面的强烈反射作用而大部分往下传播，从而增强了有效波的能量，减少了干扰波的能量。若能考虑到在离开地面一个面波波长的深度激发，就可以较好地抑制面波。生产中可以通过调查民用水井的水位，捞取钻井的岩样分析或通过电测井，微地震测井，浅层折射求低速带来进行潜水面深度、激发岩性等的了解。第14页，共137页，2023年，2月20日，星期三第15页，共137页，2023年，2月20日，星期三3、激发药量的选择应考虑几个方面的因素：炸药包周围的岩性；要求的勘探深度；爆炸点与接收点之间的距离；仪器的灵敏度等。在上述因素都不变的情况下，适当增加炸药量，可以提高有效波的振幅。第16页，共137页，2023年，2月20日，星期三振幅药量弹性波振幅A与药量Q的关系：由实验结果表明是A=KQｍ，这里m＝0．2～1．0，当Q较小时m近似于1，激发产生的弹性波振幅与炸药量Q成正比地增加，但随着Q值的不断增加，A随Q增加而加大的速度变慢，当炸药量增大到某一定值时，弹性波振幅不再随炸药量的增大而增大。第17页，共137页，2023年，2月20日，星期三其原因是炸药量增大后，岩石的破坏作用急速增大，而激发弹性振动的能量反而相对减少，所以激发产生的地震波振幅也就不会再随炸药量的增加而加大。这时如果要想只通过加大炸药量来增大振幅值，效果不会好，反而会引起野外工作成本的增加。第18页，共137页，2023年，2月20日，星期三如果在远距离接收时，必须使用大炸药量进行激发或者在已经采用了一定的药量，仪器的灵敏度也最大限度地提高了，尚未获得所需深层的反射，在这种情况下，为了减少爆炸对岩石的破坏作用，使更多的能量转化为弹性波能量，可以将炸药分散包装成小炸药包，按一定方式排列，然后同时起爆，这种方法称为组合爆炸，组合爆炸的方式有直线组合和面积组合。第19页，共137页，2023年，2月20日，星期三生产实践表明，组合爆炸的效果较好，可以相对地减小由爆炸产生的偶然干扰水平，提高有效波信号的振幅（提高有效波振幅与其它和爆炸无关的干扰水平的比值），有利于有效波的方向选择接收。要使组合爆炸得到良好的效果，很重要的是选择好组合参数，特别是炸药包之间的距离十分重要，爆炸物理过程的实验研究工作表明，爆炸能量主要部分(80％以上)损耗在炸药包破坏半径8~10倍的距离上(大致为塑性带范围)，在进行组合时，如果邻近二个炸药包距离过小，爆炸使炸点间介质压力突然增加，加剧爆炸对岩石的破坏作用，引起过多能量的损耗，降低爆炸的地震效应。第20页，共137页，2023年，2月20日，星期三因此必须使最近二个爆炸点间距离不少于由单个炮点起爆时形成的塑性带半径r２的二倍，用于实际计算的经验公式有

r2=1.5Q1/3D=2r2=3.0Q1/3其中Q为药量，r2为起爆时形成的塑性带半径，D为组合井的井距。应注意的一个问题是，当药量一定时，随着药包个数的增加，激发振幅加大，增至某一数值时，再增加药包个数，将会因能量的过于分散而使效果减弱。第21页，共137页，2023年，2月20日，星期三水中爆炸是在海洋、湖泊或河流中进行地震勘探时，所利用的激发方式。在浅水中爆炸，应注意药包接触的岩性，要避免在淤泥中激发。若在深水中激发，则应正确选择沉放深度，沉放深度过大，将由于气泡惯性胀缩而造成重复冲击，使记录受到严重干扰，消除重复冲击的方法是加大炸药量或将沉放深度变浅，使爆炸后气泡迅速冲破水面接触空气而破裂。至于药量，根据某些试验结果表明，按1米水深为6公斤，1米5水深药量为9公斤，2米水深药量须15公斤的关系，效果较好。但为了保护生态环境和渔业资源，水中爆炸应尽可能避免。水中激发第22页，共137页，2023年，2月20日，星期三坑中爆炸又叫土坑炮。在沙漠、黄土沟、砾石覆盖区等地区，不便钻炮井，潜水面又很深，只能采用土坑组合爆炸。例如我国西北地区不少地方的勘探工作使用坑炮，获得良好效果。坑数及药量，可通过试验决定，坑炮同样应注意选择激发岩性，以胶泥粘土、泥岩等为好，但要注意药包应放在坑底的斜洞内，填上土，给药包以一定压力，增加爆炸能量的下传。坑距的要求，以爆炸后各点岩石的破坏圈互不相切为适宜，一般在10～20米左右。坑中激发第23页，共137页，2023年，2月20日，星期三我国目前在陆上大部分地区仍主要采用井中炸药进行爆炸的激发方式。但是，随着勘探规模的扩大和技术发展，炸药震源逐渐暴露出如下缺点：钻炮井和使用炸药所需费用较大，时间较长，在需要钻较深炮井才能获得良好激发条件的地区，耗费就更大。缺水地区，地形复杂、表层为砾石，流砂沼泽等钻井困难地区，施工不便。工业区，人口稠密区均不宜使用炸药。海上由于保护渔业生产，亦不宜使用炸药。第24页，共137页，2023年，2月20日，星期三在需要较大能量才能获得反射的地区，除了加大药量以外，不能用延长信号的持续时间这一办法来积累能量，而炸药量的加大是受一定限制的。炸药的运输，保管和使用中容易发生危险。为了克服上述的不利因素，出现了非炸药震源。第25页，共137页，2023年，2月20日，星期三三、非炸药震源为了克服炸药震源的缺点，使地震勘探可以在沙漠、黄土覆盖等地表条件恶劣的地区开展工作，很早以来就开始了地面非炸药震源的研究工作。由于能量弱，干扰强，信噪比低等缺点未能得到很好解决，不能真正用于生产。直到六十年代，随着多次叠加、数字记录、计算机处理等新技术的应用，各种新型非炸药震源装置才具有实际使用价值，这几方面互相促进，使地震勘探水平不断提高。第26页，共137页，2023年，2月20日，星期三在我国，玉门地区使用可控震源取得了很好的地质效果，是我国在陆上使用非炸药震源的一个良好的开端，这对在我国西北、西南地区开展地震勘探工作是一个有力的促进。陆上非炸药震源主要分为撞击型(如重锤和气动震源)和振动型(如可控震源)。第27页，共137页，2023年，2月20日，星期三1、气动震源是一种车装非炸药震源，地震波发生器为密闭的扁平圆柱体，有的型号直径约1.5米，高约20公分，由高强度的金属构成一个侧壁可以伸缩的爆炸室。爆炸室顶部为一沉重的反冲体，底板与地面接触。在将地震波发生器放置好后，将约85公升的丙烷及氧气混合物导入爆炸室，在2个大气压力下，由电火花引爆。爆炸时，较轻的底板(230公斤)能迅速作出反应，将脉冲传至地下。传至地下所需时间约2毫秒。第28页，共137页，2023年，2月20日，星期三气动震源和其它冲击型地面震源一样，属于低频、低能量震源。因而对于噪音的抑制、提高分辨能力和穿透深度等问题，均需采取相应的措施加以解决。第29页，共137页，2023年，2月20日，星期三2、重锤

重锤震源系统是车装的机械装置。将3吨以上的重锤高举至3米然后让其坠落向地面冲击以产生地震信号。在重锤撞击地面之后就马上把它从地面提起，以便使重锤在几秒钟之内在另一个地点再次落下，在这段时间，卡车移动了3公尺。每次激发的地震波由一个排列接收，记录在磁带上以便随后进行叠加。在使用重锤的最初一段时间，主要采用这种固定接收排列、使震源本身移动的办法。第30页，共137页，2023年，2月20日，星期三由于重锤的撞击产生的面波较强，一般也使用大量检波器组合和组合激发以及多次叠加。此法比较简单，但也有许多具体的复杂技术问题，如使用大型的运输车辆，需要能通过重型车辆的公路等。第31页，共137页，2023年，2月20日，星期三3、可控震源可控震源系统的野外工作方法，在许多方面与炸药震源基本上一致。比较特殊的是在采用可控震源时要进行大量的组合、叠加，即同时用几台震源，以一定的组合形式，在一个振点(即炮点)上振动几次至几十次。每次振动后，各台震源保持其组合形式，向同一方向挪动一定距离，再振动第二次。第32页，共137页，2023年，2月20日，星期三振完第二次后再向前挪动同等距离振动第三次；依次直到振动完所规定的次数为止，这样才算完成一个振点(即一炮)。野外记录是上述许多次振动叠加的结果，经相关后得到能供监视的记录。第33页，共137页，2023年，2月20日，星期三第34页，共137页，2023年，2月20日，星期三可控震源工作原理：R1R2R3振动扫描信号与a互相关后的波形第35页，共137页，2023年，2月20日，星期三为了使扫描频率选择灵活、准确，扫描信号是用固定程序通过计算机计算产生，然后控制液压伺服系统，推动振动器振动。此扫描信号的延续时间很长，如10~20s，最长可大30~40s。但它的自相关函数却是很短的脉冲：第36页，共137页，2023年，2月20日，星期三需要强调的是：得到的记录波形不是反射波信号本身，而是它的自相关函数图形，所以求取反射波到达时间时，不能看起始振动时间，而是相关函数极大值对应的时间。（这很重要，不要与炸药震源记录混为一谈）第37页，共137页，2023年，2月20日，星期三要注意可控震源的组合激发是“双重的”，即在一个振次中若干台震源组合；在一个振点上若干个振次的组合。再加上每一道用多个检波器组合接收，又采用多次复盖。在经过水平叠加处理后的剖面上，每一个地震道实际上的“叠加总次数”(指为了得到最终的结果，加在一起的各种射线的总数。即每一爆炸点的震源数乘上每道的检波器数，再乘上叠加所用的道数，也叫重复次数)是很高的。可控震源的参数主要包括理想子波波形(与扫描频率信号的起始和终了频率有关)、震源台数、扫描长度、振动次数等。第38页，共137页，2023年，2月20日，星期三与炸药震源相比，可控震源有如下三个方面的突出优点：（1）不产生地层不传播的振动频率，从而节约能量。当炸药爆炸时，在炸药附近产生的是一个尖脉冲，它的频带很宽，随着这个脉冲向地下传播时，高频和部分低频被地层吸收，而只有一部分频率的波得到比较顺利的传播。爆炸震源消耗了一部分能量于产生无用的频率。而可控震源则可以根据地层特性选择损耗最少、最适于地层传播的频带作为扫描的频带，这样，震源的能量便能够发挥最大的效果。第39页，共137页，2023年，2月20日，星期三（2）不破坏岩石，不消耗能量于岩石破碎上。用炸药震源时，在炸药附近相当一个范围是岩石破碎圈，所以炸药的很大一部分能量消耗在这里。而可控震源冲击地面的力量一般是5～15吨，所以对岩石的破坏较小，大部分能量用于产生弹性波。（3）抗干扰能力较强。由于可控震源系统采用了相关技术，所以可避免许多干扰，提高资料的信噪比。第40页，共137页，2023年，2月20日，星期三除此以外，可控震源的特殊优点还在于，引起地面损害小，特别适宜于居民稠密的工区工作，但缺点是结构庞大复杂，对地表复杂的地区，使用不便。到目前为止，作为地震波激发使用的震源，种类繁多，尤其是非炸药的震源，种类更多，尽管各有优点，同时却也各有缺点，目前还没有哪一种震源能在大多数情况下超过炸药的性能和适应性。因而现阶段非炸药震源还只是炸药震源的一种补充而不是取代。然而从长远观点看，非炸药震源是很有发展前途的。第41页，共137页，2023年，2月20日，星期三为了突出有效波，增强有效波的能量，压制干扰波，除了采用检波器组合外，在野外还采用震源组合。生产实践证明，组合检波的效果是比较显著的，它已成为地震勘探野外工作的基本方法技术。组合爆炸则因成本高，费时多，在一般情况下不常采用。随着可控震源的采用，震源的组合又使用得较广泛了。在地震地质条件比较复杂的地区要得到好的地震记录，一般采用震源组合、检波器组合和多次覆盖相结合来提高叠加次数。组合的方向特性是炮点组合的方向特性和检波器组合的方向特性的乘积。震源组合：第42页，共137页，2023年，2月20日，星期三从上面看到，不论是炸药震源还是非炸药震源，都提到组合激发，即震源组合问题。组合激发就是多个炮点同时爆炸或几台可控震源同时工作，用于突出有效波，增强有效波能量，压制干扰波。大量生产实践证明，组合激发效果明显。如，玉门地区，地表地质条件十分复杂，过去一直得不到深层反射，采用了可控震源，在每个激发点上震10次，每次4台震源组合，检波器5串8并，每道40个，又采用12次覆盖，所以总叠加次数高达：

4*10*40*12=19200第43页，共137页，2023年，2月20日，星期三由于总叠加次生如此之高，取得了较好的地质效果。（若采用炸药组合，药量相当可观，多达1吨）第44页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震波的接收问题就是使用专门的仪器设备，采用合适的工作方法，把地震波传播情况记录下来。关于地震检波器、传输线（有线和无线）、采集站、交叉站、电源站、数字地震仪等的工作原理，有兴趣的同学可参阅相关文献。这里只谈谈对地震仪器的基本要求。四、地震波的接收第45页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震检波器水路两用第46页，共137页，2023年，2月20日，星期三HYD-1型压电检波器

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HYD-1型压电检波器是一种用于浅水地层勘探的压电传感器，它具有体积小、密封性能好、灵敏度高等特点。水下工作深度1米—35米，可以和美国2512型压电检波器互换使用。可用于海洋、水库、河流等水域地震勘探。

第47页，共137页，2023年，2月20日，星期三dB系列水听器是一种用于水域地震勘探的压电传感器，它是借鉴国外相关技术而研发的，具有自主知识产权的一种全新压电式检波器。它具有体积小、密封防水性能好、灵敏度高等特点。水下工作深度最大可达到150米。第48页，共137页，2023年，2月20日，星期三第49页，共137页，2023年，2月20日，星期三互联网用户拓扑结构：第50页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震仪将返回地表的地震波记录下来，为勘探工作者提供推断地下地质情况的依据。为了保证勘探工作者能准确、细致的推断地下地质情况，就要求地震仪尽可能真实地把地震波的各种特征如实记录下来，既不丢失有用信息也不增添任何不需要的成份，这是衡量一个地震仪性能好坏的标准，也是设计和制造地震仪的基本要求。对地震仪器的基本要求：第51页，共137页，2023年，2月20日，星期三(1)来自地层深处的地震信号是很微弱的，一般地震波引起的地面位移只有微米的数量级。为了能把微弱的信号记录下来，必须对它进行放大。而为了便于进行放大、传输及记录，首先需要把地面的机械振动转变成电信号。(2)在接收地震波时，同时传到接收点的，除了有效波(一次反射波)外，还不可避免的有许多干扰波(如面波等)。为了突出有效波，压制干扰波提高记录的质量，地震仪器必需有频率选择作用，以便让有效波的频率成分全部通过，干扰波的频率成分被滤掉。第52页，共137页，2023年，2月20日，星期三(3)地震波在地层内传播的过程中，因为波前的扩散，地层的吸收等原因，它的能量会受到损耗。结果就造成了当波传到地面时，浅层反射波因传播路程短，能量很强；深层反射波因传播路程长，损耗大，而变得能量很弱。实际资料表明，这种差别可达百万倍，用分贝表示，即相差120分贝。在地震勘探文献里，习惯于把地震波这种强弱的差别在振幅上的变化范围称为地震波的“动态范围”。第53页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震波动态范围的数值与许多因素有关，其中包括地层剖面上各反射界面的性质，所考虑的最深勘探层次、以及激发条件、接收条件等。从地震波能量变化的特点可知，一方面总的来说，地震波的能量是比较弱的，需要放大，有时甚至放大几十万倍才能记录下来；同时，深浅层反射波在能量上的差别也会是很悬殊的，这又进一步要求记录地震波的仪器不仅有很大的放大倍数，并且放大倍数是可变的。靠近震源的检波器(炮检距100米)记录到的地震波动态范围是100分贝；炮检距较大(1000米)时．动态范围是30分贝。第54页，共137页，2023年，2月20日，星期三第55页，共137页，2023年，2月20日，星期三(4)地震记录仪器还要具备良好的分辨能力当地震波的延续时间△t小于时，这两个相邻界面的反射波在地震记录上是可以分辨开来的。反之，当△t大于时，则两个反射波叠加在一起，无法分开。因此在解释时，也就不能把这两个相邻很近的界面分辨开来了。所谓地震勘探的分辨能力指的就是这个问题。第56页，共137页，2023年，2月20日，星期三当然，地震记录上的地震波的延续时间与很多因素有关，如震源的类型、激发条件、岩石介质性质以及记录仪器的特性等。因此，从仪器的设计方面，就要考虑到这一要求，合理地选择仪器参数，使仪器的固有振动延续时间不要太长,具有较好的分辨能力。第57页，共137页，2023年，2月20日，星期三地震记录的分辨能力示意图第58页，共137页，2023年，2月20日，星期三（5）根据地震勘探方法技术的特点，对地震仪器还有一些具体的技术要求仪器记录道数尽可能多。（现在一般达几千道）为了便于对原始资料多次重复处理，应当对原始资料采用磁带记录方式(数字磁带记录)。又因为我们在解释时，很主要的内容就是根据地震波的传播时间来推断地下反射界面的埋藏深度，因此，地震仪必须有精确的计时装置，并在记录地震信息的同时标上时间标志。具有无线和有线数据传输功能。第59页，共137页，2023年，2月20日，星期三第60页，共137页，2023年，2月20日，星期三（6）因为地震仪是在野外比较复杂的自然条件下工作的，因而在结构上还要求：仪器轻便、稳定、耗电少；能经得起颠簸和恶劣的气候变化等；以及操作简单，维修方便。第61页，共137页，2023年，2月20日，星期三五、道间距的选择和空间假频所谓道间距△x是指埋置在排列上的各道检波器之间的距离。（若检波器组合接收，道间距是两个相邻接收点之间的距离）道间距的大小，直接影响到地震资料的解释工作。因为△x过大，将导致同一层有效波追踪辨认的可靠性受影响。而△x过小，则使野外工作量增加。因此△x要适当地选取。第62页，共137页，2023年，2月20日，星期三选择道间距的原则：一是应能满足清晰分辨感兴趣的最小地质体宽度；二是能在地震剖面上正确追踪有效波同相轴（同一层同相轴）。理论上已证明反射信号的主要贡献来自第一菲涅尔带（对于一个震源和一个接收点来说，反射界面上所有点都对这个接收点的反射波有贡献。波从震源到界面上每个点再到接收点都对应一个旅行时，其中一个点对应的旅行时最小。以该点为中心的周围有一个范围，其内各点对应的旅行时之差不大于半个周期，这个范围就称为第一菲涅尔带），在实际地震勘探中，一般来说第一菲涅尔带的直径都在100米以上，第63页，共137页，2023年，2月20日，星期三以O’为圆心，O’C’为半径画圆，则：在反射界面上画出的圆的范围称为产生的波在界面上的（第一）菲涅尔带。第64页，共137页，2023年，2月20日，星期三那么能满足清晰分辨的最小地质体的宽度至少也在百米以上，而反射波法勘探中，相邻两道检波器观测到的地下两相邻反射点的距离约为道间距的一半：OO*ABA′B′由图看出AB=2A′B′若要清晰分辨百米的地质体，那么道间距应为200米以内（理论上），即不大于200米。目前勘探中的道间距都是数十米左右，满足条件。第65页，共137页，2023年，2月20日，星期三能否可靠辨认同一层同一相位，主要决定于地震有效波(反波射或折射波)到达相邻两道的时间差Δt及所记录有效波的视周期及其他波对有效波的干扰程度。同相轴：地震剖面上相邻地震道地震波相同相位的连线。T*n道n+1道第66页，共137页，2023年，2月20日，星期三第67页，共137页，2023年，2月20日，星期三如果有效波在地震记录上的视周期为T*，那么道间距△x选择的基本原则应使时间△t小于周期T的一半。这样便能可靠地辨认同一层有效波的相同相位。反之，若△t>T/2，如图所示，则有可能造成相位对比错误，即有可能把不同层的相位错认了。Δt为地震剖面里同一个反射同相轴在相邻二道上的时差第68页，共137页，2023年，2月20日，星期三再考虑到地震有效波视速度，通常把道间距的最大限度定为：△'xmax=（1/2）*VaT*为了能同时可靠地追踪、对比深层和浅层反射波，△x'应以浅层反射波(它的视速度小)的Va、T*作为标准来选择。【若取深层的Va、T*（一般较大）就会引起浅层追踪不可靠】那么为空间域采样定理第69页，共137页，2023年，2月20日，星期三由于时间剖面上的相位特征较明显，相邻道时间差小，因此道间距△x可以选择大一些。总之在不影响可靠对比前提下，可以通过试验，把道间距选择得尽可能地大一些，如35～50米，甚至75米，这样可以提高工效。假如地震地质条件复杂，波形不稳定，干扰背景大，就要缩小道间距才能保证对比的可靠性。【地震记录上各道振动相位相同的极值（俗称波峰或波谷）的连线称为同相轴。在解释地震勘探资料时，常常根据地震记录上有规律地出现的形状相似的振动画出不同的同相轴，它们表示不同层次的地震波。】第70页，共137页，2023年，2月20日，星期三在确定道间距△x之后，排列长度也就确定了，即

L=(n-1)△x式中L是排列长度；n是仪器的地震道数；△x是检波器道间距注意，生产中同一排列的△x应一样，但在试验中同一排列各道△x可以不同。第71页，共137页，2023年，2月20日，星期三从空间假频的概念来说明道间距不能太大的原因。同时间域取样定理类似，空间取样（地震勘探可以想象为空间域取样，检波点相当于采样点，道间距相当于采样间隔）间隔也必须小于视波长的一半，即在一个波长内空间采样个数不得少于两个，否则会产生空间假频。下图中，同样的信号频率(30赫)时，同样的道间距，由于反射界面视倾角不同(用每两道的时差来表示)，因而导致视速度不同，或者说，视波长不同，而引起空间假频的情况。第72页，共137页，2023年，2月20日，星期三频率30赫的信号，因视波长不同而引起的空间假频的情况没有倾斜第73页，共137页，2023年，2月20日，星期三左图表示界面水平，这时同相轴也水平，不存在空间假频问题。右图界面西倾，每道时差不超过8毫秒时，西倾仍很明显，假频影响不大；4毫秒/道8毫秒/道第74页，共137页，2023年，2月20日，星期三当相邻两道时差为16毫秒时，由于假频的影响，已很难区分地层倾向；当相邻两道时差为20毫秒和28毫秒时，本来是西倾的同相轴，由于假频占优势而变成了东倾；相邻时差为30毫秒时的同相轴便完全变成了水平的。第75页，共137页，2023年，2月20日，星期三这个例子给出了波的频率和道间时间差，因此也可以直接利用上面的结论：“道间时间差要小于波的周期的一半，才不会出现对比上的错误”来分析。在一般情况下，可以根据已知波的频率、波速、界面倾角等参数，先估算波的视波长，然后按空间域取样定理来确定道间距△x。第76页，共137页，2023年，2月20日，星期三水平面，射线垂直地面如果界面水平，反射波射线垂直出射到地面，视速度Va=∞，视波长为∞。这时不管△x多大，也不会出现空间假频，因为同相轴是一条水平直线。在均匀介质情况下，设有时间剖面如图所示，利用剖面图来求取界面视倾角第77页，共137页，2023年，2月20日，星期三从图上可得出：△x'为地震叠加剖面上的道间距，为实际接收点距△x的一半当界面倾斜，如图所示：hΔx'sinө即：△x'第78页，共137页，2023年，2月20日，星期三又因为：所以：又因为：所以：第79页，共137页，2023年，2月20日，星期三因为△x′为地震叠加剖面上的道间距，为实际接收点距△x的一半，所以：ABA'B'第80页，共137页，2023年，2月20日，星期三例子：设V=2000m/s，Ө

=200，f*=30Hz，问道间距△x′取多大才不会产生空间假频？解：由公式计算得出，第81页，共137页，2023年，2月20日，星期三还可以从另一方面来检验这个结果。在上述条件下可算出Va=2924米／秒，采用48．5米的道间距(剖面上)，道间时差就是16毫秒。这个数值正好小于波的周期的一半。特别是在进行三维地震时，因为要对三维数据体沿不同方向切剖面，以及在陡倾角复杂构造区，更要注意因道间距过大而造成的空间假频会产生的假象。最大炮检距与最小炮检距同学们自学。第82页，共137页，2023年，2月20日，星期三六、检波器的埋置条件激发条件选好，道间距定得合适，但检波器埋置得不好，也得不到好的记录。实践中往往出现这样的情况，检波器埋在大树下，接近树根，或在草根较多的地方，得到的记录微震背景就大；若把检波器埋在淤泥中，得到的地震波其低频成分便大大增加；若一个排列跨过几种岩性，则记录上呈现出来的各道波形将随岩性不同而变化，这直接影响组合效果。以上说明了检波器埋置的岩性及地点很重要。第83页，共137页，2023年，2月20日，星期三在野外施工时,在埋置检波器的地方，应去掉杂草，铲平，最好挖个小坑。如遇岩石出露的地方，最好垫上潮湿的土，并把检波器用土壅紧（过去施工办法）；现在施工遇到岩石出露，用电钻打孔，放置检波器，然后用土压紧，其效果比前人办法好。如在水中或水田、沼泽地，则应把检波器封闭好，(为避免漏电)直插水底，穿过淤泥触到硬土；过公路的检波器置于沙袋中。尽量使同一组或同一排列检波器埋置条件一致，以免组合后，同相轴产生畸变。如果表层条件(特别是岩性)变化剧烈时，应把检波器埋置在相对单一的地方。第84页，共137页，2023年，2月20日，星期三上面指出的各种改善检波器埋置条件的办法，其根本作用在于使检波器和土壤组成一个阻尼较好的振动系统(也可以说使检波器和土壤之间“耦合”得好)，以提高对波的分辨能力。用土将检波器填平、压紧，能使检波器----土壤系统的阻尼增加，自由振动减弱。下图是将两个电动式地震检波器埋在深20厘米的坑中。

一个用砂土填平，另一个没有填平。用敲击的方法进行激发，然后记录下土壤与检波器系统的自由振动所得的结果。显然填了砂土后所得的波形(b)自由振动减弱，分辨能力提高了。第85页，共137页，2023年，2月20日，星期三第86页，共137页，2023年，2月20日，星期三第87页，共137页，2023年，2月20日，星期三第88页，共137页，2023年，2月20日，星期三第89页，共137页，2023年，2月20日，星期三七、检波器组合原理：激发地震波时，既产生有效波，也产生干扰波。检波器接收的地震波，既有有效波也有干扰波，当然希望有效波强，干扰波弱。而地震勘探中，由于种种原因，有时干扰波很强，甚至使有效波完全淹没于噪声中，所以就要想办法压制干扰波。为此就要分析有效波与干扰波的差别，针对其差别提出各种压制干扰的方法。而组合法就是利用干扰波与有效波在传播方向上的差别来压制干扰的方法。第90页，共137页，2023年，2月20日，星期三未组合，有效反射波被干扰波压制，面波较强组合，有效反射波突出，面波得到一定的衰减第91页，共137页，2023年，2月20日，星期三有效波----那些可用于解决地质问题的波。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。注意：干扰波与有效波之间，在一定条件下具有相对的意义。第92页，共137页，2023年，2月20日，星期三根据干扰波的特点，分规则和不规则(随机)两大类干扰波：规则干扰－有一定主频和视速度的波。几种主要的规则干扰波面波声波浅层折射波多次反射波50Hz交流电干扰

不规则干扰波或随机干扰－无一定的频率、无一定的视速度的干扰波，如风吹草动。随机干扰也可能出现重复，如地表不均匀引起的散射。第93页，共137页，2023年，2月20日，星期三反射波法地震勘探的初期，通常每个记录道用一个检波器接收，并且每次激发仅在单个炮点激发一次。后来发展了地震勘探组合法，即组合检波和组合爆炸的方法。组合法形式，指用多个检波器组成一个地震道的输入或者采用多个震源同时激发构成一个总的震波，前者叫检波器组合，后者叫爆炸组合，两者原理相同。组合法形式可分为：(1)野外检波器组合。

(2)野外震源组合。

(3)室内混波。（室内资料处理中的组合，将若干相邻记录道的信号按一定权系数叠加起来作为一道新的记录道信号）第94页，共137页，2023年，2月20日，星期三来自地下深处的反射波传到地表时，由于低速带的存在，使反射波近似垂直地面到达接收点；而面波等干扰波的传播方向是沿地表的，组合法能加强垂直传播或近于垂直传播的波，相对削弱水平方向传播的波，这样信噪比就提高了。检波器组合分为线性组合、面积组合两大类。第95页，共137页，2023年，2月20日，星期三同一组内检波器（n个，n为组合点数）沿测线排列在一条直线上，且间隔相等。将这一组检波器当成一个检波器使用，也就是这一组检波器输出叠加起来作为某一道的地震信号。所以检波器组合时，道间距不是检波器之间的距离。相邻检波器之间距离称为组内距，组内检波器或串联或并联。1、检波器线性组合△mδx△m：组长（基距、跨距）δ

x：组内距第96页，共137页，2023年，2月20日，星期三原理：速度为V的平面波以α角投射到地面，波到S1、S2的时间分别为t、t+Δt，由图得到：S1S2δxα为方便讨论，用余弦波代替地震波，u1、u2分别表示S1、S2两点的波动位移值，其表达式为：第97页，共137页，2023年，2月20日，星期三其合振动为：令那么第98页，共137页，2023年，2月20日，星期三分析此式对反射波来说，由于地表有低速带，反射波近法线入射（垂直出射地面），那么Va=∞，即Δt=0，上式结果为2A，显然组合对突出反射波有利。对干扰波（面波、直达波）来说，因为Δt≠0，调整组内距δx使Δt=T/2，上式结果为0，则组合后干扰波振幅为零。由此表明，地震信号叠加可以使某些信号增强，也使某些信号变弱或完全被压制掉。检波器线性组合通过调节组内距使干扰波得到最大限度的压制。第99页，共137页，2023年，2月20日，星期三组合灵敏度：定义为组合后振动的振幅和组合前振幅的比值。即：根据上式变为：上式为2个检波器的组合灵敏度。第100页，共137页，2023年，2月20日，星期三n个检波器组合时，组合灵敏度为：其相对组合灵敏度为：由上式看出，相对组合灵敏度既是f的函数，也是Δt的函数，若固定f，那么上式为检波器组合的方向特性；若固定Δt，上式为检波器组合的频率特性。第101页，共137页，2023年，2月20日，星期三组合的方向特性：若信号频率f一定，那么相对灵敏度公式为检波器组合的方向特性，根据上式可画出以检波器个数n为参数的组合方向特性曲线图：第102页，共137页，2023年，2月20日，星期三1/31/71/5Δt/T0.707第103页，共137页，2023年，2月20日，星期三a、当Δt=0时，Φ=1，为最大值，即振动到达相邻检波器的时差为0时，组合后总振动的幅度得到最大加强，等于单个检波器接收到的振动的n倍。通常，深层水平界面的反射波到达爆炸点附近的观测点时，近似满足到达相邻检波器的时差Δt→0的条件，而对某些干扰波，如面波，由于它沿水平方向传播，当它的传播方向与组合基线平行时，到达相邻检波器的时差较大，组合后其总振动的幅度没有最大增强，而是受到压制。此曲线的主要特点：第104页，共137页，2023年，2月20日，星期三b、Φ有零点，个数为n-1，波落入零点有最大压制。Δt/Tn=2n=3n=41/32/31/21/41/23/4第105页，共137页，2023年，2月20日，星期三上述a、b是对有效波最有利和对干扰波压制最厉害的两种情况。实际上不一定能同时实现这两种情况，因此引入通放带和压制带的概念来分析组合效果。习惯上定义某组合后的Φ≥√2/2计算出来的（Δt/T）值为通放带的上限，此值为1/2n.由图看出，n越大，通放带越窄，特性曲线越尖锐，当然相应的压制带越宽。第106页，共137页，2023年，2月20日，星期三通放带：压制带：组合检波器的方向特性不仅对干扰波，而且对有效波同样起作用。只不过有效波Δt一般近似为零，处于通放带内，得到近似于n倍的加强；另外检波器个数n越多，信噪比的改善越大。但是，增大n使检波器组长增大，将有不利后果：对浅层反射波和地震分辨率的损害。组合检波器的频率特性说明了此问题。第107页，共137页，2023年，2月20日，星期三组合的频率特性：上面讨论了组合检波器的方向特性，知道了对于垂直入射到地面的有效波，组合后振幅会大大增强。但是，组合后的波形与组合前的单个检波器的波形是否一样？也就是组合是否会引起波形的畸变？实际上对有效波来说，到达相邻检波器的时差虽然可能很小，但不一定就等于0，这时组合后的波形就要发生畸变了。

第108页，共137页，2023年，2月20日，星期三分析这种畸变的基本思路是：把组合看作一种频率滤波装置。又从频谱分析的观点，把脉冲波看成是由许多不同频率的简谐波组成，每种频率的简谐波在组合后的变化可以利用组合的方向频率特性公式来计算。最后再把组合后的各种简谐波成分叠加起来，就可以得到脉冲波组合的输出了。由前面的组合方向特性曲线可见，其横坐标为Δt/T，即对不同频率的谐波分量，检波器组合的方向作用是不同的。组合的频率特性公式为：第109页，共137页，2023年，2月20日，星期三可画出频率特性曲线如右图：现在来分析组合对不同频率的简谐波的作用。先取定一个检波器数目n，再取几个不同的Δt值作参数，分析Φ（f）与f的关系。第110页，共137页，2023年，2月20日，星期三当Δt=0时，即Va=∞

时，无频率滤波作用（一条水平直线），随Δt的增大，通频带变窄，总趋势是低通。所以，浅层勘探，组合会降低地震记录的分辨率，一般不用组合，深层勘探多用。当Δt≠0时，组合是有频率滤波作用的。当时差越大，频率特性的通频带越窄，因此在时差较大时，组合后显然压制了某些频率成份，其中主要是高频成份。第111页，共137页，2023年，2月20日，星期三所以组合相当于一个低通滤波器，因此组合后信号的频谱与组合前单个检波器的信号的频谱是不同的，即波形发生了畸变。下图是固定Δt，画出不同n的Φ—f曲线：由图看出，n越大，通带越窄，压制带越宽，且压制带内极值越低。即n越大，频率滤波作用越强烈。第112页，共137页，2023年，2月20日，星期三进行组合是为了利用地震波在传播方向的差异来压制干扰波，加强有效波，但组合本身也具有一定的频率选择作用。因此，组合的这种低通频率特性起着使有效波波形畸变的不良作用。为提高地震勘探精度，近代地震勘探一直致力于提高地震分辨率，但是，由于组合检波系统有低通滤波作用，它会滤掉地震波的高频成份，使地震波频谱变窄，波形展宽，这样会降低地震分辨率，而且n越大，组内距越大，低通滤波作用越强烈，对脉冲波形展宽得越严重，也就是说，加强组合检波压制干扰的能力，是以降低地震分辨率为代价的。第113页，共137页，2023年，2月20日，星期三所以说线性组合的一个严重缺点就是降低了地震勘探分辨率。组合检波使有效波波形畸变。因为组合检波相当于滤波器，那么它对地震脉冲（可以看成由许多不同频率的简谐波组成）不同频率成份的作用是不同的。有的频率成份被相对增强，有的被削弱，这样组合后的地震波波形与组合前就不一样，对有效波有害，使其波形畸变，且组合方向特性越强，滤波作用越强，畸变越严重。对反射波来说，大炮检距的反射波比小炮检距的反射波畸变严重；浅层反射波比深层反射波畸变严重。第114页，共137页，2023年，2月20日，星期三畸变最大的是浅层大炮检距的接收道，所以采用大炮检距观测系统时，应慎重考虑组内距和n对波形的影响，尤其是浅层目的层。（因浅层反射波应包含许多高频波，但都被组合低通滤波器给滤除了，所以浅层反射波畸变严重）所以组合检波有两个不利后果：对浅层反射波和地震分辨率的损害。考虑到组合检波的不利后果及缺点，在一些特殊情况下，完全不采用组合检波，每个记录道只用1个检波器。如沙漠地区、西北黄土高原地区，将单个检波器安置在深约1米的坑中，低速干扰波多用多次覆盖方法加以消除。

另外组合还能压制部分随机干扰。第115页，共137页，2023年，2月20日，星期三等灵敏度组合是认为组内各检波器灵敏度一样，接收到的信号幅度一样，只存在到达时差。例如，五点的简单线性组合是每点放一个检波器，它的方向特性如图(a)所示。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致。如果在中心点放三个检波器，第二和第四点各放2个，两端各放一个，就构成一种灵敏度呈等腰三角形分布的不等灵敏度组合，它的方向特性如图(b)所示。不等灵敏度组合特性曲线示意图第116页，共137页，2023年，2月20日，星期三面积组合即组合时检波器不是布置在一条线上，而是布置在一个面积上。这是因为沿测线的直线组合只能压制沿测线方向传播的规则干扰波，而不能压制沿垂直于测线方向到达的规则干扰波。因此，如果工区内存在着来自不同方向的规则干扰波时，采用面积组合较合适。2、检波器面积组合第117页，共137页，2023年，2月20日，星期三采用一种每道用5×3=15个检波器矩形面积组合时检波器的布置方式。例如，当干扰波主要是沿测线方向传播，但别的方向也有时，一般采用矩形面积组合，沿测线方向检波器多一些，垂直测线方向少一些。第118页，共137页，2023年，2月20日，星期三实际使用的组合方式常常是面积组合而不是线性组合，面积组合可以看作是许多线性组合构成的，因此，它的方向性特性实际上是线性组合方向性特性的叠加。线性组合的目的是消除一些沿测线传播的相干噪音；使用面积组合可以消除