1、2.地震勘探基础及浅层折射、反射波法.pptx

1、,第一章 地震勘探的理论基础,概 述,一、地震勘探的主要内容,二、地震勘探的基本原理,以波的类型分,以波的传播特点分,三、地震勘探的方法分类及其特点,四、工程地震勘探的特点,1、工程地质调查,五、工程地震勘探的主要用途,2、研究岩土状态及性质,4、环境地质灾害调查,3、工程质量检测,5、工程地震安全性评价,1 弹性介质与地震波,塑性和塑性介质,一、形变与弹性介质,二、应力、应变与弹性参数,体变模量(压缩) (Pa),杨氏模量(拉伸)（Pa）,弹性参数,互换关系,切变模量(剪切)（Pa）,泊松比,拉梅系数（Pa）,三、振动与地震波,地震子波在介质中沿射线传播地震波。,激振围绕爆破点产生非线性形变

2、带；,向外延伸压强下降形成弹性形变带；,弹性振动形成弹性波初始地震子波；,2 地震波的描述,波前 a；波尾 b；波长。= TV,一、振动图和波剖面图,振幅A；周期T；持续时间t；初相位。,1、振动图,2、波剖面图,T,A,t,二、时间场和等时面,1、时间场,2、等时面,三、视速度定理,=0时：V；表示波前面同时到达地面各测点；,沿波射线观测的速度；V = S/t；,沿地表面观测的速度； V=X/t；,描述了真、视速度的关系；,当=90时：射线与测线重合；V=V,一般情况下 V V；其差别反映了入射角的变化。,3 地震波的类型及其传播特征,一、地震波的类型,瑞利波 勒夫波,二、地震波的频率和振幅

3、,一般地震波的频谱特征,面波,折射波,反射波,声波,反射波主频75Hz,折射波主频50Hz,面波主频30-40Hz,声波频谱 80Hz,4、地震波的振幅及其衰减规律,三、地震波的传播速度,对S波、R波影响不大；VPVP/VS(=1.4),由可以确定纵横波速比，或反之。,结论：,一般岩石= 0.25 VP=3VS ；VR= 0.92VS = 0.53VP,四、地震波的传播原理,1、波前、波尾和振动带；,消振点曲面,起振点曲面,2、惠更斯原理（波前原理）,3、费马原理（射线原理；最小时间原理）,五、地震波的反射、透射和折射,1、反射和透射过程, CD是反射波前面，CE是透射波前面。,平面波 AB

4、向界面 R 入射；,依据惠更斯原理，波前面AB 是新震源；, t时间后，B的子波到达C点；A的子波在V1中到达 D点、在V2中到达 E点；, 是入射角；反射角；是透射角。,2、斯奈尔定律（snell）,证明：,BC=tV1； AD=tV1；AE=tV2；,=BAC,当V1 V2； 当V1 V2；,结论：,入射角 = 反射角 =；,=ACE,3、地震波在水平多层介质中的传播,4、折射波的形成及其特征,由snell定律 V2V1，若=i时=90则无透射波，形成全反射。,沿界面滑行的波将在R界面形成一系列新的震源R1、R2、Rn；,R2S新的波前面折射波前面；,R1S折射波线与全反射线重合；,折射波

5、特征,六、地震波的绕射和散射,1、绕射现象,2、绕射波的特点,断点R处是新震源，其上方绕射波信号最强，两侧渐弱；,绕射波振幅随波前传播距离的增加而衰减；,绕射波振幅与入射波的频率成反比；,3、散射,无反射波,4 地震勘探的地质基础,影响地震勘探效果的因素,一、影响地震波速度的因素及岩土的波速特征,岩土介质的密度,VP,岩土介质的孔隙度,1、影响地震波速度的主要因素,埋深和地质年代,压力和温度P、T,其它因素,地质构造（褶皱区）由于对岩土的挤、压作用； 往往使波速增大。,风化侵蚀作用使岩土的结构疏松、孔隙度增加； 往往使波速减小。,2、地震波在沉积岩、变质岩和火成岩中传播 的速度特性,沉积岩中,

6、变质岩中,火成岩中,二、岩土介质对地震波的吸收,1、岩土介质特征的一个重要参数, 的作用,部分岩土的 值,2、 与地震波的关系, 与f 的关系, 与P、S 波的关系,三、浅层地质条件对地震勘探的影响,所以，水下激震可以使地震波的频率丰富、能量增大、改善勘探效果。,1、疏松覆盖层,与下伏基岩形成速度界面有利于折射波法探测基岩面；,2、潜水面和含水层,它较厚时对波中的高频成分有较强的吸收作用；,它对反射波形成干扰；在其中横波的衰减比纵波快；,当风化带包含地下水时，波速将明显增加；,3、地质剖面 的均匀性,4、地震界面和地质界面的差异,5、地震标志层 的确定,思考题,第二章 浅层折射波和反射波法,一

7、、震源,二、检波器（拾震器）,三、地震仪,1、作用,2、技术要求,3、主要参数,2 地震波理论时距曲线,震源A在地表附近；测点沿两侧排开。,时距方程,时距曲线,一、直达波,结论,二、折射波,1、时距方程,证明见教材 P 35 或参考书李世峰著 P122-123,2、折射波观测盲区,证明,BFEDCE, CD/BF = DE/BE,得,3、时距方程的讨论,当=0时,对比激发点两侧折射波初至线的斜率可以判断界面的倾斜方向(大斜率侧是下倾方向；同距走时t大)。,当15时,由V1、V*下、V*上 求界面倾角、临界角 i 和V2、h1,4、折射界面形态与时距曲线的关系,当折射面水平、多层； 且：V1V2

8、V3 Vn时：,当 i+=90时，盲区Xm无限大；,当折射面是曲面时，时距曲线 也呈曲线，与界面凹凸相对。,下倾向观测,上倾向观测,三、几种典型地层的折射波时距曲线,将产生三层解释成二层的失误。,1、层状介质中的低速层,在R界面不能形成折射波； 只能观测到直达波和R界面折射波。,2、正常速度的薄层,中间层较薄，使R界面的折射波早于R界面的折射波出现； 记录中将看不到中间层的折射波。,设,得,结论,时距方程,3、直立界面,当激发点在断层下盘的上方时,当激发点在断层上盘的上方时,4、断层,5、速度连续变化介质层,6、低速透镜体(不连续低速层),透镜体(低速层)中心厚度H估算,四、反射波时距曲线,1

9、、时距方程,R界面A点处的反射波相当于激震点0的镜像0*发出的波；,当=0时,由等距观测点走时差 td 求,由极小值点Xm求反射界面的倾向,由自激自收双程走时 t(X= 0)求界面法向深度 h,2、时距曲线特征的用途,当 =0 时，反射波视速度 V*,公式说明,在震源点附近，V*；,在远离震源点处，V*V1；,V*越大；反射波时距曲线越平缓（斜率越小），反射界面越深。,A点是R界面最右端反射点；即测点S右边记录不到R界面的反射波。,O*1是激震点O相对R1界面的镜像；O*是激震点O相对R界面的镜像；,S S是反射波空白带；仅有绕射波、断面波(倾斜断面)出现。,同理，S左边也记录不到R界面的反射

10、波。,3、阶梯断层的反射波时距曲线特征,产生原因,4、多次反射波,虚震源法求全程二次 反射波时距方程,思考题,水平界面V*=V2,t0, 三种波的成因、时距方程和特征：,由斯奈尔定律得：,观测盲区：,水平界面时,3 地震勘探的野外工作方法,检波道数N：24、48、96； 道间距X：X = 110 m； 接收距L：L=(N-1)X； 偏移距X：X=nX (n=1,2,3 )； 排列长度X：X = X + L；,1、观测系统的专业术语,一、观测系统,测线类型,纵测线观测系统,单支时距曲线,2、折射波法,例如：由单支时距曲线的斜率可得 V1、V*下、V*上 ； 进而求得界面倾角、临界角 i 和V2、

11、h1。,t0,相遇时距曲线,可以了解界面起伏情况，计算公共段的界面深度。,例：t0法求折射界面（t0差数时距曲线法）,是相遇+追逐观测系统的组合，能够在工作条件或地下地质情况较复杂时获得较好的观测和解决问题的效果。,如果界面水平则两条时距曲线平行；若存在凸界面，则折射波穿透现象使时距曲线不平行。,多重相遇时距曲线,追逐时距曲线,图示 方法,它们所揭示界面都小于1/2排列长度,3、反射波法,Q点激发，QQ间观测，是对界面RR的一次覆盖；Q点激发，QQ间观测，是对界面RR的又一次覆盖；称为间隔排列二次覆盖观测。,观测系统,多次覆盖法,A点时距方程,垂直回声时间,正常时 差校正,水平界面共反射点记录

12、的叠加,t0, 、曲线间隔前者是2倍炮间距 X=Q1S1； X=Q2S=2Q1S1=2X；后者就是炮检距 X=Q1S1；X=Q1S,共反射点与共炮点时距方程的不同意义,、一个点(A)和一个 反射地段(ABC)；,、t时共中心点(A上方)和炮点(Q1点处)垂直回声时, 炮间距 x 道间距 N 接收道数 n 覆盖次数,每炮可得N个反射点信息然后将排列前移距离,六次覆盖24道观测系统 共反射点道集的提取,=xSN/2n,无论水平或倾斜界面，叠加后的波形变胖，即周期变大、频率变低；这就是多次覆盖的低通特性。对于倾斜界面尤为明显。,叠加为何能压制干扰波？,由于各种波的正常时差t是不同的，因此做动校正时，

13、只有同类波在动校正后才不会有剩余时差，才能做到同相叠加，使波动增强，从而压制其它干扰波。如压制多次反射波。,倾斜界面反射波叠加后的特点,只有共中心点，没有共反射点；,反射点随着界面倾角、炮检距的增 加和界面埋深的减小，越来越分散。 实际工作中炮检距要尽可能小些。,4、三维观测系统,把检波器由线性观测布置变为面积观测布置，所记录信息经处理后即可获得三维立体的地下界面形态。,思考题,一般有高通、低通、带通、全通等设置，由压制干扰的具体要求选择。,二、地震信息采集时的参数设计,1、记录器,一般不少于10个；t越小则精度越高；但会使记录长度变短、探测深度减小。,以记录不出现削顶失真为标准,浮点 固定,

14、Xmax =(0.71.5)H,Xmin = X,取决于Xmax、 Xmin 、N、t、横向分辨率；,2、检波器,目的,方法,反射波 最佳窗口,折射波 最佳窗口,3、最佳接收窗口设计,声波地滚波,基底 折射波,1、两种参数采集的意义,前述的理论时距方程都是以地面水平为前提的，但实际资料都是在地表存在疏松覆盖层且起伏不平的情况下获取的，这就必然使时距曲线发生畸变。在资料处理时所做的“静校正”就是纠正这种畸变的措施，而它所依据的必要参数就是低速带厚度和波速。,2、参数采集的方法,小排列折射波法（X=100500米）,相遇时距曲线观测系统,同理可得h,三、低速带厚度和波速的采集,12道记录拼接图,四

15、、原始地震记录波形的认识,水-空气强反射面造成等时出现的多次反射记录,这是经数据处理后的反射波垂直回声时,高频特征,高频特征,直达波,未经处理的原始记录,多张12道拼成的浅层地震波原始记录,直达波,4 浅层反射波的资料处理,重排后是“按道分时”排列。,地震勘探的三个环节,一、预处理,1、数据重排,地震数据采集时是“按时分道”排列；,2、不正常炮、道处理,3、抽道集,4、增益恢复,5、初至切除,1、目的,2、方法,三、数字滤波与反滤波,其类型有：低通、高通、带通、全通滤波。,二、频谱分析,1、静校正,目的,静校正的实质,四、校正处理,地形校正,静校正的内容,井深校正,低速带校正,一次静校正后的结

16、果,总的静校正量,将共炮点记录曲线由双曲线 型拉成直线型，以便直观反 映反射界面的形态。, 目的,将不同炮检距的共反射点记 录曲线由双曲线型拉平，以 便实现同相叠加。,2、动校正,V过大则t小，校正不足，使同相轴上弯；反之使同相轴下弯。从而影响叠加效果或界面解释的准确性。,校正量的影响因素,校正量的计算,实测共炮点原始记录及其动校正结果,每一个Vj都对应一个ti，用其进行动校正后都会使双曲线型时距曲线的同相轴发生变化。总会有一个Vj使同相轴呈水平，则该Vj就是所求的地层速度。,五、速度信息的提取,地震测井、声速测井、直达波(折射波)斜率,1、速度扫描法(动校正方法),此数据应在水平地层中获取,

17、2、速度谱,速度扫描法中只是对Vj进行的，速度谱法是对Vj、ti同时进行的；,速度谱的图示方法,每一个ti都对应一条经Vj“动校正、叠加”后的能量曲线速度谱线。,等值线图形式的速度谱,不同深度的能量团对应的地层速度都在3500附近,速度谱三维透视图,六、时深转换,七、偏移处理,1、现象的产生,2、偏移的影响,将偏移的反射层归位到真实的空间位置上就是偏移处理AB 向AB的归位处理。,3、偏移处理方法,4、偏移处理适用范围,偏移处理效果示意图,背斜剖面偏移处理前后的比较,5 地震资料的解释,一、主要地震资料,1、地层、构造的剖面分析。,2、地层和岩性的划分；场地稳定性评价；围岩分类； 特殊地质体(

18、空洞、岩溶)的检测；基岩完整性评价； 路基质量评价。,3、速度、弹性参数、物性参数的分析。,三、层位识别,1、时间剖面,二、资料解释的内容,2、反射波的性质,标准层反射波同相轴,标准反射波的反射特征,地震剖面(时间剖面)与地质剖面的对应关系,地震剖面上的反射层位是由上下地层的波阻抗差异形成的；地质剖面反映的是岩性和年代的界线；二者并不能完全等同。,地震剖面中除含有地质信息外还含有与地质现象无关的噪声。,3、反射层位的地质属性,反射层位的垂向分辨率,信噪比与同相轴连续性的关系,反射波的横向连续性,破碎带,1、断层,中小断层,基底大断层,四、几种地质现象在地震剖面上的特征,小断层,2、不整合面,不

19、整合面在时间剖面上的显示,3、向斜,4、背斜,波组、波系错断,不整合和尖灭现象,空洞的反映,6 地震映像法简介,一、方法的特点,1、每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收；更利于反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化情况。,折射波法,反射波法,3、数据采集速度较快，但抗干扰能力弱，勘探深度有限。,4、在探测目标较单一或只需研究横向地质变化的情况下，效果较好；但探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距。,5、每个记录道都采用了相同的偏移距，如果地质条件不变，则各种波的同相轴在地震记录剖面上均为直线；时间的变化主要是地下地质异常体的反映，这给资料解释带来极大的方便；也有利于数据进行时频分析解释。,2、可以利用多种波作为有效波来进行探测；,二、地震映像方法的应用实例,人工土洞上的地震映像图,溶洞上的地震映像波形,岩溶塌陷上的地震映像波形,某办公楼场地上的地震映像波形,面波,反射波,废弃物堆积场上的地震映像波形,废弃物堆积场选址，探查基岩