地震勘探-地震资料的采集课件.ppt

地震资料的采集,3.1 野外工作基本概况3.2 有效波和干扰波3.3 地震测线布置和观测系统3.4 地震波的激发和接收3.5 观测参数的选择3.6 多次覆盖原理和叠加技术,野外资料的采集,第一节 野外工作基本概况,地震勘探三大环节：,野外地震资料采集分三部分：1、确定施工位置:把设计好的观测系统（测线）布置到实际施工地区。2、地震波的激发：在激发点，用炸药或其它震源激发地震波。3、地震波的接收：使用检波器、电缆和仪器车，按一定的排列方式在接收点接收反射地震波。,地震队的组成 队长及书记：总体负责及协调关系 测量组：测量及标明桩号 放线班：布置排列 钻机班：打炮井 爆炸组：接受仪器组指挥，激发地震波 仪器班：指挥现场作业，记录地震波地震波 施工组：检查施工质量、完成施工日志 后勤组：保障设备的正常运转和职工餐宿 发电组：野外施工时保证地震队的用电,一、野外工作主要内容 从采集过程上分有两种工作方式：首先进行试验性工作，然后是生产工作。1）试验工作 干扰波调查:干扰波的类型、特征 地震地质条件的了解（地表、低速带、界面的质量）激发条件的选择（岩性、药量、方式）记录条件的选择,2）生产工作 地震测量：把设计中的测线实际布置到工作地区，定出激发点、接收点（排列）的位置，绘制测网图 地震波的激发：测定的炮点钻激发井，下炸药 地震波的接收：使用地震检波器、电缆线、野外地震仪等设备,测量人员用GPS定位,测量工序,后续施工工序标志：测量人员埋置的小旗,测量工序,测量工序,灌木从中，小旗要大些，以便于后续工序寻找,放线工在插检波器,收放检波器,人抬简易钻在工作,打钻埋炸药,山地钻在工作,打钻埋炸药,沙漠地震勘探,山地地震勘探,仪器操作员在工作,海上地震勘探,第二节 有效波和干扰波,1、有效波和干扰波的定义,有效波：在地震勘探中用来解决地质任务的波。,干扰波：对有效波起干扰和破坏作用的波。,有效波和干扰波只是一种相对的概念，可相互转化。,2、干扰波的种类:1）规则干扰：具有一定的频谱和视速度，能再地震剖面上以一定的同相轴出现的干扰波。直达波、面波、折射波等。2）随机干扰：没有一定规律也没有一定的传播方向，在地震记录上形成杂乱无章的干扰背景。主要是自然原因、人为原因等。,与地震勘探有关的波,各种波的时距关系,为解决地质任务，应设法突出有效波，躲开、压制和消除干扰波，提高信噪比。,信噪比：有效波与干扰波强度之比。即：信噪比S/N,3、各种干扰波的来源和特征,（1）、声波产生条件：井浅、坑中，空中用炸药或使重锤撞击地面。特点：1)速度稳定(340m/s),在地震记录上形成尖锐的强的初至波；2)频率高、延续时间长，呈窄带状出现，时距曲线为直线；压制方法：改善爆炸条件，处理时通过滤波等；井中注水，埋井，大偏移距,压制方法：改善激发条件、井中注水，埋井等,（2）面波,面波：产生条件：震源较浅、坑炮、表层具有明显的成层性。特点：1)能量强，频率低(5-30Hz)，沿地表垂直方向衰减快，沿横向衰减慢，振动时间长，速度低(100-1000m/s);2)面波的时距曲线为直线；3)具有频散的特征，随着传播距离的增大，振动时间也越大，速度是变化的，形成“扫帚”状；压制方法：检波器组合法;滤波法;井中、含水层、致密层中激发,面波,面波压制效果对比图,爆炸井深时面波减弱，井浅时面波增强。,A,B,（3）多次反射,当地下存在强波阻抗界面时会产生多次反射。,特点：与一般反射波相似，但视速度稍低，通过时差分析来识别。,（4）随机干扰,定义：指无一定规律、无一定频率及视速度、杂乱无章的振动。,随机干扰频谱很宽，不能利用频率滤波压制。,随机干扰分为三类：,第一类：地面微震和其它外界干扰。如风吹草动、人为因素引起的无规则振动，特点是频带宽(1200Hz)；,第二类：仪器在接收时或处理过程中的噪音；,第三类：震源激发后产生的不规则干扰。,随机干扰表面上不规则，实际遵循统计规律。,（5）相干干扰,定义：指外界产生的具有一定规律性的干扰。,特点：在地震记录上表现为有规律的振动，具有一定的频率和视速度。,工业干扰记录,（6）工业电干扰,在城市工作，当地震测线通过输电线路时，检波器电缆会感应50Hz电压，形成工业电干扰。,相干干扰产生：在大型厂矿附近，机器有规律地连续振动，江、河波浪冲击岸坡等。,4、有效波和干扰波的差异,（1）、传播方向上的差异（2）、频谱上的差异（3）、波到达时间的差异,1、地震测线的布置,第三节 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.纵测线接收点、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。,纵测线：炮点与测点在一条直线上,纵测线：炮点与测点在一条直线上,非纵测线：炮点与测点不在一条直线上,非纵测线：炮点与测点不在一条直线上,3）勘探目的对测线布置的要求,a)、普查阶段,了解煤田测区地质构造的轮廓和新生代地层的厚度变化情况，圈出煤系地层分布的范围等测线间距：57cm(1:50000)地图,c)、精查阶段,查明与断层有关的较小的断层等构造。测线间距：24cm(1:10000)地图,b)、详查阶段,对有勘探价值的含煤区查明主要的煤层的深度以及区内构造形态和断层分布等。测线间距：35cm(1:25000)地图,2、观测系统,（1）.观测系统定义：激发点与接收排列的相对空间位置关系。一般以纵测线观测为主。,1）几个基本概念,中间放炮 端点放炮,（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）.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0.71.5倍。,（5）.最大炮检距,O,(1)、时距平面图,定义：在平面上用时距曲线的方式表示炮点和观测地段的相互关系以及它们与地下反射点的相互关系，在横坐标上标明激发点和接收点的位置，纵轴为时间。,2）观测系统的表示方法,(2)、综合平面图,端点放炮，24道接收，偏移距为一个道间距，每放一炮，排列和炮点向前移动两个道间距。,排列中的四种线,(3)单次覆盖简单连续观测系统,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。,(4)多次覆盖观测系统,O2激发，O1O2接收，用斜线段O2A表示，对R2R3进行了一次观测，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。,对地下界面重复观测多少次就称为几次覆盖。,共中心点(反射点)叠加,第1炮第21道，第2炮第17道，第3炮第13道，第4炮第9道，第5炮第5道，第6炮第1道。,下面以简单常用的单边放炮六次覆盖观测系统为例讨论。如图5.24示：每放一炮可得地下24个反射点，放完六炮，可得相应六个反射界面段。其中ABCD界面段，每次放炮都进行了观测，观测了六次。叫六次覆盖。,图5.24 单边放炮六次覆盖观测系统平面图,其中,都是来自A点的反射，都是A的叠加道集。,对其它反射点，也可找到相应的共反射点道集。,在放完6炮后，继续放第7炮、第8炮、第9炮、，可得一条连续的六次覆盖剖面。为了设计多次覆盖观测系统，引入一些术语：,n覆盖次数；炮点移动道数；N仪器道数；S系数（单边S=1，双边S=2）。则有关系：,如采用单边放炮，且接收道为24道，上式变为,当n6，=2，即每移动两道放一炮；当n=12,则=1。,为施工方便及便于资料处理，应取正整数。显然，对于单边放炮的24道地震仪，覆盖次数n只能取12、6、4、3、2等5种形式。,第四节 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），以利提高分辨率；,(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。,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（1lb=0.454kg）。,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：常用几十克到几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0.71米，药包放在井中并将土回填埋实，促使能量向下传播，压制干扰波（面波、声波等）。如下图所示。,井中爆炸的物理过程,瞬间产生大量的高温、高压的气体作用于周围的岩石,空腔,破坏带,塑性形变带,弹性形变带,地震勘探一般讨论的问题是在弹性形变区,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。,激发条件的选取,选取考虑的四因素：激发子波的能量；激发子波的频谱；虚反射的影响；激发岩性。选取的两个因素：激发井深；激发的药量。,选取的原则：激发产生的干扰波尽量弱；目的层反射能量强，S/N高；有效波频带宽，满足地质任务要求；炸后地面不能有明显的痕迹；保证需要和质量的前提下，尽量降低成本。注意：雷管必须是瞬发的，不能用延迟雷管,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。,2）地震检波器,（1）地震检波器的作用 它是一种能量转换的传感器，将地面的机械能转换为电能信号，以输出电压的形式来模拟地面质点振动和水的压力变化。（2）地震检波器的类型和基本原理 按换能的原理分为电磁感应和压电式两类。前者又有动圈式、变磁阻式和涡流式。其中，动圈式应用最广，原理见图。,动圈式检波结构图,（3）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。,（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,第五节 观测参数选择,1.采样率,fm为反射波最高频率；为了保证不畸变地将一连续信号离散采样为一数字信号，则在其最短周期内，应该至少采两个样，否则信号会出现假频，使采样后变成另外一种频率的新信号。,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。,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，同相轴明显。,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.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,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）合适的覆盖次数,多次覆盖定义多次覆盖目的?多次覆盖方法的理论基础是什么？(叠加原理？)多次覆盖方法的叠加过程、效果如何？,第六节 多次覆盖原理,1、多次覆盖定义：即对地下同一反射点，进行重复多次观测(多次采集)。2、多次覆盖目的：突出反射波，压制干扰波，提高资料的信噪比。它是提高资料信噪比的另一种方法，主要是压制多次波，也是目前野外最常用的一种方法。,所谓多次覆盖：即对地下同一反射点，进行重复多次观测(多次采集，目的是突出反射波，压制干扰波，提高信噪比。它的理论基础是什么？它的叠加过程、效果如何？这就是我们在这一节中主要要讨论的问题。,3、叠加原理：它是利用有效波(一次反射波)和干扰波(多次反射波)经正常时差校后，存在着剩余时差(Residual Moveout)的差异，来突出有效波(一次反射波)，压制干扰波(多次波)，提高资料信噪比的。,多次波的剩余时差,剩余时差的实质：把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处tom之差。,剩余时差对动校正的影响,抛物线,多次波剩余时差系数q，与炮检距无关,4、分析,1）共反射点时距曲线：(双曲线)由于各接收点炮检距不同-即各道之间存在着正常时差。,由于各接收点旅行时不同，所以叠加前必须进行动校正(校正到共中心点M处的反射时间)，这样才可达到同相叠加，否则，叠加后能量将变弱(非同相叠加)。,2）叠加之前，必须进行动校正,3）动校正时将产生两种情况(结果)：(1)正常时差正好被校正掉，双曲线变成直线(t=t0直线)，不存在相位差(剩余时差)，叠加为同相叠加，结果振幅增强(一次反射波)。(2)正常时差校正不完全，双曲线变成曲线(不是直线)，各道间仍有相位差(存在剩余时差，叠加为不同相叠加，结果振幅变小(多次波，随机干扰)。4）共反射点叠加法就是利用了这个特点,一次反射波(动校正后)剩余时差为0，波形对齐，同相叠加，振幅增强。多次波(动校正后)剩余时差不为0，波形对不齐，不同相叠加，振幅减弱。,多次覆盖或叠加原理图,地表起伏对水平叠加的影响,解决方案：进行静校正处理,低速带调查,1 低速带和对地震勘探的影响2 低速带调查的目的3 低速带调查的基本方法,1 低速带和对地震勘探的影响,低速带（LVL）地表层，一般在潜水位之上，其中饱含空气，地震波速很低，在300-500m/s，比下伏地层低得多，叫低速带。它的速度和厚度横向可能随意变化。它的存在，对地震勘探有重大影响：对地震波具有严重的吸收衰减作用，高频衰减，频带变窄，分辨率降低；影响地震波的观测时间，造成不同相叠加，使得高频衰减，频带变窄，分辨率降低；改变地震波返回地表的方向，接近垂直地表；生成具有频散的地滚波，干扰增大。,2 低速带调查的内容和目的,内容包括：查明低速带的结构；查明低速带的厚度及其横向的变化；查明低速带的厚度及其横向的变化。目的在于为静校正提供参数,基准面：人为定义的参考面，地震剖面的起初零点，地震剖面的起止时间以这个基准面的参考时间为准，把数据调整到这个面上之后，相当于激发点和接受点在同一个面上。,1）二层介质,界面R，深度h，V2V1。O，S距离-X。波以临界角i投射到界面A点，滑行距离AB后，在B点以i角出射到S点，路程为OA+AB+BS,从图中几何关系得,所以,由于,有微地震测井法和浅层折射法。,3、低速度调查方法,因此,二层介质的时距方程。显然时距曲线是一条直线，如图所示。,直线的斜率是m=1/V2，将时距曲线延长到时间轴，截距为t0，那么，截距时间为,则,由此，可用直达波和折射波时距曲线得出V1、V2、t0，按上式计算出震源点下界面埋深h。,野外资料采集知识点掌握：1、地震资料采集的基本流程（综述）2、地震干扰波的类型（填空）3、地震观测系统的综合作图方法（设计）4、低速带调查的浅层折射法（设计）4、多次覆盖、观测系统、纵（非）测线、排列、道间距、最大炮检距、偏移距等概念（名词解释）了解：1、地震激发、接受的基本条件2、叠加技术3、观测参数的选择4、三维地震勘探的概念,