地震勘探原理05第四章-地震勘探组合法.ppt

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1、2,2023/10/22,地震勘探原理,绪论第二章 几何地震学第三章 地震数据采集第四章 地震组合法原理第五章 多次覆盖方法第六章 地震波速度第七章 地震勘探资料解释第八章 几种专门的地震方法,3,2023/10/22,本章要点1、组合法的分类及定义。2、组合法压制干扰波的原理。3、组合对反射波的作用(物理实质）。4、各组合法的特点（优缺点）。5、组合距的选择原则。6、方向特性图形特点以及方向效应。7、地震勘探中随机干扰的特点。8、统计效应的定义及结论。,第四章地震勘探组合法,4,2023/10/22,地震信号的频谱分析 seismic signal frequency spectral an

2、alysis,第一节 频谱分析概述一 基本概念,频谱分析：frequency spectral analysis 就是利用傅立叶方法对振动信号进行分解并进而对 它进行研究和处理的一种过程 傅立叶：Fourier,5,2023/10/22,简谐振动三要素振幅:A频率:初相位:,6,2023/10/22,频谱：一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；那许多简谐分量及其各自的振幅，频率和初相位，叫那个复杂振动的频谱,7,2023/10/22,二 频谱图,周期函数的傅立叶展开,u(t)=u(t+nT)n=0,1,2 3,.T:周期,简谐振动 u1(t）u1(t)=Acos(t+)A,振幅

3、，频率和初相位,u1(t)=Acos(t+)A【costcos sin tsin】acos tbsin t 其中，aAcos,b=-Asin,8,2023/10/22,9,2023/10/22,10,2023/10/22,第三节 频谱资料的获得与整理,一 获得信号的频谱的方法简介,1 连续信号f（t）的频谱F（）,2 离散信号的频谱 FFT,11,2023/10/22,二 地震频谱资料的计算，整理和显示中的一些问题,12,2023/10/22,13,2023/10/22,14,2023/10/22,15,2023/10/22,第四节 地震频谱的特征及其应用,各种地震波的频谱特征1)与地震勘探有

4、关的一些波的频谱特点,16,2023/10/22,2)激发条件对地震波频谱有一定的影响,在用炸药激发，药量增大时 地震波的频谱移向低频,高分辨率地震勘探 用小药量，多井组合激发,17,2023/10/22,3)不同类型的地震波频谱有一定差别,频宽：412hz,18,2023/10/22,4)同类型的地震波随着传播距离的增加，因为高频成分被介质吸收，频谱中低频成分增强。,19,2023/10/22,二 野外地震仪器记录频率范围的选择,地震信息取样间隔选取的原则 取样定理,20,2023/10/22,四取样不足造成假频,21,2023/10/22,22,2023/10/22,23,2023/10/

5、22,24,2023/10/22,第二节 傅立叶变换的重要性质,一 唯一性定理,u(t)S(),给定u（t），只能求出一种展式；给定展式，也只能定出一种u（t）。,25,2023/10/22,26,2023/10/22,二 线性叠加定理,特例 N1au(t)aS(),27,2023/10/22,三 时标变换定理,设 u(t)S()则 u(t/a)aS()或 u（at）1/aS(/a),28,2023/10/22,四 时延定理,设 u(t)S(),29,2023/10/22,五 褶积定理,设 u1(t)S1()u2(t)S2(),两个函数褶积的频谱等于它们的频谱的乘积,30,2023/10/22

6、,第四章地震勘探组合法,为了设计出压制干扰波的方法，首先就在分析有效波和干扰波的差别。组合法是利用有效波与干扰波在传播方向上的差别而提出的压制干扰波的方法。1、野外检波器组合：将分布在一定范围内的多个检波器联结起来，将其接收到的地震信号叠加在一起作为一道地震信号记录下来。2、野外震源组合：将分布在一定范围内的多个炮点同时激发，或将同一记录道接收到的不同炮点激发的波叠加在一起，作为一个震源来的波。3、室内组合（混波）：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。,31,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,组合不但可以压制规则干扰波，还可以压制随机干扰。组合法原理：若反射

7、界面很深，则反射波到地面时，与地面的夹角特别小（因为深层速度很高，浅层速度较小，所以一般认为有效波近似垂直入射）。有效波近乎同时到达检波器，几个检波器的信号加在一起做为一道输出则因同相迭加振幅显著加强。而干扰波多出现在浅层，传到各个检波器的信号有先有后，迭加时就不同相反而被削弱，若t干正好是波的半个周期时，则干扰波就认为相互抵消了。,32,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,组合检波分为线性组合、面积组合1、线性组合：同一组内的检波器沿测线排列在一条直线上。2、面积组合：同一组内的检波器在平面上按一定图形布置，通常有矩形、星形。,线性组合,面积组合,33,2023/10/22,第四章地

8、震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合线性组合的基本假设：（1）检波器沿直线排列；（2）地震波是简谐平面波；（3）各检波器接收的信号的形状一样，只是时间延迟不同。以f(t)为输入信号，以组合后的输出为总输出输入f(t)组合系统F(t)（输出），在组合系统中，有几个形状相同而相位不同的信号相迭加。组合系统相当于一个滤波系统，对于干扰信号滤除，对有效波加强。,34,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合 例子：假设某道放两个检波器(沿测线是线性组合)，讨论反射波到达检波器的情况。设组内距X=10米，反射波速度为1860m/s,入射角=20度，令t0=0.5秒.这时

9、视速度 V*=V/sin=1860/sin20=5438m/s 所以反射波到达两个检波器的时差为：t=10/5438=1.8ms,35,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合 由于时差很小，可以认为它们大致是同时接收到反射波，所以组合后，两个反射波信号近似是同相叠加，叠加后，总振幅变成2A。注意：组合对于反射波来说，相当于不同位置，时间几乎相同的波的近同相叠加，叠加(Stack)后，反射波能量得到加强(Strengthen)。,36,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.1 检波器简单线性组合的滤波方程,37,2023/1

10、0/22,第四章地震勘探组合法,38,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.1 检波器简单线性组合的滤波方程1、组合系统相当于一个滤波器，组合输出信号F(t)的频谱G(jw)等于输入频谱乘以滤波因子K(jw)。2、函数K(jw)与信号的形状无关，与信号到达时间也无关，只与信号的频率有关，以及信号到达组内各检波器的相对时差有关，即只与组内距和组合点数有关，所以 K(jw)表征了组合的固有特征，称之为组合的方向频率特性或组合特性。,39,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.1 检波器简单线性组合的滤波方程当我们只研究

11、某一特定频率wi的简谐波的组合效果，这时K(jw)就是方向特性，反映了组合对来自不同方向的频率为wi的简谐波的叠加效果。当我们固定ti，即只研究来自某一方向的不同频率的组合效果，这时K(jw)就是频率特性。,40,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,41,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,42,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,43,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,44,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.2 简单线性组合的方向特性 Direction Character,45,2023/10/22,第四章地震勘

12、探组合法,46,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.2 简单线性组合的方向特性 Direction Character,47,2023/10/22,一次极大,二次极大,零点,48,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.3 组合检波参数对方向特性的影响 1、组合点数n的影响 通放带边界为1/2n，n越大通放带越窄，压制带越宽。这就是说，检波器个数越多，对干扰波压制范围越宽，并且n越大，压制带极值越低，即压制带内 的平均值越小，压制效果越好。,49,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组

13、合4.1.3 组合检波参数对方向特性的影响 2、组内距x的影响 x增大使通放带变窄，压制带变宽。注意：增大n和x都可增强组合检波的方向效应，从而增强对干扰波的压制，但增大n的效果更好。增大n和x将会增大组合对浅层反射波和地震分辨率的损害。,50,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性 1、频率特性 t=0时，不管谐波分量的频率是多少，振幅增大为原来的n倍而波形不变，即在垂直入射时组合后的波形不变化。K(jw)是方向和频率的函数，对不同频率的谐波分量K(jw)值是不同的，即组合后不同谐波分量的谱的放大倍数的不等，组合检波系统相当于一个

14、频率滤波。,51,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性 1、频率特性组合对地震波来讲，相当于低通滤波器，对高频成分有不同程度的压制作用。t越大，通放带越窄，即压制的频率范围越宽。由于t=x/v，因此组内距x越大，频率滤波作用越强烈。,52,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性 1、频率特性,53,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性 1、频率特性,54,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1

15、检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性2、组合检波频率特性的副作用 组合检波使地震分辨率降低 由于组合检波系统有低通滤波作用，会滤掉地震波的高频成分，使地震波频谱变窄，波形被展宽，这会降低地震分辨率。n越大，x越大，组长越大，低通滤波作用越强烈。,55,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.4 组合检波的频率特性 2、组合检波频率特性的副作用组合检波使有效波畸变 组合检波相当于频率滤波器，有的频率成分被相对增强，有的被相对削弱，使组合后的地震波波形与组合前不一样。n越大，x越大，组合的方向特性越强，波形畸变越严重。注意：组合检波都有低通频率滤波

16、作用，放向特性越好，频率滤波作用越强，对分辨率的损害及造成有效波的畸变也越严重。,56,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.1 检波器简单线性组合4.1.5 简单线性组合检波的缺点 不能压制侧面来的干扰 当干扰波垂直测线方向，即垂直检波器组的排列方向传来时，将同时到达各检波器，线性组合对它无压制作用。削弱浅层反射 浅层反射，尤其是大炮检距（多次覆盖往往需要使用大炮检距）浅层反射就很容易落入压制带，从而降低信噪比。,57,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.2 不等灵敏度组合 不等灵敏度组合是一种线性组合，沿测线布置检波器，但各个点上放置的检波器灵敏度不等。等腰三角形、牛

17、顿二项式系数、契比雪夫多项式分布等。,58,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.2 不等灵敏度组合4.2.1 等腰三角形不等灵敏度组合 特点：优点：压制带极值低，起伏小，因此对压制带内干扰波压制强度大，效果平稳；由于通带较宽较缓，对速度较低的大炮检距浅层反射损害小。缺点：统计效应比用同样多个检波器的其他组合方式的弱，因而使用这种组合时，须将若干个灵敏度相同的检波器放在一起。,59,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,60,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,61,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.2 不等灵敏度组合4.2.2 复合线性组合 将若干组组合

18、点数相同的线性组合叠合，所有检波器都沿测线布置。当各小组错开的距离为小组组内距x的整数倍时，实际上是一种不等灵敏度组合。特点：加强了对干扰波的压制，又不致拉长组长的。也不能压制侧面来的干扰波。,62,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,63,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.3 面积组合 当存在多种传播方向的干扰波时，用线性组合的效果不好，此时应采用面积组合。特别是对次生干扰，最有效的压制方法就是面积组合。等效变换方法 等效变换方法是基于平面波的假设，即在组合检波器所分布的面积内，地震波可看作平面波，将面积组合内各检波器位置投影到波在地面的传播方向上，这样就将面积组合化为

19、线性组合问题了。,64,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,65,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.3 面积组合 矩形面积组合法 长边上有m个检波器，间距为Xm；短边上有n个检波器，间距为Xn。,66,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.3 面积组合 星形面积组合法 将m条直线段组合交于某一点，交点为各条直线段的中点，且各条直线夹角相等。,67,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.3 面积组合 三角形（半菱形）面积组合法 沿测线x方向检波器间隔X；沿垂直测线方向（y方向）检波器间隔Y，平面上呈等腰三角形分布。,三角形（半菱形）面积组合及其沿y方向的

20、方向特性曲线,68,2023/10/22,69,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.4 组合检波的统计效应 Statistics Effects of Group 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，利用组合的统计特性。地震勘探中的随机干扰遵循统计规律，其平均值为零。,随机干扰的分类：微震（风吹草动）仪器噪声激发产生不规则干扰,70,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.4 组合检波的统计效应 Statistics Effects of Group 在地震勘探中，一定条件下才可认为两个检波器分别记录下来的随机干扰是不

21、相关的，这个条件就是这两个检波器的距离要达到一定值，这个距离值称之为“相关半径”。这就是说，两个检波器距离若大于相关半径，则两者所接收到的随机干扰就可认为是不相关的。若两个检波器的距离小于相关半径，则两者所接收到的随机干扰就不能认为是独立的。,71,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.4 组合检波的统计效应 Statistics Effects of Group 当组合距大于随机干扰的相关半径时，用m个检波器组合后，有效波增强m倍，干扰波增强根号m倍，即信噪比增强 倍。,72,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.4 组合检波的统计效应 Average Effect4.4

22、.3 关于组合检波的“平均效应”组合时我们把地下不同反射点的信号相互叠加后，作为中点的信号输入仪器中，这实际上是对多个信号取了平均，其作用是：积极一面：把地表地质构造微小变化相互平均了，因而使有效波具有比较规则的波形，有利于波的对比；消极一面：反射不是严格的来自于同一反射点，对反射界面平均，模糊了细节，易漏掉小断层，小构造等。,73,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.5 组合检波的参数选择主要步骤1、调查干扰波与有效波参数，视速度、视周期，随机干扰相关半径等。2、理论分析和计算 根据有效波，干扰波的视速度、视周期，假设一些组合参数，计算组合方向特性，选择使有效波落入通效带，规则干

23、扰波落入压制带的方案，并同时估算组合的统计效应。,74,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.5 组合检波的参数选择主要步骤3、按理论分析给出的参数进行现场试验，看组合压制干扰波的效果，（把理论上计算出的方案，用于野外生产工作中，进行试验，根据试验结果进行修改，在决定最后方案时，必须同时考虑组合效果和生产上效率，以地质效果为主，在效果相近时，应采取提高效率的方案。在地震勘探工作已经进行较多的探区，过去的工作已积累了许多经验，在一个新工区开始工作时，常常不需要重复上述3个步骤的工作。,75,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.5 组合检波的参数选择设计组合方案时，同时兼顾压

24、制干扰波和突出有效波两个方面。n越大，压制带宽，通放带窄，不要使有效波落入压制带。n越小,压制带窄，通放带宽，不要使干扰波落入通效带。当干扰波视速度变化范围较宽时，组合数不宜过少。当干扰波视速度变化范围较小时，可适当少用组合数。组合数大，压制带极值小，压制效果好，界面平均效应大，不利于研究断层等复杂构造。组合数少，压制带极值大，压制效果不好。因此，必须对这几个方面都全面兼顾，才能取得好的效果。,76,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.6 震源组合激发 为什么要进行组合激发？提高有效波能量；压制干扰波、提高信噪比。1、组合激发的方向特性根据几何地震学的互换原理，对某个接收点来说，n

25、个震源的组合激发，等效于单个震源激发，n个检波器组合检波。其方向特性：,77,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,组合激发与组合检波的对应关系,78,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.6 震源组合激发2、组合爆炸时组内距的选择震源点间距的选择，原则上与组合检波相同，但相邻炮点距离X应大于二震源非弹性区半径之和。,79,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.6 震源组合激发3、组合激发和组合检波的联合使用在一些低信噪比地区（如沙漠），单用组合检波或单用组合爆炸仍不能获得令人满意的纪录，需联合使用组合检波和组合爆炸的方法以取得更好的结果。当组合激发和组合检波联合使用时，称为联合组合。联合组合的方向特性：组合激发对随机干扰也有压制作用。组合激发几乎是各种非炸药震源都必须采用的方法。,80,2023/10/22,第四章地震勘探组合法,4.6 震源组合激发4、组合爆炸与地震分辨率 震源组合像检波器组合一样会降低地震分辨率，但有其自己的特点：首先要保证一定的信噪比，在一定信噪比的前提下，努力做到高分辨率和高保真度。小井距小药量组合激发的地震波主频比单井大药量（等于组合井总药量）激发的地震波主频高，频带也更宽。,