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1、地震勘探原理,主讲:文晓涛,4、接收三分量地震波及组合检波,本章主要内容： 1、质点振动方向与检波器的灵敏度 单分量检波器和三分量检波器 2、组合检波及组合效应 规则波的组合效应 非规则波的组合效应 组合方式及参数选择,4、接收三分量地震波及组合检波,概述： 1、地震波的方向特性 地震波存在两类方向特性： 第一类方向特性：波的质点振动方向与接收仪器的灵敏响应的关系； 第二类方向特性：波的传播方向与仪器的灵敏响应的关系； 2、 灵敏度：是描述检波器对质点振动响应的量度。 最大灵敏度和有效灵敏度,4、接收三分量地震波及组合检波,垂直检波器（纵波检波器） 因为纵波质点振动方向几乎垂直于地表，记录纵波
2、时，有最大灵敏度 ,则任意方向振动的波的有效灵敏度为： 水平检波器（横波检波器） 而横波的质点振动是与地表是平行的，记录横波时，有最大灵敏度 ，则任意方向振动的波其有效灵敏度为：,一、质点振动与检波器的灵敏度,1、单分量地震检波器和三分量地震检波器,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,三分量地震检波器 在x,y,z三个方向都有机电转换能力；z轴放置垂向检波器，x轴指向正北，Y轴和X轴均放置水平检波器，进行三分量观测；它是方位观测的一种特例。 设各道振幅分别为Ax、Ay、Az。则观测的位移矢量的模为： 位移矢量的方位 及它与铅垂线的夹角 则按下式计算：,4、接收三分量
3、地震波及组合检波,2、方位观测 用三个以上（9个）的垂向地震检波器以等倾角排列在圆锥形面的不同方位上，构成方位观测装置。 方位观测的方向特性：用极坐标表示记录振幅与检波器倾角的关系。设检波器垂向轴与地面的夹角为 ，地震波的振动方向与地面法线的夹角为，有如下关系：,4、接收三分量地震波及组合检波,=0，所有检波器为水平检波器，方向特性图为两个相切的小圆，与水平检波器的方向特性一致。 在0 时，方向特性图不对称，左面为小圆，右面为心脏线。在方位地震记录上，振幅的大小和相位都有变化。 在=时，方向特性图不对称，左面为一点，右面为心脏线，方位地震记录上所有振动都是同相的，只有一个方位的振幅为零，相当于
4、最大灵敏度轴垂直于方位向量的记录。,4、接收三分量地震波及组合检波,90，方向特性图仍不对称，但方位记录上的振幅差别不大，相位没有变化 = 90时，方向特性图为圆，所有方位上的记录完全一样，此时，所有的检波器都是垂向放置的。,4、接收三分量地震波及组合检波,二、组合检波及组合效应,组合检波：利用干扰波与有效波的传播方向不同（第二类方向特性）和统计效应来压制干扰波的一种有效方法。主要压制面波、声波等低速度规则干扰波及无规则的随机干扰。 方法：将多个检波器串联或并联在一起接收地震波。称为地震组合检波；也可对多个震源同时激发构成一个震源，称为震源组合。,1、相关概念：,4、接收三分量地震波及组合检波
5、,2、规则波的组合效应（线性组合法为例） 沿测线方向等间距安置n个检波器，且每个检波器的灵敏度使一样的，这种组合为线性组合。 对任意方向传播的地震波，其组合效应可用组合特性曲线描述。如图： 第i个检波器的接收的信号为：,组合后的结果为：,由傅立叶变换可知：,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,设：,4、接收三分量地震波及组合检波,从上式可知：组合后的振幅特性与波的传播方向（ ）和频率（w）有关。,1、组合的方向特性曲线 当主频一定时，讨论组合后波的振幅和射线传播方向的关系 ； 归一化的组合振幅特性表达式为：,4、接收三分量地震波及组合
6、检波,=0时，波射线垂直地面到达， ； =90，波射线平行地面传播， ； 090，波射线与地面成任一夹角， ；随着波射线传播方向不同，组合后的振幅在0-1之间变化；,4、接收三分量地震波及组合检波,由图看出：,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,只要波的视速度很大，就可落入通放带，组合后波的振幅就得到加强，而对低视速度的规则（如面波等）组合后相对受到压制。 组合频率特性曲线,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,不规则波的组合统计效应 根据有效波和干扰波出现规律的差异（概率统计理论）来压制随机干扰。 1、随机干扰的特征简述 1）地震勘探中的
7、随机干扰是一种具有各态历经性质的平稳随机过程。 随机过程：自变量是时间t的随机函数。即地震记录上的随机干扰其振幅随记录时间t的变化规律。 平稳随机过程：其基本条件在时间变化过程中保持不变。因此，它的统计规律也不随时间变化。,4、接收三分量地震波及组合检波,各态历经性质：一个随机过程的统计规律不必从多次“实现”来求得，而需从一次“实现”变可求得。 因此，研究随机干扰的统计规律只需要获得随机干扰的一次较长时间的记录，而无需许多炮获得随机干扰的许多次“实现”。,表示随机过程统计特性的三个参数-平均值、方差和相关函数。 平均值：随机干扰的振幅围绕着某个值而随机变化； 方差：描述了随机过程偏离其平均值的
8、幅度变化大小的统计特性； 相关函数：表示了两个随机过程变化相似性的平均量度,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,随机序列的数字特征：,以上是完全不相关的随机序列的数字特征 对地震记录中的非规则干扰波，虽具有随机过程的特征，但不是完全不相关,相关半径（r）:标准相关函数 所对应的值 叫随机干扰的相关半径。,4、接收三分量地震波及组合检波,4、接收三分量地震波及组合检波,组合的组合效应：,当组合距大于相关半径时，用m个检波器组合后，对垂直入射到地面的有效波，其振幅将增加m倍，对随机干扰波，则互相独立，其振幅只增加 倍，即信噪比增大了 倍,4、接收三分量地震波及组合检波,
9、组合后的信噪比：,组合的统计效应G定义为组合前后信噪比的比值：,组合的统计效应与（组合统计效应系数）有关，而与随机干扰的相关函数有关。 若组合内各检波器距离大于相关半径，这时各检波器接收到的随机干扰就互不相关，即=0。于是就有：,4、接收三分量地震波及组合检波,三、组合方式及参数选择,1、组合方式： 等灵敏度线性组合（沿测线各点检波器的个数一样） 非等灵敏度线性组合（各点上检波器的个数不一样，但有规律分布，一般是中心多两边少。,4、接收三分量地震波及组合检波,与等灵敏度组合方式相比，等腰三角形组合有以下特点： 通放带宽度与组合数为m的简单线性组合特性的通放带宽度基本相同； 压制带极性比简单线性
10、组合特性小的多，这是等腰三角形组合的 显著优点。 面积组合（圆形、正方形、菱形等）能压制任意方向的干扰波。其方向特性可在线性组合的基础上，按“等效变换”求得。,4、接收三分量地震波及组合检波,等效组合原理：假设地震波波前在组合检波器所分布的面积内近于平面，将检波点沿波前面与地面的交线地面的等时线方向任意移动时，时差不变，方向特性也不变。这样可以把面积组合内的各检波点沿等时线方向移到测线上去，这样面积组合就变成了线性组合。,4、接收三分量地震波及组合检波,2、组合参数选择： 与组合检波器的个数、组合内各检波器的间距，组合基距（组合内检波器的排列长度）有关。 尽可能使有效波落入通放带，干扰波落入压
11、制区。,4、接收三分量地震波及组合检波,增加组合检波器的个数；n越多，通放带越窄，有利于突出有效波，压制干扰波；n一般取奇数，中间一个检波器，正对坑点，这样，能减少波形畸变。但不宜过多，n太多，通放带过窄，有些有效波也被压制了 既要考虑方向特性，也要兼顾统计特性，组合距要大于随机干扰的相关半径。 组合的平均效应： 组合后的反射信息使界面上某一小段反射波信息的平均，存在平均效应，降低了横向分辨率。,4、接收三分量地震波及组合检波,3、检波器的安置,4、接收三分量地震波及组合检波,要求： 各个排列上的各道检波器的安置条件要求一致； “平、稳、正、直、紧”使检波器的底面与大地连接一起而组成一个阻尼良
12、好的振动系统，以提高对波的分辨能力； 周围去杂草，整平，挖坑，用潮湿的土填平。 小线不易绷的太紧，太紧易受风吹草动的影响，且不易旋空，应贴着地面布设。,4、接收三分量地震波及组合检波,4、道间距的选择 应考虑经数据处理后能在地震记录或剖面的相邻道上可靠地追踪波的同一相位。 相邻道上的记录形状的重复性； 有效波与干扰波及随机振动背景的振动关系； 波到达相邻道上的时差(t)； 视周期(T*)；,4、接收三分量地震波及组合检波,内容总结： 1、组合检波（重点） 方向特性压制面波 统计特性压制随机干扰 频率特性低通滤波 2、不等灵敏度组合及面积组合 理解其组合特性的研究方法等效变换 目的：压制不同方向的干扰波 3、检波器的埋置方式、道间距的选择（了解）,4、接收三分量地震波及组合检波,思考题： 1、组合检波利用 效应压制面波，利用 效应压制随机干扰。 2、绘制五个检波器线性组合的方向特性曲线。 3、地震检波器组合主要是为了压制（ ） （A）声波 （B）多次波 （C）工业电干扰 （D）面波 4、n个检波器组合后与组合前n个检波器总振幅之比为： 请说明为何组合后面波受到压制。,
