地震野外数据采集技术与方法2讲解

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1、 第四节 高分辨率地震数据采集系统 主要指地震数据接收设备，高分辨率地 震勘探对数据采集系统的要求： 主要包括地震仪、检波器等。 1. 仪器应有较高的灵敏度； 2. 有大的动态范围 动态范围是指地震仪能够线性记录地震 信号的最大值与最小值之间的范围，通常 用他的比值来表示。其表达式为： 地震仪器 20log（线性记录的最大信号电压）/（线 性记录的最小信号电压） 单位为分贝（db）.例如当比值为104时， 动态范围为80分贝； 3.地震仪应有宽的频带和可选择的滤波器 ； 4. 对地震脉冲有良好的分辨能力； 5. 仪器对各道有良好的一致性； DZQ24地震仪 6. 一个检波器 + 一个放大器 +

2、 记录显示 系统= 一个地震记录道 一、检波器 1. 是将地震波返回到地表时所引起的地面 振动转换成电信号的一种装置； 2. 有动圈电磁式（用于陆地工作）和压 电式（用于海洋和沼泽地） （一） 动圈式地震检波器工作原理 1. 当线圈在磁板间隙内运动时，线圈切割 磁力线，在线圈内产生感应电动势； 2. 电动势的大小与与切割磁力线的速度成 正比，故又叫速度检波器；见图3.4-1 检波器的特性及参数 3. 该结构对于水平方向的运动，线圈与磁 铁之间没有相对运动，因此没有输出。 (二）检波器的特性及参数 1检波器具有自己的固有频率，固有频率 高，可以消除低频噪声 2. 阻尼系数h是检波器的另一特性指标

3、，设 检波器的固有频率为0 图3.4-1 动圈式检波结构草图 （1）h0 称为过阻尼，使接收到的信号 减弱，甚至失真，见图3.4-3(b) (2) ht 是顶、底界面的反射波能否分开的条 件，。 图3.5-1 接收点R所记录的地震记录 是两个反射波叠加的结果 n4. 当地层厚度 h/4 时，才能由波形 特征分辨夹层顶、底界面的存在； n5. 当地层厚度 h/4 时,称为薄层， 不能由波形特征分辨夹层顶、低界面的 存在； n6. 在地层厚度 h=/4 时，出现 相对振幅的极大值，这种现象称为 薄层的调谐效应。 n此时的地层厚度称调谐厚度，利用 调谐效应可以分辨四分之一波长的 波层的厚度。见图3.

4、5-2 1. 指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺寸 ； n 2. 第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面 波到达界面时的波前面，与前面相距1/4波长 先期到达的另一波前面在界面上形成的圆称 第一菲涅尔带，见图3.5.3； n3. 在频率较高时，第一菲涅尔带半径为下式 n4. 如果地质体的水平宽度a满足不等式则这样 的地质体相当于一个点的绕射，不能分辨该地 质体的存在； n5. 第一菲涅尔带半径r随频率f增高而 减小，随勘探深度h增大而增大，因此不 能撇开地质体的埋深而谈分辨率问题(横 向分辨率随勘探深度的增大而减小)。 图3.5.-3 第一菲涅尔带范围确定示意图 6图3.5.4是砂岩体模型宽度与

5、其对应 的地震响应，对于大于菲涅尔带的反 射段，显示的反射图形与反射段的形 态一致，对于小于菲涅尔带的反射段 ，地震反射特征发生变化，呈现点绕 射型效应、振幅随岩层横向宽度的减 小而降低。 三、对影响分辨率的几个因素的讨论 n n 无论是垂向分辨率还是横向分辨率， 都是与子波的频率成分、频带宽度和相位 特征等因素有关，子波的波长越短，分辨 率越高，频带越宽，分辨率越高，在频谱 相同的情况下，零相位子波具有较高的分 辨率，这是因为零相位子波，频带较宽， 振动延续时间最短所致。 图3.5-4 表示宽度不等的砂岩体横向分辨模型 （一）分辨率与频率成分的关系 分辨率不依赖于单频谐波的频率，单频 波的分

6、辨率为零，只有同时增加频带宽度 方可；见图3.5-5. (二）分辨率与信噪比之间的关系 1. 地震记录信噪比会影响地震记录 的分辨率； 2. 设地震记录的分辨率为Pa (无噪 声存在条件下的分辨率)，信噪比为r ，可以证明 图3.5-5 相同频带宽度的子波具有相同的分辨率示意图 n式中pn 为有噪声存在条件下的分辨率，r 为信噪比，Pa 为无噪声时的分辨率； n3. 地震记录的分辨率可以用子波的分辨 率来描述，零相位子波的分辨率最高； n4. 当信噪比r趋于零时，分辨率pn趋于零 ； n5. 当r趋于无穷大时，等于无噪声时的分 辨率Pn =Pa n6. 当r=1时，Pn =1/2 Pa ； n

7、7. 当r2时，pn Pa ； n8. 信噪比 r=24比较合适； n9. 如果工区干扰成分大，应重点提高 记录的信噪比，干扰小，应以提高分辨 率为主。 (三）分辨率与大地滤波作用 1. 地震记录的分辨率随传播深度的 增加而降低，要提高纵向分辨率， 又有较大的勘探深度，就要拓宽子 波的频带宽度，使子波向低频端扩 展。 n2. 影响反射波到达时差 的因素主要是 地层波速和地层厚度，但在同一岩层中 横波速度比纵波速度小，因此利用横波 勘探可提高垂向分辨率； n3. 深层速度大，频率明显降低，同样厚 度的地层在浅层可以分辨，深层可能不 能分辨。 n一、记录长度与时间采样率 n1.记录长度的选择必须保

8、证记录到最 深目的层来的反射波, 并留有一定的 余量； n2. 记录长度=地震仪的采样点数采样 率（采样间隔），采样点数确定了， 采样率高，测量精度高，但勘探深度 变浅； 3. 3. 采样率的选择应满足采样定理：采样率的选择应满足采样定理： 二、最大和最小炮检距 1.最大炮检距xmax 就是炮点与最远一道之间 的距离，一般最大炮检距应大致等于最深目的 层的深度h，或 2. 最大炮检距太大会带来宽角反射的畸 变影响； 3. 最小炮检距xmin 是炮点与最近一道检 波器之间的距离,又称偏移距； 4. xmin不应小于最浅目的层的深度； 5. xmin大一些可以消除声波和面波干扰。 n三、最佳接收地

9、段的选择 n 最佳接收地段又称“最佳窗口技术”， 如图3.6-1 n四、道间距的选择 n 道间距又称空间采样率，它影响地震记 录的横向分辨率，用x表示，道间距小， 横向分辨率高，但勘探费用大，选择道间 距应从以下因素考虑： 图 3.6-1 最佳窗口技术 (一）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： n（二）确保足够的空间采样率 n即要求在一个波长内至少两次采样，避免 陡倾界面的假频化； n（三）对反射界面进行充分采样 n 选择道间距应保证第一菲涅尔带内至 少有两道四个CDP点接收，也就是x应小于 第一菲涅尔带的半径。例如： 第七节

10、 浅层地震勘探野外抗干扰技术 一、组合法 组合是指用一组检波器产生一道信 号输入或多个震源同时激发构成一个纵震 源，前者称为组合检波，后者称为组合激 发，是应用波传播方向的不同来压制干扰 波的一种方法。 它主要用于压制面波之类低视速度 规则干扰波及无规则的随机干扰。 n按照互换原理，震源组合与检波器组合的 原理是等价的。我们以检波器组合为例介 绍组合法原理。 n实际中组合形式多样，有面积组合、线形 组合、等灵敏度组合、不等灵敏度组合。 但大都以简单线性组合为基础。故主要介 绍简单线性组合法。 n简单线性组合形式是组合检波器沿测线等间 距直线排列，设各检波点间距为x,第k个检 波器分布在测点的位

11、置为 nX=(k-1)x,第k个检波器接收的任一规则波 可表示为 n如果有n个检波器组合，则组合后的输出 为 设f(t)的频谱为g(j),组合后的频谱为G(j) n组合后地震波的频谱与组合前相差一个因子 k(j)=k(,t),若固定频率,就是研究地震 波组合的方向特性, 若固定t=ti,就是研究 来自某一方向的地震波的频率特性, n1.规则波线性组合的方向特性 n由(3.7.2)可知,组合因子 式(3.7.3)是组合的综合特性,它是频率和 时间差t的函数,显然组合因子k的幅角 n这是组合的相位特性,如果n是奇数,组合后 的相位延迟是组合内中间那个检波器的值, 如果n是偶数,则是中间两个检波器的

12、平均值 . nK的模值为 n这时组合的振幅特性,组合后的输出振幅 与频率和入射方向有关, n归一化的组合方向特性为 n表明: n(1)只要地震波的视速度很大,近乎垂直出 射到各接收点,则t0,组合后的输出达 到最大值,在 n区间内,0.707,称通放带.图3.7.2是组 合数目不同的方向特性曲线. (2)在 区间内,值最小,有(n-1)个零值点,这个区间称为 压制带 (3)组合数目n增加,通放带变窄; (4)有效波的视速度很大,可以落入通放带, 组合后 的输出达到最大,是未组合前单个检波器输出振幅 的n倍; (5)对于低视速度的面波可以落入压制带,组合后相 对受到压制; 所以组合法也叫视速度滤

13、波. 图3.7-2 组合数目不同的方向特性 2. 规则波线性组合的频率特性 取(3.7.3)中的频率为变量,固定t,得到 归一化的组合频率特性公式. 归一化的组合频率特性公式为 固定组合数目n，以t为参变量，频率f为 横坐标，可绘制组合频率特性曲线。见图 3.7-3. 表明: (1) 视速度为无穷大时， 组合后对所有频 率成分都没有频率滤波作用； 图3.7-3 组合法频率特性 (2) 随t增大，组合对高频成分有 压制作用； (3) 组合的频率特性会使有效波形 产生波形畸变； (4) 实际工作中应设法提高有效波 的视速度，例如近炮点接收，倾斜界面 时，采用下倾激发上倾接收。 由于组合法是对不同位

14、置上振动的叠 加,所以只研究波在位置上的相关性.组 合内两点之间波形的相似程度用相关系 数R(lx)表示,当距离系数L=0时 ,R(0)表示自相关,用(Lx)表示标准 化的相关系数 当(lx)0时,表示相距lx 的不规则干 扰波互不相似,这两点之间的距离成为相 关半径. 组合接收时,组合内每个检波器点接收到 的地震波是有效波和干扰波组成的, f(t)=s(t)+n(t) (3.7.9) 对于随机干扰波n(t),统计特性参数是 M是数学期望符号,对于干扰波组合前的 方差D为 是随机干扰的均方值, 组合前的信噪比 组合后随机干扰的方差 由于和的数学期望等于数学期望的和,上 式中第一项 令 第二项,

15、由于x,y的互相关系数 所以 同理 根据常量的数学期望等于常量本身,得到 当L=0时,得到自相关系数 又因为 所以 式中 组合后的信噪比为 整理后得到组合后的统计效应为 设有n个检波器组合,如果组合内不规则 干扰波相互统计独立,则(lx)=0,=0,且 有效波的时间差t0, 这时统计效应有 最大值 说明: 1.G代表组合后的信噪比除以组合前的 信噪比，可见组合可以提高地震记录 的信噪比 倍。 2组合法具有平均效应,对提高分辨率 不利. （一）垂直叠加 1. 利用地震仪的信号增强功能，在相同接 收排列上，将炮点多次重复激发的信号叠 加在一起，达到提高信噪比的目的； 2. 经m次垂直叠加后，使有效

16、波振幅增强m倍 ； 3. 对相互统计独立的干扰波，经m次垂直叠 加后，振幅将增强 倍，因此利用垂直叠 加可以提高信噪比。 (二)水平叠加(共反射点多次叠加法) n 检波器组合法在压制面波等低视速度干 扰方面有着明显的作用，但组合后的反射 信息却是界面上某一小段反射波信息的平 均，因而存在平均效应，“降低了横向分 辨力。此外，它对于多次反射波之类的干 扰波压制效果很差，甚至无能为力. n 为了弥补组合法的弱点，梅恩 (Mayne,1962)提出了多次叠加方法。其观 测系统是多次覆盖.所得资料经动、静校正 、叠加等数字处理后，可压制多次反射波 之类的干扰，提高信噪比。 n 实践诞明，这种方法显著地提高了地震 勘探的工作质量，