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1、2 24 04 2020 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 24 04 2020 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 24 04 2020 地震信号的频谱分析seismicsignalfrequencyspectralanalysis 第一节频谱分析概
2、述一基本概念 频谱分析 frequencyspectralanalysis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 24 04 2020 简谐振动三要素振幅 A频率 初相位 6 24 04 2020 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 24 04 2020 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 频率和初相位 u1 t Acos t A cos tco
3、s sin tsin acos t bsin t其中 a Acos b Asin 8 24 04 2020 9 24 04 2020 10 24 04 2020 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 24 04 2020 二地震频谱资料的计算 整理和显示中的一些问题 12 24 04 2020 13 24 04 2020 14 24 04 2020 15 24 04 2020 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 与地震勘探有关的一些波的频谱特点 16 24 04 2020 2 激发条件对地震波频谱有一
4、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 24 04 2020 3 不同类型的地震波频谱有一定差别 频宽 4 12hz 18 24 04 2020 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 24 04 2020 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 24 04 2020 四取样不足造成假频 21 24 04 2020 22 24 04 2020 23 24 04 2020 24 24 04 2020 第二节傅立叶变换的重要性质 一唯一性定理 u t
5、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 24 04 2020 26 24 04 2020 二线性叠加定理 特例N 1au t aS 27 24 04 2020 三时标变换定理 设u t S 则u t a aS 或u at 1 aS a 28 24 04 2020 四时延定理 设u t S 29 24 04 2020 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 24 04 2020 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
6、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 24 04 2020 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
7、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 24 04 2020 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 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 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
8、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 24 04 2020 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 24 04 2020 第四章地震
9、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 24 04 2020 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 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 38 24 04 2020 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
10、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 24 04 2020 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
11、就是频率特性 40 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 41 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 42 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 43 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 44 24 04 2020 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DirectionCharacter 45 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 46 24 04 2020 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DirectionCharacter 47 24 04 2020 一次极大 二次极大
12、零点 48 24 04 2020 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 24 04 2020 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
13、震分辨率的损害 50 24 04 2020 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频率滤波 51 24 04 2020 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
14、宽 由于 t x v 因此组内距 x越大 频率滤波作用越强烈 52 24 04 2020 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 24 04 2020 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 24 04 2020 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
15、 55 24 04 2020 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 24 04 2020 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
16、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 24 04 2020 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 牛顿二项式系数 契比雪夫多项式分布等 58 24 04 2020 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 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 60 24 04 2020 第四章地震勘探组合法 61 24 04 2020 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
