地震勘探原理期末总复习1共四部分分析.docx

1、地震勘探原理期末总复习1共四部分分析第一章 地震波运动学理论(专业知识)地震勘探的基本任务是根据地震记录上的反射波或折射波来确定地质界面的位置。一、1、地震记录中的接收方式地震记录的基本方式地震记录-以测线方式记录地震波的反射波或折射波。地震测线-接收点以线性方式排列成线。（另一解释：沿着地面进行地震勘探工作的路线）一个震源用一条测线接收，称二维地震观测；用多条测线接收称三维观测。一般炮点和接收点都放在同一测线上，叫纵测线。（二维常用）炮点与接收点不在同一线上，叫非纵测线。（三维常用）2 地震记录的几种接收(记录)方式1.单道接收(自激自收)-一炮一道(效率很低)；2.多道接收-一炮多道；3.

2、多线多道接收三维记录中用多线接收每线上有多道4.三分量接收在一道上接收三个振动的波。3 观测系统(测线参数)：把炮点和接收点之间的排列按一定的规律分布的各种观测方式称观测系统炮检距炮点到检波点的距离叫炮检距，有最小炮检距和最大炮检距。炮距-炮与炮之间的距离；炮线距-炮线之间的距离。道间距-道与道间的距离；测线距-测线间的距离。炮检距炮点到检波点的距离叫炮检距，有最小炮检距和最大炮检距。炮距-炮与炮之间的距离； 炮线距-炮线之间的距离。道间距-道与道间的距离； 测线距-测线间的距离。4 时距关系(曲线)传播旅行时-从激发到被接收到所需的时间。时距曲线表示炮检距和旅行时之间关系的曲线波至(初至)-

3、接收点由静止状态到因波到达开始振动的时刻，这个时刻称为波的初至。相位-这个相位与物理中的相位概念不同。地震勘探中习惯用振动波形图上某个特定的位置(极大或极小值)，地震相位通常指反射波组的特征，包括振幅、周期和连续性等。同相轴(event)-一组地震道上整齐排列的相位，表示一个新的地震波的到达，由地震记录上系统的相位或振幅变化表示。用波至表示则可以是反射、折射、绕射或其它类型波的波前。地震剖面：以时间方式显示原始的地震道同水平距离的关系形成的曲线图。5 直达波的时距曲线在单层介质中，速度V恒定。激发点与接收点在同一测线，波的旅行时可表示为： t = x/V （X是激发点到接收点的距离，V是直达波

4、的传播速度。）水平反射界面的时距曲线1、共炮点反射同一炮点不同接收点上的反射波，即单炮记录，也称 同炮点道集。(相当于但炮多道接受)（可分单边放炮和中间放炮）2、共反射点反射在许多炮得到的许多张地震记录上，把同属于某一个反射点的道选出来，组成一个共反射点道集。（相当于多炮多道接受） 水平层反射波时距曲线（见右图）即：横向时间： 垂向时间：X2-T2曲线画出上式t2和x2的曲线，可以得一条直线，其斜率为1/V2，截距是t0，此方法叫X2-T2法。6 正常时差问题：一炮多道 接收的反射并不来自炮点O和接收点S正下方，在水平界面时反射来自炮检距的中点M。从实际生产考虑，不采用自激自收方式，要得到M点

5、正下方的反射反射，则需在M点两边对称的点上进行激发（O）和接收（S）。正常时差定义定义一 水平界面时，对界面上某点以炮检距x进行观测得到的反射旅行时与在零炮检距得到的反射旅行时之差。正常时差也就是炮检距不为零引起的时差。定义二 在水平界面下，各观测点相对于震源的炮检距不同引起的反射波旅行时间差。在水平界面下两种定义的定量关系相同。正常时差的概念非常重要，它是判断地震记录上观察到反射的主要标准正常时差的定量计算当 时，得 正常时差： （其中：t0=2h/v）7 动校正在水平界面的情况下，从观测到的反射波旅行时中减去正常时差t，得到x/2处的自激自收时间。这一过程叫正常时差校正，或称动校正。经过校

6、正后，反射波的同相轴一般就能反映界面的形态了。8倾斜界面的反射时距曲线对水平界面反射波时距曲线做变换，可得到双曲线方程：式中：对倾斜界面反射波的时距曲线作变换：（2）极小点位置以倾斜界面双曲线为例，根据双曲线的特点可知，该方程的极小坐标为：极小点总是相对激发点偏向界面的上倾方向一侧。由上图还可看到，xmin点实际上就是虚震源在测线上的投影，由震源点O到xmin的反射波射线是所有射线中最短的一条。（3）、倾角时差对于倾角为倾斜地层，测线与界面倾向一致，这时虽然还有OS=OS=x ，但 它们之差称为倾角时差。（这是由于界面倾斜引起的）下倾旅行时：上倾旅行时：把震源O点两边等距的两观测点的波传播时间

7、相减得倾角时差td： 当在O点两边炮检距为x的两点上，测出倾角时差td后，就可用下式估算界面倾角： 在一个炮检距不为零的点观测到的倾斜界面反射波旅行时,它包括三部分，即t0、正常时差和倾角时差。9倾斜界面下的动校正10 多层介质反射波时距曲线 均匀介质 反射界面R以上的介质是均匀的，即层内介质的物理性质不变。层状介质 认为地层剖面是层状结构，在每一层内速度是均匀的，但层与层之间的速度不相同，介质性质的突变。这些分界面也可以是倾斜的。连续介质 所谓连续介质是认为在界面R两侧介质1与介质2的速度不相等，有突变。但界面R上部的覆盖层(即介质1)的波速不是常数，而是连续变化的。最常见的是速度只是深度的

8、函数V(z)。对于层状介质，将其简化为均匀介质： 平均速度公式：平均速度概念的引入：问题提出： 1)多层界面的时距曲线方程不能简化成某种标准的二次曲线方程，2)用一条双曲线去近似它，亦即，用一种假想的均匀介质来代替整套层状介质，平均速度Vav-用波在垂直层面的方向旅行的总时间除这组地层的总厚度这“平均的”与“真实的”两条时距曲线有如下两个现象： 1)在激发点附近，这两条时距曲线是基本上重合的。 2)随着远离激发点，它们逐渐地明显分开，三层介质的时距曲线在下方。这说明地震波在三层介质传播时真正速度要比平均速度大。 11 折射波的时距曲线 -垂直地面出射，波的视速度Va= ，波的同相轴是一条水平线

9、；-不是垂直地面，同相轴是一条倾斜直线，视速度为常数；-波的射线出射角是变化的，互相不平行，同相轴是一条曲线，视速度也是逐点变化的，出射角越大，同相轴越陡，Va越小。 折射波传播的规律和特点1) 滑行波在反射界面各点的时间比入射波要早2)折射角等于临界角3)折射波有“盲区”，折射界面很深，盲区会很大4) 地层屏蔽效应， 如果地层中有速度很高的厚层存在，就不能用折射波法研究更深处的速度比它低的地层。这种现象称为“屏蔽效应”，高速屏蔽。 如果高速层厚度小于地震波的波长，则实际上并不发生屏蔽作用。12单层水平界面折射波的时距曲线折射波交叉时的概念：上式就是水平界面上折射波的时距曲线，这是一条标准的直

10、线方程，其斜率k=1/V1， V1是下层介质的速度；直线的截距为ti（称交叉时）。上式为折射波时距曲线延长后与时间轴（x=0）的交点，称之为与时间轴的交叉时ti，这是折射波时距曲线与反射波时距曲线的又一区别。 折射波时距曲线的起始点坐标为：在M1点出射的射线既是反射波射线也是折射波射线，因此这两条时距曲线在该点相切。 倾斜界面的折射波时距曲线 在倾斜界面上，折射波到达测线上倾方向和下倾方向的时距曲线方程是不一样的因为上倾方向出射角(c-)，所以视速度是同样，下倾方向出射角(c+)，视速度为 则 倾斜界面折射波时距曲线的交叉时与水平界面的一样；上倾方向和下倾方向的交叉时也一样。但应注意的是，这里

11、的h是界面的法线深度。所以折射波的交差时总是小于同一界面的反射波的自激自收时间。13折射波的应用一、用于研究深层构造，如盐丘构造的探测；二、用来确定近地表的特征，即确定低降速带和静校正速度14一个分界面情况下各种地震波时距曲线间的相互关系 （四个）（1）直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线，可以从数学关系上加以论证。 （2）折射波时距曲线与反射波时距曲线在M1点相切，切点坐标如式所示。 可从两种波的时距曲线方程中当x=xm时的斜率相等或视速度相同加以论证。3）直达波与折射波的时距曲线有一个交点P，交点坐标为 ： 式中ti为交叉时 在x xp的区间，折射波为初至波，而直达波为续至波，反射波总是

12、最后接收到（直达波、折射波、反射波三种波相比）。4）时距曲线的陡缓取决于上覆介质的波速与界面的埋藏深度。对于折射波而言，界面速度越大，时距离曲线越平缓，反之时距曲线越陡。对于反射波来讲，同一界面的反射波时距曲线的斜率随x的不同而变化，不同界面的反射波时距曲线随界面埋深的增大，而使整条时距曲线趋于平缓。14绕射波当地震波传到断层、地层尖灭点或其它突起点时，按惠更斯原理，在这些突起点会形成新的震源，并向四周传播，这种波称绕射波。绕射波时距曲线的特点1)在绕射点上产生的绕射波时距曲线，与在R上激发深度为h/2的水平界面上形成的反射波时距曲线相比，其形状一样，同为双曲线。2)绕射波时距曲线的极小点要绕

13、射点R的正上方，而水平界面反射波时距曲线的极小点在激发点O的正上方，极小点的坐标为：3)绕射波时距曲线与反射波时距曲线在M点相切。射线RM既是反射线又是绕射线，所以在M点上两者时间相等，视速度相同，斜率一致，绕射波时间总是大于反射波时间。4)由于绕射波的时距曲线比t0值的反射波时距曲线弯曲大，当用一次反射波的时差进行校正时，由于校正量不足，所以校正后的绕射波时距曲线形状仍然是曲线。第二章 地震波运动学理论(补充知识)1频谱分析：利用付立叶方法来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。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

14、相，就叫做那复杂振动的频谱 2狄利克莱（Dirichlet)条件：任意一个区段内：1)信号f(t)除有限个间断点外都连续，2)仅有有限个极大和极小值。3傅里叶变换上式实际上是两个初相为零的谐振动的叠加，a、b是它们的振幅。为振动函数u1(t)的基频 基频的倍数n称泛频4非周期函数的连续谱当周期函数u(t)的周期T越大，基频减小，趋于零时成为非周期函数，对应的频谱为谱。如果u（t）是一个满足狄利克莱条件的非周期函数，它还是可以表示为许多谐振分量的叠加。这些谐振动分量的频率是连续分布的，得到的展开式不是级数，而是积分，通常写成是一个连续变量，而不再是一个固定的基频；分母上的2只是为了方便才引入的，

15、如果我们引入另一函数，则在上式中也可以不出现2。S（）叫做频谱密度，可以利用现成的公式由原有的振动函数u（t）求出；其公式是为互为付立叶变换 5付立叶展式性质1、唯一性定理 所谓唯一性是说u（t）和S（）是一一对应的。2、线性叠加定理设有N个函数以及N个常数（可以是实数，也可以是复数） 则有 分别是 的频谱特例1 当 时，这个定理叫做叠加定理。其意义是：合振动的频谱等于分振动频谱之和，逆定理也对。特例2 当N=1即只有一项时， 这定理叫做相似性定理。其意义是：两信号成比例时，其频谱也成比例；反过来，两频谱成比例时，其信号也成比例。 3、时标变换定理设 ，则 或通过对各种脉冲的延续时间t和它的频

16、谱的计算分析，可以得到t与成反比的结论。这个结论说明：一个系统的选择性和它的分辨能力这两种性能是矛盾的。如果系统的频率选择性好，既通频带窄，那么信号通过系统后，频谱要变窄，延续时间长，降低了分辨能力。4、时延定理设是一个实值常量，而 ，则有含意：1)在时间曲线上，两者差。2)频谱关系上，信号延迟振幅谱不变，相位谱加项。5、褶积定理频谱参数：主频：频谱极大值所对应的频率；频宽（带宽）：振幅谱等于最大值的0.707倍处的两个频率值之间的宽度。 主频0和频宽= 2-16地震波频谱特征及其应用激发条件对地震波频谱有影响：药量大，频率向低频方向移动岩石致密，频率向高频方向移动不同类型反射波频谱有差异：同

17、一界面的反射纵波比反射横波频率高；（其主要原因是横波的高频成分被吸收严重）取样定理 若信号满足这样的条件，即当频率f的绝对值大于某一固定的频率fc时，信号x(t)的频谱x(f)为0，则只需要按t1/2fc这样的取样间隔进行取样，所得序例x(n t)包含了x(t)的全部信息。假频 某一频率的连续信号，在离散取样时，由于取样频率小于信号频率的两倍，于是在连续信号的每一个周期内取样不足两个，取样后变成另一种频率的新信号，这就是假频。取样不足造成假频。假频的频率 与采样频率 和地震信号的频率 之间的关系为：时7线性时不变系统1)设输入x1 (t)产生的输出为 。输入x2(t)产生的输出为 ，a、b为任

18、意常数。如果输入 ，恒有输出为 则称这个系统是线性的。2)设输入x(t)产生的输出为 ，如果对于任意值，输入x(t+)所产生的输出为 则称这个系统是时不变的。用频率特征和时间特征描述系统的性质。 1)频率特征：简谐信号通过一个系统时，输出仍是同频率的的简谐信号，但振幅、相位都可能发生变化，系统对一个简谐信号的振幅和相位的这种改造作用，就用频率特性这一概念描述。振幅特性和相位特性2)时间特征 观察系统对短促作用(t)的反应。用h(t)表示。线性时不变系统的滤波方程若：输入信号及频谱为 输出信号及频谱为 系统时间及频率特性为 则： 时域褶积 频域乘积线性时不变系统的滤波方程滤波方程指一个系统的输入

19、、输出、系统特性三者间的定量关系。对应有频谱和频率特性关系。在地震信号处理中经常用到，有三种具体的情况：1)已知输入信号f(t)和系统特性h(t)，求输出信号g(t)。这是滤波和合成地震记录问题。2)已知输入信号f(t)和输出信号g(t)，求系统特性h(t) ，是系统识别问题。可用反褶积技术。3)已知输出信号g(t) 和系统特性h(t)，求输入信号f(t) ，这是信号复原问题，子波提取。频率滤波参数的选择第三章 地震资料采集方法与技术（一）一 地震勘探的野外工作概述地震数据采集： 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

20、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。试验工作： 1.干扰波的调查，了解工区内干扰波的类型和特性；（有四种观测干扰波的方法） 2.地震地质条件的了解，低速带、潜水面、地质构造特性等；(低速带-在地表附近一定深度范围内，其地震波的传播速度往往要比它下面的地层地震波速度低得多的地层。) 3.选择激发的最佳条件，浅层岩性、激发方式和炸药量； 4.选择接收和记录地震波的最佳条件，观测系统、检波器放置和仪器参数。1干扰波类型随机干扰没有一定规律，没有一定的的主频和视速度，也没有一定传播方向，在地震记录上形成杂乱无章的干扰。规则干扰具有一定主频和视速

21、度，能在地震记录以上一定同相轴出现的干扰波。（声波、面波、浅层折射波、多次拨、侧面波、工业干扰）面波的压制方法：选择适当的激发条件激发岩性：疏松地层容易产生较强的面波激发深度：越深面波越弱（离自由表面越远）采用组合法压制面波（组合的方向特性）选择适当的观测系统，避开面波。例如适当的偏移距频率滤波：利用面波有有效波的频谱差异（面波频率低）瑞雷面波（Rayleigh wave）定义：与自由表面相联系的面波，在低着勘探中称为地滚波。特点：低频，低速，有频散，质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆2干扰波的调查方法1.小排列土坑炸药，短道距（35米），单个检波器；使务种规则的干扰波被追踪出来。 2.直角排列

22、查明干扰方向，确定沿地表面传播的波。 3.方位观测确定三维方向和振动方向，如识别面波中乐夫波和瑞利波。 4.三分量观测在井中用VSP（垂直地震剖面）。3 低速带定义：地表附近的地层，由于长期受地质风化的作用，变得较疏松，其波的传播速度比下层未风化层的速度要低很多，称该低速层为低速带。低速带的影响，作用：低速带的存在，使从深部反射上来波的射线按斯奈尔定律向法线方向偏移，因此在地表附近，纵波的质点位移几乎垂直于地表，横波位移在地表作水平运动。虚反射：从震源首先到达地面发生反射，然后向下传播，再 从地下界面反射的波二 野外观测系统1地震测线布置包含两个内容： 1)设计观测系统； 2)野外测线位置的确

23、定。 地震测线 指沿着地面进行地震勘探工作的路线。（也指：接受点以线性方式排列成线）。对测线布置两个总的要求：1)测线应为直线 2)测线一般垂直地下构造的走向2勘探目的对测线布置的要求1、路线普查大剖面，在未作地震工作区进行，了解该区的地质构造。布置测线的依据是其它物探方法的资料，布线要求：垂直工区地质构造的走向，尽可能穿过多个地质构造单元，尽量布置直线。2、面积普查查清含油气的远景区域，寻找可能的储油气带，查明大的局部构造。布线要求：主测线垂直构造走向，测线间距不漏掉局部构造，线距不应大于预测构造的一半，（测线间距达几百米几公里），有联络线。3、面积详查查明构造特点，如大小、形态、层厚、断层

24、等。4、构造细测油田开发，钻井时需要，加密测线。海上定位的特点运动的状态，无法精确瞄准定位距离长，测距很难满足 因此，常规测量直接定位无法满足观测系统：地震波的激发点和接收点的相互位置关系。地震排列：每条测线都分成若干观测段，逐段进行观测，每次激发时所安置的多道检波器的观测地段。观测系统设计：在室内，依据施工区的地质情况，先画出激发点与接收点的位置关系，野外施工时按这种关系定点、激发和接收。总的原则是尽量使记录到的地下界面能连续迫踪，避免发生有效波彼此干涉的现象3 观测系统的分类观测系统分单边和双边放炮两大类： 1)单边放炮观测系统指炮点位于排列的一侧，其中：炮点位于左侧（西或南）叫小号放炮，

25、炮点位于右侧（东或北）叫大号放炮。 2)双边放炮观测系统指炮点位于排列的两侧。4 单次复盖观测系统一次连续观测系统，即每个反射点只采集一次。不断地移动接收点和炮点位置，就可以连续追踪界面R 优点是炮点与接收点靠近，野外施工方便，不受折射波的干扰，也减少有效波之间的干涉。缺点是近炮点的几道常受爆炸后的声波和面波的干扰。 特点：每次只往前搬动半个排列，即第二炮的后排列铺在第一炮原来的排列位置上。 综合平面法将激发点和排列按一定比例尺标画在一条直线上，然后从激发点向两侧作与测线成45角的斜线，组成坐标网。当在测线上某点激发而在某一地段接收，则可将测线上的接收段投影到通过爆炸点的45斜线上，用这段投影(斜线)来表示接收段。 要了解观测段所反映(追踪)的界面(水平)，可以把斜线上的接收段向水平线作投影