野外工作方法和地震勘探技術(shù)研究

1、野外工作方法和地震勘探技術(shù)研究1、地震測線的布置第四節(jié) 地震測線布置和觀測系統(tǒng)應(yīng)考慮：工作任務(wù)、探測對象、地質(zhì)構(gòu)造、地形、地貌；應(yīng)收集：地質(zhì)、物探資料，尤其鉆井及測井資料。1）測線布置原則(1) 測線最好為直線。其切面為一平面，所反映的構(gòu)造形態(tài)較真實(shí)。(2) 主測線垂直巖層或構(gòu)造走向。目的：控制構(gòu)造形態(tài)， 利于資料分析與解釋。(3) 盡量與其它物探線一致（或過鉆孔）。便于綜合分析解釋。(4) 疏密程度應(yīng)據(jù)地質(zhì)任務(wù)、探測對象大小及復(fù)雜程度等因素確定。(5) 考慮地形、地物。復(fù)雜條件，彎曲測線或分段觀測。地震采集時(shí)所布置的檢波器所構(gòu)成的線，分為三維和二維測線。三維測線有線號(hào)和道號(hào)之分。 工作中：作

2、輔助測線布置，解決一些特殊問題（如探測洞穴、古墓、古河床等），彌補(bǔ)縱測線的不足。2）測線布置形式1.接收點(diǎn)、激發(fā)點(diǎn)在同一直線上。工作中：多使用縱測線。處理、分析、解釋方便。2. 非縱測線 幾種測線形式接收、激發(fā)點(diǎn)不在同一測線上。非縱測線：橫測線、側(cè)測線、弧形測線。縱側(cè)線：炮點(diǎn)與測點(diǎn)在一條直線上縱側(cè)線：炮點(diǎn)與測點(diǎn)在一條直線上非縱側(cè)線：炮點(diǎn)與測點(diǎn)不在一條直線上非縱側(cè)線：炮點(diǎn)與測點(diǎn)不在一條直線上2、觀測系統(tǒng)1 .觀測系統(tǒng)定義：激發(fā)點(diǎn)與接收地段的相對位置關(guān)系。一般以縱測線觀測為主。2.道間距X 定義：相鄰兩道檢波器的間距，用X表示。 工作中：調(diào)查目的不同，X不一樣。一般，道間距小，測量精度高，綜合確定

3、。1）幾個(gè)基本概念3.排列長度 顯然，道間距大，排列長度大，工作效率高。不宜太大，相位追蹤 對比困難，遠(yuǎn)處能量衰減大。4.偏移距定義：炮點(diǎn)離最近一個(gè)檢波器的距離，用X1表示。工作中：端點(diǎn)不設(shè)檢波器。一般為道間距的整數(shù)倍。定義：離開炮點(diǎn)最遠(yuǎn)的檢波點(diǎn)與炮點(diǎn)的距離，用Xmax表示。最大炮檢距與探測深度有密切關(guān)系。反射：目的層深度的倍。5.最大炮檢距6. 互換時(shí)間把激發(fā)點(diǎn)和排列向一個(gè)方向移動(dòng)，重復(fù)以上工作，得一連續(xù)長反射界面。圖中，T=T（互換時(shí)間）。觀測系統(tǒng)圖示2）綜合平面圖綜合平面圖表示觀測系統(tǒng)綜合平面圖O1激發(fā)，O1O2接收，用O1A表示，O1A在測線上投影O1A1對應(yīng)反射界面R1R2；O2激發(fā)

4、，O1O2接收，用O2A表示，相應(yīng)反射界面為R2R3。兩次激發(fā)，得連續(xù)反射界面段R1R3。簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)如固定在排列一端激發(fā)，每激發(fā)一次，排列沿測線方向移動(dòng)一次（半個(gè)排列長度），稱單邊激發(fā)觀測系統(tǒng)。如圖所示。 簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)(a) 雙邊激發(fā) (b) 單邊激發(fā) 定義：炮點(diǎn)離接收點(diǎn)一定距離激發(fā)。避開震源附近面波和聲波的強(qiáng)干擾，又稱偏移觀測系統(tǒng)。如圖所示。3.單次覆蓋簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)這種觀測系統(tǒng)，可連續(xù)勘探整條測線以下反射界面，所得地震剖面為單次剖面。由于在排列兩端分別激發(fā)，又稱雙邊激發(fā)觀測系統(tǒng)。A點(diǎn)激發(fā)BC段接收B點(diǎn)激發(fā)AD段接收O2激發(fā)，O1O2接收，用斜線段O2A表示，對R2R3進(jìn)行了一次

5、觀測，叫單次覆蓋；O1激發(fā)，又在O2O3接收，用斜線段AB表示，又對R2R3進(jìn)行了一次觀測，叫二次覆蓋。同理，可對R2R3段進(jìn)行更多次覆蓋。多次覆蓋觀測系統(tǒng)：對整條反射界面進(jìn)行多次覆蓋的系統(tǒng)。多次覆蓋技術(shù)：壓制多次反射波之類的特殊干擾波，以提高地震記錄的信噪比。4.多次覆蓋觀測系統(tǒng)對地下界面重復(fù)觀測多少次就稱為幾次覆蓋。共中心點(diǎn)疊加單邊放炮4次覆蓋觀測系統(tǒng)單邊放炮6次覆蓋觀測系統(tǒng)第五節(jié) 地震波的激發(fā)和接收1、地震波的激發(fā) 1.地震勘探對激發(fā)條件的基本要求 激發(fā)條件：影響地震記錄好壞的第一因素，得到好的有效波的基礎(chǔ)條件。(1) 有一定能量，保證獲得勘探目的層的反射；(2) 有效波能量強(qiáng)，干擾波相

6、對微弱，有較高的信噪比；(3) 頻帶較寬，盡可能接近脈沖（尖脈沖），以利提高分辯率；(4) 同點(diǎn)激發(fā)，地震記錄重復(fù)性好。 2.震源類型兩類：炸藥震源，非炸藥震源。(1) 炸藥震源炸藥激發(fā)產(chǎn)生的地震波頻譜寬、能量強(qiáng)、高頻成為豐富。 K是常數(shù)，炸藥激發(fā)產(chǎn)生的地震波主頻f與藥量Q的關(guān)系：藥量對頻率成分的影響上式可見，藥量越大，激發(fā)產(chǎn)生 的頻率越低。圖表示不同藥量在相同炮點(diǎn)和激發(fā)深度處，同一接收排列接收到的信號(hào)頻譜（）。結(jié)論：在保證獲得勘探目的層反射前提下，盡量小藥量激發(fā)，以獲得高頻的地震波。淺震：常用幾十克到上千克的小藥量或雷管激發(fā)。激發(fā)方式：地面爆炸，淺井爆炸。淺井爆炸：井深1米，藥包放在井中并將

7、土回填埋實(shí)，促使能量向下傳播，壓制干擾波（面波、聲波等）。如下圖所示。錘擊置于地面的鋼板， 18磅或24磅。 地表結(jié)構(gòu)：潮濕密實(shí)地面效果好，干燥松軟地面效果較差。 優(yōu)點(diǎn)：可多次激發(fā)，重復(fù)性好（保持鋼板與地面的耦合好），信號(hào)增強(qiáng)。缺點(diǎn)：頻譜低于炸藥震源，能量有限，不適合深層。 高頻震源槍 用震源彈射入淺孔(充水或潮濕的孔)，爆炸激發(fā)地震波。 優(yōu)點(diǎn)：定向發(fā)射，利于能量向下傳播；高頻成分豐富，利于高分辯率勘探。 電火花和空氣槍震源多用于水上勘探。 電火花震源：利用電容器儲(chǔ)存高壓電能，在一瞬間通過水介質(zhì)釋放，在水中產(chǎn)生壓力作用于大地而形成地震波?？諝鈽屨鹪矗簩嚎s空氣在短暫瞬間釋放于水中，從而產(chǎn)生地震

8、波。 特點(diǎn)：兩種震源都安全，無環(huán)境污染，高頻成分豐富，能量可調(diào)。價(jià)格較貴。以上幾種震源，當(dāng)目的層深度H：H50m，錘擊、小炸藥量；H50100m，小炸藥量、高頻震源槍；H501000m，電火花、高能炸藥。錘擊震源的波譜2、地震波的接收 1.地震勘探對接收條件的基本要求(1) 有效波突出，并有明顯特征；(2) 有效波層次分明，波間關(guān)系清楚，尤其是目的層反射應(yīng)明顯； (3) 干擾波少，強(qiáng)度弱，并易于分辨。動(dòng)圈式檢波結(jié)構(gòu)圖2、地震波的接收電動(dòng)式檢波器結(jié)構(gòu)示意圖 100HZ垂直檢波器 ;100HZ水平檢波器1.檢波器的特性和參數(shù)2.檢波器的方向特性檢波器最靈敏方向，應(yīng)與波的振動(dòng)方向一致，所接收到的信號(hào)

9、最強(qiáng)。接收縱波：檢波器最靈敏方向?qū)?zhǔn)波的傳播方向；接收橫波：檢波器最靈敏方向垂直于傳播方向。 3.檢波器的頻率特性高頻檢波器：高頻響應(yīng)好，低頻響應(yīng)差。如圖所示。大地衰減和檢波器特性曲線 大地濾波衰減曲線； 檢波器頻率響應(yīng)曲線； 檢波器大地特性。高、低頻信號(hào)的輸出基本均一。 由于高頻檢波器對低頻強(qiáng)振幅信號(hào)進(jìn)行了衰減，從而避免了地震勘探儀器前置放大器處于飽和狀態(tài)。4、檢波器與大地耦合 耦合取決于：檢波器重量，檢波器與地面的有效接觸面積，地面振動(dòng)幅度，地表彈性模量。因此，檢波器應(yīng)埋直、埋深，土層應(yīng)潮濕、致密。對基巖、水泥地：石膏等固結(jié)。 對泥水：加長尾錐。5.檢波器排列第六節(jié) 觀測參數(shù)選擇假頻1.采

10、樣率圖 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別對連續(xù)信號(hào)進(jìn)行25、100、125、200、250Hz采樣，則輸出頻率分別為25、100、125、50、0Hz。顯然，后兩個(gè)采樣不足，出現(xiàn)假頻。 假頻：某連續(xù)信號(hào)，采樣頻率小于信號(hào)頻率的兩倍，則在每個(gè)周期內(nèi)采樣不足兩個(gè)，采樣后變成另一種頻率的新信號(hào)。 圖 (a)：tTa/2，可辨認(rèn)有效波的相同相位。圖 (b)：tTa/2，易造成相位對比錯(cuò)誤。2.道間距X的選擇X選擇原則：各道間相位關(guān)系清楚，同時(shí)軸明顯。選擇大小的總原則為：經(jīng)過處理后能在地震剖面的相鄰道上可靠地追蹤波的同一相位并且不出現(xiàn)空間假頻，根據(jù)采樣定理有考慮到有效波的視速度，常把道間距的最

11、大限度定為對于深層：反射波Va大，X大； 道間距X的選擇有利于有效波的對比，有效波能夠可靠對比的條件是:其中T是有效波的視周期，t是相鄰接收道的波至?xí)r間差；因此道間距應(yīng)滿足：3偏移距：激發(fā)點(diǎn)至排列中第一個(gè)接收點(diǎn)之間的距離（最小炮檢距） 所謂最佳偏移距技術(shù)，就是在最佳窗口內(nèi)選擇一個(gè)公共偏移距，然后如圖所示那樣，移動(dòng)震源，保持所選定的偏移距。每激發(fā)一次只用一道接收，用12道（或24道）地震儀在每個(gè)觀測點(diǎn)上激發(fā)接收，最后得到一張多道記錄，各道具有相同的偏移距。另一種方法是采用計(jì)算機(jī)對共炮點(diǎn)記錄進(jìn)行自動(dòng)選排，也可以獲得各種偏移距的共偏移距剖面。由于是在最佳窗口內(nèi)選擇的公共偏移距，因此不受振幅和相位變化

12、的影響。利用這種共偏移距地震剖面，容易正確識(shí)別同相軸，由于偏移距相同，不需作動(dòng)校正。在進(jìn)行其它數(shù)據(jù)處理之前，常用來了解反射波同相軸的大致位置。 4. 最佳接收段問題 最佳接收地段又稱為“最佳時(shí)窗”。在最佳時(shí)窗內(nèi)接收，可避開面波和折射波的干擾，此外，其反射波振幅隨炮檢距的增大而減小，相位隨炮檢距的增大而基本保持不變?？梢姟Ｗ罴褧r(shí)窗的選取關(guān)鍵在于選取接收排列的兩個(gè)端點(diǎn)。即選擇偏移距和最大炮檢距。 在淺層反射波法勘探中，一種觀測方式是選擇最佳窗口法，它的目的是為了選擇最佳接收地段。為了使面波、聲波、直達(dá)波和折射波產(chǎn)生較少的干擾，可以把接收地段選擇在既不受面波的影響，也不受折射波影響的地段。這種最佳接

13、收地段稱為最佳窗口，一般要通過實(shí)地試驗(yàn)來選擇確定。 最佳時(shí)窗的選取 (a) 地質(zhì)模型 (b) 各種波的時(shí)距曲線分布 圖 (a)是一個(gè)模型實(shí)例。這個(gè)模型的覆蓋層厚度為90m，速度為1600m/s，它覆蓋在速度為5000m/s的基巖上。圖5.30(b)給出了基巖反射波、折射波以及覆蓋層中的直達(dá)波和地滾波的時(shí)距曲線分布情況，并確定出了最佳窗口地段。 圖 (a)是根據(jù)圖的模型計(jì)算出的反射波振幅隨炮檢距的變化情況。圖中曲線的拐折是地震縱波入射到分界面上產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波的結(jié)果（第一章中我們詳細(xì)討論了縱波入射時(shí)在彈性分界面上波的轉(zhuǎn)換和能量分配問題，知道在臨界角附近各種轉(zhuǎn)換波的能量變化很大）。 通過研究可知，曲線拐

14、折位置與所選模型的速度、反射界面的埋深、臨界角等因素有關(guān)；反射縱波的振幅變化主要與傳播的P波、S波的臨界角（分別為1和2）有關(guān)。在第一臨界角處，反射縱波振幅出現(xiàn)一極大值，在第一臨界角1和第二臨界角2之間，反射縱波振幅為一弱振幅條帶，在第二臨界角以外反射縱波又呈現(xiàn)強(qiáng)振幅變化。圖中標(biāo)出了反射波振幅相對平穩(wěn)地段為最佳窗口地段。 (a)相對振幅曲線 圖 (b)是根據(jù)圖模型計(jì)算出的反射波相位曲線，顯然，該曲線與振幅曲線有關(guān)。在近震源法線入射時(shí)，沒有相位變化，而在第一臨界角附近，反射波振幅出現(xiàn)極大值的地方有一小的相位變化，在第二臨界角附近，反射波出現(xiàn)強(qiáng)振幅的地方相位變化很大，可從-180轉(zhuǎn)到+180。在這

15、個(gè)相位變化無常的區(qū)段內(nèi)，識(shí)別反射波顯然是非常不利的，圖中標(biāo)出了相位相對變化平穩(wěn)的地段為最佳窗口。 (b)相位曲線 由上面討論可知，最佳窗口兩邊的選擇，近震源一邊受地滾波的限制，遠(yuǎn)震源一邊受波的振幅和相位變化的控制。如果界面兩側(cè)介質(zhì)的波速相差比較大，反射波又是寬角反射（在臨界角附近的反射）的情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最大炮檢距的距離不得大于界面埋深的倍；反之，如果速度差較小，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則可適當(dāng)放寬。 下圖是同一激發(fā)點(diǎn)不同接收地段的多張12道地震記錄拼成的淺層反射記錄。反射目的層是古生代的灰?guī)r，上部是冰磧物覆蓋層，采用X=3m，X1=3m和100Hz的高頻檢波器接收。從圖中可見，目的層反射波在近炮點(diǎn)受到強(qiáng)大

16、的地滾波和高頻聲波的干擾，遠(yuǎn)炮點(diǎn)目的層反射波相位發(fā)生了變化。顯然，最佳時(shí)窗的近炮點(diǎn)為3035m，遠(yuǎn)炮點(diǎn)為70100m為宜。 值得指出的是，最佳窗口接收技術(shù)在探測比較單一的目的層時(shí)效果較好，若要求探測的目的層是深淺相差較大的多層介質(zhì)，就很難選擇最佳窗口，尤其當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較復(fù)雜，或外界干擾背景較大，或要求探測的淺、深層范圍較大時(shí)，必須采用水平多次疊加技術(shù)。 從高分辨率地震勘探的角度考慮，激發(fā)和接收的總原則為：1）小藥量激發(fā)2）寬頻帶接收3）觀測系統(tǒng)采用小道距4）小偏移距5）無組合檢波6）合適的覆蓋次數(shù)圖5.21 共反射點(diǎn)疊加模型(a) 地質(zhì)模型 (b) 共反射點(diǎn)時(shí)距曲線 (c) 動(dòng)校正 (d) 疊加

17、 A點(diǎn)：共反射點(diǎn)或共深度點(diǎn)。 M點(diǎn)：A的投影點(diǎn)，共中心點(diǎn)或共地面點(diǎn)。 S1、S2、S3地震道：共反射點(diǎn)或共深度點(diǎn)）疊加道。集合稱CDP(共深度點(diǎn))道集。 以炮檢距X為橫坐標(biāo)，以反射波到達(dá)各疊加道的時(shí)間t為縱坐標(biāo)，可繪出對應(yīng)A點(diǎn)的半支時(shí)距曲線。將炮點(diǎn)和接收點(diǎn)互換，得到另半支時(shí)距曲線。整支時(shí)距曲線稱共反射點(diǎn)時(shí)距曲線。方程為Xi共反射點(diǎn)道集中各道的炮檢距，hM點(diǎn)處的界面法線深度。5.多次覆蓋原理 上式與水平界面的共炮點(diǎn)反射波時(shí)距方程在形式上完全一樣，但其物理含義不同。(1) 共炮點(diǎn)反映一個(gè)區(qū)段，共反射點(diǎn)反映一個(gè)點(diǎn)； (2) 共炮點(diǎn)t0表示炮點(diǎn)回聲時(shí)間，共反射點(diǎn)t0表示A的垂直反射時(shí)間，即M點(diǎn)的回聲時(shí)

18、間。當(dāng) Xi=0時(shí)，t0=2h/V。對共反射點(diǎn)時(shí)距曲線動(dòng)校正： 把各疊加道的時(shí)間校正到M點(diǎn)的回聲時(shí)間，或者把曲線拉平，如圖(c)示。 假設(shè)各疊加道波形相似，必是同相疊加，疊加后振幅成倍增加。如圖(d)示。 如圖示，在水平界面R1上產(chǎn)生二次全程反射，在R2界面上產(chǎn)生一次反射，假設(shè)一次波的t0時(shí)間等于二次波的t0時(shí)間t0D。用視速度定理易證：具有相同t0時(shí)間的二次波曲線比一次波彎曲。圖5.22 剩余時(shí)差曲線 對時(shí)距曲線t及tD按一次波的速度進(jìn)行動(dòng)校正：一次波：t被拉平到t0； 多次波：tD不能拉平(為tD)，校正量不足，校正后仍上彎，叫剩余時(shí)差曲線。 剩余時(shí)差：多次波時(shí)距曲線按一次波校正后與t0的時(shí)差，用tD表示。 2.共反射點(diǎn)多次波的疊加效應(yīng)t動(dòng)校正量，q多次波剩余時(shí)差系數(shù)由上可見，多次波剩余時(shí)差tD與炮檢距x2成正比。 各疊加道tD不同，疊加時(shí)非同相疊加, 疊加后多次波