第4章地震組合法原理

地震勘探原理第四章地震組合法原理1第四章地震組合法原理重點：■地震組合的基本概念■簡單線性組合的方向特性■簡單線性組合的頻率特性■組合對隨機干擾的統(tǒng)計效應(yīng)難點：■地震組合中提高信噪比和提高分辨率的關(guān)系■影響地震組合效果的主要因素2第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點第二節(jié)簡單線性組合的方向特性第三節(jié)隨機干擾的特點第四節(jié)組合的其他效應(yīng)第五節(jié)組合參數(shù)的確定第六節(jié)其他組合方式第四章地震組合法原理3第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點第四章地震組合法原理在野外施工的主要技術(shù)為組合和多次覆蓋。地震組合法就是利用干擾波與有效波在傳播方向上的不同而提出的壓制干擾波的一種方法。4組合

把多個檢波器接收到的信號作為一個輸出地震道，或者{用多個震源同時激發(fā)構(gòu)成一個總的震源}，前者稱為檢波器組合，后者稱為震源組合。

組合的作用

組合法是利用干擾波與有效波在傳播方向上的不同，可以壓制規(guī)則干擾，也可以壓制隨機干擾。地震組合的分類野外檢波器組合野外震源組合第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點室內(nèi)混波5野外可控震源組合激發(fā)第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點6空氣槍組合第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點71、在傳播方向上不同，即干擾波的最大真速度和有效波的視速度范圍不同有效波如水平界面的反射波幾乎是從地下垂直反射回來到地面；干擾波如面波沿地表附近傳播。實質(zhì)上是視速度上有差別。針對這一類型的干擾波，在野外施工時，往往采用檢波器組合的方法壓制；在進行資料處理時，還可以采用視速度濾波(f-k濾波)進行去除。第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點干擾波與有效波的差別及壓制方法8第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點9第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點10第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點2、有效波和干擾波可能在頻譜上有差別此類干擾波的壓制方法主要是野外記錄是進行有目的的采取濾波和室內(nèi)的頻率濾波處理。3、有效波和干擾波經(jīng)過動校正后的剩余時差可能有差別如多次波，經(jīng)過動校正后，剩余時差仍不為0。如今廣泛使用的野外多次覆蓋、室內(nèi)水平疊加技術(shù)能較好壓制多次波；另外，預(yù)測反褶積方法對多次波也有良好的壓制效果。11一次波和多次波124、有效波和干擾波在出現(xiàn)的規(guī)律上可能不同風(fēng)吹草動等引起的隨機干擾的出現(xiàn)規(guī)律與有效波不同。對于隨機干擾，主要是利用其統(tǒng)計規(guī)律進行壓制，如多次疊加、組合法等都是有效方法。另外，相關(guān)濾波、相干疊加等室內(nèi)處理方法也有很好的效果。第一節(jié)地震勘探中干擾波的特點1314組合(array)：指用一組檢波器將信號輸出到同一地震道，或者同時激發(fā)一組震源，有時也稱組合形式(pattern)。組合的實現(xiàn)：

1）野外檢波器組合，即把安置在測線上一定距離的幾個檢波器所接收到的振動疊加起來作為一道地震信號。

2）野外的震源組合，即在相隔一定距離的幾個震點上同時激發(fā)，總效應(yīng)為一炮。

3）室內(nèi)混波，把若干個地震道信號按比例相加，作為一個新地震道。第二節(jié)簡單線性組合的方向特性一、組合的概念15第二節(jié)簡單線性組合的方向特性組合的類型1）簡單線性組合若干個檢波器沿直線等距排列各檢波器的靈敏度相同2）加權(quán)組合各檢波器的靈敏度不同3）面積組合組合的目的：增強有效波，壓制干擾波，提高信噪比。對于規(guī)則干擾波，組合具有方向特性，對不同方向來的波，具有不同的靈敏度；對于隨機干擾也可壓制。16第二節(jié)簡單線性組合的方向特性17第二節(jié)簡單線性組合的方向特性18第二節(jié)簡單線性組合的方向特性組合的基本概念道間距：組內(nèi)距：19第二節(jié)簡單線性組合的方向特性2021第二節(jié)簡單線性組合的方向特性22第二節(jié)簡單線性組合的方向特性23第二節(jié)簡單線性組合的方向特性24第二節(jié)簡單線性組合的方向特性25第二節(jié)簡單線性組合的方向特性26第二節(jié)簡單線性組合的方向特性27第二節(jié)簡單線性組合的方向特性28第二節(jié)簡單線性組合的方向特性29第二節(jié)簡單線性組合的方向特性30第二節(jié)簡單線性組合的方向特性31第二節(jié)簡單線性組合的方向特性32第二節(jié)簡單線性組合的方向特性33第二節(jié)簡單線性組合的方向特性34第二節(jié)簡單線性組合的方向特性35第二節(jié)簡單線性組合的方向特性36第二節(jié)簡單線性組合的方向特性37第二節(jié)簡單線性組合的方向特性38第二節(jié)簡單線性組合的方向特性39第二節(jié)簡單線性組合的方向特性40第二節(jié)簡單線性組合的方向特性41第二節(jié)簡單線性組合的方向特性4243第二節(jié)簡單線性組合的方向特性44第二節(jié)簡單線性組合的方向特性45第二節(jié)簡單線性組合的方向特性46第二節(jié)簡單線性組合的方向特性47第二節(jié)簡單線性組合的方向特性5、組合的頻率特性曲線48第二節(jié)簡單線性組合的方向特性496、組合頻率濾波的副作用

①是地震的分辨率降低；由于組合檢波系統(tǒng)系統(tǒng)具有低通濾波的作用，會濾掉高頻成分，使地震波的頻譜變窄，n越大，時差越大，低通濾波的作用越強烈，也就是說加強組合壓制干擾的能力要以犧牲一定的分辨率為代價②有效波發(fā)生畸變；組合檢波器相當(dāng)于頻率濾波，對地震脈沖不同頻率成分的作用不同，使組合后有效波的的波形與組合前不同，尤其n和時差比較大時，有效波的的波形發(fā)生畸變；第二節(jié)簡單線性組合的方向特性50

應(yīng)當(dāng)注意：考慮脈沖波的組合就不能用組合前后的振幅比來說明組合的方向特性，只能用別的參數(shù)，如振幅極值比、能量比或包絡(luò)面積比等。第二節(jié)簡單線性組合的方向特性7、脈沖波的組合特性51檢波器數(shù)目n分別為2、3、4、5時脈沖波的組合特性曲線第二節(jié)簡單線性組合的方向特性52

通過對脈沖波的組合特性的討論所得到的主要結(jié)論是：脈沖波與簡諧波組合特性曲線的通放帶寬度基本一致；脈沖波的壓制帶不是周期性曲線，無零值，但其數(shù)值基本上與簡諧波的壓制帶極值相同，為1/n左右。53從上圖可以看到，脈沖波組合特性曲線的二次極大區(qū)較寬，數(shù)值較小，有的不出現(xiàn)。由此可見，簡諧波的組合方向特性曲線基本上也能適用于脈沖波，只是在二次極大區(qū)方面，兩者有所不同（見下圖）。第二節(jié)簡單線性組合的方向特性n=9時脈沖波與簡諧波的組合效應(yīng)比較①振幅極值比；②能量比；③包絡(luò)面積比；④簡諧波541、地震勘探中常遇到隨機干擾其來源可分三類：1)地面的微震，如風(fēng)吹草動，人走車行，這類干擾的特點是在震源激發(fā)前就已存在。2)儀器接收或處理過程中的噪音。3)激發(fā)產(chǎn)生的不規(guī)則干擾：次生的干擾波，如不均勻體散射等。特點是無方向性，相位變化無規(guī)律。第三節(jié)隨機干擾的特點利用組合的方向特性能壓制與有效波傳播方向不同的規(guī)則干擾波。組合對隨機干擾也有較好的壓制作用，主要是利用組合的統(tǒng)計特性。一、勘探中隨機干擾的特點及產(chǎn)生原因552、隨機干擾的特點：在記錄上表現(xiàn)為雜亂無章的振動，頻譜很寬，無一定的視速度。形成條件有人為條件、激發(fā)條件和設(shè)備。隨機干擾表面上看不規(guī)則，但也有規(guī)則，它遵循“統(tǒng)計規(guī)律”，這是與有效波有差別的。組合壓制隨機干擾是利用它的統(tǒng)計規(guī)律對它來進行壓制。第三節(jié)隨機干擾的特點56第三節(jié)隨機干擾的特點二、地震勘探中的隨機干擾是具有各態(tài)歷經(jīng)性質(zhì)的平穩(wěn)隨機過程。在實際問題中，常常遇到時間t的隨機函數(shù)f(t)，即函數(shù)的自變量是時間t，而函數(shù)值是一個隨機變量。這種函數(shù)稱為隨機過程。57第三節(jié)隨機干擾的特點隨機過程不是指一個單個的隨機函數(shù)，而是隨機函數(shù)n(t)的集合，即同一環(huán)境條件產(chǎn)生的隨機函數(shù)，某次可能以n1(t)的形式出現(xiàn)，另一次又可能以n2(t)的形式出現(xiàn)等等，但這些形式都有同一的統(tǒng)計規(guī)律，即n1(t)，n2(t)…則稱為隨機過程的一次“實現(xiàn)”，或“樣本函數(shù)”。對一個隨機過程，只有知道它多次單個隨機函數(shù)n1(t)，n2(t)…等，才能真正了解這個隨機過程的全部特點。

58第三節(jié)隨機干擾的特點例如：地震勘探中的隨機干擾，當(dāng)我們考慮在某一個檢波器記錄下來的隨機干擾的振幅隨記錄時間的變化規(guī)律n(t)時，n(t)即為一個隨機過程。隨機干擾的振幅在不同的時間t有不同的值，但不能用一個確定的時間函數(shù)來描述。因為對每一t值，振幅值是不能預(yù)先肯定的，它可以取各種不同的值。59平穩(wěn)隨機過程指其基本條件在時間變化過程中保持不變，故其統(tǒng)計規(guī)律也不隨時間而變化的隨機函數(shù)的集合。那么對隨機過程的一次實現(xiàn)，只需研究足夠長的一段時間即可獲得該次實現(xiàn)的統(tǒng)計規(guī)律。地震勘探中記錄一次隨機干擾，如果把它分成若干個過程，它們的統(tǒng)計規(guī)律相同，這個隨機干擾是平穩(wěn)的，只需研究其中一個過程。圖4-3-2第三節(jié)隨機干擾的特點60第三節(jié)隨機干擾的特點平穩(wěn)的隨機過程各態(tài)歷經(jīng)性質(zhì)

—指一個隨機過程的統(tǒng)計規(guī)律不必從多次實現(xiàn)中求得，只需從一次實現(xiàn)中便可求得。即在一次實現(xiàn)中已能反映該隨機過程的全部特點。對各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程，只需得到隨機干擾的一次較長的記錄，就可研究它的統(tǒng)計規(guī)律。地震勘探中，隨機干擾可視為具有各態(tài)歷經(jīng)性質(zhì)的平穩(wěn)

隨機過程，其統(tǒng)計性質(zhì)不隨時間變化，只需幾個統(tǒng)計參數(shù)就可以描述這個隨機過程。61第三節(jié)隨機干擾的特點

62第三節(jié)隨機干擾的特點63第三節(jié)隨機干擾的特點3.相關(guān)函數(shù)---描述隨機過程變換快慢的量■兩個隨機過程可以有相同的平均值或方差，但不能保證它們的變化過程一致?！鲇靡粋€相關(guān)函數(shù)來表示兩個隨機過程的變化的相似程度，這是描述隨機過程的“變化快慢”的一個統(tǒng)計特性參數(shù)。64第三節(jié)隨機干擾的特點用一個相關(guān)函數(shù)來表示兩個隨機過程的變化的相似程度，這是描述隨機過程的“變化快慢”的一個統(tǒng)計特性參數(shù)。用一種數(shù)值來定量地表示兩個過程的相似程度。65第三節(jié)隨機干擾的特點66第三節(jié)隨機干擾的特點67四、隨機干擾的相關(guān)半徑隨機干擾的相關(guān)半徑是一個與統(tǒng)計效應(yīng)有關(guān)的概念。地震勘探中，如果認(rèn)為兩個檢波器分別記錄下來的隨機干擾是不相關(guān)的，必須滿足一定的條件，即檢波器要相距較遠(yuǎn)。隨機干擾的相關(guān)半徑就定量說明兩個檢波器至少要相距多遠(yuǎn)，才能認(rèn)為這兩個檢波器分別記錄下的隨機干擾是不相關(guān)的。第三節(jié)隨機干擾的特點68第三節(jié)隨機干擾的特點圖2-16隨機干擾的相關(guān)函數(shù)曲線如圖2-16是我國某地區(qū)隨機干擾計算出的相關(guān)函數(shù)。從圖中可以看出，當(dāng)大于16m時，隨增大，標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)函數(shù)為負(fù)值，由相關(guān)函數(shù)的意義，可以認(rèn)為對于距離大于16m的兩個位置上接收到的隨機干擾，它們之間就互不相關(guān)了。因此我們把自相關(guān)函數(shù)的第一個零點值所對應(yīng)的值，叫做隨機干擾的相關(guān)半徑。69值得注意：究竟這個相關(guān)系數(shù)的值是多少，才可算作不相關(guān)，這里有人為因素，如ρ(l△x)<0.作為相關(guān)半徑的標(biāo)準(zhǔn)。地震勘探中認(rèn)為：兩個檢波器分別記錄的隨機干擾不相關(guān)有一個條件，即距離要較遠(yuǎn)。而一個地區(qū)的隨機干擾的相關(guān)半徑，就是說明該地區(qū)兩個檢波器之間至少要相距多遠(yuǎn)，才能認(rèn)為這兩個檢波器的隨機干擾不相關(guān)。當(dāng)組內(nèi)檢波器的距離大于隨機干擾的相關(guān)半徑時，組合的統(tǒng)計效應(yīng)達到最大值.

第三節(jié)隨機干擾的特點70第三節(jié)隨機干擾的特點71第四節(jié)組合的其他效應(yīng)7273可知：組合相當(dāng)于一個低通濾波器，組合后信號的頻譜與組合前單個檢波器的信號頻譜有差異，即組合前后的波形發(fā)生了畸變。組合是為了利用地震波在傳播方向上的差異來壓制干擾波，突出有效波。雖然組合本身具有一定的頻率選擇作用，但我們不是利用這種頻率選擇作用進行頻率濾波。組合的這種低通頻率特性只能起著使有效波波形畸變的不良作用，不是利用它，而是要盡量避免這種低通濾波特性。為此，對于有效反射波應(yīng)盡可能通過野外工作方法增大視速度，即減小△t，以獲得最佳組合效果。第四節(jié)組合的其他效應(yīng)74二、組合的平均效應(yīng)第四節(jié)組合的其他效應(yīng)組合的平均效應(yīng)包括兩方面內(nèi)容：對地表的平均效應(yīng)。當(dāng)檢波器在安置條件上有差異時，包括地形的起伏和表層的低降速帶的變化，組合的作用是把它們平均，使反射波受地表條件的變化的影響減少，組合對地表的平均效應(yīng)是有利的。752）對地下界面的平均效應(yīng)因為組內(nèi)各檢波器接收的反射波是來自反射面上的許多點，如果這許多點位于一個平面上，則組合后的反射點可以認(rèn)為處于這些點的中心；如果各反射點不在同一平面上，而是高低不平，比如在斷層兩側(cè)，則組合后所得的波是起伏不平的面或斷層兩側(cè)反射波平均的結(jié)果，這對細(xì)致研究斷塊特點不利，所以高分辨率或高精度地震勘探要求小組合基距就是為了避免組合對地下界面的平均效應(yīng)。第四節(jié)組合的其他效應(yīng)76第五節(jié)組合參數(shù)的確定772)增加檢波器的個數(shù)；

N越多，通放帶越窄，有利于突出有效波，壓制干擾波；n一般取奇數(shù)，中間一個檢波器正對壓制帶中心極點，但不宜過多，n太多，通放帶太窄，有時有效波也被壓制掉了。一般我們在原始信噪比高的地區(qū)組合點數(shù)選擇少些，在原始信噪比低的地區(qū)組合點數(shù)適當(dāng)?shù)亩嘈５谖骞?jié)組合參數(shù)的確定78第五節(jié)組合參數(shù)的確定79四、其他組合方式其他組合形式有：加權(quán)組合(不等靈敏度組合)、面積組合等。1、不等靈敏度組合不等靈敏度組合就是采用某些辦法使同一組內(nèi)各檢波器接收到的信號幅度不一樣。如5點的簡單線性組合是每點放一個檢波器