地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作

文章目录

    • 一、地震勘探的野外工作
      • 1. 瑞雷面波(Rayleigh wave)
      • 2. 侧面波
      • 3. 多次反射波(Mulriples)
      • 4. 其它干扰
    • 二、地震勘探对激发的要求
    • 三、地震勘探对接收的要求
    • 四、低(降)速带的测定与静校正

一、地震勘探的野外工作

1. 野外工作的主要内容

  • 试验工作:
    • 干扰波调查
    • 地震地质条件的了解
    • 激发条件的选择
    • 记录条件的选择
  • 生产工作
    • 地震测量
    • 地震波的激发
    • 地震波的接收

2. 干扰波的类型及其特点

  • 有效波:反射波勘探中的反射纵波
  • 干扰波:面波、声波、环境噪音、工业干扰
  • 异常波:例如绕射波

干扰波的类型

  • 规则干扰波:具有一定频谱和视速度,能在地震记录上以一定同相轴出现的干扰波(声波、i面波、浅层折射波、多次波、侧面波、工业干扰)。
  • 随机干扰:没有一定规律,也没有一定的传播方向,在地震记录上形成杂乱无章的干扰背景。形成因素很多:自然条件、激发条件、人为条件。

下面我们具体分析一下一些干扰波。

1. 瑞雷面波(Rayleigh wave)

1. 定义

  与自由表面相联系的面波,在地震勘探种称为地滚波。存在于地表附近,振幅随深度增加呈指数衰减。

2. 特点

  • 频率低:几赫兹到30赫兹

  • 频散(Dispersion):速度随频率变化(即速度是频率的函数)
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第1张图片

  • 低速:100m/s ~ 1000m/s,通常为 200m/s ~ 500m/s

  • 振动轨迹:质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第2张图片

3. 群速度和相速度

  • 相速度:特定相位(例如波谷、单一频率的波等)的传播速度,也称波谷速度和波峰速度。
  • 群速度:一个波列能量(包络)传播的速度(整体的速度)。
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第3张图片

4. 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
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第4张图片

  • 频率滤波:利用面波与有效波的频谱差异:面波频率低


2. 侧面波

1. 定义

  非射线平面内来的波均称为侧面波,一般影响深层记录,是一种规则侧面波。

2. 侧面波的来源

  地表条件复杂的地区,如山区、黄土原、海洋中的海底山等,能产生不同视速度(传播方向)的干扰波。地下一些大倾角界面产生的侧面波,这类侧面波有时含有有用信息,不能完全作为有效波。


3. 多次反射波(Mulriples)

1. 定义

  从震源出发,到达接受点时,在地下界面发生了一次以上反射的波。多次反射波、反射——折射波、折射——反射波、扰射——反射波等等统称为多次波。

2. 多次反射波产生的条件 —— 良好的反射界面(存在较大的波阻抗差)

此类界面有:

  • 基岩层、不整合面、火成岩等
  • 石膏层、岩盐、石灰岩等强反射层
  • 地面、水面等

地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第5张图片


4. 其它干扰

  • 声波:频率高、速度在 340米/秒左右、同相轴为直线
  • 工业干扰:频率在50Hz左右
  • 次生干扰
  • 随机干扰

二、地震勘探对激发的要求

  • 使地震具有足够强的能量
  • 使有效波具有较强的能量、显著的频谱特征和较高的分辨率

1. 炸药震源:

  • 药量与振幅的关系
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第6张图片

  • 小炸药组合爆炸

  • 定向药柱

2. 可控震源

  • 定义:利用气体或水力,驱动地面上或水介质中的钢板,使其产生一种频率可控制的波列,作为地震勘探的震源,震源的波列是已知的。
  • 工作原理:通过增强波列的延续时间来增强地震波的能量。
  • 增强能量的方法:
    • 增加炸药量:药量达到一定程度后能量不变。
    • 延长波列时间:影响分辨率

可控震源:使频率呈线性增加,然后利用相关技术来解决分辨率的问题(如下图)。
地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第7张图片

  虽然可控震源本身的延时时间很长,但是几层信号叠加之后很难分辨出是哪个界面的反射,但是我们将叠加后的信号与原始的信号进行互相关分析,互相关之后的结果与地层的反射界面上的对应关系就比较明显了。


三、地震勘探对接收的要求

1. 对地震仪器的要求:

  • 可变的放大倍数,以适应地震信号的动态范围。
  • 动态范围:地震波强弱的差别引起的振幅上的变化范围
    • 动态范围分数 = 20lg(最大振幅 / 最小振幅)
    • 在地震勘探中该数值能达到120分贝,即:最大振幅是最小振幅的 1 0 6 10^6 106
  • 频率滤波:当干扰波很强时,虽然模拟信号中含有有效波,但一旦数字化,有效波就丢失了,因而需要滤除干扰波,做记录。
    - 高频干扰(250Hz以上)低频干扰(选择性滤除)

地震信号的记录过程主要是下面几个过程:
地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第8张图片

2. 仪器的固有振动 —— 延续时间短

  • 地震记录分辨率简介

(1) 设地震仪记录下来的各界面的反射波脉冲延续时间为 Δ t Δt Δt,相邻两个界面的反射波到达时间差为 Δ τ = 2 Δ h / V Δτ = 2Δh / V Δτ=2Δh/V
(2) 若 Δ τ > Δ t Δτ > Δt Δτ>Δt,则两个界面的反射波完全分开,可分辨
(3) 若 Δ τ < Δ t Δτ < Δt Δτ<Δt,则两个界面的反射波就有重叠部分,不一定能分辨
(4) 总之, Δ t Δt Δt 越短,分辨率越高

  • 影响 Δ τ Δτ Δτ Δ t Δt Δt 的因素:

(1) Δ τ Δτ Δτ :地层厚度和地层速度
(2) Δ t Δt Δt:多种因素:震源、激发条件、岩性、记录仪器等

  • 仪器的固有振动越短,分辨率越高
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第9张图片

  • 影响分辨率的因素:

(1) 地面震源
(2) 地层吸收、微屈多次波
(3) 近地表影响
(4) 记录仪
(5) 偏移归位
(6) 信噪比

3. 空间采样与假频

  • 时间域采样定理和假频的概念
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第10张图片
  • 空间假频
    在这里插入图片描述
    地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第11张图片

四、低(降)速带的测定与静校正

1. 低(降)速带(Weathering)

定义:地表附近一定深度范围内,地震波的传播速度比其下地层地震波速度低得多,该范围内的地层称为低速带,低速带与高速层之间的速度偏低过渡区,称为降速带。
特点:密度小、弹性差、波速低
影响:吸收强烈、易产生散射噪音、影响有效波旅行
危害:严重影响地震勘探的效果

2. 低(降)速带测定的目的

消除低(降)速带对地震资料的影响

3. 测定方法

主要采用折射波法

  • 由于低(降)速带的厚度不大,所以低(降)速带底界的高速层折射波盲区较小,因而野外勘探中排列长度可以很短,称为“小排列”或“小折射”。
    也可用微地震测井(炮井地震测井):炮井内放炮、在地面接收或地面放炮、在炮井里接收。主要利用初至波旅行时测定速度。

4. 静校正的概念和方法

  • 静校正的概念:

对由于地形高低、激发井深、低(降)速带等因素引起的反射波旅行时的畸变进行的校正。
动校正:用于动校正的正常时差是随着反射波的 t 0 t_0 t0 时间(或反射层的深度)而变化的,因而称为动校正。
静校正:静校正量只与地面坐标(位置)有关,与反射波的 t 0 t_0 t0 时间(或反射层的深度)无关。

  • 静校正的目的:

解决实际情况与理想模型的不一致性问题
消除激发井深、接收高程、低(降)速带横向变化等对反射波旅行时的影响

  • 静校正的方法:

建立基准面(Reference datum)—— 水平面
降激发点、接收点校正到基准面上
消除低(降)速带的影响

地震勘探原理(五)之地震勘探的野外工作_第12张图片

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