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1、地震折射波法反射波法2010 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目目 录录第一节第一节 折射波法概述折射波法概述第二节第二节 折射波法的野外工作方法折射波法的野外工作方法第三节折射波法的地震资料解释第三节折射波法的地震资料解释 2第一节第一节 折射波法概述折射波法概述 在浅层地震勘探中，折射波法是一种使用较久且成熟的方在浅层地震勘探中，折射波法是一种使用较久且成熟的方法，常用来探测覆盖层厚度，基岩面起伏，断层及古河道法，常用来探测覆盖层厚度，基岩面起伏
2、，断层及古河道等水文工程地质问题。等水文工程地质问题。折射波法本身也存在弱点：波速的条件，分辨率低，测线折射波法本身也存在弱点：波速的条件，分辨率低，测线较长等较长等。在浅层地震勘探中，野外工作可分为三个阶段：在浅层地震勘探中，野外工作可分为三个阶段：1、收集资料、现场踏勘、收集资料、现场踏勘2、试验工作、试验工作3、完成勘探任务、完成勘探任务3 第二节第二节 折射波的野外工作方法折射波的野外工作方法 浅浅层层地地震震数数据据采采集集方方法法主主要要介介绍绍采采集集系系统统所所使使用用的的仪仪器器设备、野外观测系统设计和有关采样参数的选择等设备、野外观测系统设计和有关采样参数的选择等。地震仪地
3、震仪 检波器检波器4 检波器检波器又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。检波器输出的信号电压和其振动时的位移初速度有关，检波器输出的信号电压和其振动时的位移初速度有关，因此又叫因此又叫速度检波器速度检波器。用晶体压电效应特性制成的晶体检波器，固有频率高的用晶体压电效应特性制成的晶体检波器，固有频率高的特点，可以测量物体震动加速度，又叫特点，可以测量物体震动加速度，又叫加速度检波器加速度检
4、波器。地震仪地震仪是将检震器的输出的电信号放大，显示并记录下是将检震器的输出的电信号放大，显示并记录下来的仪器，具有滤波、放大、信号叠加、高精度计时及来的仪器，具有滤波、放大、信号叠加、高精度计时及数字记录和微机处理等功能数字记录和微机处理等功能。震源震源要求有适当的能量、安全可靠便于使用，能产生较要求有适当的能量、安全可靠便于使用，能产生较高频率成分。常用的有：锤击震源、雷管和炸药、地震高频率成分。常用的有：锤击震源、雷管和炸药、地震枪震源、电火花震源等枪震源、电火花震源等。5一、一、测线布置测线布置(1)测线最好为直线。其切面为一平面，所反映的构造形态测线最好为直线。其切面为一平面，所反映
5、的构造形态较真实。较真实。(2)主测线垂直岩层或构造走向。目的：控制构造形态，主测线垂直岩层或构造走向。目的：控制构造形态，利于资料分析与解释。利于资料分析与解释。(3)尽量与其它物探线一致（或过钻孔）。便于综合分析尽量与其它物探线一致（或过钻孔）。便于综合分析解释。解释。(4)疏密程度应据地质任务、探测对象大小及复杂程度等疏密程度应据地质任务、探测对象大小及复杂程度等因素确定。因素确定。(5)考虑地形、地物。复杂条件，弯曲测线或分段观测。考虑地形、地物。复杂条件，弯曲测线或分段观测。6测线布置原则：测线布置原则：1 1、若地质任务是调查整个工区内基岩起伏，需要布置测、若地质任务是调查整个工区
6、内基岩起伏，需要布置测网。网。2 2、对于路基或隧道等类的测线，布置在条带状的狭长地、对于路基或隧道等类的测线，布置在条带状的狭长地区。区。3 3、若地形起伏较大时，在必须在起伏的顶部及底部设置、若地形起伏较大时，在必须在起伏的顶部及底部设置激发点，保持测线分段观测的直线性。激发点，保持测线分段观测的直线性。4 4、调查滑坡和边坡的测线，通常以主滑动方向为中心布、调查滑坡和边坡的测线，通常以主滑动方向为中心布置成相互垂直的网格状，其中一组测线和地层走向平行。置成相互垂直的网格状，其中一组测线和地层走向平行。5 5、使用折射波法追踪断层时，测线与推断的断层走向垂、使用折射波法追踪断层时，测线与推
7、断的断层走向垂直相交。直相交。7二二、测线长度与探测深度的关系测线长度与探测深度的关系地震测线长度基本要求：地震测线长度基本要求：测线长度必须满足观测追踪第二层的初至折射波，可靠求测线长度必须满足观测追踪第二层的初至折射波，可靠求取取 v1、v2波速和观测折射波时距曲线的要求。波速和观测折射波时距曲线的要求。8三三、道间距及激发点的选择道间距及激发点的选择 1.道间距：相邻两道检波器的间距，用道间距：相邻两道检波器的间距，用X表示。表示。浅折：浅折：5m，10m；浅反：；浅反：25m。有时为求准表层速度：。有时为求准表层速度：震源附近加密点，构成不等间距排列。震源附近加密点，构成不等间距排列。
8、显然，道间距大，排列长度大，工作效率高。不宜太大，显然，道间距大，排列长度大，工作效率高。不宜太大，相位追踪相位追踪 对比困难，远处能量衰减大。对比困难，远处能量衰减大。定义：炮点离最近一个检波器的距离，用定义：炮点离最近一个检波器的距离，用X1表示。表示。工作中：端点不设检波器。一般为道间距的整数倍。工作中：端点不设检波器。一般为道间距的整数倍。3.偏移距偏移距 2.排列长度排列长度9定义：离开炮点最远的检波点与炮点的距离，用定义：离开炮点最远的检波点与炮点的距离，用Xmax表示。表示。与探测深度有密切关系。折射：目的层深度的与探测深度有密切关系。折射：目的层深度的57倍；倍；反射：反射：目
9、的层深度的目的层深度的0.71.5倍。倍。4.炮检距和最大炮检距炮检距和最大炮检距在测线两端及测线上，以适当的间距设置震源或布置炮点，用在测线两端及测线上，以适当的间距设置震源或布置炮点，用以激发弹性波，其位置和间距对调查结果有重要影响。以激发弹性波，其位置和间距对调查结果有重要影响。震源间距越小，测量精度越高，但通常是按每震源间距越小，测量精度越高，但通常是按每6 6至至1212个检波点个检波点(即间距为即间距为40m40m至至120m)120m)设一个震源点来进行设计的。设一个震源点来进行设计的。四四、炮间距及激发点的选择炮间距及激发点的选择10五五、观测系统观测系统地震现场数据采集中，为
10、压制地震现场数据采集中，为压制干扰波干扰波和确保对和确保对有效波有效波进进行追踪，激发点和接收点之间的排列和各排列的位置应行追踪，激发点和接收点之间的排列和各排列的位置应保持一定的相对关系。保持一定的相对关系。激发点激发点和和接收点接收点之间的位置关系和排列和排列间的位置之间的位置关系和排列和排列间的位置关系统称为关系统称为观测系统观测系统。折射波法观测系统折射波法观测系统：1、单支时距曲线观测系统、单支时距曲线观测系统2、相遇时距曲线观测系统、相遇时距曲线观测系统3、追逐时距曲线观测系统、追逐时距曲线观测系统4、双重相遇时距曲线观测系统、双重相遇时距曲线观测系统5、双重相遇追逐时距曲线观测系
11、统、双重相遇追逐时距曲线观测系统表示方法有：表示方法有：综合平面图综合平面图和和时距平面图时距平面图11观测系统适用条件观测系统适用条件单支时距曲线观测系统单支时距曲线观测系统 适用于地质情况简单，折射界面规则且近水平情况。适用于地质情况简单，折射界面规则且近水平情况。特点：施工简单，效率高，界面起伏较大误差大，不适用。特点：施工简单，效率高，界面起伏较大误差大，不适用。相遇时距曲线观测系统相遇时距曲线观测系统 折射界面起伏明显，不规则。折射界面起伏明显，不规则。特点：解释精度高，中间部分重复观测。特点：解释精度高，中间部分重复观测。追逐时距曲线观测系统追逐时距曲线观测系统 对折射界面连续追踪
12、，曲线形态和折射界面形态相关。对折射界面连续追踪，曲线形态和折射界面形态相关。特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行12双重相遇时距曲线观测系统双重相遇时距曲线观测系统 表层条件复杂条件下采用表层条件复杂条件下采用 特点：可弥补近炮点时距曲线不足，并可连续追踪。特点：可弥补近炮点时距曲线不足，并可连续追踪。双重相遇追逐时距曲线观测系统双重相遇追逐时距曲线观测系统13(a)单边观测系统 (b)相遇系统 (c)追逐系统(d)相遇追逐系统(e)双重相遇追逐系统14第第四四章章 浅浅层层反反射射波波法法 本章主要内容：本章主要内容：介绍浅层反射波法勘探的野
13、外工作方法及介绍浅层反射波法勘探的野外工作方法及地震资料解释，重点内容为多次覆盖观测地震资料解释，重点内容为多次覆盖观测系统，要求掌握综合平面图的绘制方法及系统，要求掌握综合平面图的绘制方法及反射波资料处理与解释。反射波资料处理与解释。15目目 录录第一节第一节 反射波法概述反射波法概述第二节第二节 反射波法的野外工作方法反射波法的野外工作方法第三节反射波法的地震资料解释第三节反射波法的地震资料解释 16折射波利用首波初至时间绘制时距曲线，推断地下构造，折射波利用首波初至时间绘制时距曲线，推断地下构造，而反射波法则主要利用反射波相位的时空特性推断解释地而反射波法则主要利用反射波相位的时空特性推
14、断解释地下构造。不仅能直观的反映地层界面的起伏变化，而且能下构造。不仅能直观的反映地层界面的起伏变化，而且能探测地下隐伏断层、空洞及异常物体。探测地下隐伏断层、空洞及异常物体。第一节第一节 反射波法概述反射波法概述 反射波法和折射波法的区别：反射波法和折射波法的区别：探测深度范围不同探测深度范围不同工作频率不同，中、深：几十赫兹，浅层：工作频率不同，中、深：几十赫兹，浅层：100300Hz浅层比中、深层探测难度更大浅层比中、深层探测难度更大低速带厚度变化对波的传播有滞后作用，使得时距曲线低速带厚度变化对波的传播有滞后作用，使得时距曲线为双曲线。为双曲线。17第二节第二节 反射波法的野外工作方法
15、反射波法的野外工作方法 一、浅层地震地质条件一、浅层地震地质条件地质条件：深度地震地质条件和浅层地震地质条件地质条件：深度地震地质条件和浅层地震地质条件研究地质条件的目的是为了获取高质量的地震记录研究地质条件的目的是为了获取高质量的地震记录1、地表松散层的影响、地表松散层的影响（反射波产生偏移和时间滞后，吸收高频信号，产生多（反射波产生偏移和时间滞后，吸收高频信号，产生多次反射波干扰）次反射波干扰）2、潜水面的影响、潜水面的影响潜水面下或泥岩、粘土岩中激发，频率丰富，能量较强潜水面下或泥岩、粘土岩中激发，频率丰富，能量较强3、表层不均匀性影响、表层不均匀性影响18二、地震测线的布置二、地震测线
16、的布置布置测线的原则：布置测线的原则：测线为直线，尽量垂直地层或构造线走向；测线为直线，尽量垂直地层或构造线走向；测线均匀分布于全测区，最好与钻探线重合；测线均匀分布于全测区，最好与钻探线重合；测线间距和疏密程度应根据地质任务、测区勘探程度测线间距和疏密程度应根据地质任务、测区勘探程度及探测对象等因素确定。及探测对象等因素确定。三、反射波法观测系统三、反射波法观测系统1、简单连续观测系统、简单连续观测系统2、间隔连续观测系统、间隔连续观测系统3、多次叠加观测系统、多次叠加观测系统19折射法：多用时距平面图表示。折射法：多用时距平面图表示。反射法：多用综合平面图表示。形式简单，直观地表示反射法：
17、多用综合平面图表示。形式简单，直观地表示炮点和排列之间的关系。炮点和排列之间的关系。1.单次覆盖简单连续观测系统单次覆盖简单连续观测系统 如图所示，如图所示，O1、O2O5是激发点，是激发点，A、B、C、D表示互换表示互换点，实线段点，实线段O1A、AO2、O2B等在水平直线上的投影正好连等在水平直线上的投影正好连续单次地覆盖了整条测线。续单次地覆盖了整条测线。这种观测系统，可连续勘探整这种观测系统，可连续勘探整条测线以下反射界面，所得地条测线以下反射界面，所得地震剖面为单次剖面。震剖面为单次剖面。(a)双边激发双边激发 20如固定在排列一端激发，如固定在排列一端激发，每激发一次，排列沿测线每
18、激发一次，排列沿测线方向移动一次（半个排列方向移动一次（半个排列长度），称单边激发观测长度），称单边激发观测系统。如图所示。系统。如图所示。(b)单边激发单边激发 2.单次覆盖间隔连续观测系统单次覆盖间隔连续观测系统 定义：炮点离接收点一定距离激发。避开震源附近面波和定义：炮点离接收点一定距离激发。避开震源附近面波和声波的强干扰，又称偏移观测系统。声波的强干扰，又称偏移观测系统。21R2 R3O2激发，激发，O1O2接收，用斜线段接收，用斜线段O2A表示，对表示，对R2R3进行了一次观进行了一次观测，叫单次覆盖；测，叫单次覆盖；O1激发，又在激发，又在O2O3接收，用斜接收，用斜线段线段AB表
19、示，又对表示，又对R2R3进行了进行了一次观测，叫二次覆盖。一次观测，叫二次覆盖。同理，可对同理，可对R2R3段进行更多次覆盖。段进行更多次覆盖。多次覆盖观测系统：对整条反射界面进行多次覆盖的系统。多次覆盖观测系统：对整条反射界面进行多次覆盖的系统。多次覆盖技术：压制多次反射波之类的特殊干扰波，以提高多次覆盖技术：压制多次反射波之类的特殊干扰波，以提高地震记录的信噪比。地震记录的信噪比。223、多次叠加观测系统、多次叠加观测系统 组合：压制面波等低视速度干扰作用明显，但降低了分组合：压制面波等低视速度干扰作用明显，但降低了分辨率；此外不能压制多次反射波、折射波之类干扰波（其波辨率；此外不能压制
20、多次反射波、折射波之类干扰波（其波长往往达数十米）。长往往达数十米）。在浅层地震勘探中，广泛采用多次叠加法。在浅层地震勘探中，广泛采用多次叠加法。共反射点多次叠加法：共深度点多次叠加法、多次覆盖共反射点多次叠加法：共深度点多次叠加法、多次覆盖法、水平叠加法。法、水平叠加法。基本思想：对地下反射界面上各点的地质信息进行多次观基本思想：对地下反射界面上各点的地质信息进行多次观测，以排除由于地面上个别观测点受到某种干扰而歪曲地下测，以排除由于地面上个别观测点受到某种干扰而歪曲地下真实信息的影响。真实信息的影响。23共反射点示意图共反射点示意图水平叠加的概念：水平叠加的概念：又称为共反射点叠加或共中心
21、点叠加（处理），就又称为共反射点叠加或共中心点叠加（处理），就是以是以O点为中心，左右两侧对称位置选择激发点和接收点为中心，左右两侧对称位置选择激发点和接收点，接收到的记录来自于同一反射点，将地震记录进行点，接收到的记录来自于同一反射点，将地震记录进行叠加，可以压制多次波和各种随机干扰波，从而大大提叠加，可以压制多次波和各种随机干扰波，从而大大提高信噪比和地震剖面质量，并且可以提取速度等参数。高信噪比和地震剖面质量，并且可以提取速度等参数。24条件：建立在水平界面假设的基础上。条件：建立在水平界面假设的基础上。如下图示：在如下图示：在O O1 1、O O2 2、O O3 3激发，在与激发，在与
22、M M点为对称的点为对称的S S1 1、S S2 2、S S3 3接收接收R R界面上同一点界面上同一点A A的反射波。的反射波。1.1.共反射点叠加原理共反射点叠加原理多次覆盖：在测线上不同点激发、相应点接收来自地下界面多次覆盖：在测线上不同点激发、相应点接收来自地下界面相同反射点的多个地震记录道进行叠加。相同反射点的多个地震记录道进行叠加。25A A点：共反射点或共深度点。点：共反射点或共深度点。M M点：点：A A的投影点，共中心点或共地面点。的投影点，共中心点或共地面点。S S1 1、S S2 2、S S3 3地震道：共反射点或共深度点）叠加道。地震道：共反射点或共深度点）叠加道。集合
23、称集合称CDP(CDP(共深度点共深度点)道集。道集。以炮检距以炮检距X X为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间t t为为纵坐标，可绘出对应纵坐标，可绘出对应A A点的半支时距曲线。将炮点和接收点点的半支时距曲线。将炮点和接收点互换，得到另半支时距曲线。互换，得到另半支时距曲线。(1)(1)共炮点反映一个区段，共反射点反映一个点；共炮点反映一个区段，共反射点反映一个点；(2)(2)共炮点共炮点t t0 0表示炮点回声时间，共反射点表示炮点回声时间，共反射点t t0 0表示表示A A的垂直反的垂直反射时间，即射时间，即M M点的回声时间。当点的回声时间。当 X
24、i=0Xi=0时，时，t0=2h/Vt0=2h/V。对共反射点时距曲线动校正：对共反射点时距曲线动校正：26 把各叠加道的时间校正到把各叠加道的时间校正到M M点的回声时间，或者把曲线点的回声时间，或者把曲线拉平，如图拉平，如图(c)(c)示。示。假设各叠加道波形相似，必是同相叠加，叠加后振幅成假设各叠加道波形相似，必是同相叠加，叠加后振幅成倍增加。如图倍增加。如图(d)(d)示。示。27 如图示，在水平界面如图示，在水平界面R R1 1上产生二次全程反射，在上产生二次全程反射，在R R2 2界面界面上产生一次反射，假设一次波的上产生一次反射，假设一次波的t t0 0时间等于二次波的时间等于二
25、次波的t t0 0时间时间t t0D0D。用视速度定理易证：具有相同。用视速度定理易证：具有相同t t0 0时间的二次波曲线比时间的二次波曲线比一次波弯曲。一次波弯曲。对时距曲线对时距曲线t t及及t tD D按按一次波的速度进行一次波的速度进行动校正：动校正：一次波：一次波：t t被拉平到被拉平到t t0 0；多次波：多次波：t tD D不能拉平不能拉平(为为ttD D)，校正量不足，校正后仍上，校正量不足，校正后仍上弯，叫剩余时差曲线。弯，叫剩余时差曲线。剩余时差：多次波时距曲线按一次波校正后与剩余时差：多次波时距曲线按一次波校正后与t0t0的时差，的时差，用用ttD D表示。表示。2.2
26、.共反射点多次波的叠加效应共反射点多次波的叠加效应28 各叠加道各叠加道tDtD不同，叠不同，叠加时非同相叠加加时非同相叠加,叠加后多叠加后多次波被削弱，从而达到压制次波被削弱，从而达到压制多次波的目的，如右图示。多次波的目的，如右图示。共反射点经动校正后，叠加共反射点经动校正后，叠加时同相叠加时同相叠加,叠加后振幅成叠加后振幅成倍增加，达到突出有效波的倍增加，达到突出有效波的目的，如右图示。目的，如右图示。3.3.多次覆盖观测系统多次覆盖观测系统 定义：对整条反射界面进行多次覆盖的系观。主要有定义：对整条反射界面进行多次覆盖的系观。主要有两种形式：端点两种形式：端点(单边单边)，中间放炮。，
27、中间放炮。29叠加次数：叠加次数：1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1共反射点地震记录共反射点地震记录30以地面接收排列表示，则叠加次数为倾斜线上接收点个数。以地面接收排列表示，则叠加次数为倾斜线上接收点个数。31第第1 1炮第炮第2121道，道，第第2 2炮第炮第1717道，道，第第3 3炮第炮第1313道，道，第第4 4炮第炮第9 9道，道，第第5 5炮第炮第5 5道，道，第第6 6炮第炮第1 1道。道。以简单常用的单边放炮六次覆以简单常用的单边放炮六次覆盖观测系统为例讨论。盖观测系统为例讨论。如右图所如右图所示：每放一炮可得地下示：每放一
28、炮可得地下24个反射个反射点，放完六炮，可得相应六个反点，放完六炮，可得相应六个反射界面段。其中射界面段。其中ABCD界面段，界面段，每次放炮都进行了观测，观测了每次放炮都进行了观测，观测了六次。叫六次覆盖。六次。叫六次覆盖。单边放炮六次覆盖观测系统平面图其中其中都是来自都是来自A A点的反射，都是点的反射，都是A A的叠加道集。的叠加道集。32排列展开示意图排列展开示意图多次叠加观测系统多次叠加观测系统综合平面图综合平面图33对其它反射点，也可找到相应的共反射点道集。对其它反射点，也可找到相应的共反射点道集。在放完在放完6 6炮后，继续放第炮后，继续放第7 7炮、第炮、第8 8炮、第炮、第9
29、 9炮、炮、，可得，可得一条连续的六次覆盖剖面。为设计多次覆盖观测系统，引入一一条连续的六次覆盖剖面。为设计多次覆盖观测系统，引入一些专业术语：些专业术语：n n覆盖次数；覆盖次数；炮点移动道数；炮点移动道数；N N仪器道数；仪器道数；S S系数系数（单边（单边S=1S=1，双边，双边S=2S=2）。有如下关系：）。有如下关系：如采用单边放炮，且接收道为如采用单边放炮，且接收道为2424道，上式变为道，上式变为当当n n6 6，=2=2，即每移动两道放一炮；当，即每移动两道放一炮；当n=12,n=12,则则=1=1。为施工方便及便于资料处理，为施工方便及便于资料处理，应取正整数。显然，对于单边
30、放炮应取正整数。显然，对于单边放炮的的2424道地震仪，覆盖次数道地震仪，覆盖次数n n只能取只能取1212、6 6、4 4、3 3、2 2等等5 5种形式。种形式。34垂直叠加垂直叠加 垂直叠加：把同一点上重复激发、同一排列上重复接收到垂直叠加：把同一点上重复激发、同一排列上重复接收到的信号依次叠加在一起，达到增强有效波的目的。的信号依次叠加在一起，达到增强有效波的目的。浅震中，经次激发后，接收到的归一化振幅为浅震中，经次激发后，接收到的归一化振幅为式中：式中：S S有效波振幅；有效波振幅；n n干扰波振幅干扰波振幅对有效波：经次叠加后，由于是同相叠加，振幅增加倍；对有效波：经次叠加后，由于
31、是同相叠加，振幅增加倍；对随机干扰：经次叠加后，由概率统计规律，振幅增强对随机干扰：经次叠加后，由概率统计规律，振幅增强因此，有效波相对干扰波增加了：因此，有效波相对干扰波增加了：倍。倍。频率滤波频率滤波 定义：在信号采集时，在频率上选用合适的检波器和定义：在信号采集时，在频率上选用合适的检波器和设置仪器滤波参数，达到压制干扰波的目的。设置仪器滤波参数，达到压制干扰波的目的。35抗干扰与分辨率抗干扰与分辨率 1.抗干扰与分辨率的关系抗干扰与分辨率的关系 前面讨论可知，抗干扰浅层地震勘探技术提高了记录的信前面讨论可知，抗干扰浅层地震勘探技术提高了记录的信噪比，压制了干扰波。另一方面，采用的组合检
32、波、水平多次噪比，压制了干扰波。另一方面，采用的组合检波、水平多次叠加和垂直叠加等抗干扰技术都具有低通滤波特性，采用的频叠加和垂直叠加等抗干扰技术都具有低通滤波特性，采用的频率滤波（包括高切、低切、陷切滤波）和高频检波器接收，缩率滤波（包括高切、低切、陷切滤波）和高频检波器接收，缩小了地震信号的频带宽度，所有这些方法都降低了地震勘探的小了地震信号的频带宽度，所有这些方法都降低了地震勘探的分辨率。因此可以说，在强干扰背景条件下，提高地震记录的分辨率。因此可以说，在强干扰背景条件下，提高地震记录的信噪比是以降低记录的分辨率为代价的，分辨率和信噪比似乎信噪比是以降低记录的分辨率为代价的，分辨率和信噪
33、比似乎是是“矛盾矛盾”的。的。经研究可知，地震记录的信噪比与分辨率之间有如下的关系经研究可知，地震记录的信噪比与分辨率之间有如下的关系:36 式中：式中：r为信噪比；为信噪比；Pn为噪声干扰时的分辨率；为噪声干扰时的分辨率；Pa为无噪声为无噪声时的分辨率；时的分辨率；1/(1+1/r2)为信号纯洁度，反映噪声对信号的为信号纯洁度，反映噪声对信号的破坏程度。破坏程度。当信噪比当信噪比 r0时，即无信号时，信号纯洁度为时，即无信号时，信号纯洁度为0，Pn0；当无噪声时，；当无噪声时，r，信号纯洁度为，信号纯洁度为1，就是无噪声时的分辨，就是无噪声时的分辨率。显然，地震记录的分辨率随着信噪比的降低而
34、降低。根率。显然，地震记录的分辨率随着信噪比的降低而降低。根据信号纯洁度和信噪比之间的关系，可得出不同当信噪据信号纯洁度和信噪比之间的关系，可得出不同当信噪比对应的值，见下表。比对应的值，见下表。r01/81/41/2124816q00.01540.05880.20.50.80.94120.98460.99611表1 信噪比与信号纯洁度的关系37 因此，在较强干扰背景条件下，如果不采取相应的技术措因此，在较强干扰背景条件下，如果不采取相应的技术措施，压制地震噪声和背景噪声，获取较高信噪比的地震记录，施，压制地震噪声和背景噪声，获取较高信噪比的地震记录，而只注重强调获取高、宽频反射波，其结果是获
35、取的反射波频而只注重强调获取高、宽频反射波，其结果是获取的反射波频率最高，频带最宽也是没有用的，因为我们不能在强干扰背景率最高，频带最宽也是没有用的，因为我们不能在强干扰背景中提取很弱幅度的有效信息，因此也就不能利用地震资料解决中提取很弱幅度的有效信息，因此也就不能利用地震资料解决地质问题。地质问题。分析表分析表1和公式可知，和公式可知，实际地震记录的分辨率随着信噪实际地震记录的分辨率随着信噪比的提高而得到改善，随着记录信噪比的降低而恶化。比的提高而得到改善，随着记录信噪比的降低而恶化。因此，因此，只有在地震记录具有一定的信噪比（从表中可见，保持在只有在地震记录具有一定的信噪比（从表中可见，保
36、持在24之间比较合适）的前提下才能谈提高地震记录的分辨率。之间比较合适）的前提下才能谈提高地震记录的分辨率。38 地震记录信噪比对时间分辨率的影响也可用地震记录信噪比对时间分辨率的影响也可用时间分辨率与时间分辨率与振幅分辨率振幅分辨率之间的关系来描述。之间的关系来描述。振幅分辨率，就是有效波振幅超过干扰水平的程度，在地振幅分辨率，就是有效波振幅超过干扰水平的程度，在地震记录上发现信号的可能性决定于记录的振幅分辨率。为了能震记录上发现信号的可能性决定于记录的振幅分辨率。为了能在记录上可靠地识别地震脉冲信号，它的振幅至少要超过干扰在记录上可靠地识别地震脉冲信号，它的振幅至少要超过干扰波均方差的波均
37、方差的1.52倍。倍。2.振幅分辨率与时间分辨率振幅分辨率与时间分辨率 在大多数情况下在大多数情况下有效波有效波和和干扰波干扰波的频谱是重叠的，经的频谱是重叠的，经频频率滤波率滤波后，在滤除干扰波的过程中，有效波的后，在滤除干扰波的过程中，有效波的频带宽度频带宽度也相也相应应变窄变窄，使得有效波的延续时间增长，导致时间分辨率降低。，使得有效波的延续时间增长，导致时间分辨率降低。为了提高时间分辨率，必须缩短有效波脉冲的宽度，即扩展为了提高时间分辨率，必须缩短有效波脉冲的宽度，即扩展它的频谱，在扩展有效波频谱的同时，也带来了强大的干扰它的频谱，在扩展有效波频谱的同时，也带来了强大的干扰噪声，因此降
38、低了振幅分辨率。噪声，因此降低了振幅分辨率。39 在抗干扰条件下开展浅层地震勘探，首要的问题就是在抗干扰条件下开展浅层地震勘探，首要的问题就是如何正确、合理地解决振幅分辨率与时间分辨率之间的矛如何正确、合理地解决振幅分辨率与时间分辨率之间的矛盾，解决的办法通常采用折中的办法，即在保证充分的振盾，解决的办法通常采用折中的办法，即在保证充分的振幅分辨率条件下，达到记录的最大时间分辨率。幅分辨率条件下，达到记录的最大时间分辨率。(1)信号比干扰弱得多信号比干扰弱得多 在这种不利的条件下，为了在记录上发现有效波，要力在这种不利的条件下，为了在记录上发现有效波，要力求记录有较大的振幅分辨率。在数据采集和
39、处理中，应以求记录有较大的振幅分辨率。在数据采集和处理中，应以提提高地震记录的信噪比为主攻方向高地震记录的信噪比为主攻方向，允许适当降低记录的时间，允许适当降低记录的时间分辨率。在强干扰条件下开展浅层地震勘探就属于这种情况。分辨率。在强干扰条件下开展浅层地震勘探就属于这种情况。(2)信号与干扰相当信号与干扰相当 在这种条件下，不仅能发现有效波，而且可估计有效波在这种条件下，不仅能发现有效波，而且可估计有效波的振幅。这时，的振幅。这时，应在不严重降低时间分辨率的前提下，提高应在不严重降低时间分辨率的前提下，提高记录的振幅分辨率记录的振幅分辨率。在一般干扰水平条件下，开展浅层地震。在一般干扰水平条
40、件下，开展浅层地震勘探当属此种情况。勘探当属此种情况。40(3)信号比干扰强得多信号比干扰强得多 在这种条件下，比较容易发现有效信号，甚至于不用担在这种条件下，比较容易发现有效信号，甚至于不用担心记录的振幅分辨率。这时，心记录的振幅分辨率。这时，应以提高记录的时间分辨率为应以提高记录的时间分辨率为目的，即设法提高记录的频带宽度与上限频率目的，即设法提高记录的频带宽度与上限频率。在外界干扰。在外界干扰背景很小，地震地质条件很好的条件下，开展浅层地震勘探背景很小，地震地质条件很好的条件下，开展浅层地震勘探属于此种情况。属于此种情况。41两种有效的浅层地震反射技术两种有效的浅层地震反射技术一、最佳窗
41、口接收技术 在浅层反射波法勘探中，一种观测方式是选择在浅层反射波法勘探中，一种观测方式是选择最佳窗口最佳窗口法法，它的目的是为了选择最佳接收地段。为了使面波、声波、，它的目的是为了选择最佳接收地段。为了使面波、声波、直达波和折射波产生较少的干扰，可以把接收地段选择在既直达波和折射波产生较少的干扰，可以把接收地段选择在既不受面波的影响，也不受折射波影响的地段。这种最佳接收不受面波的影响，也不受折射波影响的地段。这种最佳接收地段称为最佳窗口，一般要通过实地试验来选择确定。地段称为最佳窗口，一般要通过实地试验来选择确定。42(a)相对振幅曲线 (b)相位曲线 反射波振幅相对平稳地段、相位相对稳定段为
42、最佳窗口地段。反射波振幅相对平稳地段、相位相对稳定段为最佳窗口地段。值得指出的是，最佳窗口接收技术在探测比较单一的目值得指出的是，最佳窗口接收技术在探测比较单一的目的层时效果较好，若要求探测的目的层是深浅相差较大的多的层时效果较好，若要求探测的目的层是深浅相差较大的多层介质，就很难选择最佳窗口，尤其当地质条件较复杂，或层介质，就很难选择最佳窗口，尤其当地质条件较复杂，或外界干扰背景较大，或要求探测的浅、深层范围较大时，必外界干扰背景较大，或要求探测的浅、深层范围较大时，必须采用水平多次叠加技术。须采用水平多次叠加技术。43二、最佳偏移距技术二、最佳偏移距技术 所谓最佳偏移距技术，就是在最佳窗口
43、内选择一个公共所谓最佳偏移距技术，就是在最佳窗口内选择一个公共偏移距，然后如下图所示，移动震源，保持所选定的偏移距。偏移距，然后如下图所示，移动震源，保持所选定的偏移距。每激发一次只用一道接收，用每激发一次只用一道接收，用12道（或道（或24道）地震仪在每个道）地震仪在每个观测点上激发接收，最后得到一张多道记录，各道具有相同观测点上激发接收，最后得到一张多道记录，各道具有相同的偏移距。利用这种共偏移距地震剖面，容易正确识别同相的偏移距。利用这种共偏移距地震剖面，容易正确识别同相轴，由于偏移距相同，不需作动校正。在进行其它数据处理轴，由于偏移距相同，不需作动校正。在进行其它数据处理之前，常用来了
44、解反射波同相轴的大致位置。之前，常用来了解反射波同相轴的大致位置。最佳偏移距技术的观测方法和反射波射线路径最佳偏移距技术的观测方法和反射波射线路径 44激发方式和接收条件的选择激发方式和接收条件的选择激发方式包括：井中、水中、空中、地面、坑中、锤击、激发方式包括：井中、水中、空中、地面、坑中、锤击、夯击、电火花等。夯击、电火花等。锤击震源锤击震源电火花震源电火花震源雷管雷管接收条件选择：压接收条件选择：压制干扰波，突出有制干扰波，突出有效波。效波。45一、地震波的激发一、地震波的激发 1.地震勘探对激发条件的基本要求地震勘探对激发条件的基本要求 激发条件：影响地震记录好坏的第一因素，得到好的有
45、效波的激发条件：影响地震记录好坏的第一因素，得到好的有效波的基础条件。基础条件。(1)有一定能量，保证获得勘探目的层的反射；有一定能量，保证获得勘探目的层的反射；(2)有效波能量强，干扰波相对微弱，有较高的信噪比；有效波能量强，干扰波相对微弱，有较高的信噪比；(3)频带较宽，尽可能接近尖脉冲，以利提高分辩率；频带较宽，尽可能接近尖脉冲，以利提高分辩率；(4)同点激发，地震记录重复性好。同点激发，地震记录重复性好。2.震源类型震源类型两类：炸药震源，非炸药震源。两类：炸药震源，非炸药震源。(1)炸药震源炸药震源 浅震中，普遍使用的震源，炸药激发产生的浅震中，普遍使用的震源，炸药激发产生的地震波频
46、谱宽、能量强、高频成为丰富。炸药地震波频谱宽、能量强、高频成为丰富。炸药激发产生的地震波主频激发产生的地震波主频f与药量与药量Q的关系：的关系：46药量对频率成分的影响药量对频率成分的影响上式可见，药量越大，激发产生上式可见，药量越大，激发产生 的频率越低。的频率越低。结论结论：在保：在保证获证获得勘探目的得勘探目的层层反射前提下，尽量小反射前提下，尽量小药药量激量激发发，以以获获得高得高频频的地震波。的地震波。浅震：常用几十克到上千克的小浅震：常用几十克到上千克的小药量或雷管激发。药量或雷管激发。激发方式：地面爆炸，浅井爆炸。激发方式：地面爆炸，浅井爆炸。浅井爆炸：井深浅井爆炸：井深0.71
47、米，药包放在井中并将土回填埋实，促米，药包放在井中并将土回填埋实，促使能量向下传播，压制干扰波（面波、声波等）。使能量向下传播，压制干扰波（面波、声波等）。47地表结构：潮湿密实地面效果好，干燥松软地面效果较差。地表结构：潮湿密实地面效果好，干燥松软地面效果较差。优点：可多次激发，重复性好（保持钢板与地面的耦合好）优点：可多次激发，重复性好（保持钢板与地面的耦合好），信号增强。，信号增强。缺点：频谱低于炸药震源，能量有限，不适合深层。缺点：频谱低于炸药震源，能量有限，不适合深层。（3）高频震源枪高频震源枪 用震源弹射入浅孔用震源弹射入浅孔(充水或潮湿的孔充水或潮湿的孔)，爆炸激发地震波。，爆炸
48、激发地震波。优点：定向发射，利于能量向下传播；高频成分丰富，利优点：定向发射，利于能量向下传播；高频成分丰富，利于高分辩率勘探。于高分辩率勘探。(2)锤击震源锤击震源锤击置于地面的钢板，锤击置于地面的钢板，18磅或磅或24磅。磅。48（4）电火花和空气枪震源多用于水上勘探电火花和空气枪震源多用于水上勘探。电火花震源：利用电容器储存高压电能，在一瞬间通过水介电火花震源：利用电容器储存高压电能，在一瞬间通过水介质释放，在水中产生压力作用于大地而形成地震波。质释放，在水中产生压力作用于大地而形成地震波。空气枪震源：将压缩空气在短暂瞬间释放于水中，从而产生空气枪震源：将压缩空气在短暂瞬间释放于水中，从
49、而产生地震波。地震波。特点：两种震源都安全，无环境污染，高频成分丰富，特点：两种震源都安全，无环境污染，高频成分丰富，能量可调。价格较贵。能量可调。价格较贵。以上几种震源，当目的层深度以上几种震源，当目的层深度H：H50m，锤击、小炸药量；，锤击、小炸药量；H50100m，小炸药量、高频震源枪；，小炸药量、高频震源枪；H501000m，电火花、高能炸药。，电火花、高能炸药。49二、地震波的接收二、地震波的接收1.地震勘探对接收条件的基本要求地震勘探对接收条件的基本要求(1)有效波突出，并有明显特征；有效波突出，并有明显特征；(2)有效波层次分明，波间关系清有效波层次分明，波间关系清楚，尤其是目
50、的层反射应明显；楚，尤其是目的层反射应明显；(3)干扰波少，强度弱，并易于分辨。干扰波少，强度弱，并易于分辨。2.检波器的频率特性检波器的频率特性高高频检频检波器：高波器：高频频响响应应好，好，低低频频响响应应差。差。大地大地滤滤波衰减曲波衰减曲线线；检检波器波器频频率响率响应应特性曲特性曲线线；大地大地+检检波器特性，高低波器特性，高低频检频检波器信号波器信号输输出曲出曲线线.大地衰减和大地衰减和检检波器特性曲波器特性曲线线50 3.检波器的方向特性检波器的方向特性检波器最灵敏方向，应与波的振动方向一致，所接收到的信号检波器最灵敏方向，应与波的振动方向一致，所接收到的信号最强。最强。接收纵波