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1、第五章 野外工作方法与地震勘探技术,野外工作：基础性工作，任务是数据采集。,包括：测线布置，观测系统设计，激发接收条件选择，各种技术使用,试验工作等。,第一节 地震测线的布置,应考虑：工作任务、探测对象、地质构造、地形、地貌；,应收集：地质、物探资料，尤其钻井及测井资料。,一、测线布置原则,(1)测线最好为直线。其切面为一平面，所反映的构造形态较真实。,(2)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。,(3)尽量与其它物探线一致（或过钻孔）。便于综合分析解释。,(4)疏密程度应据地质任务、探测对象大小及复杂程度等因素确定。,(5)考虑地形、地物。复杂条件，弯曲测线或分段
2、观测。,工作中：作辅助测线布置，解决一些特殊问题（如探测洞穴、古墓、古河床等），弥补纵测线的不足。,二、测线布置形式,1.接收点、激发点在同一直线上。,工作中：多使用纵测线。处理、分析、解释方便。,2.非纵测线,几种测线形式,接收、激发点不在同一测线上。,非纵测线：横测线、侧测线、弧形测线。,第二节 观测系统,一、观测系统的概念,定义：激发点与接收地段的相对位置关系。一般以纵测线观测为主。,1.道间距,定义：相邻两道检波器的间距，用X表示。,工作中：调查目的不同，X不一样。一般，道间距小，测量精度高，综合确定。,浅折：5m，10m；浅反：25m。有时为求准表层速度：震源附近加密点，构成不等间距
3、排列。,2.排列长度,显然，道间距大，排列长度大，工作效率高。不宜太大，相位追踪 对比困难，远处能量衰减大。,3.偏移距,定义：炮点离最近一个检波器的距离，用X1表示。,工作中：端点不设检波器。一般为道间距的整数倍。,4.最大炮检距,定义：离开炮点最远的检波点与炮点的距离，用Xmax表示。,与探测深度有密切关系。折射：目的层深度的57倍；反射：目的层深度的0.71.5倍。,二、观测系统的图示方法,1.时距平面图,定义：用时距曲线的方式表示激发点与其对应地段之间的关系。,O1激发，O1O2接收，时距曲线t01T，对应反射界面R1R2。,O2激发，O1O2接收，时距曲线t02T，对应反射界面R2R
4、3。,两次激发，得连续反射界面段R1R3。,把激发点和排列向一个方向移动，重复以上工作，得一连续长反射界面。图中，T=T（互换时间）。,观测系统图示,2.综合平面图,如图(b)示。,O1激发，O1O2接收，用O1A表示，O1A在测线上投影O1A1对应反射界面R1R2；,O2激发，O1O2接收，用O2A表示，相应反射界面为R2R3。,两次激发，得连续反射界面段R1R3。,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，直观地表示了炮点和 排列之间的关系。,三、反射波法观测系统,1.单次覆盖简单连续观测系统,图5.4(a)所示，O1、O2O5是激发点，A、B、C、D表示互换点，
5、实线段O1A、AO2、O2B等在水平直线上的投影正好连续单次地覆盖了整条测线。,这种观测系统，可连续勘探整条测线以下反射界面，所得地震剖面为单次剖面。,由于在排列两端分别激发，又称双边激发观测系统。图5.3示即此观测系统。,如固定在排列一端激发，每激发一次，排列沿测线方向移动一次（半个排列长度），称单边激发观测系统。如图所示。,简单连续观测系统(a)双边激发(b)单边激发,2.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声波的强干扰，又称偏移观测系统。如图所示。,3.多次覆盖观测系统,间隔连续观测系统,O2激发，O1O2接收，用斜线段O2A表示，对R2R3进行了
6、一次观测，叫单次覆盖；,O1激发，又在O2O3接收，用斜线段AB表示，又对R2R3进行了一次观测，叫二次覆盖。,同理，可对R2R3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。,四、折射波法观测系统,1.单边观测系统,定义：在炮点一方接收的观测系统。适应折射界面较浅的情况。,折射波法规测系统,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,2.相遇观测系统,定义：两个单边时距曲线组成的观测系统。时距曲线存在互换关系。在讨论倾斜界面折射波时距曲线时已提及过。,3.追
7、逐观测系统,主要作用：界面弯曲，判断波有无穿透；断层，判断是否绕射。在前面已讨论过。,4.相遇追逐观测系统,优点：利用追逐时距曲线的平行性延长解释区间，判定有无穿透，较准确确定时深转换波速。工作中常采用。,5.双重相遇追逐观测系统,优点：既利用O3两侧交点求出二个Ve值来控制Ve的横向变化，又利用大小排列的二组t0值相互对比提高解释精度。且具(d)种观测系统的优。工作中较常采用，山谷、山脊分段观测。,第三节 地震波的激发和接收,一、地震波的激发,1.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，得到好的有效波的基础条件。,(1)有一定能量，保证获得勘探目的层的反射；,(2
8、)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，尽可能接近脉冲（尖脉冲），以利提高分辩率；,(4)同点激发，地震记录重复性好。,2.震源类型,两类：炸药震源，非炸药震源。,(1)炸药震源,浅震中，普遍使用的震源，炸药激发产生的地震波频谱宽、能量强、高频成为丰富。炸药激发产生的地震波主频f与药量Q的关系：,药量对频率成分的影响,上式可见，药量越大，激发产生 的频率越低。,图5.7表示不同药量在相同炮点和激发深度处，同一接收排列接收到的信号频谱（1lb=0.454kg）。,结论：在保证获得勘探目的层反射前提下，尽量小药量激发，以获得高频的地震波。,浅震：常用几十克到上千克的小药量
9、或雷管激发。,激发方式：地面爆炸，浅井爆炸。,浅井爆炸：井深0.71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）。如下图所示。,锤击置于地面的钢板，18磅或24磅。,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），信号增强。,缺点：频谱低于炸药震源，能量有限，不适合深层。,高频震源枪,用震源弹射入浅孔(充水或潮湿的孔)，爆炸激发地震波。,优点：定向发射，利于能量向下传播；高频成分丰富，利于高分辩率勘探。,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，在一瞬间通过水介质释放，在水
10、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，从而产生地震波。,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。,以上几种震源，当目的层深度H：,H50m，锤击、小炸药量；,H50100m，小炸药量、高频震源枪；,H501000m，电火花、高能炸药。,二、地震波的接收,1.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；,(2)有效波层次分明，波间关系清楚，尤其是目的层反射应明显；,(3)干扰波少，强度弱，并易于分辨。,2.检波器的频率特性,高频检波器：高频响应好，低频响应差。如图5.9所示。,图5.9 大地衰减和检波器特性曲
11、线,大地滤波衰减曲线；,检波器频率响应曲线；,检波器大地特性。高、低频信号的输出基本均一。,由于高频检波器对低频强振幅信号进行了衰减，从而避免了地震勘探仪器前置放大器处于饱和状态。,3.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，所接收到的信号最强。,接收纵波：检波器最灵敏方向对准波的传播方向；,接收横波：检波器最灵敏方向垂直于传播方向。,4.检波器与大地耦合,耦合取决于：检波器重量，检波器与地面的有效接触面积，地面振动幅度，地表弹性模量。,因此，检波器应埋直、埋深，土层应潮湿、致密。,对基岩、水泥地：石膏等固结。,对泥水：加长尾锥。,图5.11(a)：tTa/2，可辨认有效波的
12、相同相位。,图5.11(b)：tTa/2，易造成相位对比错误。,5.道间距X的选择,X选择原则：各道间相位关系清楚，同时轴明显。,考虑到有效波的视速度，常把道间距的最大限度定为,对于深层：反射波Va大，X大；,图5.11 道间距X的选择,第四节 有效波和干扰波,一、有效波和干扰波的定义,有效波：在地震勘探中用来解决地质任务的波。,对于浅层：反射波Va小，X小。而Va折Va反，X折X反。因此，很多情况下，反射波法的道间距应小于折射波法的道间距。,干扰波：对有效波起干扰和破坏作用的波。,有效波和干扰波只是一种相对的概念，可相互转化。,干扰波：震源干扰波，外界干扰波。,为解决地质任务，应设法突出有效
13、波，躲开、压制和消除干扰波，提高信噪比。,信噪比：有效波与干扰波强度之比。即：信噪比S/n,在浅震的数据采集、资料处理和解释的全过程中，都有一个如何提高信噪比的问题。,二、各种干扰波的来源和特征,1.震源干扰波,1)声波,声波：在空气中传播的弹性波。,特点：传播速度稳定(约340m/s)，频率高（大于100Hz），延续时间短。地震记录上，一般为13个波峰的窄条带直线同相轴。如图5.12所示。,图5.12 有声波和地滚坡干扰时的浅层反射记录,浅震中，偏移距小，排列长度短，声波干扰严重。数据采集时，把炸药放在井中激发，可减弱声波干扰。,(2)面波,几乎出现在所有地震记录上，是一种主要干扰波。,特点
14、：视速度小(100500m/s)，频率低(1030Hz)、能量强、衰减慢，如图5.12示。,面波沿地表传播，由于地表介质不均匀，在水平方向尤其垂直方向速度变化大。因此，随着传播距离增大，显示明显的频散特点，在地震记录上形成“扫帚状”。这种发生频散，形成“扫帚状”的面波通常称为地滚波。,在干燥或疏松的岩土中激发时，对有效波吸收强烈，面波能量相对增强；,爆炸井深时面波减弱，井浅时面波增强。,(3)多次反射,当地下存在强波阻抗界面时会产生多次反射。,特点：与一般反射波相似，但视速度稍低，通过时差分析来识别。,2.外界干扰波,(1)随机干扰,定义：指无一定规律、无一定频率及视速度、杂乱无章的振动。,随
15、机干扰频谱很宽，不能利用频率滤波压制。,随机干扰分为三类：,第一类：地面微震和其它外界干扰。如风吹草动、人为因素引起的无规则振动，特点是频带宽(1200Hz)；,第二类：仪器在接收时或处理过程中的噪音；,第三类：震源激发后产生的不规则干扰。,随机干扰表面上不规则，实际遵循统计规律。,工作中，利用统计规律，采用组合检皮、水平叠加、垂直叠加方法压制随机干扰。,(2)相干干扰,定义：指外界产生的具有一定规律性的干扰。,特点：在地震记录上表现为有规律的振动，具有一定的频率和视速度。,图5.13 相干干扰波记录,(3)工业电干扰,在城市工作，当地震测线通过输电线路时，检波器电缆会感应50Hz电压，形成工
16、业电干扰。,相干干扰产生：在大型厂矿附近，机器有规律地连续振动，江、河波浪冲击岸坡等。如图5.13所示。,三、干扰波调查,为了了解各种干扰波的分布特征，以便采取一系列压制干扰波的方法技术，在野外地震数据采集之前，必须进行干扰波调查。,1.震源干扰波调查,图5.14 震源干扰波调查(a)干扰波调查记录(b)解释结果,目的：确定反射波和干扰波的分布特征，确定有效的观测系统。,具体做法：以小道间距埋置检波器，在零偏移距处激发，随后移动检波器排列或移动激发震源。每次移动距离应等于一个排列长度，以保持干扰波同相轴的连续性。,2.外界干扰波调查,目的：了解非地震勘探震源干扰波的特征。,具体做法：不激发震源
17、，记录外界背景噪声。此时记录信号是外界干扰和仪器噪声所引起。分析结果，可了解外界干扰源的强度、分布特征和频率等。,第五节 抗干扰技术,在地震地质条件复杂或环境噪音严重地区，干扰波成为分辨和追踪有效波的严重障碍。,压制干扰波的措施：频谱、视速度、视波长等方面的差异（图5.15所示）。,抗干扰方法：组合检波、水平叠加法、垂直叠加法、频率滤波。,图5.15(a)地震波的频谱(b)视波长谱(c)视速度谱,一、组合检波,目的：利用有效波和干扰波在视速度或传播方向上的差异来削弱干扰波。,定义：使用两个以上检波器组成一组，按一定的形式（直线或面积）安置在排列上，作为某一道的地震信号。即将几个检波器当成一个检
18、波器使用。,如图示，一速度为V的平面波以角投射到地面，波到S1、S2的时间分别为t和t+t,从图知,图5.16 组合检波示意图,为便于讨论，用余弦波代替地震波形。令u1、u2分别表示S1、S2两点的波动位移值，其表达式为,其合振动,据三角函数和差化积：,式中,=2Acosft=2Acost/T,用图解法表示三种情况：如图5.17所示。,图5.17 振动叠加图解法,(a)图，反射波近似情况,近震源接收：反射波近法线入射，Va，则tX/Va0，显然，组合对突出反射波有利；,(c)图，面波情况,调整组合距X，使tT/2，则组合后干扰波振幅几乎为零。如图5.18所示为组合对面波的压制效果。,图5.18
19、 组合对面波的压制,组合灵敏度：组合后振动的振幅和组合前振幅的比值,据三角公式sin2=2sincos,上式变为,上式为两个检波器的组合灵敏度。n个检波器组合时，组合灵敏度,为了对不同组合个数的灵敏度特性进行比较，对上式进行归一化得,称为相对灵敏度。,从上式可见，,既是f的函数，也是t的函数，写成,(f,t),固定f=fi：,(f,t)，方向特性；,固定t=ti：,(f,t)，频率特性。,1.组合的方向特性速度滤波特性,固定f：,图5.19 组合的速度滤波特性,从速度滤波特性曲线（基距为5m，12个检波器组合）看：,声波、面波视速度低，组合对其高频成分压制严重；,(2)有效波视速度高，组合后增
20、强（用高频检波器接收）。,提高有效波视速度方法：近炮点接收，上倾方向接收。,=,2.组合的频率特性,图5.20 组合的频率特性曲线,固定t：,从组合频率特性曲线可见：,(1)当t=0时，即Va时，无频率滤波作用；,(2)随t增大，通频带变窄,总趋势是低通。,综述：浅震勘探深度浅，不能同时做到近震源接收（比较而言），因此，组合会降低地震记录的分辨率。因此一般不用组合法，深层时用得多。,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
21、息的影响。,1.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相同反射点的多个地震记录道进行叠加。,条件：建立在水平界面假设的基础上。,如图5.21(a)示：在O1、O2、O3激发，在与M点为对称的S1、S2、S3接收R界面上同一点A的反射波。,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（其波长往往达数十米）。,二、多次覆盖,图5.21 共反射点叠加模型(a)地质模型(b)共反射点时距曲线(c)动校正(d)叠加,A点：共反射点或共深度点。,M点：A的投影点，共中心点或共地面点。,S1、S2、S3地震道：共反射点或共深度
22、点）叠加道。集合称CDP(共深度点)道集。,以炮检距X为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间t为纵坐标，可绘出对应A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。,整支时距曲线称共反射点时距曲线。方程为,Xi共反射点道集中各道的炮检距，hM点处的界面法线深度。,上式与水平界面的共炮点反射波时距方程在形式上完全一样，但其物理含义不同。,(1)共炮点反映一个区段，共反射点反映一个点；,(2)共炮点t0表示炮点回声时间，共反射点t0表示A的垂直反射时间，即M点的回声时间。当,Xi=0时，t0=2h/V。,对共反射点时距曲线动校正：,把各叠加道的时间校正到M点的回声时间，或者把曲线拉平，如图
23、(c)示。,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(d)示。,如图示，在水平界面R1上产生二次全程反射，在R2界面上产生一次反射，假设一次波的t0时间等于二次波的t0时间t0D。用视速度定理易证：具有相同t0时间的二次波曲线比一次波弯曲。,图5.22 剩余时差曲线,对时距曲线t及tD按一次波的速度进行动校正：,一次波：t被拉平到t0；,多次波：tD不能拉平(为tD)，校正量不足，校正后仍上弯，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t0的时差，用tD表示。,2.共反射点多次波的叠加效应,t动校正量，q多次波剩余时差系数,由上可见，多次波剩余时差tD与炮检
24、距x2成正比。,各叠加道tD不同，叠加时非同相叠加,叠加后多次波被削弱，从而达到压制多次波的目的，如图5.23示。,图5.23 多次波的叠加效应,对其它干扰波，只要tD较大，就起压制作用。,第1炮第21道，第2炮第17道，第3炮第13道，第4炮第9道，第5炮第5道，第6炮第1道。,3.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。主要有两种形式：端点(单边)，中间放炮。,下面以简单常用的单边放炮六次覆盖观测系统为例讨论。如图5.24示：每放一炮可得地下24个反射点，放完六炮，可得相应六个反射界面段。其中ABCD界面段，每次放炮都进行了观测，观测了六次。叫六次覆盖。,图5.24 单边
25、放炮六次覆盖观测系统平面图,其中,都是来自A点的反射，都是A的叠加道集。,对其它反射点，也可找到相应的共反射点道集。,在放完6炮后，继续放第7炮、第8炮、第9炮、，可得一条连续的六次覆盖剖面。为了设计多次覆盖观测系统，引入一些术语：,n覆盖次数；炮点移动道数；N仪器道数；S系数（单边S=1，双边S=2）。则有关系：,如采用单边放炮，且接收道为24道，上式变为,当n6，=2，即每移动两道放一炮；当n=12,则=1。,为施工方便及便于资料处理，应取正整数。显然，对于单边放炮的24道地震仪，覆盖次数n只能取12、6、4、3、2等5种形式。,三、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
26、收到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,式中：S有效波振幅；n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：,倍。,四、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设置仪器滤波参数，达到压制干扰波的目的。,检波器：高频；,仪器：低切、高切、陷波。,此外，数据处理时还可采用频率滤波。,五、抗干扰与分辨率,1.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
27、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是“矛盾”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:,(5.24),式中：r为信噪比；Pn为噪声干扰时的分辨率；Pa为无噪声时的分辨率；1/(1+1/r2)为信号纯洁度，反映噪声对信号的破坏程度。,当信噪比 r0时，即无信号时，信号纯洁度为0，Pn0；当无噪声时，r，信号纯洁度为1，就是无噪声时的分辨率。显然，地震
28、记录的分辨率随着信噪比的降低而降低。根据信号纯洁度和当信噪比之间的关系，可得出不同当信噪比对应的值，见表5.2。,表5.2 信噪比与信号纯洁度的关系,以上讨论可知，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，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。,分析表5.2和式(5.24)可知，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。因此，只有在地震记录具有一定的信噪比（从表中可见，保持
29、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。,在大多数情况下有效波和干扰波的频谱是重叠的，经频率滤波后，信号的主要能量集中在原始信噪比最有利的频率范围内，但在滤除干扰波的过程中，有效波的频带宽度也相应变窄，使得有效波的延续时间增长，导致时间分辨率降低。但是，为了提高时间分辨率，必须缩短有效波脉冲的宽度，亦即扩展它的频谱，在扩展有效波频谱的同时，也带来了强大的干扰噪声，因此降低了振幅分辨率。显然，如果有效波振幅没有充分超过干扰背景，记录的时间分辨率也就失去了意义。,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振幅分辨率之间的关系来描述。振幅分辨率，就是有效波振幅超过干扰水平的程
30、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1.52倍。,2.振幅分辨率与时间分辨率,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盾，解决的办法通常采用折衰的办法，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。,针对不同的干扰背景和测区的地震地质条件，解决振幅分辨率和时间分辨率之间的矛盾，可分为以下三种情况：,(1)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，要力求记录有较大的振幅分辨率。在数据采集和处理中，应以提高地震记录的信噪比
31、为主攻方向，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。,(2)信号与干扰相当,在这种条件下，不仅能发现有效波，而且可估计有效波的振幅。这时，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。在一般干扰水平条件下，开展浅层地震勘探当属此种情况。,(3)信号比干扰强得多,在这种条件下，比较容易发现有效信号，甚至于不用担心记录的振幅分辨率。这时，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。在外界干扰背景很小，地震地质条件很好的条件下，开展浅层地震勘探属于此种情况。,第六节 两种有效的浅层地震反射技术,一、最佳窗口接收技术,在浅层反射波法
32、勘探中，一种观测方式是选择最佳窗口法，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。,图5.30 最佳时窗的选取(a)地质模型(b)各种波的时距曲线分布,图5.31(a)相对振幅曲线(b)相位曲线,图5.30(a)是一个模型实例。这个模型的覆盖层厚度为90m，速度为1600m/s，它覆盖在速度为5000m/s的基岩上。图5.30(b)给出了基岩反射波、折射波以及覆盖层中的直达波和地滚波的时距曲线分布情况，并确定出了最佳窗口地段。,图5.31
33、(a)是根据图5.30的模型计算出的反射波振幅随炮检距的变化情况。图中曲线的拐折是地震纵波入射到分界面上产生转换波的结果（第一章中我们详细讨论了纵波入射时在弹性分界面上波的转换和能量分配问题，知道在临界角附近各种转换波的能量变化很大）。,通过研究可知，曲线拐折位置与所选模型的速度、反射界面的埋深、临界角等因素有关；反射纵波的振幅变化主要与传播的P波、S波的临界角（分别为1和2）有关。在第一临界角处，反射纵波振幅出现一极大值，在第一临界角1和第二临界角2之间，反射纵波振幅为一弱振幅条带，在第二临界角以外反射纵波又呈现强振幅变化。图中标出了反射波振幅相对平稳地段为最佳窗口地段。,图5.31(b)是
34、根据图5.30模型计算出的反射波相位曲线，显然，该曲线与振幅曲线有关。在近震源法线入射时，没有相位变化，而在第一临界角附近，反射波振幅出现极大值的地方有一小的相位变化，在第二临界角附近，反射波出现强振幅的地方相位变化很大，可从-180转到+180。在这个相位变化无常的区段内，识别反射波显然是非常不利的，图中标出了相位相对变化平稳的地段为最佳窗口。,由上面讨论可知，最佳窗口两边的选择，近震源一边受地滚波的限制，远震源一边受波的振幅和相位变化的控制。如果界面两侧介质的波速相差比较大，反射波又是宽角反射（在临界角附近的反射）的情况，根据经验，最大炮检距的距离不得大于界面埋深的1.5倍；反之，如果速度
35、差较小，这个经验法则可适当放宽。,图5.12是同一激发点不同接收地段的多张12道地震记录拼成的浅层反射记录。反射目的层是古生代的灰岩，上部是冰碛物覆盖层，采用X=3m，X1=3m和100Hz的高频检波器接收。从图中可见，目的层反射波在近炮点受到强大的地滚波和高频声波的干扰，远炮点目的层反射波相位发生了变化。显然，最佳时窗的近炮点为3035m，远炮点为70100m为宜。,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，必须采用水平多次叠加技术。
36、,二、最佳偏移距技术,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，然后如图5.32所示那样，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12道（或24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，各道具有相同的偏移距。另一种方法是采用计算机对共炮点记录进行自动选排，也可以获得各种偏移距的共偏移距剖面。由于是在最佳窗口内选择的公共偏移距，因此不受振幅和相位变化的影响。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之前，常用来了解反射波同相轴的大致位置。,图5.32 最佳偏移距技术的观测方法和反射波射线路径,由于最佳
37、偏移距技术有其独特的优点，近年来在浅层反射波法勘探中，越来越受到人们的重视和应用。,第七节 地震波速度的野外测定,在浅层地震反射法勘探中，由于采用的道间距小、排列短，使用地震反射法资料进行速度分析，很难准确求取地震波速度。因此，在野外测定地震波速度对于正确解释地震资料是很有意义的。在野外进行地震波速度测定一般有地震测井、声波测井、PS测井和浅层折射调查等，下面我们主要讨论后两种方法。,一、PS 测井,1.PS测井概述PS测井是在钻井中直接测量地震波传播的平均速度和层速度的一种方法，既可测量P波速度，也可测量S波速度。在工程地质调查中，通过与地面浅层地震勘探配合使用，可大大提高地震资料的解释精度
38、；并且可提供断层破碎带、地层厚度以及折射波法难于探测的低速夹层等资料；可计算剪切模量、泊松比等工程力学参数，还可用纵、横波速速度比来评价岩体质量和地基各向异性等。,PS测井一般用地面激发、井中接收的方式，如图5.33所示为PS测井的一种常规野外施工示意图。它使用一个井中三分量检波器，检波器上一般装有橡皮囊和金属垫板，利用压缩气体或液体可使探头与井壁紧密耦合。震源一般位于井口附近，用锤击或爆炸产生纵波，用敲击与地面紧密耦合的木板产生横波（SH波）。采用信号增强型工程地震仪接收，其测定深度可达100m左右。,图5.33 PS测井野外施工示意图,2.工作流程PS测井的常规工作流程如下：,(1)打测孔
39、或扫孔按工作要求打测孔，被测孔如果不是刚打的钻孔，测前要用钻机扫孔，以免泥浆沉淀固结，测不到预定深度。,(2)震源设置 震源最好设置在离井口1m左右的地方。敲击震源的木板，一定要与地面耦合良好，通常将带有锯齿状的铁皮紧固在木板的底部，并在木板上压上数百公斤重物，木板的中心位置应正对钻孔，并应精确测量震源至井口的距离。,(3)测量,先将井中三分量检波器（探头）放至井底，由深到浅测量（也可以采用由浅到深的测量方式）。测量时给井中检波器的橡皮囊充气或充水，使橡皮囊另一侧的垫板与井壁紧密耦合，之后，仪器操作员指挥激发弹性波，同时观测监视记录。测完一点后，放掉井中检波器橡皮囊中的气或水，将井中检波器提升
40、到下一个测点，如此测定全井。,在测量时不一定要等间距测量，但要根据钻孔地质资料保证每个层位24个测点，以保证测量精度。,3.资料处理和解释,(1)绘制垂直时距曲线,对于测井的原始记录波形，首先应确认P波和S波的初至（对于S波，可以根据波形相位有无反转来进行识别），接着绘制时距曲线。由于在测井记录中只能得到透过波沿射线传播的旅行时间，并不能得到沿钻井壁（即垂直于地层）传播所用的时间，为了计算平均速度，必须把记录时间换算成井口到达检波器的垂直入射时间。如图5.34所示，假定地震波是沿直线传播到井中接收点的，并设Z1与Z2之间的波速为V，弹性波以这个速度从Z1沿井壁传播到Z2所需的时间为t1，则t1
41、与在Z1、Z2深度处所实测得到的记录初至时间T1、T2的关系式为,(5.25),那么,(5.26),式中,(5.27),将所有时间加起来，即对求和，则 就是波从井口传到深度为Zi1处所用的时间。对时间 用ti来表示，则将深度Zi和垂直时间ti在坐标纸上点图，便得到t-Z直角坐标系中用曲线表示的垂直时距曲线。如图5.35所示,图5.34 PS测井原理示意图,(2)计算平均速度岩层中某一深度Zi处的平均速度由公式,(5.28),计算，根据计算结果可以绘制平均速度与深度V-t的关系曲线，如图5.35上方曲线所示。,图5.35 PS测井综合速度图,当地层剖面的速度分层明显时，在垂直时距曲线上表现为由许
42、多斜率不同的折线段所组成，每一段折线反映了一种层速度的地层，折线段的斜率就是这一地层的层速度Vn，即,(5.30),二、浅层折射调查,在测区有钻孔的情况下，可以采用测井方法求取地层速度，而在实际工作中，有很多地区没有钻孔。在这种情况下，可采用浅层折射法调查求取地层速度主要是浅层低速带的速度。,在进行浅层折射的速度资料调查时，一般应做好以下几个方面的工作。,1.工作参数的选择,排列长度和检波器间距的大小应确保能稳定正确地追踪低速层或高速层。,排列形式一般有两种：一种是排列中的道距两头小、中间大，之所以这样布设是因为在炮点附近直达波视速度很低，用较小的道距才能清楚地反映直达波时距曲线的形状，便于波
43、的对比识别。而对于低速带底界面的高速层折射波，因其视速度大，用较大的道距才能满足精度的要求。这种做法的优点是可以两边放炮，获得相遇的折射波时距曲线，而缺点是近炮点处的道距太密，排列长度受到限制。第二种是排列中的道距采用一头小、一头大，即近炮点处道间距小，远炮点处道间距大。这种做法的优点是可以增大排列长度，有利于记录和追踪高速层，充分利用每个接收道，而缺点是采用单边放炮，资料解释精度不高。,激发形式一般可以采用锤击和放炮两种形式。对于在3040米以内的超浅层折射调查，可采用锤击，超过这个范围，可采用放炮形式。,2资料处理和解释,有了折射记录，就可以进行资料解释，点出如图5.36的相遇时距曲线，由各条时距曲线的斜率分别可以求出O1、O2点处第一层和第二层的层速度，由交叉时t01、t02分别可以求出O1、O2点处下方低速层的埋深。,图5.36 相遇时距曲线,(5.31),式中，V1为直达波的速度，V为折射层的速度，h为低速层的厚度。,
