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1、地球物理系 王永刚,地震资料采集方法与技术,地球物理勘探,课 程 内 容,第1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释,第一节 野外工作概述 第二节 野外观测系统 第三节 地震波的激发和接收 第四节 低(降)速带测定和静校正 第五节 地震组合法 第六节 共反射点叠加法,第3章 地震资料采集方法与技术,第一节 野外工作概述,一、陆地施工基本情况介绍 1、试验工作 2、生产工作过程 3、干扰波的调查方法 4、干扰波的类型和特点二、海上施工基本情况介绍 1、工作概述 2、特殊干扰波 3、海上震源
2、4、海上定位,第一节 野外工作概述,一、陆地施工基本情况介绍 1、试验工作具体的试验内容根据地质任务、工区的地质构造特点、干扰波情况、地震地质条件以及以往的勘探程度来拟定。试验的项目通常有：干扰波调查，了解工区内干扰波类型与特性。地震地质条件调查，了解低速带的特点、潜水面的位置、地震界面的存在与否、地震界面的质量如何（是否存在地震标志层）、速度剖面特点等。选择激发地震波的最佳条件，如激发岩性、激发药量、激发方式等。选择接收和记录地震波的最佳条件，包括最合适的观测系统、组合形式和仪器因素的选择等。,第一节 野外工作概述,2、生产工作过程,地震队的组成队长及指导员总体负责及协调关系测量组测量及标明
3、桩号放线班布置排列钻井班钻激发井孔爆炸组接收仪器组指令,激发地震波仪器组指挥现场作业并记录地震波施工组检查施工质量,完成施工日志现场处理组采集数据的现场处理后勤组保障设备的正常运转及职工的餐宿,第一节 野外工作概述,通常，生产工作的基本内容及步骤包括：（1）地震测量测量是地球物理勘探工作的基础和先行，其主要任务是根据野外施工设计方案，应用测量设备和相应的测量方法，将勘探部署图上的点、线、网放样到实地，为物探的野外施工、资料处理和解释提供符合一定要求的测量成果和图件。地震观测排列上的炮点和检波点的布设一般采用量距导线、红外测距导线、实时差分GPS（Global Positioning Syste
4、m）定位等技术。,第一节 野外工作概述,（2）地震波的激发陆上地震勘探的震源类型：炸药震源和可控震源。激发方式：炸药震源的井中激发、土坑等。激发井深：潜水面以下13米。激发药量：几公斤至十几公斤。激发时必须严格做好安全警戒工作。,第一节 野外工作概述,（3）地震波的接收实现方式：检波器、排列和地震仪器。在各检波点上准确埋置检波器，连通电缆，仪器操作员通知爆炸组放炮，在发出爆炸信号的同时，启动记录系统。每天所获得的地震记录、填写的班报等原始资料，经整理后交计算中心进行资料处理。,法国SN388数字地震仪,第一节 野外工作概述,三分量数字检波器,Cross-line,In-line,水中使用的压力
5、检波器,三分量数字检波器的方向定位,凿眼,插检波器,矫正方向,三分量数字检波器安置过程,第一节 野外工作概述,3、干扰波的调查方法 在生产实践中，通常采用以下几种观测方法来了解干扰波的类型、性质及其特点。（1）小排列 采用35米道距、土坑爆炸的小排列，并使用不混波，不加振幅控制，宽频带等仪器因素进行连续观测，其目的是连续记录、追踪各种规则干扰波，分析研究干扰波的类型和分布规律。,右图是采用小排列观测方法获得的干扰波调查记录，从该记录上可以看到浅层折射波、声波和几组面波等规则干扰波。对记录数据进行量化分析，可以得到这些干扰波的视周期、视速度等基本特征参数。,没有做任何滤波处理的单个检波器接收的炮
6、记录,使用数字组合方式进行去噪处理后的炮记录,第一节 野外工作概述,（2）直角排列 直角排列的观测方式如下图所示，适用于不知道干扰波传播方向的情况。将排列布置成“T形”，激发点O距A点一定距离，从记录上求得两个方向各自的时差t1和t2，在图上沿两个方向按一定比例尺标出矢量，各自的方向指向时间增大方向，求合矢量，其方向近似为干扰波的传播方向。,第一节 野外工作概述,（3）三分量检波器观测法 在井孔地震（VSPVertical Seismic Profile 垂直地震剖面，CWSCross Well Seismic 井间地震）观测或地面多波勘探时，使用三分量检波器接收到的记录，可以识别波的类型和传
7、播方向以及提取多种地震参数。三分量检波器可视为在同一点上沿三个轴向安置三个垂直检波器，三个轴向的取法可以是XYZ正交型，也可以是540正交型。在分析三分量检波器的观测资料时，应抓住波的射线方向、质点振动方向和检波器轴向间的相互关系，并考虑某个波到达检波器时引起的位移分量的大小及其方向。,第一节 野外工作概述,（4）环境噪声调查 在高分辨率地震勘探中，环境噪声是主要的噪声。环境噪声调查大致可分成以下三类：环境噪声基本情况调查用单个检波器，不滤波、不放炮，在不同环境条件（如公路、堤坝、耕地、树林、居民点等）下记录噪声并分析记录的振幅谱；组合对环境噪声的作用在相同的条件下，分别采用组合与不组合用同样
8、数目的检波器进行记录。对观测结果做振幅谱分析，比较组合对噪声的衰减情况；生产条件下的噪声调查选择有代表性的记录分析初至波到达前的噪声振幅谱，对目的层附近的时窗内做振幅谱分析，比较两者的振幅谱，估算不同频率的信噪比，有助于采集参数的最佳确定。,第一节 野外工作概述,4、干扰波的类型和特点（1）规则干扰 指具有一定主频和一定视速度的干扰波，如面波、声波、浅层折射波、侧面波等。面波（Rayleigh surface wave）：在地震勘探中也称为地滚波，存在于地表附近，振幅随深度增加呈指数衰减。其主要特点：频率低：几Hz20Hz；频散(Dispersion)：速度随频率而变化；低速：100m/s 1
9、000m/s，通常为200m/s500m/s；质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆。面波时距曲线是直线，记录呈现“扫帚状”，面波能量的强弱与激发岩性、激发深度以及表层地震地质条件有关。,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；采用组合法压制面波；选择适当的观测系统避开面波；频率滤波：利用面波与有效波的频谱差异。,群速度和相速度相速度：特定相位（如波谷或波峰）的传播速度。群速度：一个波列能量（包络）传播的速度。,第一节 野外工作概述,声波：在坑中、浅水池中或干井中爆炸，都会出现强烈的声波。声波是空气中传播的弹性波，速度为340米/秒左右，比较
10、稳定，频率较高，延续时间较短，呈窄带出现。浅层折射波：当表层存在高速层或第四系下面的老地层埋藏浅，可能观测到同相轴为直线的浅层折射波。工业电干扰：当地震测线通过高压输电线路时，地震检波器电缆会感应50Hz的电压，形成整张记录或部分记录道上出现50Hz的正弦干扰波。,第一节 野外工作概述,侧面波：在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探时，常出现侧面波干扰。例如在黄土塬地区，塬和沟的相对高差几百米，在塬和沟的交界为陡峻的黄土与空气的接触面，形成一个较强波阻抗分界面，记录上可能出现来自不同方向的、具有不同视速度的侧面波。在地震资料解释时，在水平叠加剖面上会出现由地下大倾角界面产生的侧面波。,第一节 野
11、外工作概述,虚反射(ghost)：是指从震源先到达地面或潜水面发生反射后，再向下传播到地下界面形成的反射波。多次反射波(Multiples)：当地下存在强波阻抗界面时，可能产生多种形式的多次反射波。其特点与正常反射波相似，时距曲线斜率较一次波大。,第一节 野外工作概述,（2）无规则干扰或随机干扰 无规则干扰波主要是指没有一定频率，也没有一定传播方向的波，它们在记录上形成杂乱无章的干扰背景，包括微震：与激发震源无关的地面扰动统称为微震。主要由风吹草动、人畜走动、机器开动等外界随机产生；低频和高频背景干扰：在沼泽、流沙、泥潭沼泽等松散介质中激发地震波时，这些介质的固有振动构成低频背景（1030Hz
12、）。在坚硬岩石中激发时，波传到浅层不均匀体（如砾岩，多孔石灰岩等）上产生的散射构成高频干扰背景（80200Hz）。低、高频背景的特点是在整张记录上出现，而且显得杂乱无章。,第一节 野外工作概述,关于干扰波类型的小结：干扰波可分为规则干扰和随机干扰两大类。规则干扰包括沿水平方向传播的面波干扰，沿垂直方向传播的多次波；具有重复性的面波，不具有重复性的人为因素产生的干扰。随机干扰也可以分为重复出现的，如地表不均匀性引起的散射；不重复出现的，如风吹草动等自然因素引起的随机干扰。,第一节 野外工作概述,二、海上施工基本情况介绍 1、工作概述 海上地震工作是把地震仪器安装在船上，使用海上专用的电缆和检波器
13、，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收。,第一节 野外工作概述,海上地震勘探作业船,海上地震勘探作业船工作痕迹照片（西方地球物理公司）：4根拖缆，8个空气枪组合，每次4个交替激发。,第一节 野外工作概述,海上地震工作方法具有如下特点：广泛使用非炸药震源，根据HSE（Health健康，Safety安全，Environment环保）的倡导，炸药震源已杜绝使用；比陆上更早实现了野外记录数字化；使用等浮组合电缆；单船作业，记录仪器和震源在同一条船上，不需要采用松放电缆的措施就能保证连续工作。全部采用多次覆盖技术，且覆盖次数较高，此等浮电缆的道数不断增加。,第一节 野外工作概述,相对陆上地震工作，海
14、上地震勘探的特殊性：观测船的前进速度为常数，使用多普勒声纳及时调节船速以保持船速恒定。但船速受风浪、涌流等多种因素的影响。海流和炮点间距不均匀是影响多次覆盖的因素。海流导致电缆与测线往往具有一定的夹角，称为电缆偏角。需要导航定位，目前广泛使用卫星定位技术。,第一节 野外工作概述,2、特殊干扰波 海上地震勘探中可能观测到的干扰波主要有重复冲击、交混回响或鸣震、侧反射、底波等。（1）重复冲击震源在海水中激发所产生的气泡，在静水作用下将产生胀缩运动(气泡效应)，每次胀缩都可视为一个新震源。重复冲击波在记录上最明显的表现为在初至波以后一定时间内，再次出现与初至波的视速度及方向相同的振动。选用合适的气枪
15、沉放深度或采用无气泡蒸汽枪震源可避免重复冲击的产生。,第一节 野外工作概述,典型的重复冲击记录,（2）鸣震海面和海底是两个反射系数较大的界面,会形成多次反射;当海底起伏不平时,由于地震波的散射和水层内多次波相互干涉造成的干扰称为交混回响(reverberation),图(a)是高频交混回响记录。如果海底是比较平坦、反射系数比较稳定的界面,则进入水层内的能量产生多次反射造成水层共振现象,称为鸣震(ringing)图(b)。,第一节 野外工作概述,（3）侧反射波这是指海底潜山、水下暗礁等产生的反射，由于它不是石油勘探中的研究对象，因而成为一种干扰。它的强度衰减较慢，以各种不同的视速度在整张记录上出
16、现，有时可以连续很长。在三维地震勘探中，使用全三维偏移技术可以使侧面波准确归位。（4）底波这是与海底界面有关的面波，在浅海域，当淤泥较厚时，经常观测到这种面波。其特点是频率和视速度都较低，而且离开海底其能量迅速衰减。,第一节 野外工作概述,3、海上震源 海上地震勘探相对于陆地地震勘探而言，具有诸多的差异，例如震源、检波器、观测方式等。目前海上地震勘探主要使用非炸药震源，包括电火花震源、空气枪震源、蒸汽枪震源等。（1）电火花电火花震源是利用高压电极在水中的放电效应，使其间的水介质形成通路，电极间放电产生的热能使海水汽化，对海水产生巨大的冲击力，激发出地震信号。（2）无气泡蒸汽枪无气泡蒸汽枪震源是
17、在海水中释放高温蒸汽造成地震振动。蒸汽在海水中迅速散热，并恢复其体积，可以消除气泡效应，并达到良好的地震效果。,第一节 野外工作概述,（3）空气枪它是将压缩空气在短暂的瞬间内释放于水中，形成气泡造成强烈的地震振动。工作原理：空气压缩后送进气枪的气室中,并达到一定的压力。工作时用电磁阀打开气室，其中的压缩空气迅速进入水中形成气泡,产生振动。主要类型：按气枪的工作压力可分为高压枪和低压枪；按用途可分为深水工作枪、浅水工作枪、泥枪、陆地枪等；按枪的结构可分为BOLT枪、G枪、GI枪、套筒枪、RLS-6000高压枪等。气枪震源的基本参数：主脉冲(Primary)；峰峰值(Peak-Peak)；气泡比(
18、P/B Ratio)；气泡周期(Period)；系统压力；工作压力；气枪总容量。,第一节 野外工作概述,4、海上定位（1）无线电定位系统要求已知精确经纬度的岸台设备。岸台发射的无线电波的传播速度为常数，观测船接收无线电波并精确地确定其到达参数，可求得观测船相对发射岸台的位置线（以岸台为圆心，以0.5V(t2-t1)为半径作圆，观测船的可能位置就在该圆弧上；t1和t2为观测船发射与接收无线电信号的时间），两条位置线的交点就是所求的船位。,第一节 野外工作概述,（2）卫星导航系统利用卫星导航最显著的优点是不受离岸距离的限制，而且是不分昼夜，并具有较高的精度。有效利用人造地球卫星导航定位，必须具有下
19、列设备和条件：要有足够的、轨道适当的导航卫星；必须对卫星的运行进行跟踪并及时地向卫星精确地预报其轨道参数，以提高定位精度；卫星高速运行中发射的无线电信号频率有多普勒频移，必须采用专门的设备进行接收；轨道参数和定位的计算都必须用电子计算机完成。,第一节 野外工作概述,（3）综合导航系统对海上地震工作来说，对导航定位的要求应当是在观测船上能实时计算航迹，并连续显示航线，以及能自动控制并记录地震震源的位置。为了全面地满足这些要求，当前主要采用由计算机控制并进行数据采集和处理的综合卫星导航系统。这种系统在19671970年出现并逐步得到广泛地应用，取得了良好的效果。这种系统中包括用计算机使之与海洋物探设备连接起来的卫星接收机，多普勒声纳、陀螺罗经和劳兰C，并实行自动控制。在卫星接收机测定的船位之间，使用多普勒声纳提供速度资料，使用陀螺罗经（或惯性导航系统）提供航向资料，再由计算机适时地进行计算、校正并进行内插。,
