地震勘探原理05第四章 地震勘探組合法

地震勘探原理緒論第二章幾何地震學第三章地震數(shù)據(jù)采集第四章地震組合法原理第五章多次覆蓋方法第六章地震波速度第七章地震勘探資料解釋第八章幾種專門的地震方法3/18/20242本章要點1、組合法的分類及定義。2、組合法壓制干擾波的原理。3、組合對反射波的作用(物理實質(zhì)）。4、各組合法的特點（優(yōu)缺點）。5、組合距的選擇原則。6、方向特性圖形特點以及方向效應。7、地震勘探中隨機干擾的特點。8、統(tǒng)計效應的定義及結(jié)論。第四章地震勘探組合法3/18/20243地震信號的頻譜分析

seismicsignalfrequencyspectralanalysis第一節(jié)頻譜分析概述一基本概念頻譜分析：frequencyspectralanalysis

就是利用傅立葉方法對振動信號進行分解并進而對它進行研究和處理的一種過程

傅立葉：Fourier3/18/20244簡諧振動三要素振幅:A頻率:ω初相位:＋＝3/18/20245頻譜：一個復雜的振動信號，可以看成是由許多簡諧分量疊加而成；那許多簡諧分量及其各自的振幅，頻率和初相位，叫那個復雜振動的頻譜3/18/20246二頻譜圖周期函數(shù)的傅立葉展開u(t)=u(t+nT)n=0,±1,±2±3,………….T:周期簡諧振動

u1(t）u1(t)=Acos(ωt+α)A,ω,α

振幅，頻率和初相位u1(t)=Acos(ωt+α)

＝A【cosωtcosα－sinωtsinα】

＝acosωt＋bsinωt

其中，a＝Acosα,b=-Asinα3/18/202473/18/202483/18/20249第三節(jié)頻譜資料的獲得與整理一獲得信號的頻譜的方法簡介1連續(xù)信號f（t）的頻譜F（ω）2離散信號的頻譜

FFT3/18/202410二地震頻譜資料的計算，整理和顯示中的一些問題3/18/2024113/18/2024123/18/2024133/18/202414第四節(jié)地震頻譜的特征及其應用各種地震波的頻譜特征1)與地震勘探有關(guān)的一些波的頻譜特點3/18/2024152)激發(fā)條件對地震波頻譜有一定的影響在用炸藥激發(fā)，藥量增大時地震波的頻譜移向低頻高分辨率地震勘探用小藥量，多井組合激發(fā)3/18/2024163)不同類型的地震波頻譜有一定差別頻寬：4~12hz3/18/2024174)同類型的地震波隨著傳播距離的增加，因為高頻成分被介質(zhì)吸收，頻譜中低頻成分增強。3/18/202418二野外地震儀器記錄頻率范圍的選擇地震信息取樣間隔選取的原則－－－－取樣定理3/18/202419四取樣不足造成假頻3/18/2024203/18/2024213/18/2024223/18/202423第二節(jié)傅立葉變換的重要性質(zhì)一唯一性定理u(t)S(ω)給定u（t），只能求出一種展式；給定展式，也只能定出一種u（t）。3/18/2024243/18/202425二線性疊加定理特例

N＝1au(t)aS(ω)3/18/202426三時標變換定理設(shè)

u(t)S(ω)則

u(t/a)aS(ω)或

u（at）1/aS(ω/a)3/18/202427四時延定理設(shè)

u(t)S(ω)3/18/202428五褶積定理設(shè)

u1(t)S1(ω)u2(t)S2(ω)兩個函數(shù)褶積的頻譜等于它們的頻譜的乘積3/18/202429第四章地震勘探組合法為了設(shè)計出壓制干擾波的方法，首先就在分析有效波和干擾波的差別。組合法是利用有效波與干擾波在傳播方向上的差別而提出的壓制干擾波的方法。1、野外檢波器組合：將分布在一定范圍內(nèi)的多個檢波器聯(lián)結(jié)起來，將其接收到的地震信號疊加在一起作為一道地震信號記錄下來。2、野外震源組合：將分布在一定范圍內(nèi)的多個炮點同時激發(fā)，或?qū)⑼挥涗浀澜邮盏降牟煌邳c激發(fā)的波疊加在一起，作為一個震源來的波。3、室內(nèi)組合（混波）：將若干相鄰記錄道的信號按一定權(quán)系數(shù)疊加起來作為一道新的記錄道。3/18/202430第四章地震勘探組合法組合不但可以壓制規(guī)則干擾波，還可以壓制隨機干擾。組合法原理：

若反射界面很深，則反射波到地面時，與地面的夾角特別?。ㄒ驗樯顚铀俣群芨?，淺層速度較小

，所以一般認為有效波近似垂直入射）。

有效波近乎同時到達檢波器，幾個檢波器的信號加在一起做為一道輸出則因同相迭加振幅顯著加強。而干擾波多出現(xiàn)在淺層，傳到各個檢波器的信號有先有后，迭加時就不同相反而被削弱，若△t干正好是波的半個周期時，則干擾波就認為相互抵消了。3/18/202431第四章地震勘探組合法組合檢波分為線性組合、面積組合1、線性組合：同一組內(nèi)的檢波器沿測線排列在一條直線上。2、面積組合：同一組內(nèi)的檢波器在平面上按一定圖形布置，通常有矩形、星形。線性組合面積組合3/18/202432第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合線性組合的基本假設(shè)：（1）檢波器沿直線排列；（2）地震波是簡諧平面波；（3）各檢波器接收的信號的形狀一樣，只是時間延遲不同。以f(t)為輸入信號，以組合后的輸出為總輸出輸入f(t)→組合系統(tǒng)→F(t)（輸出），在組合系統(tǒng)中，有幾個形狀相同而相位不同的信號相迭加。組合系統(tǒng)相當于一個濾波系統(tǒng)，對于干擾信號濾除，對有效波加強。3/18/202433第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合例子：假設(shè)某道放兩個檢波器(沿測線是線性組合)，討論反射波到達檢波器的情況。設(shè)組內(nèi)距△X=10米，反射波速度為1860m/s,入射角=20度，令t0=0.5秒.這時視速度V*=V/sinα=1860/sin20=5438m/s

所以反射波到達兩個檢波器的時差為：Δt=10/5438=1.8ms

3/18/202434第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合由于時差很小，可以認為它們大致是同時接收到反射波，所以組合后，兩個反射波信號近似是同相疊加，疊加后，總振幅變成2A。

注意：組合對于反射波來說，相當于不同位置，時間幾乎相同的波的近同相疊加，疊加(Stack)后，反射波能量得到加強(Strengthen)。3/18/202435第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.1檢波器簡單線性組合的濾波方程3/18/202436第四章地震勘探組合法3/18/202437第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.1檢波器簡單線性組合的濾波方程1、組合系統(tǒng)相當于一個濾波器，組合輸出信號F(t)的頻譜G(jw)等于輸入頻譜乘以濾波因子K(jw)

。2、函數(shù)K(jw)與信號的形狀無關(guān)，與信號到達時間也無關(guān)，只與信號的頻率有關(guān)，以及信號到達組內(nèi)各檢波器的相對時差有關(guān)，即只與組內(nèi)距和組合點數(shù)有關(guān)，所以K(jw)表征了組合的固有特征，稱之為組合的方向頻率特性或組合特性。3/18/202438第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.1檢波器簡單線性組合的濾波方程當我們只研究某一特定頻率wi的簡諧波的組合效果，這時K(jw)就是方向特性，反映了組合對來自不同方向的頻率為wi的簡諧波的疊加效果。當我們固定△ti，即只研究來自某一方向的不同頻率的組合效果，這時K(jw)就是頻率特性。3/18/202439第四章地震勘探組合法3/18/202440第四章地震勘探組合法3/18/202441第四章地震勘探組合法3/18/202442第四章地震勘探組合法3/18/202443第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.2簡單線性組合的方向特性DirectionCharacter3/18/202444第四章地震勘探組合法3/18/202445第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.2簡單線性組合的方向特性DirectionCharacter3/18/202446一次極大二次極大零點3/18/202447第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.3組合檢波參數(shù)對方向特性的影響1、組合點數(shù)n的影響

通放帶邊界為1/2n，n越大通放帶越窄，壓制帶越寬。這就是說，檢波器個數(shù)越多，對干擾波壓制范圍越寬，并且n越大，壓制帶極值越低，即壓制帶內(nèi)的平均值越小，壓制效果越好。3/18/202448第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.3組合檢波參數(shù)對方向特性的影響2、組內(nèi)距△x的影響

△x增大使通放帶變窄，壓制帶變寬。注意：增大n和△x都可增強組合檢波的方向效應，從而增強對干擾波的壓制，但增大n的效果更好。增大n和△x將會增大組合對淺層反射波和地震分辨率的損害。3/18/202449第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性1、頻率特性△t=0時，不管諧波分量的頻率是多少，振幅增大為原來的n倍而波形不變，即在垂直入射時組合后的波形不變化。K(jw)

是方向和頻率的函數(shù)，對不同頻率的諧波分量K(jw)值是不同的，即組合后不同諧波分量的譜的放大倍數(shù)的不等，組合檢波系統(tǒng)相當于一個頻率濾波。3/18/202450第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性1、頻率特性組合對地震波來講，相當于低通濾波器，對高頻成分有不同程度的壓制作用?！鱰越大，通放帶越窄，即壓制的頻率范圍越寬。由于△t=△x/v，因此組內(nèi)距△x越大，頻率濾波作用越強烈。3/18/202451第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性1、頻率特性3/18/202452第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性1、頻率特性3/18/202453第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性2、組合檢波頻率特性的副作用⑴組合檢波使地震分辨率降低由于組合檢波系統(tǒng)有低通濾波作用，會濾掉地震波的高頻成分，使地震波頻譜變窄，波形被展寬，這會降低地震分辨率。n越大，△x越大，組長越大，低通濾波作用越強烈。3/18/202454第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.4組合檢波的頻率特性2、組合檢波頻率特性的副作用⑵組合檢波使有效波畸變組合檢波相當于頻率濾波器，有的頻率成分被相對增強，有的被相對削弱，使組合后的地震波波形與組合前不一樣。n越大，△x越大，組合的方向特性越強，波形畸變越嚴重。注意：組合檢波都有低通頻率濾波作用，放向特性越好，頻率濾波作用越強，對分辨率的損害及造成有效波的畸變也越嚴重。3/18/202455第四章地震勘探組合法4.1

檢波器簡單線性組合4.1.5簡單線性組合檢波的缺點

⑴不能壓制側(cè)面來的干擾當干擾波垂直測線方向，即垂直檢波器組的排列方向傳來時，將同時到達各檢波器，線性組合對它無壓制作用。⑵削弱淺層反射淺層反射，尤其是大炮檢距（多次覆蓋往往需要使用大炮檢距）淺層反射就很容易落入壓制帶，從而降低信噪比。3/18/202456第四章地震勘探組合法4.2不等靈敏度組合不等靈敏度組合是一種線性組合，沿測線布置檢波器，但各個點上放置的檢波器靈敏度不等。等腰三角形、牛頓二項式系數(shù)、契比雪夫多項式分布等。3/18/202457第四章地震勘探組合法4.2不等靈敏度組合4.2.1等腰三角形不等靈敏度組合

特點：優(yōu)點：壓制帶極值低，起伏小，因此對壓制帶內(nèi)干擾波壓制強度大，效果平穩(wěn)；由于通帶較寬較緩，對速度較低的大炮檢距淺層反射損害小。缺點：統(tǒng)計效應比用同樣多個檢波器的其他組合方式的弱，因而使用這種組合時，須將若干個靈敏度相同的檢波器放在一起。3/18/202458第四章地震勘探組合法3/18/202459第四章地震勘探組合法3/18/202460第四章地震勘探組合法4.2不等靈敏度組合4.2.2復合線性組合將若干組組合點數(shù)相同的線性組合疊合，所有檢波器都沿測線布置。當各小組錯開的距離為小組組內(nèi)距△x的整數(shù)倍時，實際上是一種不等靈敏度組合。特點：加強了對干擾波的壓制，又不致拉長組長的。也不能壓制側(cè)面來的干擾波。

3/18/202461第四章地震勘探組合法3/18/202462第四章地震勘探組合法

4.3面積組合

當存在多種傳播方向的干擾波時，用線性組合的效果不好，此時應采用面積組合。特別是對次生干擾，最有效的壓制方法就是面積組合。等效變換方法等效變換方法是基于平面波的假設(shè)，即在組合檢波器所分布的面積內(nèi)，地震波可看作平面波，將面積組合內(nèi)各檢波器位置投影到波在地面的傳播方向上，這樣就將面積組合化為線性組合問題了。3/18/202463第四章地震勘探組合法3/18/202464第四章地震勘探組合法

4.3面積組合

矩形面積組合法

長邊上有m個檢波器，間距為△Xm；短邊上有n個檢波器，間距為△Xn

。

3/18/202465第四章地震勘探組合法

4.3面積組合

星形面積組合法

將m條直線段組合交于某一點，交點為各條直線段的中點，且各條直線夾角相等。3/18/202466第四章地震勘探組合法

4.3面積組合

三角形（半菱形）面積組合法

沿測線x方向檢波器間隔△X；沿垂直測線方向（y方向）檢波器間隔△Y，平面上呈等腰三角形分布。三角形（半菱形）面積組合及其沿y方向的方向特性曲線3/18/2024673/18/202468第四章地震勘探組合法

4.4組合檢波的統(tǒng)計效應

StatisticsEffectsofGroup

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，利用組合的統(tǒng)計特性。地震勘探中的隨機干擾遵循統(tǒng)計規(guī)律，其平均值為零。隨機干擾的分類：微震（風吹草動）儀器噪聲激發(fā)產(chǎn)生不規(guī)則干擾3/18/202469第四章地震勘探組合法

4.4組合檢波的統(tǒng)計效應

StatisticsEffectsofGroup

在地震勘探中，一定條件下才可認為兩個檢波器分別記錄下來的隨機干擾是不相關(guān)的，這個條件就是這兩個檢波器的距離要達到一定值，這個距離值稱之為“相關(guān)半徑”。這就是說，兩個檢波器距離若大于相關(guān)半徑，則兩者所接收到的隨機干擾就可認為是不相關(guān)的。若兩個檢波器的距離小于相關(guān)半徑，則兩者所接收到的隨機干擾就不能認為是獨立的。3/18/202470第四章地震勘探組合法

4.4組合檢波的統(tǒng)計效應

StatisticsEffectsofGroup

當組合距大于隨機干擾的相關(guān)半徑時，用m個檢波器組合后，有效波增強m倍，干擾波增強根號m倍，即信噪比增強倍。3/18/202471第四章地震勘探組合法4.4組合檢波的統(tǒng)計效應

AverageEffect4.4.3關(guān)于組合檢波的“平均效應”

組合時我們把地下不同反射點的信號相互疊加后，作為中點的信號輸入儀器中，這實際上是對多個信號取了平均，其作用是：積極一面：把地表地質(zhì)構(gòu)造微小變化相互平均了，因而使有效波具有比較規(guī)則的波形，有利于波的對比；消極一面：反射不是嚴格的來自于同一反射點，對反射界面平均，模糊了細節(jié)，易漏掉小斷層，小構(gòu)造等。3/18/202472第四章地震勘探組合法

4.5

組合檢波的參數(shù)選擇主要步驟1、調(diào)查干擾波與有效波參數(shù)，視速度、視周期，隨機干擾相關(guān)半徑等。2、理論分析和計算

根據(jù)有效波，干擾波的視速度、視周期，假設(shè)一些組合參數(shù)，計算組合方向特性，選擇使有效波落入通效帶，規(guī)則干擾波落入壓制帶的方案，并同時估算組合的統(tǒng)計效應。3/18/202473第四章地震勘探組合法

4.5

組合檢波的參數(shù)選擇主要步驟3、按理論分析給出的參數(shù)進行現(xiàn)場試驗，看組合壓制干擾波的效果，（把理論上計算出的方案，用于野外生產(chǎn)工作中，進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果進行修改，在決定最后方案時，必須同時考慮組合效果和生產(chǎn)上效率，以地質(zhì)效果為主，在效果相近時，應采取提高效率的方案。在地震勘探工作已經(jīng)進行較多的探區(qū)，過去的工作已積累了許多經(jīng)驗，在一個新工區(qū)開始工作時，常常不需要重復上述3個步驟的工作。3/18/202474第四章地震勘探組合法

4.5

組合檢波的參數(shù)選擇設(shè)計組合方