地震勘探原理05第四章地震勘探组合法.

主讲：彭晓波地球物理与石油资源学院[e-mail]210:51:41地震勘探原理◙绪论◙第二章几何地震学◙第三章地震数据采集◙第四章地震组合法原理◙第五章多次覆盖方法◙第六章地震波速度◙第七章地震勘探资料解释◙第八章几种专门的地震方法310:51:41◙本章要点1、组合法的分类及定义。2、组合法压制干扰波的原理。3、组合对反射波的作用(物理实质）。4、各组合法的特点（优缺点）。5、组合距的选择原则。6、方向特性图形特点以及方向效应。7、地震勘探中随机干扰的特点。8、统计效应的定义及结论。第四章地震勘探组合法410:51:41地震信号的频谱分析seismicsignalfrequencyspectralanalysis第一节频谱分析概述一基本概念频谱分析：frequencyspectralanalysis就是利用傅立叶方法对振动信号进行分解并进而对它进行研究和处理的一种过程傅立叶：Fourier1()()21()()2ititFftedtftFed510:51:41简谐振动三要素振幅:A频率:ω初相位:＋＝610:51:41频谱：一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；那许多简谐分量及其各自的振幅，频率和初相位，叫那个复杂振动的频谱710:51:41二频谱图周期函数的傅立叶展开u(t)=u(t+nT)n=0,±1,±2±3,………….T:周期简谐振动u1(t）u1(t)=Acos(ωt+α)A,ω,α振幅，频率和初相位u1(t)=Acos(ωt+α)＝A【cosωtcosα－sinωtsinα】＝acosωt＋bsinωt其中，a＝Acosα,b=-Asinα810:51:41910:51:411010:51:41第三节频谱资料的获得与整理一获得信号的频谱的方法简介1连续信号f（t）的频谱F（ω）2离散信号的频谱FFTdtetfFtj..)()(1110:51:41二地震频谱资料的计算，整理和显示中的一些问题1210:51:411310:51:41120＝频带宽度主频1410:51:411510:51:41第四节地震频谱的特征及其应用一各种地震波的频谱特征1)与地震勘探有关的一些波的频谱特点1610:51:412)激发条件对地震波频谱有一定的影响在用炸药激发，药量增大时地震波的频谱移向低频高分辨率地震勘探用小药量，多井组合激发1710:51:413)不同类型的地震波频谱有一定差别频宽：4~12hz1810:51:414)同类型的地震波随着传播距离的增加，因为高频成分被介质吸收，频谱中低频成分增强。1910:51:41二野外地震仪器记录频率范围的选择三地震信息取样间隔选取的原则－－－－取样定理cft212010:51:41四取样不足造成假频2110:51:412210:51:412310:51:412410:51:41第二节傅立叶变换的重要性质一唯一性定理u(t)S(ω)给定u（t），只能求出一种展式；给定展式，也只能定出一种u（t）。2510:51:412610:51:41二线性叠加定理)(a................)(a)(a2211tututuNN)(.......)()(2211NNSaSaSa特例N＝1au(t)aS(ω)2710:51:41三时标变换定理设u(t)S(ω)则u(t/a)aS(ω)或u（at）1/aS(ω/a)2810:51:41四时延定理设u(t)S(ω)..)()(jeStu2910:51:41五褶积定理设u1(t)S1(ω)u2(t)S2(ω)两个函数褶积的频谱等于它们的频谱的乘积12121212()()()()()*()()()uutdSSututuutd3010:51:41第四章地震勘探组合法为了设计出压制干扰波的方法，首先就在分析有效波和干扰波的差别。组合法是利用有效波与干扰波在传播方向上的差别而提出的压制干扰波的方法。1、野外检波器组合：将分布在一定范围内的多个检波器联结起来，将其接收到的地震信号叠加在一起作为一道地震信号记录下来。2、野外震源组合：将分布在一定范围内的多个炮点同时激发，或将同一记录道接收到的不同炮点激发的波叠加在一起，作为一个震源来的波。3、室内组合（混波）：将若干相邻记录道的信号按一定权系数叠加起来作为一道新的记录道。3110:51:41第四章地震勘探组合法组合不但可以压制规则干扰波，还可以压制随机干扰。组合法原理：若反射界面很深，则反射波到地面时，与地面的夹角特别小（因为深层速度很高，浅层速度较小，所以一般认为有效波近似垂直入射）。有效波近乎同时到达检波器，几个检波器的信号加在一起做为一道输出则因同相迭加振幅显著加强。而干扰波多出现在浅层，传到各个检波器的信号有先有后，迭加时就不同相反而被削弱，若△t干正好是波的半个周期时，则干扰波就认为相互抵消了。1122sinsinVV3210:51:41第四章地震勘探组合法组合检波分为线性组合、面积组合1、线性组合：同一组内的检波器沿测线排列在一条直线上。2、面积组合：同一组内的检波器在平面上按一定图形布置，通常有矩形、星形。线性组合面积组合3310:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合线性组合的基本假设：（1）检波器沿直线排列；（2）地震波是简谐平面波；（3）各检波器接收的信号的形状一样，只是时间延迟不同。以f(t)为输入信号，以组合后的输出为总输出输入f(t)→组合系统→F(t)（输出），在组合系统中，有几个形状相同而相位不同的信号相迭加。组合系统相当于一个滤波系统，对于干扰信号滤除，对有效波加强。3410:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合例子：假设某道放两个检波器(沿测线是线性组合)，讨论反射波到达检波器的情况。设组内距△X=10米，反射波速度为1860m/s,入射角=20度，令t0=0.5秒.这时视速度V*=V/sinα=1860/sin20=5438m/s所以反射波到达两个检波器的时差为：Δt=10/5438=1.8ms3510:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合由于时差很小，可以认为它们大致是同时接收到反射波，所以组合后，两个反射波信号近似是同相叠加，叠加后，总振幅变成2A。注意：组合对于反射波来说，相当于不同位置，时间几乎相同的波的近同相叠加，叠加(Stack)后，反射波能量得到加强(Strengthen)。3610:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合4.1.1检波器简单线性组合的滤波方程,()sin()((1))()()()()jwtfttxtfttVnftntftgjwfttgjwe第一个检波器接收到振动的时间记为零振动函数数是。又设组内各检波器接收到的振动波形和振幅都一样，只是有相对时差。那么，第二个检波器相对于第一个要晚，且，所以第二个检波器接收到的振动是，同理，第个检波器接收到的振动是。设的谱是，根据时延定理，有：的谱是2(1)(2)()((1))()jwtnjwtfttgjweftntgjwe的谱是的谱是3710:51:41第四章地震勘探组合法(1)(1)()()()()((1))()(),()()()()()()[1]()(jwtnjwtjwtnjwtFtFtftfttftntFtGjwGjwgjwgjwegjweGjwgjweeKjwKjw组合后的振动记作，并有：对上式两边求付立叶变换，把的付立叶变换记作即等式右边括号内是一个等比数列，记作，则(1)n-120(1)2ntsin12)t1sin2ntsin2()()()()tsin2njwtnjwtjwitjwtinjwtweeewewGjwgjwKjwgjwew则有3810:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合4.1.1检波器简单线性组合的滤波方程1、组合系统相当于一个滤波器，组合输出信号F(t)的频谱G(jw)等于输入频谱乘以滤波因子K(jw)。2、函数K(jw)与信号的形状无关，与信号到达时间也无关，只与信号的频率有关，以及信号到达组内各检波器的相对时差有关，即只与组内距和组合点数有关，所以K(jw)表征了组合的固有特征，称之为组合的方向频率特性或组合特性。•GjwgjwKjw3910:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合4.1.1检波器简单线性组合的滤波方程当我们只研究某一特定频率wi的简谐波的组合效果，这时K(jw)就是方向特性，反映了组合对来自不同方向的频率为wi的简谐波的叠加效果。当我们固定△ti，即只研究来自某一方向的不同频率的组合效果，这时K(jw)就是频率特性。4010:51:41第四章地震勘探组合法,sin2sin21:2KjwnKjwnwKjwKjw组合的方向频率特性是一个复数它的振幅特性为：相位特性是表示检波器组合输出的信号的振幅谱放大倍。特征函数的振幅特性的物理涵义就是组合对单个检波器振幅的放大倍数。4110:51:41第四章地震勘探组合法001000sinsin-12sin2sin2nsin2A=sinAftAwtnFtnnFtAwtnA当单个检波器接收到的振动是振幅为，初相位为的简谐波，则个检波器线性组合的输出可写成：上式的物理意义是：个检波器组合后的总输出也是同一频率的简谐波，其相位与组的中心处的检波器接收到的振动的相位相同，而总输出信号的振幅为：24210:51:41第四章地震勘探组合法0sin0wxAnVAAnAnnx即是与和有关，其中。这就表明总振动的振幅与波的入射角有关。在反射波法中，从深层水平界面来的反射波近垂直入射到地面（），这时，即总振幅增加了倍，有效波得到加强，而对其它角较大的干扰波，则相对地受到压制。为了更清楚地了解组合的这种相对加强或压制作用同波的入射角、检波器数目、检波器间距等参数之间的关系，通常用组合后总振动的振幅与组合前0sin2sin2nnAnnAnn单个检波器接收到的振动的振幅的倍之比：，来表示组合对来自不同方向的波的相对加强或压制效果，，称为组合的方向特性。4310:51:41第四章地震勘探组合法sinsin2sinsin2sin2sinsin2sinsin2aaaawxVtTnwxVnwxnVtnttTwtntTTnTnwxVVVnVwxnV因为可以用，，，或，等参数来表示，所以方向特性也可表示成：，因为，则，因为，则，4410:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合4.1.2简单线性组合的方向特性DirectionCharactersinsinsin1112sinsinsin2ntxwnKjwnfttxnnftnnw4510:51:41第四章地震勘探组合法101,212112-13,,,01400.707212-1,0.7072253-2tTtTtnTnnntTntnnTnnnnn的特征：、一次极值、，，二次极值、零点、，通放带压制带、当时，在零点之间出现个压制带极值，两边的极值最大，向中间逐渐减小，中间的一个（为奇数）或两个（1n为偶数）其值近似为。4610:51:41第四章地震勘探组合法◙4.1检波器简单线性组合4.1.2简单线性组合