第一、二节--有效波和干扰波-地震组合

第五章抗干扰技术前面讨论地震勘探的基本理论和波场的基本特点都是在理想和规则条件下进行的，实际情况非常复杂，在不同类型、不同场地、不同勘探对象的地震野外数据采集过程中，地震仪会接收到观测点处各种不同类型的所有波动。无论是煤田、金属矿、油气等中深部地震勘探还是浅部的工程地震勘探，都会遇到各种类型、不同性质的干扰波。地震勘探的一个关键问题就是与干扰波作斗争，即如何消除或压制干扰波，提高地震记录的信噪比。第一节有效波和干扰波　有效波：在地震勘探中用来解决地质任务的波。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。为解决地质任务，应设法突出有效波，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在地震勘探的数据采集、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。干扰波：震源干扰波，外界干扰波。一、震源干扰波　震源干扰波：在地震震源激发后，震源本身产生的非有效波。包括：声波、面波、虚反射和多次反射波等。1、声波　声波：在空气中传播的弹性波。特点：传播速度稳定(340m/s)，频率高(100Hz)，延续时间短。地震记录上，一般为1～3个波峰的窄条带直线同相轴。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：视速度小(100~500m/s)，频率低(10~30Hz)、能量强、衰减慢。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，旅行时间与对应的一次反射波近似成倍数关系。4、侧面波地表条件比较复杂地区，会出现一种被称为侧面波的干扰波。例如在黄土高原地区，由于水系切割，形成沟谷交错的复杂地形。在原与沟的交界为陡峻的黄土与空气的接触面，形成一个强波阻抗分界面，地震波激发后，传播到黄土边沿，被反射回来，记录上可能出现来自不同方向的具有不同视速度的干扰波。海上地震中的海底潜山、暗礁等也会形成侧面反射波。二、外界干扰波外界干扰波也称环境噪声，是指没有地震激发就存在于记录中，包括高低频背景的微震、仪器噪音等随机干扰，以及工业电干扰与各种外部因素引起的干扰。1、随机干扰定义：无一定规律、无一定频率及视速度、杂乱无章的振动。随机干扰频谱很宽，不能利用频率滤波压制。第一类：地面微震和其它外界干扰。特点是频带宽(1～200Hz)如风吹草动、人为因素引起的无规则振动第二类：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：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。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。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，形成工业电干扰。在地震地质条件复杂或环境噪音严重地区进行地震勘探工作时，干扰波成为分辨和追踪有效波的严重障碍。因此，能否采用有效措施压制干扰波、提高信噪比，往往成为方法成效性的关键。实际上，干扰波与有效波在频谱、视速度、视波长等方面存在着一定差异，根据这些差异，采用适当的抗干扰技术措施，即可削弱或压制这些干扰波。目前，地震勘探采用的抗干扰技术：地震组合法、水平叠加法、垂直叠加法、频率滤波以及昀佳窗口接收等。第二节地震组合法一、组合检波基本原理原理：利用有效波和干扰波在视速度(传播方向)的差异来削弱干扰波定义：使用两个以上检波器组成一组，按一定形式(直线或面积)安置在排列上，作为某道地震信号。即将几个检波器当成一个使用。以两个检波器线性组合为例来说明。如图所示，一速度为V的平面波以α角投射到地面上，它们到达S1、S2两个检波器的时间分别为t和t+△t，则sinaxxtvvδαδΔ==　xδ：S1、S2两检波器距离，组内距为便于定量讨论，用余弦波（或正弦波）代替地震波形，这样做不会影响所得结论的普遍性。令u1、u2分别表示S1、S2两点的波动位移值，其表达式为12cos2cos2()uAfuAfttππ=⎫⎬=+Δ⎭其合振动为　　12=[cos2cos2()]uuuAftfttππ∑=+++Δ据三角函数的和差化积　2coscos2()2cos2()2tuAftfttAftπππ∑∑Δ=Δ+Δ=+式中2cos2cosAAfttATππ∑=ΔΔ=为合成振动总振幅，显然它既与各个分振动的振幅有关，同时还与时差有关。当0tΔ=,4T,2T时，则2AA∑=,1.4A,0图解法表示三种情况：图(a)：反射波近似情况近震源接收：反射波近法线入射，av=∞，则0atxvΔ=Δ=，显然，组合对突出反射波有利。图(c)：面波情况调整组合距X△，使Δt＝T/2，则组合后干扰波振幅几乎为零。如图所示为组合对面波的压制效果。二、组合的滤波特性检波器组合灵敏度：组合后振动的振幅和组合前振幅的比值。nϕ表示n表示组合的检波器个数，当n=2时，nϕ为22cos2cosAAftftAAπϕπ∑Δ===Δ根据三角公式sin2α=2sinαcosα，上式变为2sin2sinftftπϕπΔ=Δ当n个检波器组合时，其组合灵敏度为sinsinnnftftπϕπΔ=Δ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1sinsinnnftnftπφπΔ=Δ（5.2.9）nφ称为相对灵敏度。从上式可见，nφ既是f的函数，也是tΔ的函数，写成(,)nftφΔ。固定iff=：(,)nnftφφ=Δ，方向特性，也称速度滤波特性，只研究某一频率if的组合效果。固定ittΔ=Δ：(,)nnftφφ=Δ，频率特性，只研究来自某一方向的不同频率的组合效果。1、组合的速度滤波特性由于atxvδΔ=，由式（5.2.9）可知组合的速度滤波特性为sin1()sinanaanfxvvnfxvπδφπδ=（5.2.10）从速度滤波特性曲线(基距为5m，12个检波器组合)看：(1)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，组合后增强(用高频检波器接收)。对于深层反射波，组合检波对压制干扰有很好的效果。2、组合的频率特性实际地震波为脉冲波，包含许多频率成分，频率不同，ft⋅Δ就不同，组合后波形会发生畸变，表现为组合的频率特性。固定tΔ，取频率f为自变量，可得频率特性公式1sin()sinnnftfnftπφπΔ=Δ(1)当0tΔ=，即Va→∞时，无频率滤波作用；(2)随tΔ增大,通频带变窄,总趋势是低通。结论：组合相当于低通滤波器。浅层地震深度浅，一般情况下，检波器排列不能同时做到近震源接收，组合接收时往往会降低地震记录的分辨率，因此，浅层地震勘探一般不采用组合方法压制干扰波。组合法通常是用于油气等深层地震勘探中。