地震折射波法反射波法2010

1本章主要内容：介绍浅层折射波法勘探的野外工作方法及地震资料解释，重点内容为测线的布置、测线长度和探测深度的关系、道间距与激发点的选择、观测系统的布置。第三章浅层折射波法2目录第一节折射波法概述第二节折射波法的野外工作方法第三节折射波法的地震资料解释3第一节折射波法概述在浅层地震勘探中，折射波法是一种使用较久且成熟的方法，常用来探测覆盖层厚度，基岩面起伏，断层及古河道等水文工程地质问题。折射波法本身也存在弱点：波速的条件，分辨率低，测线较长等。在浅层地震勘探中，野外工作可分为三个阶段：1、收集资料、现场踏勘2、试验工作3、完成勘探任务4第二节折射波的野外工作方法浅层地震数据采集方法主要介绍采集系统所使用的仪器设备、野外观测系统设计和有关采样参数的选择等。地震仪检波器5检波器又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。检波器输出的信号电压和其振动时的位移初速度有关，因此又叫速度检波器。用晶体压电效应特性制成的晶体检波器，固有频率高的特点，可以测量物体震动加速度，又叫加速度检波器。地震仪是将检震器的输出的电信号放大，显示并记录下来的仪器，具有滤波、放大、信号叠加、高精度计时及数字记录和微机处理等功能。震源要求有适当的能量、安全可靠便于使用，能产生较高频率成分。常用的有：锤击震源、雷管和炸药、地震枪震源、电火花震源等。6一、测线布置(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，弯曲测线或分段观测。7测线布置原则：1、若地质任务是调查整个工区内基岩起伏，需要布置测网。2、对于路基或隧道等类的测线，布置在条带状的狭长地区。3、若地形起伏较大时，在必须在起伏的顶部及底部设置激发点，保持测线分段观测的直线性。4、调查滑坡和边坡的测线，通常以主滑动方向为中心布置成相互垂直的网格状，其中一组测线和地层走向平行。5、使用折射波法追踪断层时，测线与推断的断层走向垂直相交。8二、测线长度与探测深度的关系地震测线长度基本要求：测线长度必须满足观测追踪第二层的初至折射波，可靠求取v1、v2波速和观测折射波时距曲线的要求。xvvvvhxxXc1212429三、道间距及激发点的选择2*Tvx1.道间距：相邻两道检波器的间距，用△X表示。浅折：5m，10m；浅反：2～5m。有时为求准表层速度：震源附近加密点，构成不等间距排列。XNL)1(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。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。3.偏移距2.排列长度10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5～7倍；反射：目的层深度的0.7～1.5倍。4.炮检距和最大炮检距在测线两端及测线上，以适当的间距设置震源或布置炮点，用以激发弹性波，其位置和间距对调查结果有重要影响。震源间距越小，测量精度越高，但通常是按每6至12个检波点(即间距为40m至120m)设一个震源点来进行设计的。四、炮间距及激发点的选择11五、观测系统地震现场数据采集中，为压制干扰波和确保对有效波进行追踪，激发点和接收点之间的排列和各排列的位置应保持一定的相对关系。激发点和接收点之间的位置关系和排列和排列间的位置关系统称为观测系统。折射波法观测系统：1、单支时距曲线观测系统2、相遇时距曲线观测系统3、追逐时距曲线观测系统4、双重相遇时距曲线观测系统5、双重相遇追逐时距曲线观测系统表示方法有：综合平面图和时距平面图12观测系统适用条件单支时距曲线观测系统适用于地质情况简单，折射界面规则且近水平情况。特点：施工简单，效率高，界面起伏较大误差大，不适用。相遇时距曲线观测系统折射界面起伏明显，不规则。特点：解释精度高，中间部分重复观测。追逐时距曲线观测系统对折射界面连续追踪，曲线形态和折射界面形态相关。特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行13双重相遇时距曲线观测系统表层条件复杂条件下采用特点：可弥补近炮点时距曲线不足，并可连续追踪。双重相遇追逐时距曲线观测系统14(a)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15第四章浅层反射波法本章主要内容：介绍浅层反射波法勘探的野外工作方法及地震资料解释，重点内容为多次覆盖观测系统，要求掌握综合平面图的绘制方法及反射波资料处理与解释。16目录第一节反射波法概述第二节反射波法的野外工作方法第三节反射波法的地震资料解释17折射波利用首波初至时间绘制时距曲线，推断地下构造，而反射波法则主要利用反射波相位的时空特性推断解释地下构造。不仅能直观的反映地层界面的起伏变化，而且能探测地下隐伏断层、空洞及异常物体。第一节反射波法概述反射波法和折射波法的区别：探测深度范围不同工作频率不同，中、深：几十赫兹，浅层：100～300Hz浅层比中、深层探测难度更大低速带厚度变化对波的传播有滞后作用，使得时距曲线为双曲线。18第二节反射波法的野外工作方法一、浅层地震地质条件地质条件：深度地震地质条件和浅层地震地质条件研究地质条件的目的是为了获取高质量的地震记录1、地表松散层的影响（反射波产生偏移和时间滞后，吸收高频信号，产生多次反射波干扰）2、潜水面的影响潜水面下或泥岩、粘土岩中激发，频率丰富，能量较强3、表层不均匀性影响19二、地震测线的布置布置测线的原则：测线为直线，尽量垂直地层或构造线走向；测线均匀分布于全测区，最好与钻探线重合；测线间距和疏密程度应根据地质任务、测区勘探程度及探测对象等因素确定。三、反射波法观测系统1、简单连续观测系统2、间隔连续观测系统3、多次叠加观测系统20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，直观地表示炮点和排列之间的关系。1.如图所示，O1、O2…O5是激发点，A、B、C、D表示互换点，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。(a)双边激发21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。(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。22R2R3O2激发，O1O2接收，用斜线段O2A表示，对R2R3进行了一次观测，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。233、多次叠加观测系统组合：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）。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息的影响。24共反射点示意图水平叠加的概念：又称为共反射点叠加或共中心点叠加（处理），就是以O点为中心，左右两侧对称位置选择激发点和接收点，接收到的记录来自于同一反射点，将地震记录进行叠加，可以压制多次波和各种随机干扰波，从而大大提高信噪比和地震剖面质量，并且可以提取速度等参数。25条件：建立在水平界面假设的基础上。如下图示：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。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。26A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。(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：27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(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)28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。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δtD)，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δtD表示。2.共反射点多次波的叠加效应29各叠加道δtD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，如右图示。共反射点经动校正后，叠加时同相叠加,叠加后振幅成倍增加，达到突出有效波的目的，如右图示。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。30叠加次数：1122334455665544332211共反射点地震记录31以地面接收排列表示，则叠加次数为倾斜线上接收点个数。32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。以简单常用的单边放炮六次覆盖观测系统为例讨论。如右图所示：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。单边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。33排列展开示意图多次叠加观测系统综合平面图34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。为设计多次覆盖观测系统，引入一些专业术语：n－覆盖次数；ν－炮点移动道数；N－仪器道数；S－系数（单边S=1，双边S=2）。有如下关系：2nNSv如采用单边放炮，且接收道为24道，上式变为nnNv122当n＝6，ν=2，即每移动两道放一炮；当n=12,则ν=1。为施工方便及便于资料处理，ν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。35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ｍ次激发后，接收到的归一化振幅为miimiinmsmA1111式中：S－有效波振幅；n－干扰波振幅对有效波：经ｍ次叠加后，由于是同相叠加，振幅增加ｍ倍；对随机干扰：经ｍ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：mmm/倍。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。36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