工程物探總復習(二)

1、工程物探總復習（二）主講：王偉主講：王偉郵箱：郵箱：巖土工程教研室?guī)r土工程教研室有效波有效波和干擾和干擾波波一、有效波和干擾波的概念一、有效波和干擾波的概念 有效波有效波：在地震儀接收到的所有振動中，能解決某一特定地質問題的波稱為有效波或信號； 干擾干擾波波：一切妨礙分辨有效波的其他波稱為干擾波地震勘探野外數(shù)據采集技術及方法地震勘探野外數(shù)據采集技術及方法 一、一、 測線設計測線設計 （一）反射波法測線設計（一）反射波法測線設計1.最好為直線；2.主測線應與巖層或構造走向相垂直3.盡可能與鉆探線或其它物探測線相一致。4.面積測量時應有聯(lián)絡測線，以檢測不同測線上反射波的閉合情況。測線設計和觀測系統(tǒng)

2、測線設計和觀測系統(tǒng)幾種常用的觀測系統(tǒng)介紹幾種常用的觀測系統(tǒng)介紹（1）測線類型 通常的測線類型如圖所示。根據激發(fā)點和接收點之間的相對位置關系及排列關系，測線類型可分為縱測線、橫測線縱測線、橫測線、側測線及弧形測線、側測線及弧形測線。測線測線類型圖類型圖（二）折射波法測線設計（二）折射波法測線設計1.相遇觀測法：雙邊(排列兩端激發(fā))的觀測方法。2.相鄰兩道檢波器間的距離道間距x一般為目的層深度的1/10。很深時不按此比例。工程地震中，常采用5-10m的道間距?？梢酝ㄟ^縮短震源附近檢波點間的道距和不等間距的排列方式來兼顧求準表層速度。3.最大炮檢距應選為目的層深度的7-10倍以上；為連續(xù)追蹤折射界面

3、，一般按6-12個檢波點設置一個震源點來進行設計。 4. 測線很長時，單元測線的銜接處重復最大接收距離的1/41/3； 5. 既考慮地質任務，又考慮地表和地質條件，測線盡量在平坦地面布置，主測線應設在路線上；圖圖3.2.1 3.2.1 長測線觀測系統(tǒng)長測線觀測系統(tǒng)6. 滑坡和邊坡地質調查，通常以主滑動方向為中心，布置網格狀測線，使測線方向與地層走向一致，見圖3.2.2。7. 重力壩址地質調查，以壩的軸線為中心，在壩體范圍內布置網格狀測線，一組與水壩平行，一組與河流流向平行。圖圖3.2-2 3.2-2 調查滑坡調查滑坡圖圖3.2-3 3.2-3 調查調查重力壩址重力壩址 圖圖 3.2-4 3.2

4、-4 觀測系統(tǒng)觀測系統(tǒng)圖示圖示a a 雙邊激發(fā)雙邊激發(fā) b b 單邊激發(fā)簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)單邊激發(fā)簡單連續(xù)觀測系統(tǒng); c ; c 中間激發(fā)中間激發(fā)簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)；簡單連續(xù)觀測系統(tǒng)；d d 間隔間隔激發(fā)單激發(fā)單次覆蓋連續(xù)觀測系統(tǒng)次覆蓋連續(xù)觀測系統(tǒng)反射波法觀測系統(tǒng)反射波法觀測系統(tǒng)4.多次覆蓋觀測系統(tǒng)（1）是采用有規(guī)律的移動激發(fā)點和接收點，對地下界面段多次重復采樣的觀測系統(tǒng)，見圖3.2-6.（2）炮點距計算公式式中s為常數(shù)，單邊放炮時，s=1，雙邊放炮時，s=2；n是多次覆蓋的次數(shù)，即對界面上的反射點重復接收的次數(shù)；N是儀器道數(shù)，或一條側線上檢波器的個數(shù)；一般采用下傾方向激發(fā)的單邊放炮觀測系統(tǒng)；此時

5、常數(shù)s=1 ) 1 . 2 . 3(2nNS 圖圖3.2.7 3.2.7 折射波的相遇時距曲線系統(tǒng)折射波的相遇時距曲線系統(tǒng)（a a）能解釋的系統(tǒng)）能解釋的系統(tǒng) ;(b) ;(b) 不能解釋的系統(tǒng)不能解釋的系統(tǒng)彎曲界面的追逐時距曲線三三 震源特性對分辨率的影響震源特性對分辨率的影響1使用小能量激發(fā)，可使激發(fā)的信號頻譜的主頻高；2.使用小能量的垂直疊加技術比單次大藥量激發(fā)的主頻高。3.小能量激發(fā)可使質點產生的位移符合小形變和小位移；4.選擇合適的介質激發(fā)可提高信號主頻； ( (二）檢波器的特性及參數(shù)二）檢波器的特性及參數(shù)1檢波器具有自己的固有頻率，固有頻率高，可以消除低頻噪聲,見圖3.4-3.2.

6、 阻尼系數(shù)h是檢波器的另一特性指標，設檢波器的固有頻率為0（1）h0 稱為過阻尼，使接收到的信號減弱，甚至失真，見圖3.4-3(b) (2) ht 是頂、底界面的反射波能否分開的條件 圖圖3.5-1 3.5-1 接收點接收點R R所記錄的地震記錄所記錄的地震記錄 是兩個反射波疊加的結果是兩個反射波疊加的結果1. 指沿橫向方向所能分辨的最小地質體的尺寸； 2. 第一菲涅爾帶：地表點震源發(fā)出的球面波到達界面時的波前面，與前面相距1/4波長先期到達的另一波前面在界面上形成的圓稱第一菲涅爾帶，見圖3.5.3； 3. 在頻率較高時，第一菲涅爾帶半徑為下式 4. 如果地質體的水平寬度a滿足不等式則這樣的地

7、質體相當于一個點的繞射，不能分辨該地質體的存在；)4 . 5 . 3(ra ) 3 . 5 . 3(2cftvr 二、橫向分辨率二、橫向分辨率圖圖3.5.-3 3.5.-3 第一菲涅爾帶范圍確定示意圖第一菲涅爾帶范圍確定示意圖對對影響分辨率的幾個因素的討論影響分辨率的幾個因素的討論 無論是垂向分辨率還是橫向分辨率，都是與子波的頻率成分、頻帶寬度和相位特征等因素有關，子波的波長越短，分辨率越高，頻帶越寬，分辨率越高，在頻譜相同的情況下，零相位子波具有較高的分辨率，這是因為零相位子波，頻帶較寬，振動延續(xù)時間最短所致。（一）分辨率與頻率成分的關系 分辨率不依賴于單頻諧波的頻率，單頻波的分辨率為零，只

8、有同時增加頻帶寬度方可；不同帶寬對脈沖的濾波會對脈沖的旁瓣比產生影響，繼而影響其分辨率。(二）分辨率與信噪比之間的關系 1. 地震記錄信噪比會影響地震記錄的分辨率； 2. 設地震記錄的分辨率為Pa (無噪聲存在條件下的分辨率)，信噪比為r，可以證明)10. 5 . 3(1121arnPP式中pn 為有噪聲存在條件下的分辨率，r為信噪比，Pa 為無噪聲時的分辨率；3. 地震記錄的分辨率可以用子波的分辨率來描述，零相位子波的分辨率最高；4. 當信噪比r趨于零時，分辨率pn趨于零；5. 當r趨于無窮大時，等于無噪聲時的分辨率Pn =Pa6. 當r=1時，Pn =1/2 Pa ；7. 當r2時，pn

9、0.8Pa ；8. 信噪比 r=24比較合適；9. 如果工區(qū)干擾成分大，應重點提高記錄的信噪比，干擾小，應以提高分辨率為主。( (三）分辨率與大地濾波三）分辨率與大地濾波作用作用1.地震記錄的分辨率隨傳播深度的增加而降低，要提高縱向分辨率，又有較大的勘探深度，就要拓寬子波的頻帶寬度，使子波向低頻端擴展。2. 影響反射波到達時差 的因素主要是地層波速和地層厚度，但在同一巖層中橫波速度比縱波速度小，因此利用橫波勘探可提高垂向分辨率；3. 深層速度大，頻率明顯降低，同樣厚度的地層在淺層可以分辨，深層可能不能分辨。 一、記錄長度與時間采樣率1.記錄長度的選擇必須保證記錄到最深目的層來的反射波, 并留有

10、一定的余量；2. 記錄長度=地震儀的采樣點數(shù)采樣率（采樣間隔），采樣點數(shù)確定了，采樣率高(采樣間隔小)，測量精度高，但勘探深度變淺；地震勘探工作參數(shù)選擇地震勘探工作參數(shù)選擇)2 . 6 . 3(21cft 二、最大和最小炮檢距二、最大和最小炮檢距1.最大炮檢距xmax 就是炮點與最遠一道之間的距離，一般最大炮檢距應大致等于最深目的層的深度h，或2. 最大炮檢距太大會帶來寬角反射的畸變影響；3. 最小炮檢距xmin 是炮點與最近一道檢波器之間的距離,又稱偏移距；4. xmin不應小于最淺目的層的深度；5. xmin大一些可以消除聲波和面波干擾。hx)5 . 17 . 0(max三、最佳接收地段的

11、選擇三、最佳接收地段的選擇 最佳接收地段又稱“最佳窗口技術”，如圖3.6-1圖 3.6-1 最佳窗口技術 (一）有效波能夠可靠對比的條件是有效波能夠可靠對比的條件是:2Tt 其中T是有效波的視周期，t是相鄰接收道的波至時間差；因此道間距應滿足：2*x四、道間距的選擇四、道間距的選擇 道間距又稱空間采樣率，它影響地震記錄的橫向分辨率，用x表示，道間距小，橫向分辨率高，但勘探費用大，選擇道間距應從以下因素考慮：（二）確保足夠的空間采樣率（二）確保足夠的空間采樣率即要求在一個波長內至少兩次采樣，避免陡傾界面的假頻化；（三）對反射界面進行充分采樣（三）對反射界面進行充分采樣 選擇道間距應保證第一菲涅爾

12、帶內至少有兩道四個CDP點接收，也就是x應小于第一菲涅爾帶的半徑。淺層淺層地震勘探野外抗干擾技術地震勘探野外抗干擾技術一、組合法 組合是指用一組檢波器產生一道信號輸入或多個震源同時激發(fā)構成一個縱震源，前者稱為組合組合檢波檢波，后者稱為組合激發(fā)組合激發(fā)，是應用波傳播方向的不同來壓制干擾波的一種方法。 它主要用于壓制面波之類低視速度規(guī)則干擾波及無規(guī)則的隨機干擾。如果有n個檢波器組合，則組合后的輸出為設f(t)的頻譜為g(j),組合后的頻譜為G(j) 組合后地震波的頻譜與組合前相差一個因子k(j)=k(,t),若固定頻率,就是研究地震波組合的方向特性, 若固定t=ti,就是研究來自某一方向的地震波的

13、頻率特性。1( )(1)(3.7.1)nkF tf tkt(1)1()()() ()(3.7.2)njktkG jg jeg jk j1.規(guī)則波線性組合的方向特性由(3.7.2)可知,組合因子式(3.7.3)是組合的綜合特性,它是頻率和時間差t的函數(shù),顯然組合因子k的幅角1(1)21sin2()(3.7.3)sin2nnjjktkntk jeett1(3.7.4)2nt歸一化的組合方向特性為表明:(1)只要地震波的視速度很大,近乎垂直出射到各接收點,則t0,組合后的輸出達到最大值,在區(qū)間內,0.707,稱通放帶.圖3.7.2是組合數(shù)目不同的方向特性曲線.sinsin11 sin(3.7.6)s

14、insinsinnxtnKnftTtxnnnftT 102tTn圖3.7-2 組合數(shù)目不同的方向特性(2)在 區(qū)間內,值最小,有(n-1)個零值點,這個區(qū)間稱為壓制帶(3)組合數(shù)目n增加,通放帶變窄;(4)有效波的視速度很大,可以落入通放帶, 組合后的輸出達到最大,是未組合前單個檢波器輸出振幅的n倍;(5)對于低視速度的面波可以落入壓制帶,組合后相對受到壓制; 所以組合法也叫視速度濾波視速度濾波.1(1)tnnTn)7 . 7 . 3(sinsin1)(tftfnnf 2. 規(guī)則波線性組合的頻率特性 取(3.7.3)中的頻率為變量,固定t,得到歸一化的組合頻率特性公式.歸一化的組合頻率特性公式

15、為固定組合數(shù)目n，以t為參變量，頻率f為橫坐標，可繪制組合頻率特性曲線。見圖3.7-3. 圖3.7-3 組合法頻率特性表明:(1) 視速度為無窮大時， 組合后對所有頻率成分都沒有頻率濾波作用；(2) 隨t增大，組合對高頻成分有壓制作用；(3) 組合的頻率特性會使有效波形產生波形畸變；(4) 實際工作中應設法提高有效波的視速度，例如近炮點接收，傾斜界面時，采用下傾激發(fā)上傾接收。 組合后的信噪比為整理后得到組合后的統(tǒng)計效應為1(3.7.13)(1)(1)niisnbnbbnDn(3.7.14)(1)bnGbn設有n個檢波器組合,如果組合內不規(guī)則干擾波相互統(tǒng)計獨立,則(lx)=0,=0,且有效波的時

16、間差t0, 這時統(tǒng)計效應有最大值說明:1.G代表組合后的信噪比除以組合前的信噪比，可見組合可以提高地震記錄的信噪比 倍。2組合法具有平均效應,對提高分辨率不利.)15. 7 . 3(nnnbbGn組合參數(shù)的選取組合參數(shù)的選取組合參數(shù)：組合數(shù)目n；組合距（檢波器距離）X；組合基距（排列長度）L（1）組合距X：使得有效波落入通放帶使得干擾波落入壓制帶*max21nx nTt21nTt1*min1nx （2）組合基距L：從壓制規(guī)則干擾波的角度出發(fā)：從有效波角度考慮：min*maxmaxfv)(干擾波L)(44. 0*min有效波L（3）組合數(shù)目n： n增大，通放帶變窄，不僅對低頻信號有壓制，高頻也收

17、到一定濾波，因此不利于提高記錄的分辨率； 組合法的平均效應：所得組合波是地下結構體反射波的平均結果； 組合機距較大，有可能漏掉規(guī)模較小地質體，較小時不能很好地壓制隨機干擾。高分辨率地震勘探要慎用組合法！高分辨率地震勘探要慎用組合法?。ㄒ唬┐怪悲B加（一）垂直疊加1. 利用地震儀的信號增強功能，在相同接收排列上，將炮點多次重復激發(fā)的信號疊加在一起，達到提高信噪比的目的；2. 經n次垂直疊加后，使有效波振幅增強n倍；3. 對相互統(tǒng)計獨立的干擾波，經n次垂直疊加后，振幅將增強 倍，因此利用垂直疊加可以提高信噪比。n二、疊加法二、疊加法 ( (二二) )水平疊加水平疊加( (共反射點多次疊加法共反射點多

18、次疊加法) 檢波器組合法在壓制面波等低視速度干擾方面有著明顯的作用，但組合后的反射信息卻是界面上某一小段反射波信息的平均，因而存在平均效應，“降低了橫向分辨力。此外，它對于多次反射波之類的干擾波壓制效果很差，甚至無能為力. 共反射點多次疊加共反射點多次疊加又稱共深度點多次疊加、共中心點多次疊加或多次覆蓋技術?；舅枷胧窃诘孛嫔喜煌挠^測點或以不同的方式對地下某點的地質信息進行重復觀測，可以保證即使有個別觀測點受到干擾,亦能得到地下每一點的信息。對動校正后的信號進行疊加成為水平疊加，疊加次數(shù)即多次覆蓋次數(shù)；把疊加后的總振動作為共中心點M的輸出，就是共中心點多次疊加的輸出；圖圖3.7.5 3.7.

19、5 動校正示意圖動校正示意圖 3.3.水平疊加特性水平疊加特性 討論共反射點多次疊加特性主要以單邊激發(fā)的多次覆蓋觀測系統(tǒng)進行。 設地下某一共反射點到達地面共中心點M處的正常一次反射波為f(t),對該共反射點道集內各道反射波進行動校正并疊加。對于正常的一次反射波來說，疊加后輸出結果為其頻譜為:G()=nF()1( )( )( )nkF tf tnf t5.5.水平疊加法的參數(shù)對疊加特性的影響水平疊加法的參數(shù)對疊加特性的影響(1)偏移距對疊加振幅特性曲線的影響 見圖3.7.7. 偏移距越大，通放帶變窄，有利于壓制與有效波速度相近的規(guī)則干擾波。但也不宜太大，偏移距太大，會使某些規(guī)則干擾波進入二次極值

20、區(qū)，影響壓制干擾波的效果，另外也會損失淺層有效波。 圖圖3.7-7 3.7-7 偏移距對頻率特性的影響偏移距對頻率特性的影響(2)以道間距為參量制作不同道間距的疊加特性曲線，見圖3.7.8，隨著道間距的增大，通放帶變窄，邊界頻率降低,有利于壓制與一次波速度相近的多次波等干擾波，但也不宜過大，如果x過大，不僅影響波的同相位對比，而且也會使一次波產生剩余時差受到壓制。道間距亦不能太小，太小的道間距不能壓制多次波。小的道間距有利于提高分辨率.圖圖3.7-8 3.7-8 疊加頻率特性疊加頻率特性曲線曲線(3)疊加次數(shù)n對疊加特性的影響 見圖（3.7-10）疊加振幅特性曲線中壓制帶的平均值的大小與疊加次

21、數(shù)n有關系，疊加次數(shù)越大壓制帶平均值越小，壓制效果越好。所以增大疊加次數(shù)對于提高信噪比是有利的。但也不能過大，因為疊加次數(shù)越高，生產效率越低，耗資越大。 圖圖3.7-10 3.7-10 覆蓋次數(shù)對疊加頻率特性的影響覆蓋次數(shù)對疊加頻率特性的影響=12、x=20,q=15.610-9 4 4不規(guī)則干擾波的疊加效應不規(guī)則干擾波的疊加效應（1）對不規(guī)則干擾波疊加后振幅增大 倍，而一次反射增加n倍，因此水平疊加后信噪比提高 倍。（2）疊加法比組合法有更好的統(tǒng)計效應。 共反射點多次疊加法也有類似組合法的統(tǒng)計效應，由于疊加道之間的距離(多次疊加相關半徑)大于組合檢波的組合距，所以疊加法對隨機干擾有更好的壓制

22、效果，其統(tǒng)計效應優(yōu)于組合法。nn(3) 大炮檢距對分辨夾層頂?shù)捉缑娴姆瓷洳ú焕灰妶D(3-7-9),因此小道間距、小偏移距和短排列接收有利于保護高頻成分，提高分辨率;(4)疊加法還有頻率濾波作用，對于有剩余時差的波起低通濾波的作用，對于無剩余時差的波沒有頻率濾波作用。（1）疊加速度誤差對疊加效果的影響 疊加效果好壞，關鍵是動校正量是否準確。對于有效反射波，如果動校正量正確，那么動校正后疊加道集的各道信號校正為t=t0的直線，能同相疊加，疊加后有效波能量大大加強，疊加效果好，否則疊加效果差。動校正量正確與否取決于疊加速度。6. 6. 影響疊加效果的因素影響疊加效果的因素倘若選擇的疊加速度恰好等于

23、多次波速度時，那么疊加后非但沒有壓制多次波，反而使之增強，削弱了有效波。因此，疊加速度提取得是否合適，直接關系到疊加剖面的質量?？傊篴) 速度小于正常速度，動校正量過大，形成的同相軸與初至方向相反； b) 速度大于正常速度，校正不足，校正后的同相軸與初至方向相同,他們都不能形成同相位疊加； 地震地震波速度的測定波速度的測定一 、速度測定的用途1進行時深轉換，確定界面深度；2在動校正、靜校正數(shù)據處理項目中使用；3用層速度進行層位對比和巖性研究；4. 應用速度換算成動彈性模量，計算巖土的物理力學參數(shù)等。 圖圖3.8-1 3.8-1 波速計算簡圖波速計算簡圖圖圖3.8.2 3.8.2 下孔法試驗實

24、測時距圖下孔法試驗實測時距圖三三 、 利用折射波測量求速度利用折射波測量求速度當界面不水平時，可利用下式求平均速度對v1 也做同樣的處理?？傻玫浇缑嫔?、下方的速度。下上下上*22vvvvv四、利用反射波測量求速度四、利用反射波測量求速度（一）一）x x2 2 t t2 2 法求速度法求速度； 在x2 t2 坐標系反射波時距曲線是直線,（二）二）t tt t法求速度法求速度 由正常時差近似公式換算得到為使測量結果準確,一般布置專門測量剖面,用大炮檢距的正常時差t來求波速.并利用大量計算結果求速度平均值.ttxv0222202vxtt地震數(shù)據處理地震數(shù)據處理預處理預處理一一、數(shù)據、數(shù)據解編解編二、

25、二、編輯編輯三、抽道三、抽道集集四四 、真振幅恢復、真振幅恢復處理處理五、初至五、初至切除切除參數(shù)提取與分析參數(shù)提取與分析頻譜分析、速度分析、相關分析頻譜分析、速度分析、相關分析圖圖4.2-2 4.2-2 兩道記錄的相關函數(shù)兩道記錄的相關函數(shù) 在地震勘探中，要計算多道相關系數(shù)或多道相關函數(shù)。例如一個共反射點道集中有m道記錄，對m道記錄所有可能組合形式的互相關系數(shù)之和，稱為多道相關系數(shù),見式（4.2.13)滿足ij的所有互相關組合共有(M一l)M/2種。jijiNnnjnixxxxNji)13. 2 . 4(1)0(1,多圖圖4.2-3 4.2-3 一個一個CDPCDP道集中六道記錄的多道相關道

26、集中六道記錄的多道相關圖圖 4.2-4 4.2-4 用多次覆蓋資料計算速度譜原理圖用多次覆蓋資料計算速度譜原理圖 圖圖4.2-5 4.2-5 計算計算疊加速度譜的網絡疊加速度譜的網絡圖圖4.2-6 4.2-6 三維顯示三維顯示形式的速度譜形式的速度譜 時間域的濾波運算：設濾波器的脈沖響應為h(t)，若輸入信號為x(t)，則線性時不變?yōu)V波器的輸出等于信號x(t)與濾波因子h(t)的褶積。換句話說，時間域內卷積運算的物理實質是濾波) 1 . 3 . 4()()()()()(*)()(dthxdtxhthtxty 因為H()=H()，H()0,故H()必為非負的實函數(shù)。 又因輸入、輸出均為實時間函數(shù)

27、，故h(t)也必定是實時間函數(shù)。由傅氏變換的性質可知，實時間函數(shù)的頻譜具有復共扼性質，即 H(-)=H*() H()本身是實函數(shù)，實函數(shù)的共扼為其自身，即 H*()=H()，有 H()=H(-)，說明H()是偶函數(shù)。由此，零相位濾波器的頻率響應函數(shù)是非負的實偶函數(shù)。(二)實用濾波器 數(shù)字濾波器的特殊性： 離散性：產生偽門現(xiàn)象離散性：產生偽門現(xiàn)象 有限性：產生吉普斯現(xiàn)象有限性：產生吉普斯現(xiàn)象 進行數(shù)字濾波時，需將脈沖響應函數(shù)h(t)按采樣間隔進行離散采樣， 而采樣后的脈沖響應時間序列h(n)的頻率特性除了有與h(t)對應的“正門”外，還產生以1/為周期的無數(shù)個 “偽門”,這就是由所謂離散所謂離散性造成的偽門現(xiàn)象性造成的偽門現(xiàn)象