地震野外数据采集技术与方法2

•第四节高分辨率地震数据采集系统••主要指地震数据接收设备，高分辨率地震勘探对数据采集系统的要求：•主要包括地震仪、检波器等。•1.仪器应有较高的灵敏度；•2.有大的动态范围•动态范围是指地震仪能够线性记录地震信号的最大值与最小值之间的范围，通常用他的比值来表示。其表达式为：地震仪器20log（线性记录的最大信号电压）/（线性记录的最小信号电压）单位为分贝（db）.例如当比值为104时，动态范围为80分贝；3.地震仪应有宽的频带和可选择的滤波器；4.对地震脉冲有良好的分辨能力；5.仪器对各道有良好的一致性；DZQ24地震仪•6.一个检波器+一个放大器+记录显示系统=一个地震记录道•一、检波器•1.是将地震波返回到地表时所引起的地面振动转换成电信号的一种装置；•2.有动圈电磁式（用于陆地工作）和压电式（用于海洋和沼泽地）•（一）动圈式地震检波器工作原理•1.当线圈在磁板间隙内运动时，线圈切割磁力线，在线圈内产生感应电动势；2.电动势的大小与与切割磁力线的速度成正比，故又叫速度检波器；见图3.4-1检波器的特性及参数3.该结构对于水平方向的运动，线圈与磁铁之间没有相对运动，因此没有输出。(二）检波器的特性及参数1．检波器具有自己的固有频率，固有频率高，可以消除低频噪声2.阻尼系数h是检波器的另一特性指标，设检波器的固有频率为0图3.4-1动圈式检波结构草图（1）h0称为过阻尼，使接收到的信号减弱，甚至失真，见图3.4-3(b)(2)h0称为欠阻尼，见图3.4-3(a)（3）实际工作中选择之间，一般把h/0=0.7称最佳阻尼，见图3.4-3(c)•3.加速度检波器的固有频率很高；•4．灵敏度是检波器的重要参数；•以上各参数在检波器出厂时就有标定。•5.寄生共振特性是检波器的重要特性，见图3.4-4图3.4.3阻尼系数与检波器固有振动的关系图3.4-4不同型号检波器的寄生噪声土壤表面与检波器底面的接触，构成了检波器—土壤振动系统，并存在一个谐振频率，在检波器插在刚性岩石上时，谐振频率高，在软的岩石上，谐振频率低。检波器与地面的耦合情况也影响谐振频率，使输出响应发生强烈畸变。为此需将检波器埋的正、直、紧，尽量使其与地面耦合好。CDJ中高频系列检波器CDJ-Z4-100赫垂直检波器CDJ-P4-100赫水平检波器CDJ中高频系列检波器其规格有4HZ、10HZ、15HZ、28HZ、30HZ、40HZ、60HZ、80HZ、100HZ以及由其组成的三分量检波器。广泛用于石油、煤炭、冶金、国防、工程等地震勘探及浅层地震勘探.100HZ垂直检波器;100HZ水平检波器CDJ低频系列检波器CDJ低频系列检波器其规格有1HZ、2HZ、2.5HZ、3HZ，以及由其组成的三分量检波器，广泛用于深部地震勘探、地震监测、工程微振测量，以及其他方面的低频测振。数字地震检波器（传感器）系列自然频率从1HZ~100HZ。有垂直，水平，三维，双向，地面，井中，槽波等规格的检波器，以及万向调节三分量检波器，54.7度三分量检波器等特种检波器，还有垂直、水平双向传感器等，规格、品种齐全。该系列的检波器具有灵敏度高，参数一致性好，抗震、抗冲击、密封防水性能好等特点。CDJ高灵敏度系列检波器1．由于检波器接收到的信号很微弱，需将信号送至前置放大器进行放大；2．放大器对来自浅、中、深层的反射信号自动调节放大倍数；3．地震仪中的瞬时浮点增益放大器以二进制增益控制方式为基础，以6分贝为阶跃台阶,即以2的整数次幂跳变。三、记录系统地震数据经模数转换为数字形式，记录在磁盘上。第五节地震勘探的分辨率一、垂向分辨率1．用地震记录沿垂直方向所能分辨的最薄地层的厚度称为垂直分辨率；3。当来自顶、低反射波的时差大于地震子波的延续时间长度t时，顶、底界面的反射波才能分开。见图3.5-1因此t是顶、底界面的反射波能否分开的条件，。图3.5-1接收点R所记录的地震记录是两个反射波叠加的结果4.当地层厚度h/4时，才能由波形特征分辨夹层顶、底界面的存在；5.当地层厚度h/4时,称为薄层，不能由波形特征分辨夹层顶、低界面的存在；6.在地层厚度h=/4时，出现相对振幅的极大值，这种现象称为薄层的调谐效应。此时的地层厚度称调谐厚度，利用调谐效应可以分辨四分之一波长的波层的厚度。见图3.5-2•1.指沿横向方向所能分辨的最小地质体的尺寸；2.第一菲涅尔带：地表点震源发出的球面波到达界面时的波前面，与前面相距1/4波长先期到达的另一波前面在界面上形成的圆称第一菲涅尔带，见图3.5.3；3.在频率较高时，第一菲涅尔带半径为下式4.如果地质体的水平宽度a满足不等式则这样的地质体相当于一个点的绕射，不能分辨该地质体的存在；)4.5.3(ra)3.5.3(2cftvr5.第一菲涅尔带半径r随频率f增高而减小，随勘探深度h增大而增大，因此不能撇开地质体的埋深而谈分辨率问题(横向分辨率随勘探深度的增大而减小)。图3.5.-3第一菲涅尔带范围确定示意图6．图3.5.4是砂岩体模型宽度与其对应的地震响应，对于大于菲涅尔带的反射段，显示的反射图形与反射段的形态一致，对于小于菲涅尔带的反射段，地震反射特征发生变化，呈现点绕射型效应、振幅随岩层横向宽度的减小而降低。•三、对影响分辨率的几个因素的讨论无论是垂向分辨率还是横向分辨率，都是与子波的频率成分、频带宽度和相位特征等因素有关，子波的波长越短，分辨率越高，频带越宽，分辨率越高，在频谱相同的情况下，零相位子波具有较高的分辨率，这是因为零相位子波，频带较宽，振动延续时间最短所致。图3.5-4表示宽度不等的砂岩体横向分辨模型（一）分辨率与频率成分的关系•分辨率不依赖于单频谐波的频率，单频波的分辨率为零，只有同时增加频带宽度方可；见图3.5-5.•(二）分辨率与信噪比之间的关系••1.地震记录信噪比会影响地震记录的分辨率；•2.设地震记录的分辨率为Pa(无噪声存在条件下的分辨率)，信噪比为r，可以证明)10.5.3(1121arnPP图3.5-5相同频带宽度的子波具有相同的分辨率示意图式中pn为有噪声存在条件下的分辨率，r为信噪比，Pa为无噪声时的分辨率；3.地震记录的分辨率可以用子波的分辨率来描述，零相位子波的分辨率最高；4.当信噪比r趋于零时，分辨率pn趋于零；5.当r趋于无穷大时，等于无噪声时的分辨率Pn=Pa6.当r=1时，Pn=1/2Pa；7.当r2时，pnPa；8.信噪比r=24比较合适；9.如果工区干扰成分大，应重点提高记录的信噪比，干扰小，应以提高分辨率为主。(三）分辨率与大地滤波作用1.地震记录的分辨率随传播深度的增加而降低，要提高纵向分辨率，又有较大的勘探深度，就要拓宽子波的频带宽度，使子波向低频端扩展。2.影响反射波到达时差的因素主要是地层波速和地层厚度，但在同一岩层中横波速度比纵波速度小，因此利用横波勘探可提高垂向分辨率；3.深层速度大，频率明显降低，同样厚度的地层在浅层可以分辨，深层可能不能分辨。一、记录长度与时间采样率1.记录长度的选择必须保证记录到最深目的层来的反射波,并留有一定的余量；2.记录长度=地震仪的采样点数采样率（采样间隔），采样点数确定了，采样率高，测量精度高，但勘探深度变浅；)2.6.3(21cft3.采样率的选择应满足采样定理：二、最大和最小炮检距1.最大炮检距xmax就是炮点与最远一道之间的距离，一般最大炮检距应大致等于最深目的层的深度h，或hx)5.1~7.0(max2.最大炮检距太大会带来宽角反射的畸变影响；3.最小炮检距xmin是炮点与最近一道检波器之间的距离,又称偏移距；4.xmin不应小于最浅目的层的深度；5.xmin大一些可以消除声波和面波干扰。三、最佳接收地段的选择最佳接收地段又称“最佳窗口技术”，如图3.6-1四、道间距的选择道间距又称空间采样率，它影响地震记录的横向分辨率，用x表示，道间距小，横向分辨率高，但勘探费用大，选择道间距应从以下因素考虑：图3.6-1最佳窗口技术(一）有效波能够可靠对比的条件是:2Tt其中T是有效波的视周期，t是相邻接收道的波至时间差；因此道间距应满足：2*x（二）确保足够的空间采样率即要求在一个波长内至少两次采样，避免陡倾界面的假频化；（三）对反射界面进行充分采样选择道间距应保证第一菲涅尔带内至少有两道四个CDP点接收，也就是x应小于第一菲涅尔带的半径。例如：第七节浅层地震勘探野外抗干扰技术一、组合法组合是指用一组检波器产生一道信号输入或多个震源同时激发构成一个纵震源，前者称为组合检波，后者称为组合激发，是应用波传播方向的不同来压制干扰波的一种方法。它主要用于压制面波之类低视速度规则干扰波及无规则的随机干扰。按照互换原理，震源组合与检波器组合的原理是等价的。我们以检波器组合为例介绍组合法原理。实际中组合形式多样，有面积组合、线形组合、等灵敏度组合、不等灵敏度组合。但大都以简单线性组合为基础。故主要介绍简单线性组合法。简单线性组合形式是组合检波器沿测线等间距直线排列，设各检波点间距为x,第k个检波器分布在测点的位置为X=(k-1)x,第k个检波器接收的任一规则波可表示为(1)ftkt如果有n个检波器组合，则组合后的输出为设f(t)的频谱为g(j),组合后的频谱为G(j)1()((1))(3.7.1)nkFtftkt(1)1()()()()(3.7.2)njktkGjgjegjkj组合后地震波的频谱与组合前相差一个因子k(j)=k(,t),若固定频率,就是研究地震波组合的方向特性,若固定t=ti,就是研究来自某一方向的地震波的频率特性,1.规则波线性组合的方向特性由(3.7.2)可知,组合因子式(3.7.3)是组合的综合特性,它是频率和时间差t的函数,显然组合因子k的幅角1(1)21sin2()(3.7.3)sin2nnjjktkntkjeett1(3.7.4)2nt这是组合的相位特性,如果n是奇数,组合后的相位延迟是组合内中间那个检波器的值,如果n是偶数,则是中间两个检波器的平均值.K的模值为sinsinsin2(3.7.5)sinsinsin2tTtTntnnftktft这时组合的振幅特性,组合后的输出振幅与频率和入射方向有关,归一化的组合方向特性为sinsin11sin(3.7.6)sinsinsinnxtnKnftTtxnnnftT表明:(1)只要地震波的视速度很大,近乎垂直出射到各接收点,则t0,组合后的输出达到最大值,在区间内,0.707,称通放带.图3.7.2是组合数目不同的方向特性曲线.102tTn•(2)在•区间内,值最小,有(n-1)个零值点,这个区间称为压制带•(3)组合数目n增加,通放带变窄;•(4)有效波的视速度很大,可以落入通放带,组合后的输出达到最大,是未组合前单个检波器输出振幅的n倍;•(5)对于低视速度的面波可以落入压制带,组合后相对受到压制;所以组合法也叫视速度滤波.1(1)tnnTn图3.7-2组合数目不同的方向特性)7.7.3(sinsin1)(tftfnnf2.规则波线性组合的频率特性取(3.7.3)中的频率为变量,固定t,得到归一化的组合频率特性公式.归一化的组合频率特性公式为•固定组合数目n，以t为参变量，频率f为横坐标，可绘制组合频率特性曲线。见图3.7-3.•表明:•(1)视速度为无穷大时，组合后对所有频率成分都没有频率滤波作用；图3.7-3组合法频率特性(2)随t增大，组合对高频成分有压制作用；(3)组合的频率特性会使有效波形产生波形畸变；(4)实际工作中应设法提高有效波的视速度，例如近炮点接收，倾斜界面时，采用下倾激发上倾接收