反射波

地震反射波法地震反射波法主要包括三个部分的工作，即：野外数据采集资料处理资料解释。基本流程第一节资料采集第二节资料处理第三节资料解释及应用第一节资料采集主要任务是获取第一手实际观测资料，为地震数据处理和解释提供物质基础。其采集资料的好坏将直接影响到资料处理的质量和解释的精度，关系到地质成果的优劣，因此，它是地震勘探中重要的环节之一。它分为现场踏勘、施工、试验工作及正式生产等阶段，由测量、激发、接收以及现场整理解释或现场实时监控处理等多工种密切配合进行。采集的关键是仪器设备和野外工作方法。有关仪器设备问题这里不讨论，在此，仅讨论采集工作方法技术等问题。第一节资料采集1、有效波与干扰波2、测线布置和观测系统3、地震波的激发与接收4、观测参数选择5、多次覆盖原理及参数选择1、有效波与干扰波在数据采集中，埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动，其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波，所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。由此可见，在反射纵波法勘探中，一般只有反射纵波是有效波，其他波属于干扰范畴，而在瑞雷面波法勘探中，除瑞雷面波外，均为干扰波。在反射波法勘探中，我们根据各种环境、激发以及传播因素产生的干扰的动力学和运动学特点，将干扰波分为两类：其一是规则干扰波其二是不规则干扰波下面分述其主要特点。规则干扰波主要有：声波、面波、工业电干扰、多次反射波、侧面波以及绕射波等。其主要特点为在时间或空间上表现出一定的规律性，能量一般较强。与有效波的差异主要表现在频率、视速度和到达时间三个方面，并且大部分干扰主要表现出视速度和到达时间两个方面与有效波存在差异。如面波、声波和多次反射波等。不规则干扰波：它主要包括微震(即与激发震源无关的地面扰动)，低频和高频背景等。其主要特点是在时间和空间上表现出无规律性，即是一种随机的能量较强、频率不定的干扰。与有效波的差异主要体现在频率上。折射波法中的有效波和干扰波在一般情况下，折射波法利用的主要是初至折射波，在地震记录中有效波为直达波和初至折射波。干扰波一般有声波、工业电、微震以及一些无规则的随机干扰等，在地震记录上形成干扰带，严重地影响了初至波的记时质量。我们了解有效波和干扰波的特征和差异，其目的在于在采集和处理的过程中，选择合适的方法，压制干扰波，突出有效波，以便更好地解决地质问题。2、测线布置和观测系统1、测线布置（1）测线最好为直线。（2）主测线尽量垂直于岩层或构造的走向，以便于最大限度地控制构造形态。（3）测线要尽可能与其它物探测线一致，若测区内有钻井，则测线要尽可能通过钻井，以便于综合分析解释物探资料和地质资料。(4)测线疏密程度应根据地质任务、探测对象勘探精度等因素确定。一般情况下，要布置适量的与主测线垂直的联络测线，以确定地质构造的整体格架以及检测不同测线上反射波的对比闭合精度。(5)测线布置应尽可能避开地形起伏较大和地物障碍等线路，力求以最少的工作量来解决地质问题。(6)测线布置应尽可能远离非地震干扰源。如厂矿的机械振动，公路上频繁行驶的汽车引起的振动、以及高压线引起的交流干扰等。若无法避免，应尽量使测线垂直穿过干扰源，以便降低干扰波对有效地震信号的干扰。2、观测系统（1）综合平面图示法（2）简单连续观测系统（3）间隔单次覆盖观测系统（4）多次覆盖观测系统在对一条测线进行观测时，为提高效率，通常都是每放一炮，多个观测点进行观测，每次激发时所安置的多道检波器的观测地段称为地震排列。我们把激发点与接收排列的相对空间位置关系称为观测系统。显然可见，观测系统的选择和设计与勘探地质目的、干扰波与有效波的特点、地表施工条件等诸因素有直接关系．下面我们就常用的几种观测系统的图示和设计进行论述。（1）综合平面图示法（2）简单连续观测系统（3）间隔单次覆盖观测系统双边放炮观测系统:在排列两端分别激发。又因该观测系统对地下反射界面仅一次采样，所以又称为单次覆盖观测系统。所得的地震剖面为单次剖面。如果震源固定在排列的一端激发。每激发一次，排列沿测线方向向前移动一次(半个排列长度)。那么这种观测系统叫做单边激发(或叫单边放炮)简单连续观测系统，如图1.4.5（b）。如果震源位于排列中间，也就是在激发点的两边安置数目相等的检波器同时接收，这种观测形式叫做中间激发观测系统(或叫中间放炮观测系统)，如图1.4.5（c）所示。（4）多次覆盖观测系统为了压制多次反射波之类的特殊干扰波，提高地震记录信噪比，采取有规律地同时移动激发点与接收排列，对地下界面反射点多次重复采样的观测形式叫多次覆盖观测系统。xnNSv2xnNSv2（1.4.1）其中N为仪器接收道数，n是覆盖次数，S为系数，单边放炮时取1，双边放炮时取2。计算可得本例中的xv2。观测系统的绘制方法为：在方格纸上按比例尺画一条水平直线，代表地震测线，将所有炮点按其沿测线的设计位置标上，过各炮点作45角斜线即为共炮点线，其长度由排列的投影决定。过共反射点在测线上的投影点作垂线，此垂线称为共反射点线，凡与其相交的共炮点线上的道号组成共反射点道集。3、地震波的激发与接收1、P波的激发与接收2、SH波的激发与接收1、P波的激发与接收激发接收激发方式•激发方式主要有炸药爆炸、敲击、夯锤以及空气枪、电火花等。这些震源各有不同的特点。在工程地震中,这几种震源均被采用。•激发震源也可分为两类：一为炸药震源，另一为非炸药震源。对于激发纵波而言，两类方式均可选择，一般以实现地质目的为准。•相比而言，炸药震源激发的勘探深度的选择范围要大得多。在激发时，对震源一般有两个要求：①激发力要竖直向下；①激发装置或药包与大地耦合要好。（1）炸药震源炸药震源一般采用井中爆炸,在浅井或浅坑中埋置药包，且药包的体积要小、成点或球状，以保证激发效果。在井中注满水或泥浆,以促使能量向下传播并压制由于爆炸引起的各种干扰波(如面波、声波)。井中爆炸可用较少的药量得到较好的记录,但钻井费用大。有条件的地方可采用水中爆炸,在1-3m深的天然水池(河、湖、水塘)中进行爆炸,可用较少的药量获得较好的记录,同时可以在一点进行多次爆炸,重复性好。此外，在潮湿的土层或浅水面以下激发比在松散的干土层中激发效果要好。为提高勘探的分辨率，希望激发信号的频带宽、主频高。实践表明，在浅层地震勘探中，小药量高爆速的炸药震源和枪击震源等都能获得比较好的效果。（2）敲击震源敲击震源适用于高灵敏度仪器或信号增强型地震仪进行浅层探测时使用。这种震源由大锤、金属垫板、锤击开关和连接电缆组成,用来激发纵波。激发信号由锤击开关经电缆输入记录系统,多次激发应注意金属垫板与地面的耦合状况。为了提高有效能量,应将激发点下的疏松土取掉并垫上金属板。垫板的作用是在冲击时,将冲击能分摊到一个较大的面积上,减小压强,减少塑性形变能损耗。地表疏松土壤会产生高频滤波作用,所以要将垫板下的表层土除去。采用垫板后,大锤在冲击时很快止动,使冲击的突然性增大,与此相关,有效信号初动的锋锐度和清晰度也得到提高。冲击应正对着垫板中心,否则,变换成弹性波的那部分能量就会降低。当对垫板边缘进行冲击时,相当于垫板的有效面积减小,土层的塑性应变就会增加,而当斜着冲击时,冲击强度就会降低。在坚硬岩石表面(如天然露头,露天采矿场的边坡,坑道壁等)上进行观测,大锤在冲击时将产生强烈的反弹,采用刚性较差的大锤会减小回跳能损耗。当目的层深度较大,需要较大的能量,可采用标准贯入试验用的63.5kg的落锤自由下落激发弹性波,其勘探深度可达100m以上。（3）空气枪空气枪是借助活塞放出被封闭在钢铁容器内的压缩空气的一种震源装置。一般作为水上震源。在这些震源中,究竟采用哪一种,由测区环境及技术上的要求而定,这些震源的一般接收距离见表1。表1激发方式与有效接收距离激发方式有效接收距离/m激发方式有效接收距离/m土炮水炮井炮3005001000敲击夯锤空气枪100200200使用炸药时,随着药量的增加,接收距离可以延长,而使用敲击、夯锤、空气枪作为震源时,接收距离最多为100－200m左右,使用信号叠加方法(采用叠加装置或信号增强装置)接收距离可以延长。炸药多采用普通炸药或爆炸索。爆炸可在土中、水中或井中进行,一次放炮所需药量因放炮方式、地形地质条件、干扰的大小而异。药量的大致范围由离开炮点的最大接收距而定，一般与距离的平方成正比。根据大量实例，接收距离与药量的关系见表2。表2有效接收距离与炸药量的关系炸药量/kg0.10.20.51.02.0有效接收距离/km土炮0.1-0.20.4-0.7井炮0.1-0.20.7-1.02.5-4.07-10（2）接收地震波的接收除观测系统和地震仪的仪器因素选择外，主要涉及如下三个方面的问题。(1)检波器的选择：一般认为采用自然频率较高的检波器，有助于扩展记录信号的宽高频，从而有助于提高地震记录的分辨率，压制低频干扰。此外，在陆地勘探中，选用速度检波器，而在水中接收时，采用压力检波器。(2)埋置条件的选择：根据仪器的响应与波的振动方向之间的关系，采用垂直检波器接收地面位移的垂直分量，可得到最大的灵敏度。因此检波器要埋直。此外为使得检波器与大地耦合好，应埋置在潮湿、致密的土壤或岩石中。图检波器和不同的大地耦合1-最好耦合，埋置在挖过的地表里；2－好的耦合，埋置在挖过的地表里，相位畸变较小；3一较好的耦合，埋置在粗扫过的地表里，振幅有衰减，相位畸变中等；4一坏的耦合，埋置在没做任何处理的地表，振幅衰减和相位畸变均较大(3)接收点检波方式：在工程高分辨率地震勘探中，通常采用每道单个检波器接收的方式，以减少接收方式的因素造成的高频成分的衰减。但有时，因表层非常疏松，面波干扰非常强烈，为减少后期处理的困难，往往在接收时采用多个检波器组合的方式进行组合检波，其结果作为一道的输出。如图所示。经分析可知，组合检波有利于提高信噪比，但对纵向分辨率有一定影响。因此，在勘探中，应根据实际情况和地质目的及要求，综合考虑选择检波方式。检波器的频率和方向特性的选择。一般根据试验确定检波器的频率，使其适应工作区内折射波主频，也可以根据探测深度来选择检波器。检波器的方向特性，可以从两个方面讨论。第一．每种检波器都有响应最灵敏的方向，而波在传播过程中也有一定的振动方向，当检波器的最灵敏方向和波的振动方向一致时，所接收到的信号最强。例如，在接收纵波和横波时，由于纵波的振动方向和传播方向是一致的。因此，接收纵波的检波器其最灵敏方向应对准波的传播方向；而对于横波来说，其振动方向和波的传播方向互相垂直，因此，在布置检波器时，应将其最灵敏方向垂直于波的传播方向，才能接收到较强的有效信号。(3)地震仪滤波器的选择工程地震仪中，大部分都装有较完善的滤波系统。例如，声波的主频段一般大于100Hz。而折射波的主频段为40Hz，比声波低，可以用低通滤波装置来压制声波。工业电通过电磁感应影响地震记录，所以接收点应尽量避开干扰源，并利用仪器的滤波器压制工业电的干扰。对于一个特定的工作地区，是否需要使用滤波器或使用什么频率段的滤波器，要通过试验来确定。(4)检波器的安置条件检波器的安置对地震记录有直接关系，为减小地表疏松沉积层对波的吸收和微震干扰，要将检波器安放在0.2m深的浅坑中。更重要的是土壤表面和检波器的底面的接触，它们构成了检波器—土壤的振动系统，该系统的固有频率与土壤的弹性、接触的特点、检波器质量有关。当检波器安置在刚性岩石上时，固有振动的叠加能使记录形状强烈畸变。为避免这种现象，可加深检波器坑的深度和增大检波器和土壤的接触面，把检波器埋直、埋紧以提高系统的固有频率。试验表明，检波器—土壤振动系统的频率特性与土壤的成分有．泥炭土、沙土、黑土的固有频率在15－80Hz之间，黏土则在110－170Hz之间，石英砂、铁质角页岩、片麻岩、花岗岩则在200－700Hz之间。由此可见，检波器如果放在松软的表土上，谐振频率在仪器的通频带内，会使检波器—土壤系统在工作中长时间自由振动而降低分辨能力。最好的安置条件是较致密的土壤或岩石。土壤的密度和波速越大，系