地震勘探原理知识点总结

第三章地震资料采集方法与技术

一．野外工作概述

1.陆地石工基本情况介绍

试验工作内容：①干扰波调查，了解工区内干扰波类型与特性。

②地震地质条件调查，了解低速带的特点、潜水面的位置、地震界面的存在

与否、地震界面的质量如何（是否存在地震标志层）、速度剖面特点等。

③选择激发地震波的最佳条件，如激发岩性、激发药量、激发方式等。

④选择接收和记录地震波的最佳条件，包括最合适的观测系统、组合形式和

仪器因素的选择等。

生产工作过程：地震队的组成

（1）地震测量：把设计中的测线布置到工作地区，在地面上定出各激发点和接收排列上各检波点的位置

（2）地震波的激发

陆上地震勘探的震源类型：炸药震源和可控震源。激发方式：炸药震源

的井中激发、土坑等。激发井深：潜水面以下1-3m，（6-7m）。

（3）地震波的接收

实现方式：检波器、排列和地震仪器

2.调查干扰波的方法

（1）小排列（最常用）

3-5m道距、连续观测

目的：连续记录、追踪各种规则干扰波，分析研究干扰波的类型和分布规律。

从地震记录中可以得到干扰波的视周期和视速度等基本特征参数

（2）直角排列

适用于不知道干扰波传播方向的情况

Δt1和Δt2的合矢量的方向近似于干扰波的传播方向

（3）三分量检波器观测法

（4）环境噪声调查

信噪比：有效波的振幅/干扰波的振幅（规则）

信号的能量/噪声的能量

3.各种干扰波的类型和特点

（1）规则干扰

指具有一定主频和一定视速度的干扰波，如面波、声波、浅层折射波、侧面波等。

面波（地滚波）：在地震勘探中也称为地滚波，存在于地表附近，振幅随深度增加呈指数衰减。其主要特点：①低频：几Hz～20Hz；②频散(Dispersion)：速度随频率而变化；③低速：100m/s ～1000m/s，通常为200m/s～500m/s；④质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆。面波时距曲线是直线，记录呈现“扫帚状”，面波能量的强弱与激发岩性、激发深度以及表层地震地质条件有关。（能量较强）

声波：速度为340m/s左右，比较稳定，频率较高，延续时间较短，呈窄带出现。

浅层折射波：当表层存在高速层或第四系下面的老地层埋藏浅，可能观测到同相轴为直线的浅层折射波。

工业电干扰：当地震测线通过高压输电线路时产生，整张记录或部分记录道上出现50Hz的正弦干扰波。

侧面波：在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探时，常出现侧面波干扰。

虚反射(ghost)：是指从震源先到达地面或潜水面发生反射后，再向下传播到地下界面形成的反射波。

多次反射波(Multiples)：当地下存在强波阻抗界面时，可能产生多种形式的多次反射波。

其特点与正常反射波相似，时距曲线斜率较一次波大。

（2）无规则干扰（随机干扰）

主要指没有一定频率，也没有一定传播方向的波，它们在记录上形成杂乱无章的干扰背景

微震：与激发震源无关的地面扰动统称为微震，外界随机产生；

低频和高频背景干扰：低频和高频背景的特点是整张记录上出现，而且显得杂乱无章。干扰波类型小结：

干扰波分为规则干扰和随机干扰。

规则干扰包括：沿水平方向传播的（面波和车辆引起的干扰）和沿垂直方向传播的（多次波）具有重复性的（面波）和不具有重复性的（人为因素产生的干扰）

随机干扰也分为：重复出现的和不重复出现的

4.压制面波的方法

选择适当的激发条件：

（1）激发岩性：疏松地层容易产生较强的面波

（2）激发深度：越深面波越弱

（3）采用组合法压制面波

（4）选择适当的观测系统避开面波

（5）频率滤波，利用面波与有效波的频谱差异

群速度：一个波列能量（包络）的传播速度

相速度：特定相位（波峰或波谷）的传播速度

5.激发条件和接收条件

6.海上地震勘探的特点和特殊性

特点：①广泛使用非炸药

②比陆上更早实现了野外记录数字化；

③使用等浮组合电缆；

④单船作业，不需采用松放电缆的措施就能保证连续工作

⑤全部采用多次覆盖技术，且覆盖次数较高，等浮电缆的道数不断增加。

特殊性：①观测船的前进速度为常数，使用多普勒声纳及时调节船速以保持船速恒定。但船速受风浪、涌流等多种因素的影响。

②海流和激发点间距不均匀是影响多次覆盖的因素。海流导致电缆与测线往往具有

一定的夹角，称为电缆偏角。

③需要导航定位，目前广泛使用卫星定位技术。

7.海上特殊干扰波

海上地震勘探中可能观测到的干扰波主要有重复冲击、交混回响或鸣震、侧反射、底波等。鸣震和交混回响：海面和海底是两个反射系数较大的界面,会形成多次反射;当海底起伏不平时,由于地震波的散射和水层内多次波相互干涉造成的干扰称为交混回响。如果海底是比较平坦、反射系数比较稳定的界面,则进入水层内的能量产生多次反射造成水层共振现象,称为鸣震。

8.海上震源：目前海上地震勘探主要使用非炸药震源，包括电火花震源、空气枪震源、蒸汽枪震源等。

9.分析比较陆地与海上地震勘探的异同点

地震勘探

利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般从数十米到数十千米。

爆炸震源是地震勘探中广泛采用的。如重锤、连续震动源、气动震源等，但陆地地震勘探经常采用的重要震源仍为炸药。海上地震勘探除采用炸药震源之外，还广泛采用空气枪、蒸汽枪及电火花引爆气体等方法。

海上没有面波。不受复杂地表起伏影响，风化壳影响也小，相对质量要好些。采集时候用船托缆，方便。但海上的多次波相当强，去多次是处理必须仔细进行的。

二．野外观测系统

1.观测系统：地震波的激发点和接收点的相互位置关系

排列：震源与检波器组中点位置（中心道）之间的关系

排列的类型（二维）：

纵排列：端点激发排列和中间激发排列

非纵排列

交叉排列

（二维）观测系统的图示方式：时距曲线

综合平面图：非纵侧线：T型，L型

纵侧线：中点激发，单边激发，端点激发

2.布设地震侧线的基本要求

①测线应为直线，保证所反映的构造形态比较真实；

②测线应该垂直构造走向，其目的是更加真实的反映构造形态，为绘制构造图提供方便。

3.观测系统图示方法（见课本75页及课件）---三维观测系统图示方法

4.多次覆盖：一次覆盖或多次覆盖(multiple coverage)指对被追踪的界面所观测的次数。

多次覆盖的优点：提高信噪比；处理中得到多种信息的记录（CSP,CMP,CRP,CO）

共激发点记录CSP：－从激发点出发的45°斜线代表一个排列，在此线上所有的接收点有共同的激发点，属于同一激发点的各道记录称为共激发点记录。

共接收点记录CRP：从接收点出发的－45°斜线代表地面同一接收点位置,此线上不同激发点的所有道都是同一地面点接收,由此组成的记录称为共接收点记录。

共偏移距记录CO：与激发点线平行的水平线表示等炮检距情况,各接收点的炮检距都相等,由此形成的记录称为共炮检距记录。

共反射点记录CRP：－垂直于共炮检距线的垂线表示共中心点（界面水平时为共反射点或共深度点）的位置，此线上各点接收到来自地下同一反射点的反射，由此组成的记录称为共反射点记录.

5.比较4种记录的差异及其在地震勘探中的应用

①共激发点和共接收点记录用于求取激发点和检波点的静校正量；

②在野外作业中，通过显示共激发点记录实行记录质量的监控；

③在资料处理中，需要对共激发点记录进行抽道集，得到大量的共中心点道集记录，然后进行速度分析、动校正、水平叠加或偏移归位等处理，最终得到用于资料解释的成果数据；

④在速度分析或某些偏移处理时，为了增加数据量或提高处理质量，需要抽取共炮检距记录，用于特殊分析和处理。

6.CSP——CMP：处理中常用记录

叠前反演：AVO,EI(弹性阻抗反演)

叠前偏移输入记录：CMP,CFP（共聚焦点）,CIP（共成像点）,CA（共入射

角道集）

三．地震波的激发与接受

1.对激发的基本要求

①激发的地震波要有足够的能量，以利于反射波法查明地下数千米深度范围内的一整套地层的构造形态

②激发产生的有效波与干扰波之间在能量，频谱特性等方面要有明显的差异，有利于记录有效波

③激发的地震波要有较高的分辨能力，适用于精细地震勘探和开发地震的要求

④在同一工区内使用的震源类型、激发参数（激发岩性、激发井深、药量等）、记录特征等应该保持基本一致，即记录面貌的一致性和稳定性。

2.影响激发波形特征的主要因素、A～Q和f～Q的关系

@药量的大小、爆炸介质的岩性、药包形状及其与爆炸介质的耦合等因素，对地震波的形状，振幅，频率等特点有重要影响。具体见课本79或课件

@A～Q和f～Q的关系（课本79）

@增大有效波能量的两个途径：增大振幅，如适当加大药量，但受到一定的限制

增大信号的延续时间Δt，但信号的延续时间过长又降低了

地震勘探的分辨能力。

@非炸药震源使用最广泛的是可控震源

@可控震源的工作原理与记录过程：课本80-81

3．控震源相对炸药震源的优越性：

①不产生地不传播的振动频率，从而节约能量

②不破坏岩石，不消耗能量与岩石的破碎上

③抗干扰能力强

④引起地面的损失小，特别适宜于人员稠密的工区工作，但结构庞大复杂，在地表复杂的地区使用不变

4.对接收的基本要求

①具备强大的信号放大功能：微米数量级的地面位移进行可变倍数放大。

②记录的原始地震资料要有良好的信噪比：震仪器必须有频率选择功能。

③具备足够大的动态范围：震波在地层内传播过程中，由于波前的扩散、界面的透过损失、介质的吸收等原因，其能量浅层很强，深层很弱。在地震勘探中，把地震波振幅强弱差别的变化范围称为地震波的动态范围。

④记录的原始地震信息具有良好的分辨能力：指在地震记录上区分某地层顶底反射波的能力。在仪器设计方面应该合理选取仪器参数，使仪器的固有振动延续时间不要太长，具有较好的分辨能力。

⑤对记录仪器的一些技术要求：求仪器是多道的，且各道间应是高度一致的；原始记录长度应是任意的，但必须大于5秒长度；把记录数据准确地传输到计算机处理中心，便于各种分析与处理；具有精确的计时装置，便于地震资料的地质解释；地震勘探野外作业的自然环境千变万化，要求地震仪器在结构上具备轻便、稳定、耗电少、操作简单、维修方便等特点，还能经得起颠簸和恶劣的气候变化等。

5.检波器的类型

*检波器是安置在地面，水中或井下以拾取大地振动的地震探测器或接收器，实质是将机械振动转换为电信号的传感仪器

*动圈式电磁地震检波器

*涡流地震检波器

*压电式水听器

*数字检波器

*检波器：速敏检波器：动圈式电磁地震检波器、流地震检波器（陆地）

压敏检波器：压电式水听器（海上）

*检波器的安置条件（课件）平稳正直紧

6.采集站

信号放大，模拟转换，数据传输或存储三大功能

7. *动态范围：在地震勘探中，把地震波振幅强弱差别的变化范围称为地震波的动态范围。*可控震源：

*偏移距：激发点到最近的检波器组中心的距离

*遥测：是利用电缆、光缆、无线电或其他传输技术对远距离的物理点进行测量。

*MEMS：Systems微电子机械系统

*采集站：

*矢量保真度：矢量保真度是指每个分量互相耦合的信号量度

8. 地震仪的4个发展阶段

模拟光点记录地震仪

模拟磁带记录地震仪

数字磁带记录地震仪

遥测地震仪

9地震仪的记录过程（课本91）

10.地震品质分析（PPT）

11.野外采集参数的确定

①最大偏移距Xmax，炮点与排列中最远一道的距离，应大致等于最深目的层的埋深

②最小移距Xmin，炮点与排列中最近一道的距离，应不小于最浅目的层的埋深，它大一些可以消除地震产生的噪声，但可能损失有用的浅层信号

③道间距Δx，定义为相邻两个中心道之间的距离，通常不应该超过设计的水平分辨率的2倍目的是使地下空间采样间隔满足空间采样定理：δx≤λ/2

④最小药量或最小震源强度-课本93

四．低（降）速带测定与静校正

1. *低速带：在地表附近一定深度范围内，地震波的传播速度往往要比其下面地层的波速低

得多，该深度范围的地层称为低速带

*降速带：某些地区，在低速带与相对高速地层之间，还有一层速度偏低的过

渡区，称之为降速带。

*低速带参数：低速带层数、厚度、速度等。

2.低速带测定的重要性

是野外工作的重要内容之一，准确测定低速带参数有利于地震资料的静校正处理，满足地震勘探原理的基本假设条件

3.低速带测定的基本方法

地震勘探方法常用的有浅层折射法、微测井法，近几年又发展了小反射法和面波法，以及

大折射、深井微测井、小折射结合大炮初至的方法以及基于初至的回折波法和层析反演等方法；非地震勘探方法常见的有地面地质调查、地质雷达、大地电磁测深等方法。

（1）浅层折射法（时距曲线法）

浅层折射法或时距曲线法求取低速带参数的步骤（2层，3层介质）课本95-96

求取交叉时的方法：延长时距曲线法；相遇法；追逐法；复合时距曲线法；求界面速

度的方法：差异时距曲线等。

（2）微地震测井的工作方法及微地震测井资料的解释步骤课本97

（3）层析成像法

其方法原理是建立在对地层进行网格化的基础上的，且利用最小走时射线路径的全局算法，即利用费马原理与网络理论构建网络中的最小走时树，可以同时计算出与某点震源相关的所有的初至走时及相应的射线路径

4.τ值时间：从井底到井口的直达波传播时间t

5.静校正的工作内容

*静校正分为野外（一次）静校正和剩余静校正

*静校正：人为选定一个海拔高程作为基准面，利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间tuh等资料，将所有的激发点和检波点都校正到此基准面上，用

基岩速度替代低速带速度，从而去掉表层因素的影响

*静校正的目的是满足基本假设条件

（1）井深校正

（2）地形校正

（3）低速带校正具体见课本101或课件

6. 分析说明地震勘探原理的基本假设条件以及低速带测定的目的意义

*基本假设条件：地下界面为水平,介质均匀且界面水平，界面以上速度为速度为一常数*低速带测定的目的意义：准确测定低速带参数有助于地震资料的静校正处理；满足地震勘探原理的基本假设条件。

五．地震组合法

1.地震组合法是利用有效波与干扰波的传播方向不同来压制干扰波的一种方法，主要用于压制面波之类低视速度的规则干扰以及无规则的随即干扰

2.有效波与干扰波的主要差别

（1）有效波和干扰波在传播方向上可能不同。

水平界面的反射波差不多是垂直从地下反射回地面的，而面波是沿地面传播的。实质上就视速度的差别。针对这一类型的干扰波，在野外施工时，往往采用检波器组合的方法来压制；在进行资料处理时，还可以采用视速度滤波（f-k滤波）进行去除。（2）有效波和干扰波可能在频谱上有差别.

此类干扰波的压制方法主要是野外记录时进行有目的地进行滤波和在室内进行频率滤波处理。

（3）有效波和干扰波经过动校正后的剩余时差可能有差别.

多次波在经过动校正后，剩余时差仍不为0，广泛使用的野外多次覆盖、室内水平叠加技术能较好压制多次波；另外，预测反褶积方法对多次波也有良好的压制效果（4）有效波和干扰波在它们出现的规律上可能有差异。

3. 组合方法的基本原理课本102

*有n个检波器沿直线等距排列，等灵敏度的检波器间距为△x。

*组合就是n个检波器的输出叠加起来作为一道的信号。

*组合的振幅特性：