井间地震初至波分析

Analysis to First Breaks in Cross Hole Seismic Waves
ZHANG Wen-bo1 ,ZHU Guang-ming1 , MA De-tang2 ,DU You-cheng1
(1 . School of Geological Engineering and Surveying Engineering , Chang’an University , X’i an 7 10 0 54 , Shaanxi , China ; 2 . School of Science , Chang’an University , Xi’an 71 0 06 4 , Shaanxi , China)
α→ 0
b=
lim( H -
α→ 0
x1
)
1 tan β
=
lim H
α→ 0
1 - G2 sin2 Gsinα
α
=
lim
α→ 0
G2
1 sin2
α
-
1
=
∞
当震源 点位 于高 速层 时 ,不 存在 临 界角。当 a
≠ 0 且 x1 接近 0 时 ,有
α = lim arc tan(x1 / a) = 0 x1 → 0
(2)如果 震 源点 位 于低 速 层 ,在 反 射界 面 与 离
开反射界面
H
- atan tanα0
α0
之 间的 接 收 段内 可 以接 收
到折射波。如果震源点位于高 速层 ,则接 收不 到来
自该界面的折射波。
(3)无论 激发 点 位于 高 速 层还 是 低 速层 ,在 反 射界面另 一侧 的任 一接地 球 科 学 与 环境 学 报
激发点位于1 585 m 处 ,接收段位于1 500～1 675 m。 模型 1 为一速度由低到高均 匀分布的 模型 ,L1
～ L7 层 的 速 度 分别 为 2 700 m/s ,2 800 m/s ,2 900 m/s ,3 000 m/s ,3 100 m/s ,3 200 m/s ,3 300 m/s。 图 2a 和图 2b 分别 为模 型 1 的初 至 波射 线 路径 和 初至时距曲线。 由 图 2a 可 以看 出 ,在 离炮 点 较 远 的低速 层 L1 ,L2 和 L7 层 接 收 到 的 初 至 波 是 透 射 波 ;离炮点较近的 L3 和 L4 层接收到 的初至波 为来 自 L4 和 L5 反射界面的 折射 波 ;L5 层和 L6 层 接收 到的初至波既有透射波也有 折射波。由 图 2b 可以 看出 ,最小初 至 时间 并 不对 应 炮点 所 在 的 位 置 ,而 是向高速层所在的层位移动。
波走时 tt 表达式
x1 =
a 1 - G2 sin2 α
H
a 1 - G2 sin2 α + bGcos α
tt =
x2 1
+
a2
V2 1
+
( H - x1 )2 + b2 V2
2
对 3 种类型的初至波进行分析 ,可以看出 :
(1)在只 有 一个 反 射界 面 的情 况 下 ,在 震 源 点 所在层中的任一接收点上 ,均可接收到直达波。
第28卷 第1期 2006年 3月
地球科学与环境学报
Journal of Earth Sciences and Environment
Vol .28 No .1 Mar . 2 0 0 6
井间地震初至波分析
张文波1 , 朱光明1 , 马德堂2 ,杜有成1
( 1 . 长 安大 学 地 质 工 程 与 测 绘 工 程 学 院 , 陕 西 西 安 7 10 0 54 ; 2 . 长 安 大 学 理 学 院 , 陕 西 西 安 71006 4 )
lim ( H -
x1 → H
x1 )
1 tanβ
=
lim ( H -
x1 → H
x1 ) ·
1
- G2 sin2 Gsinα
α
=
lim ( H -
x1 → H
x1 )·
G2
1 sin2
α-
1
=
0
2 水平层状介质井间地震初至波
水平层状 介质 条 件 下的 初 至 波 比单 一 反 射 界 面条件下的 初 至 波更 为 复杂 ,在水 平 层 状 条件 下 , 初至波除了可能来自直达 波外 ,还有 可能来 自上 界 面或下界面 的 折射 波、来 自 不 同界 面 的 透射 波、多 次透射波、多次 反 射 波 以及 各 种 转 换 波等[5 6] 。 为 了分析井间地震记录初至 波的特 点 ,设计了 4 个 水 平层状介质模型 ,用基于旅行 时插值 的射线 追踪 方 法分别计算每 个模型初至波的传播 路径和走时。 对于 每 一 模 型 ,观 测 井 段 位 于 1 500 ～ 1 675 m 之 间 ,由 7 个厚度 均为 25 m 的水 平 层 L1 ～ L7 组成 ,
a - 射线 路径
图3 Fig .3
模型 2 Model 2
第 28 卷
b - 走时
a - 射 线路径
b - 走时
图 2 模型 1
Fig .2 Model 1
模型 2 为一高低速度交错上升的 模型 ,L1 ～ L7 层的速 度 分别 为 2 800 m/s ,3 000 m/s ,2 800 m/s ,
0 引言
初至波层析 成像 是 井间 地 震 技 术 的重 要 组 成 部分 ,它 需 要 精 确 拾 取 井 间 地 震 记 录 的 初 至 时 间[1 2] 。在野外采集 的 井 间 地震 记 录 上 ,距 离 炮 点 深度最近的接 收 点 深度 上 接收 到 的地 震 记录 初 至 往往不清晰 ,不易拾取。李庆 忠形象 地将 在垂 直方 向上接收点与 激 发 点距 离 小于 井 间距 的 接收 区 称 为“牛角尖”区 ,认为在该 区地震波 场极为 复杂 ,“射 线理论已经不再适用 ,初至 也无法 准确拾 取” ,并指 出井间地震今 后 的 出路 在 于将 接 收段 布 置在 炮 点 上方或下方 ,在 垂 直 距离 上 应 错 开 一个 井 间 距[3] 。
滑行再到达 接 收点 的 折射 波。设 激 发 井和 接 收 井 之间的距离为 H ,震源点 A 与反射界面 PF 之间的 距离 AP = a ,接收点 T 与反射界面 PF 之间的距离 TF = b ,接收点 R 与 反 射 界面 PF 之间 的 距离 PF = c ,接收点 D 与激发 点 A 在 垂直方 向上 的距 离为 d ,震源点所 在的 层 速 度为 V1 ,反 射 界 面以 下 的 层
b=
lim( H -
x1 → 0
x1
)
1 tanβ
=
lim H
α→ 0
α→ 0
1 - G2 sin2 Gsinα
α
=
lim H
α→ 0
G2
1 sin2α
-
1
=
∞
当 a ≠ 0 且 x1 接近 H 时 ,有
α = limarc tan( x1 / a) = arc tan( H/ a) x1 → H
b=
3 000 m/s ,3 100 m/s ,3 200 m/s ,3 300 m/s。图 3a 和图 3b 分别为模型 2 的初至波 射线路径 和初 至时
距曲线。由图 3a 可以看出 ,离 炮点 较远的 L1 层接
收到的仍为 透射 波 ;由 于 速 度 差 异 的 增 大 ,L2 层、 L3 层 和 L4 层 接 收 到的 初 至 波 均 为来 自 L4 和 L5 反射界面的折射波 ,比模型 1 接收到 的折 射波 范围
平反 射 界面 情 况下 的 井
间地 震 各种 初 至波 的 射 线路 径 示 意 图 ,其 中 AD 表示 在 同一 种 介质 中 由 震源 点 直接 到 达接 收 点
图 1 井间地震 初至波示意图 Fig .1 First Break of Cross-well Seismic
的 直 达 波 , ABT 表 示 从 震源 点 出发 穿 过反 射 界 面到达接收点的透射波 , ACER 表 示 入 射 角 达 到 临界角 后 ,地震 波 沿 界 面
射波。 图 1 中当震源点位于低 速层时 ,射线在 反射 界
面上 存 在临 界 角 , 当 入 射角 达 到临 界 角 时 , x0 = GC = atanα0 ,透射波沿界面 滑行 ,在 距离反 射界 面 b = 0 的接收点上可以接收到透射波 ;当入射角α接 近 0 时 ,有 x1 = lim atan α = 0
速度为 V2 ,G= V2 /V1 ,入射角为 α,临界 角为 α0 ,透 射角为 β,GB = x1 ,BF = x2 ,则可以得到 : 直达波走时表达式
td =
H2 + d2 V1
折射波走时表达式
( ) tr
= H + ( a + c) V2
secα0 - tanα0
V1
V2
透射波在界面上透射点的横坐 标表 达式 x1 和 透射
[ 收 稿 日 期] 20 0 5-0 4-21 [ 作 者 简 介] 张 文 波 (19 74 - ) ,男 ,山 东 冠 县 人 ,博 士 研 究 生 ,从 事 地球 物 理 研 究 。
第 1期
张文波 ,等 :井间地震初至波分析
71
1 单一水平反射界面井间地震初至波
由于井间地震是在井中激 发和井 中接 收 ,其初 至除了包含直达波和折射波外 ,还有 入射 波穿 过反 射界面后到 达接 收 点 的 透 射波[4 ] 。 图 1 是 单 一 水
Abstract : For some traces in field cross-hole seismic records of which the shot point is near to the receiver point in vertical direction ,it is difficult to pick the first break time accurately according to the ambiguous first break outline .On the basis of modeling for the first break characters with different velocities ,this paper discusses the reasons induced to ambiguous first break outline .One is the influence of the second break wave ,and the other is that the vertical projection of first break wave is near to zero . A method for picking first break time accurately is put forward by using both the vertical and the horizontal components synthetically . Key words : geological engineering ;cross-hole seismic ; first break ;multi-component