地球物理勘探

反射地 震勘探 资料采 集现场 波动传 播和界 面关系
示意图
第一节
数据采集
一、数据采集的主要仪器设备
1. 震源（source) 震源是用来释放地震能量的 装置，常用震源有：
（1）锤击震源； （2）雷管和炸药震源； （3）地震枪震源； （4）电火花震源。 （5）可控震源
CFS-2A型可控 震源
2. 检波器（detector，geophone, seismometer, jug,pickup)
(1）道间距 选择道间距大小的总原则为：经过处理后能在地震剖面的相邻道上可靠 地追踪波的同一相位，并且不出现空间假频（由离散序列所得到的频谱与原 始频谱是不相等的,这种由连续信号离散化，导致离散前后频谱发生变化的现 象，就为假频现象），根据采样定理有：
实际工作中可由上式估算道间距的大小。为提高地震记录的横向分辨率， 常采用小道距接收。 （2） 偏移距 偏移距的大小直接影响了有意义的浅层反射波的覆盖次数，若太大， 就不能保证有参考作用或主要目的浅层反射波达到最低要求的覆盖次数，甚 至拿不到浅层记录，此外还有可能造成波的振幅和相位的较大变化以及波场 复杂化等诸多问题，所以偏移距一般要求尽可能小。然而偏移距太小，波场 受震源干扰严重（破坏区，弹性形变区…）实际中，应兼顾各种矛盾，选择 合适的偏移距。
相遇时距曲 线观测系统
多重相遇时距 曲线观测系统
2. 反射波法观测系统
浅层反射波法使用最多的是宽角范围观测系统与多次覆盖 观测系统。宽角范围的观测系统与多次覆盖观测系统结合使用
是目前地震反射波法中使用最广泛的观测系统。 宽角范围观测系统 将接收 点布置在临界点附近的范围进行 观测，因为在此范围内反射波的 能量比较强，且可避开声波和面 波的干扰，尤其对弱反射界面其 优越性更明显。
• 例:观测系统:道间距25米,炮间距50米,每 炮96道,共10炮,总道数960道, 单边放炮. (1)求覆盖次数. (2)测线长度不变,如何使覆盖次数增加一倍
答案(1) 24 (2)炮间距减小一半, 或者双边放炮等. 注意:为了保持测线长度,当炮间距减小一半 时,要适当增加炮数
野外观测系统 测线布置的两点基本要求 布置
同一界面反射波振幅变化
多次覆盖观测系统
多次覆盖观测系统是根据水平叠加技术的要求而设计的。 水平叠加 又称共反射点叠加或共中心点叠加，就是把不同激发 点、不同接收点上接收到的来自同一反射点的地震记录进行叠加， 这样可以压制多次波和各种随机干扰波，从而大大提高信噪比和 地震剖面的质量。 覆盖次数 采用多次覆盖方法进行野外工作时,对地下界面重复观 测的次数。
倾斜界面折射波时距曲线
上倾与下倾方向 观测的视速度分 别为：
V上* V1 sin( i )
V下
*
V1 sin( i )
（a ） i= V*
（b） i < V*为负
并根据上下倾方 向视速度可得：
1 1 V1 1 V1 i (sin sin ) 2 * * V上 V下 1 (sin 1 V1 sin 1 V1 ) * * 2 V V 下 上
时距曲线斜率 的倒数为地表 覆盖层的波速
直达波时距曲线
二、折射波理论时距曲线
水平二层介质 折射波传播路径图
水平二层介质折射波时距曲线为：
x 2h cos i t V2 V1 V22 V12 x 2h V2 V2V1
截距时间(时距曲线的延长 线与T轴的交点)t0为：
V22 V12 2h cos i t0 2h V1 V1V2
（3）最佳时窗
反射波地震勘探中，为了 有效地避开面波，声波，直 达波和折射波对有效反射波 的干扰，可把接收地段选择 在尽可能不受或少受各种干 扰波影响的地段，这种最佳 接收地段又称为“最佳时 窗”. 在最佳时窗内接收，可避 开面波和折射波的干扰，此 外，其反射波振幅随炮检距 的增大而减小，可见，最佳 时窗的选择关键在于选取接 收排列的两个端点，即选择 偏移距和最大炮检距。一般 情况下，可通过展开排列法 观测试验确定，或根据经验 确定，即最大炮检距不应大 于主要目的层埋深的1-1.5倍.
斜率为 水平二层介质折射波时距曲线
时距曲线的交点是折射波 超过直达波的时间，在交点以内， 直达波先于折射波到达，在交点 以外，折射波先于直达波到达； 折射波的斜率比直达波的斜 率小也就是说折射波到达的视速 度比直达波到达的视速度大。
水平二层介质 折射波和直达波时距曲线
折射波和直达波时距曲线应用： •首先由直达波时距曲线求v1 •由折射波时距曲线斜率求v2 •由地震记录上读t0,并根据下面 公式反演界面深度
垂直检波器 水平检波器
3. 浅层地震仪
地震仪是将检波器输出的信号进行放大、显示并记录下来的专 门仪器，一般都具有滤波、放大、信号叠加、高精度计时以及数字 记录和微机处理等功能。我国目前常用的浅层地震仪多为12道或24 道。
浅层地震仪
浅震仪及其野外工作布置
二、观测系统
在地震勘探现场采集中，为了压制干扰波和确保对有效波进行追踪， 激发点和接收点之间的排列及各排列的位置都应保持一定的相对关系，这 种激发点和接收点之间以及排列和排列之间的位置关系，称之为观测系统。 不同的方法采取不同的观测系统。 相关术语 道数：一般用N表示，每次放炮一般有48道，96道或更多。 道间距：一般用△x表示，道距多为25-100m. 放炮方式：一般分为中间放炮和端点放炮(单边或双边)。 最小偏移距（或偏移距）：紧挨震源的检波器离开震源的距离，偏移距的 长度为道间距的整数倍。 最大炮检距：一般用Xmax表示，它是指炮点到最远检波点的距离。
O1 O2 O3 O4 O5 O6
D’
4
8
12
16
20
24
D 共反射点示意图
多次覆盖观测系统的具体 做法是在选定偏移距和检波距 之后，每激发一次，激发点和 整个排列都同时向前移动一个 距离，直到测完全部剖面。
多次覆盖观测系统用下式计 算炮点的移动道数
单边激发6次覆盖观测系统(N=24,υ=2)
N为一个排列的接收道数； n 是覆盖次数； d 是激发点间距(炮间距)； S 是一个常数，单边激发 S=1，双边激发S=2； x是检波距(道间距)。
声波
直达波 反射波
近炮检距>30米 远炮检距<70米
当勘探深度较浅，地震地质条件比较单一的情况下，我们可以按最 佳时窗技术去考虑观测参数的设计等问题，当勘探深度较大，地震地质 条件较复杂时，我们最好按组合检波和多次覆盖技术去考虑压制干扰以 及观测参数选择问题，因为此时，目的层深浅相差较大，很难选取甚至 不可能选取最佳时窗。
倾斜界面折射波时距曲线
（3）当 i+90º 时若在下倾方向接 收，折射波射线将 无法返回地面，这 时盲区无限大。而 在上倾方向接收， 则入射角总是小于 临界角，无法形成 折射波。
临界角i与界面倾角的关系
3.变速层的折射波时距曲线
（1）关于速度随深度的变化规律 A、速度随深度增加而呈线性增加，即符合下列表达式：
检波器又称拾震器，是把地震波到达所引起的地面微弱震动转换成电信号的换 能装置。 检波器的的输出与地表质点运动的速度成正比的，称为速度检波器， 检波器的的输出与地表质点运动的加速度成正比的 ，称为加速度检波器。 固有频率约 10Hz的为低频检波器;固有频率约 33Hz的为中频检波器;固有频率 约 100Hz的为高频检波器。 工程地震勘探中，多采用高频检波器；其它地震勘探中多采用中频和低频检 波器。
距离(米)
两层模型ห้องสมุดไป่ตู้各种波分布
右图为单次覆盖 的浅震试验波形记 录,在该记录上可以 看到清晰的声波、 面波、直达波、反 射波的分布。 从这张记录上能 较容易地识别出反 射波，说明其工作 条件良好，易于选 定最佳接收窗口。
反射波 声波 面波
浅震试验记录
右 图所示为 中间激发，两侧 接收的浅震试验 记录。该记录深 层情况比前一记 录要复杂些，但 记录中的声波、 直达波、反射波、 等同相轴仍清晰 可见，可作为设 计数据采集条件 的依据。 中间放炮双边接 收的浅振记录
若已知V1，则可根据相遇时距曲线的视速度 求得倾角和临界角以及V2（V2 = V1 /sin i）。
倾斜界面的折射波时 距曲线特征讨论
（1）上倾与下倾方向时 距曲线斜率不同,其视速 度不同,上倾方向视速度 大于下倾方向的视速度。 （2）上倾与下倾方向观 测到的初至区距离和盲区 大小不同，在下倾方向接 收时，初至区距离和盲区 较小，截距时间也要小些。 在上倾方向接收时，初至 区距离和盲区要大些，截 距时间也要大些。据此可 以判断界面的倾向。
i 23 sin 1 (V2 / V3 )
水平三层介质折射波时距曲线
(3) 多层介质
各层介质的速度满足：
Vn Vn1 V2 V1
第 i 层界面上的折 射波时距方程为：
2 2 x i 1 Vi Vk t i 2 hk Vn k 1 ViVk
水平多层介质折 射波时距曲线
第二章
浅层折射波法和反射波法
第一节 第二节 第三节
数据采集 理论时距曲线 资料处理及解释
浅层折射波法与反射波法：
1、浅层折射波法是一种使用相对较早且较成熟的方法； 可用来探测覆盖层厚度、基岩面起伏、断层及古河道 ; 弱点：分辨率较低、测线较长； 2、浅层反射波法是近十多年来才得以迅速发展。 浅层反射波法具有相对较高的分辨率，可以采用较小的 炮检距进行观测，因而可以采用较短的勘探测线；对资 料的数字处理技术要求较高。
Vz V0 (1 Z )
式中V0为表面一点的速度值，是一个和介质性质有关的系数。 B、介质的波速呈现为随深度的非线性变化，而线性关系只 只是其中的一个特例。介质的速度随深度变化的更为一般的 表达式为：
第二节
一、直达波理论时距曲线
理论时距曲线
时距曲线:用数学方法描述地震勘探中地震波在地下传播及在地面记录时的时-空关系。
直达波是指地震波从震源出发，不经任 何反射，直接到达各检波点的地震波。直达 波的时距曲线是在x-t直角坐标系中，把激发 点作为坐标原点，横坐标x表示沿线上各观 测点到激发点的距离，纵坐标t表示直达波 到达各观测点的传播时间。 地震波从O点出发，沿测线X传播到任 意点的旅行时间T为： T=X / V
不同阶段的测线布置
三、影响数据采集的其它因素
除正确地选用震源、仪器和合理地布置观测 系统外，其它采集条件和工作参数的选择也很重要。 如测线的布置，覆盖次数和道间距的确定以及仪器 的增益、通频带和扫描时间等参数的选定等都会直 接影响野外数据采集工作的质量。因此，一个新工 区在进行正式工作之前，应作一定的试验研究工作， 对区内各种干扰波和有效波的分布特点进行研究， 分析各种波在时空域中的相对关系，以及它们在频 率和视速度方面的差异。
2. 倾斜界面的折射波时距曲线
在界面的下倾方向(O1 点激发,M1O2段接收,相当 于激发点O1为界面的下倾 方向,)观测折射波到达地面 接收点O2的走时为：
x sin(i ) 2h1 cosi t下 V1 V1
若在O2激发,波到达测 线上倾方向任意点的时距 曲线方程：
x sin( i ) 2h2 cos i t上 V1 V1
V22 V12 2h cos i t0 2h V1 V1V2
（2）三层介质 V3>V2>V1 当入射波在R2界面上的 B点产生折射时，则入射射 线在界面处必须满足：
i13 sin 1 (V1 / V3 )
水平三层介质的时距曲线 方程为：
2 2 2 2 2 h V V 2 h V V x 1 3 1 t 2 3 2 V3 V3V1 V3V 2
几种常用的观测系统介绍
1、折射波法观测系统 （1）测线类型
通常的测线类型如图所示。
根据激发点和接收点之间 的相对位置关系及排列关 系，测线类型可分为纵测 线、横测线、侧测线及弧
形测线。
测线类型图
采用定义震源到接收点的距离与地震波走时之间的关系曲线为时 距曲线（运动学）。时距曲线观测系统则是根据地震波的时距曲 线分布特征所设计的观测系统。 折射波观测系统可分为单支时距曲线观测系统、相遇时距曲 线观测系统、多重相遇时距曲线观测系统等。