第1篇 地震波运动学

9012 美国 Bison 公司 12
16
130dB
Bison series * 9000
浮点
9024 美国 Bison 公司 24
16
130dB
4-1020Hz 4-1020Hz
125, 250, 500,
大于
50s-2ms
1000, 2000(Hz)
130dB
同上
同上
大于 130dB
ES-1210F
做的好处在下面的讨论中可以看到，在t x 域内各种波互相交叉 干涉构成复杂的时距关系，而在 p 域内则各自分离，这就给
后来的资料处理分辨各种类型的波带来方便。
由 t x 域变换到 p 域，从数学上相当于做了一次坐标变换，
其关系如下
t px
(1.2.43)
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在t x 域内为双曲线的反射波，在 p 域内变为椭圆，
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4.1.4 观测参数选择 4.1.4.1 仪器因素 1．采样率 2．滤波档 3．前放固定增益
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4.1.4.2 道间距和偏移距
1．道间距 x
选择x 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，根据采样定理有
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相遇时距曲线：两支时距曲线斜率不同，下倾 方向接收视速度小，时距曲线陡；上倾方向接收视 速度大，时距曲线平缓，另外，由于上倾 O1 激发， 在下倾 O2 接收与下倾 O2 激发、上倾 O1 处接收时波 的旅行路径一样，满足互换原理，旅行时间 T 相等， T 称作互换时间.
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自然角频率 0 ，又称为固有频率。 3.2.2 震源 3.2.2.1 炸药震源 1． 锤击震源 2． 落重法震源 3． 电火花震源： 4． 横向击板法震源 5．电磁式激振器
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4.1.1 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它波称为干扰波。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，其它波属于干扰范畴．在反射波法勘探 中，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。
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2.3 水平层状介质反射波时距曲线
t2
t
2 0
x2 V2
（1.2.34）
其中
n
tiVi2
1/ 2
V
i 1 n
i1
ti
称为均方根速度。
（1.2.35）
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在水平层状介质情况下，当入射角i 较小时，
亦即当炮检距较小时，水平多层介质的反射波时距 曲线形式上和均匀介质的相似，但要用均方根速度 V 代替上覆地层的速度。把地层介质假想成具有均 方根速度的均匀介质，当 x / h 0.5 时，这种假想引起 的误差很小，但随炮检距加大，则误差增大。
48 138dB
10-290Hz 5-320Hz 10-400Hz
10-990Hz
42dB 1/8-4ms
AGC 80dB
1/4, 1/2, 1, 大于 45-1440Hz
2, 4ms 100dB
根据t 自动设定
大于
31s-2ms 138dB
MARK6*
18+3 浮点 位浮 瑞典 ABEM 公司 24,48 126dB 点放
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1．综合平面图示法
如图1.4.4所示，它是目前生产中最常用的观 测系统图示方法。它从分布在测线上的各激 发点出发，向两侧作与测线成45角的直线坐 标网，将测线上对应的接收排列投影到该45 角的斜线上，并用颜色或加粗线标出对应线 段。
图1.4.4 用综合平面图表示观测系统
30s-2ms
通频带内可调 通频带内可调
138dB
3.2.1 检波器
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，它实质是将 机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地 震检波器几乎完全是动圈电磁式(用于陆地工 作）和压电式(用于海洋和沼泽工作)的。这里 只介绍接收纵波的垂直检波器。
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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。
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图1.4.5 简单连续观测系统 a-双边激发；b-单边激发；c-中间激发；d-间隔单次覆盖
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干扰波，下面分述其主要特点：
1．规则干扰波
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二个方面与有效 波存在差异。如面波、声波和多次反射波等。 其波谱特征见图1.4.2。
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地下界面的几何形态和运动学参数等。
2.1.1 直达波时距曲线
直达波即是从震源点出发不经反射或折射 以地表速度直接传播到各接收点的地震波。当 震源位于地表附近，并采用纵测线观测时，其 时距曲线方程为：
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t x / v*
（1.2.1）
其中v* 为波沿测线传播的视速度，x 为传播距离。当接 收点在原点（激发点）左侧时，上式取负号。
时取 1，双边放炮时取 2。计算可得本例中的v 2 x 。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。
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2．简单连续观测系统
由于在排列两端分别激发，所以又称双边放炮 观测系统。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）。
因此，在 t x 域内相互干涉的时距曲线，经变换至 p 域后都相互分离。
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3.1.2 常用仪器及性能指标
常用于浅层及中浅层地震勘探和工程检 测的仪器性能指标见表1.3.1
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型号
生产厂家
增益 A/D 道数
(最大值) 位数
低切截频
高切截频 采样率 动态范围
固定
MCSEIS-1500B 系列 TR8 日本 OYO 公司 24
8
94dB
5Hz
200Hz 700Hz
50s-1ms 42dB
MCSEIS-1600
固定
70Hz 140Hz
66dB
日本 OYO 公司 24-96
12(8) 12Hz 24Hz 48Hz
10s-5ms
90dB
280Hz
(42dB)
浮点
由方程可见，该时距曲线为一条过原点 O 的直线， 该直线斜率的倒数即为v* 。即
v* x / t
（1.2.2）
当忽略震源深度时，一般可近似认为v* 等于表层层速
度 v1 。其时距曲线参见图 1.2.1。
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显然，在一定观测范围内，直达波最先到达接收点。
2.1.2 折射波时距曲线 1． 单一水平折射层
t x V2
t0
（1.2.5）
水平层的折射波时距曲线是一条斜率为1/V2 的直 线，将折射波时距曲线延长到时间轴，其截距t0 称作交 叉时（它不是自激自收时间）。
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交叉时与折射界面法向深度有关，对资料 解释有意义。时距曲线斜率的倒数等于界面 速度。
由图1.2.1可见，时距曲线的D点为折射波 的始点，D点内无折射波，为折射波的盲区， D点以外，折射波先于反射波到达接收点，且 在一定范围外，也先于直达波到达接收点。
美国 EG&G 公司 12
固定 96dB
30-300Hz
30-300Hz
10
50-2ms
通频带内可调 通频带内可调
54dB
ES-2415F ES-2420
R24*
固定
美国 EG&G 公司 24
8
102dB
24 至 浮点
美国 EG&G 公司
15
512 100dB
12, 24 浮点
美国 EG&G 公司
18
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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。
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v S N x 2n
（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
其长半轴为1 V
，短半轴为t0
。如图 1.2.12 所示。
图 1.2.12 －p 域内各种波的分布
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wk.baidu.com
直达波与反射波在 p 轴上共点。而面波时距曲线因 斜率大于直达波时距曲线，故 p 值大，面波的“点”位 于椭圆以外。折射波时距曲线由于与同一界面的反射波 时距曲线相切，折射波的“点”位于椭圆上与临界角对 应的 p 值处。
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2.2 单界面反射波时距曲线
2.2.1 单一水平界面
t0
2H V
为自激自收的反射时间，
t2
t
2 0
x2 V2
（1.2.20）
Va
dx dt
V
1 4H 2 x2
（1.2.21）
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任一观测点 P 的反射波旅行t 时 和同一反射界面的双
程垂直时间t0 的差，定义为正常时差t
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由于浅层界面的反射波时距曲线陡， 而深层的反射波时距曲线平缓，所以在远 炮检距处，深、浅层的反射波时距曲线可 能相交，而在近炮检距处不相交，这就决 定了在浅层地震反射勘探中常采用近炮点 处接收。
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τ—P 变换：
实际工作中还可以在 p 域里应用射线参数 p 值（或称时距 曲线的瞬时斜率）和它在时间轴上的截距 来描述波的轨迹。这样
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2．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。
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4.1.2.2 观测系统
图1.4.4 用综合平面图表示观测系统
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。
t x 2 2V 2t0
（1.2.22）
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在浅层高分辨率地震反射勘探中，为解决 近炮点处接收到的浅层反射波正常时差小，不 易准确求取速度的问题，常采用扩展排列接收， 求取地层速度。使用正常时差可判断地震记录 上的同相轴是正常的反射波，还是强干扰背景 条件下接收到的相干干扰波等噪声；共深度点 叠加前需要消除正常时差，正常时差也是速度 分析的基础。
2 、 地震波运动学
地震勘探的基本任务之一是确定地下的地 质构造，解决该任务主要是利用波的运动学特 性，即研究地震波在传播过程中波前的空间位 置与其传播时间之间的几何关系，这种关系可 用时间场来描述.如果已知各种波的时间场，即 可得到这些波的运动学特征的完整概念。本章 主要讨论地震波运动学的正、反演问题。正演 问题是给定地下界面的产状要素和速度参数等， 求各种波（包括直达波、折射波和反射波等） 的时间场，反演问题是根据实际获得的时间场 求取
大
12-240Hz
根据t 自动设定
大于
25s-2ms 126dB
DHR-2400 SWS-2*
固定
美国 I/O 公司 24
12
122dB
90Hz 等
300Hz 等
1/4, 1/2, 1, 2, 4ms
66dB
北京水电物探
浮点大于
1-48
20
研究所
138dB
0.5-4000Hz 0.5-4000Hz
大于