高分辨率浅层反射地震勘探
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• 一是弹性波勘探本身的技术装备， • 二是受地表及地下地质构造复杂程度的限制。
研究岩性、地下和地表岩层的结构和构造对弹性波勘探的 影响，是弹性波勘探地质基础的问题。
39-6
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
解编数据
加载观测系统、剔除坏 道、初至切除
39-7
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
近地表弹性波勘探主要解决地质分层为题，如何确定基岩 面深度；岩、土层的厚度；纵、横波速度；地层中的软弱 层厚度；滑坡面、潜水面深度等。 这类分层问题的在探测目的层和上下岩、土层有一定的速 度、密度差异，并具有一定的厚度情况下，可以采用反射 波法、折射波法或面波法进行勘探。 例如，由于低速层的存在，往往使得地表覆盖层和基岩之 间明显的速度界面，下部基岩的波速大于上覆地层的速 度，是一个良好的弹性差异明显的界面，纵波、横波和面 波的速度有差异；如果风化层中存在低速软弱薄层，即使 在潜水面以下，它与上下岩、土层的体波或面波速度有差 异；潜水面上下速度差异很大，一般是较好的纵横波折射 界面。
C1
O
C
39-10
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
3 高分辨率地震勘探资料采集
反射地震勘探主要包 括三个部分的工作:
野外数据采集 资料处理 资料解释
39-11
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
石油野外数据采集
39-16
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
测线布置
• 最好为直线 • 测线垂直岩层、构造走向 • 远离非地震干扰源
39-4
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
主要内容
弹性波勘探的地质基础 高分辨率反射地震勘探基本原理 高分辨率地震勘探数据采集 高分辨率地震勘探资料处理 高分辨率反射地震勘探应用
39-5
Xi’an Shiyou University
39-17
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
测线布设
测线总长度
起始桩号 单炮首道 单炮末道 炮点 接收点 终止桩号
……
……
……
CDP序号
1 2……
…… n
起始反射点
有效勘探段
终止反射点
39-18
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• • •
•
39-21
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
原始地震剖面剖面（工程）
39-22
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
39-3
Xi’an Shiyou University
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
第二讲 高分辨率浅层反射地震勘探
High Resolution Reflaction Nearsurface Seismic Survey
思考题
1.高分辨率反射波地震勘探的关键技术是什么？ 2.近地表反射地震与石油地震有何异同点？原因何在？ 3.近地表反射地震能解决哪些地质问题？为什么？
3.2 震源 要有足够强的能量；应使地震有效波具有较强能 量、显著的频谱特性和较高的分辨能力，以利于记 录有效波。
地震波激发震源有多种类型: • 炸药震源 • 锤击震源 • 枪源 • 电火花震源 • 夯源 • 可控震源
39-13
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
3.3 试验
• 有效波、干扰波调查 • 仪器检查 • 采集参数试验
39-14
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
3.4 野外数据采集
测量
检波器 地震仪
39-15
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
激发地震波
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
1 弹性波勘探的地质基础
不同的岩石具有不同的物理性质，即使是同一种类型的岩 石，由于存在的环境条件不同也会呈现出不同的弹性特 征。 弹性波勘探是利用勘探对象与围岩之间存在的弹性差异解 决地质问题的。 弹性波勘探的地质效果主要受两种条件的限制
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
多次覆盖观测系统
39-19
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
观测参数选择
• 采样率 采样间隔必须小到不使预期的最高频率假频 化，避免时间假频,每个最短周期内至少采样4个样点值 • 记录长度 记录点长短与勘探深度有关 • 滤波档参数 提高地震记录的信噪比 • 前放固定增益 调节振幅大小 • 道间距 • 偏移距 避免空间假频 太小,震源影响;太大,浅层信息丢失
39-20
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
最佳接收段问题
• 为了有效避开面波、直达波和折射波 对有效反射波的干扰，可把接收段选 择在尽可能不受或少受各种干扰波影 响的地段，叫最佳时窗 可通过展开排列法观测试验确定 最大炮检距不应大于主要目地层埋深 的1.5倍 在勘探深度较浅、地质条件比较单一 的情况下，可以按最佳时窗技术去考 虑观测参数的设计问题 当勘探深度较大，地震地质条件复杂 时，最好按组合检波器和多次覆盖技 术去考虑压制干扰以及观测参数选择 问题
1.1影响地震波速度的因素及岩石的波速特征
实际地质剖面是有不同地质年代、不同成因、不同物质成 分与结构的岩层所组成，不同的岩性有不同的弹性差异 其中速度决定物质弹性性质最基本的参数，决定弹性波传 播速度的主要因素为岩石的矿物成分与结构、密度、孔隙 度以及空隙中流体的物理性质和饱和度
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 介质名称 空气 石油 水 冰 砂 堆石 泥岩 白垩 泥灰岩 砂岩 页岩 石膏 岩盐 硬石膏 密度 0.0013 0.6-0.9 0.98-1.01 0.97-1.01 1.6-1.9 1.5-2.0 1.5-2.5 1.94-2.23 2.25-2.86 2.15-2.7 2.41-2.81 2.31-2.33 2.14-2.18 2.82-2.93 速度 340 1300-1400 1430-1590 3100-4200 600-1850 1000-2700 1100-2500 2100-4200 2000-3500 2100-4500 2700-4800 2000-3500 4200-5500 3500-5500 序号 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 介质名称 石灰岩 白云岩 大理岩 片麻岩 花岗岩 闪长岩 凝灰岩 玄武岩 辉绿岩 辉长岩 橄榄岩 纯橄榄岩 铝 铜 密度 2.58-2.8 2.75-2.85 2.75 2.6-2.73 2.52-2.82 2.67-2.78 1.83-2.01 2.7-3.3 2.8-3.11 2.85-2.92 3.15-3.28 3.2-3.31 2.7 8.96 速度 3400-700 3500-6900 3750-6940 3500-7500 4750-6000 4600-4880 2870-3560 5500-6300 5800-6600 6450-6700 7800-8400 7500-8100 6300-7100 4820-5960
39-2
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
弹性波勘探包括地震勘探、超声检测和常时微动等勘探方 法，主要用于工程、环境和水文地质勘探，解决工程地质 填图、建筑、水利、电力、矿上、铁路、公路、桥梁、港 口、机场等各种工程与环境问题，因此，常被人们称为工 程地震勘探。 在弹性波勘探中，根据弹性波的类型不同可分为纵波、横 波和面波勘探，根据弹性波传播特点的不同又可以分为反 射波法、折射波法等几种不同的勘探方法。
近地表地球物理勘探
3.1 时距曲线
声波 … 面波 直达波 反射纵波 折射波 反射横波 介质1 ρi ,Vi 介质2 ρi+1 ,Vi+1 滑行波 透射纵波 透射横波 地面
反射界面
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
第一篇 弹性波勘探
Elastic Wave Exploration
沈鸿雁
39-1
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
弹性波勘探是地球物理勘探方法中的一种，其是一种研究 人工震源（锤击、炸药爆炸等）所激发产生的地震波在地 下岩层、土壤或其它介质中传播来解决工程、环境问题的 方法。 其基本原理是当人工所激发的弹性波在介质中传播时，由 于不同的岩土层具有不同的弹性特征（速度、密度等）， 当弹性波通过这些岩层的分界面时，将产生反射、折射、 透射，形成反射波、折射波、透射波、面波等等。 这些不同类型的波具有不同的传播速度、路径、频率，也 就是携带了地下不同物性性质地质体的信息，这些参数直 接或间接地反应了它们的特征。 用仪器记录各种波的传播时间和波形特征参数的变化规 律，分析解释地震记录，可以推断出有关岩土性质、结构 和其几何位置等参数，从而达到勘探的目的。
• 高分辨率资料采集（宽频、小采样率、抗干扰） • 高分辨率资料处理（去噪、反褶积、偏移）
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
2.1分辨率概念
地震勘探的分辨率分为垂向分辨率和横向分辨率两种。 纵向分辨率是指沿垂直方向所能分辨的最薄地层的厚度； 横向分辨率是直沿水平方向所能区分的最小地质体的尺 寸。 在浅层地震勘探中，所要解决的大多数地质问题是地层的 划分、查明小断层、小构造及岩性的变化，在解决这些地 质问题的过程中，纵横向分辨率显得尤为重要。
原始地震剖面剖面（石油）
39-23
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
3. 高分辨率反射地震数据处理
39-24
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Reflaction Seismic Exploration
39-8
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Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
2 高分辨率反射地震勘探基本原理
在工程和环境地质调查领域中，经常需要解决祥细划分第 四系地层，确定目的层的深度、厚度、起伏形态和横向分 布，探测异常体等地质问题，以及寻找溶洞、断层及破碎 带 这些地质问题尺度有大有小，大尺度问题（一般几十米到 上百米）一般通过常规地震就能解决，小尺度（十几米到 几米，甚至几十公分）的地质问题，常规地震技术就力不 从心了 此时，为精细地解决上述地质问题，必须采用高分辨率地 震勘探技术
研究岩性、地下和地表岩层的结构和构造对弹性波勘探的 影响，是弹性波勘探地质基础的问题。
39-6
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近地表地球物理勘探
解编数据
加载观测系统、剔除坏 道、初至切除
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近地表地球物理勘探
近地表弹性波勘探主要解决地质分层为题，如何确定基岩 面深度；岩、土层的厚度；纵、横波速度；地层中的软弱 层厚度；滑坡面、潜水面深度等。 这类分层问题的在探测目的层和上下岩、土层有一定的速 度、密度差异，并具有一定的厚度情况下，可以采用反射 波法、折射波法或面波法进行勘探。 例如，由于低速层的存在，往往使得地表覆盖层和基岩之 间明显的速度界面，下部基岩的波速大于上覆地层的速 度，是一个良好的弹性差异明显的界面，纵波、横波和面 波的速度有差异；如果风化层中存在低速软弱薄层，即使 在潜水面以下，它与上下岩、土层的体波或面波速度有差 异；潜水面上下速度差异很大，一般是较好的纵横波折射 界面。
C1
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近地表地球物理勘探
3 高分辨率地震勘探资料采集
反射地震勘探主要包 括三个部分的工作:
野外数据采集 资料处理 资料解释
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近地表地球物理勘探
石油野外数据采集
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测线布置
• 最好为直线 • 测线垂直岩层、构造走向 • 远离非地震干扰源
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近地表地球物理勘探
主要内容
弹性波勘探的地质基础 高分辨率反射地震勘探基本原理 高分辨率地震勘探数据采集 高分辨率地震勘探资料处理 高分辨率反射地震勘探应用
39-5
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测线布设
测线总长度
起始桩号 单炮首道 单炮末道 炮点 接收点 终止桩号
……
……
……
CDP序号
1 2……
…… n
起始反射点
有效勘探段
终止反射点
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• • •
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原始地震剖面剖面（工程）
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第二讲 高分辨率浅层反射地震勘探
High Resolution Reflaction Nearsurface Seismic Survey
思考题
1.高分辨率反射波地震勘探的关键技术是什么？ 2.近地表反射地震与石油地震有何异同点？原因何在？ 3.近地表反射地震能解决哪些地质问题？为什么？
3.2 震源 要有足够强的能量；应使地震有效波具有较强能 量、显著的频谱特性和较高的分辨能力，以利于记 录有效波。
地震波激发震源有多种类型: • 炸药震源 • 锤击震源 • 枪源 • 电火花震源 • 夯源 • 可控震源
39-13
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3.3 试验
• 有效波、干扰波调查 • 仪器检查 • 采集参数试验
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近地表地球物理勘探
3.4 野外数据采集
测量
检波器 地震仪
39-15
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激发地震波
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近地表地球物理勘探
1 弹性波勘探的地质基础
不同的岩石具有不同的物理性质，即使是同一种类型的岩 石，由于存在的环境条件不同也会呈现出不同的弹性特 征。 弹性波勘探是利用勘探对象与围岩之间存在的弹性差异解 决地质问题的。 弹性波勘探的地质效果主要受两种条件的限制
Reflaction Seismic Exploration
近地表地球物理勘探
多次覆盖观测系统
39-19
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近地表地球物理勘探
观测参数选择
• 采样率 采样间隔必须小到不使预期的最高频率假频 化，避免时间假频,每个最短周期内至少采样4个样点值 • 记录长度 记录点长短与勘探深度有关 • 滤波档参数 提高地震记录的信噪比 • 前放固定增益 调节振幅大小 • 道间距 • 偏移距 避免空间假频 太小,震源影响;太大,浅层信息丢失
39-20
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近地表地球物理勘探
最佳接收段问题
• 为了有效避开面波、直达波和折射波 对有效反射波的干扰，可把接收段选 择在尽可能不受或少受各种干扰波影 响的地段，叫最佳时窗 可通过展开排列法观测试验确定 最大炮检距不应大于主要目地层埋深 的1.5倍 在勘探深度较浅、地质条件比较单一 的情况下，可以按最佳时窗技术去考 虑观测参数的设计问题 当勘探深度较大，地震地质条件复杂 时，最好按组合检波器和多次覆盖技 术去考虑压制干扰以及观测参数选择 问题
1.1影响地震波速度的因素及岩石的波速特征
实际地质剖面是有不同地质年代、不同成因、不同物质成 分与结构的岩层所组成，不同的岩性有不同的弹性差异 其中速度决定物质弹性性质最基本的参数，决定弹性波传 播速度的主要因素为岩石的矿物成分与结构、密度、孔隙 度以及空隙中流体的物理性质和饱和度
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 介质名称 空气 石油 水 冰 砂 堆石 泥岩 白垩 泥灰岩 砂岩 页岩 石膏 岩盐 硬石膏 密度 0.0013 0.6-0.9 0.98-1.01 0.97-1.01 1.6-1.9 1.5-2.0 1.5-2.5 1.94-2.23 2.25-2.86 2.15-2.7 2.41-2.81 2.31-2.33 2.14-2.18 2.82-2.93 速度 340 1300-1400 1430-1590 3100-4200 600-1850 1000-2700 1100-2500 2100-4200 2000-3500 2100-4500 2700-4800 2000-3500 4200-5500 3500-5500 序号 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 介质名称 石灰岩 白云岩 大理岩 片麻岩 花岗岩 闪长岩 凝灰岩 玄武岩 辉绿岩 辉长岩 橄榄岩 纯橄榄岩 铝 铜 密度 2.58-2.8 2.75-2.85 2.75 2.6-2.73 2.52-2.82 2.67-2.78 1.83-2.01 2.7-3.3 2.8-3.11 2.85-2.92 3.15-3.28 3.2-3.31 2.7 8.96 速度 3400-700 3500-6900 3750-6940 3500-7500 4750-6000 4600-4880 2870-3560 5500-6300 5800-6600 6450-6700 7800-8400 7500-8100 6300-7100 4820-5960
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弹性波勘探包括地震勘探、超声检测和常时微动等勘探方 法，主要用于工程、环境和水文地质勘探，解决工程地质 填图、建筑、水利、电力、矿上、铁路、公路、桥梁、港 口、机场等各种工程与环境问题，因此，常被人们称为工 程地震勘探。 在弹性波勘探中，根据弹性波的类型不同可分为纵波、横 波和面波勘探，根据弹性波传播特点的不同又可以分为反 射波法、折射波法等几种不同的勘探方法。
近地表地球物理勘探
3.1 时距曲线
声波 … 面波 直达波 反射纵波 折射波 反射横波 介质1 ρi ,Vi 介质2 ρi+1 ,Vi+1 滑行波 透射纵波 透射横波 地面
反射界面
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第一篇 弹性波勘探
Elastic Wave Exploration
沈鸿雁
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弹性波勘探是地球物理勘探方法中的一种，其是一种研究 人工震源（锤击、炸药爆炸等）所激发产生的地震波在地 下岩层、土壤或其它介质中传播来解决工程、环境问题的 方法。 其基本原理是当人工所激发的弹性波在介质中传播时，由 于不同的岩土层具有不同的弹性特征（速度、密度等）， 当弹性波通过这些岩层的分界面时，将产生反射、折射、 透射，形成反射波、折射波、透射波、面波等等。 这些不同类型的波具有不同的传播速度、路径、频率，也 就是携带了地下不同物性性质地质体的信息，这些参数直 接或间接地反应了它们的特征。 用仪器记录各种波的传播时间和波形特征参数的变化规 律，分析解释地震记录，可以推断出有关岩土性质、结构 和其几何位置等参数，从而达到勘探的目的。
• 高分辨率资料采集（宽频、小采样率、抗干扰） • 高分辨率资料处理（去噪、反褶积、偏移）
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2.1分辨率概念
地震勘探的分辨率分为垂向分辨率和横向分辨率两种。 纵向分辨率是指沿垂直方向所能分辨的最薄地层的厚度； 横向分辨率是直沿水平方向所能区分的最小地质体的尺 寸。 在浅层地震勘探中，所要解决的大多数地质问题是地层的 划分、查明小断层、小构造及岩性的变化，在解决这些地 质问题的过程中，纵横向分辨率显得尤为重要。
原始地震剖面剖面（石油）
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3. 高分辨率反射地震数据处理
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近地表地球物理勘探
2 高分辨率反射地震勘探基本原理
在工程和环境地质调查领域中，经常需要解决祥细划分第 四系地层，确定目的层的深度、厚度、起伏形态和横向分 布，探测异常体等地质问题，以及寻找溶洞、断层及破碎 带 这些地质问题尺度有大有小，大尺度问题（一般几十米到 上百米）一般通过常规地震就能解决，小尺度（十几米到 几米，甚至几十公分）的地质问题，常规地震技术就力不 从心了 此时，为精细地解决上述地质问题，必须采用高分辨率地 震勘探技术