地震勘探原理--第四章

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本章内容
波在不同构造形态分界面上各种波的反射和折射时距 曲线，及其特征。 不同构造形态分界面—地层模型： 平界面 倾斜界面 多层界面
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第一节
地震记录中的接收方式
1、地震记录的基本方式
地震记录--以测线方式记录地震波的反射或折射波。 地震测线--观测点（接收点）以线性方式排列成线。 一个震源用一条测线接收，称二维地震观测；用多条 测线接收称三维观测。 一般炮点和接收点都放在同一测线上，叫纵测线，炮 点与接收点不在同一线上，叫非纵测线。二维观测大 多用纵测线方式。三维观测大多用非纵测线方式发。
同理，对S’点：
' tS =
1 V
x 2 + 4h 2 − 4hx sin ϕ
x 2 − 4hx sin ϕ ' t S ≈ t 0 (1 + ) 2 8h
需要注意的是，这里的t0是激发点O处的自激自收时 间，h是O点处界面的法线深度。
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把震源O点两边等距的两观测点的波传播时间相减得倾 角时差△td：
公式变换
x 2 2 t = ( ) + t0 V
式中
a= 2h , b = 2h V
t 2 x2 − 2 =1 2 a b
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对倾斜界面反射波的时距曲线作变换：
公式变换
t= 1 V x 2 + 4h 2 + 4 xh sin ϕ
t 2 ( x − xm ) 2 − =1 2 2 a b
式中
x m = ±2h sin ϕ
' '
差，这是由于界面倾斜引起的。 也可以说是由激发点两侧对称位置观测到的来自同一界 面的反射波的时差。
因为倾角时差由倾角引起， 所以，如果测出了界面的倾 角时差，则有可能利用它来 估算界面倾角，而了解界面 倾角，这是了解地下构造的 一个重要内容。
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4、倾角时差的定量计算
已知倾斜界面的时距曲线为：
tS = 1 V x 2 + 4h 2 + 4hx sin ϕ
作变换
2h x 2 + 4hx sin ϕ 1 / 2 tS = [1 + ( )] 2 V 4h
在x/（2h）<<1的情况下，上式用二项式展开，且略去高次项可得：
x 2 + 4hx sin ϕ t S ≈ t 0 (1 + ) 2 8h
即从O点激发、S点接收到的反 射波路径，相当于从O*点激发 并直接传播到S点。把O* 点称 为虚震源。
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时距曲线
简单水平分界面层上反射波的时 距曲线可根据反射定律用虚震源 法推导。
O∗S t= = V (2h0 ) 2 + x 2 V = 1 4h02 + x 2 V
反射波时距曲线还写为另外两种 形式：
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共反射点反射
另一种方式是在许多炮得到的许多张地震记录上，把 同属于某一个反射点的道选出来，组成一个共反射点 道集，于是可得到界面上某个反射点的共反射点记录。 在组合一章中作进一步讨论。
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2、水平层反射波时距曲线
共炮点反射波路径与炮检距的 几何关系右图 引入虚震源法
∠1+∠2+∠3=180º 又∠4+∠2+∠3=180º ∴∠1=∠4=∠3 ∴ 直角△OCA=直角△O*AC ∴ OC= O*C=h0 ，OA=O*A
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在地面激发了地震波后，根据地下介质的结构和波的 类型（如直达波、折射波和反射波），地震波将具有 不同的传播特点。 为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构情况下 传播的特点，在地震勘探中主要采用“时距曲线” (时 距曲线方程)这个概念。 震源激发的波在地下传播时会产生各种波的速度不同 的波。由于到达时间出现不同，会有各种波的时距曲 线。
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5、动校正
为了消除正常时差产生的影响，要对反射时间做时间 校正。经过校正后，反射波的同相轴一般就能反映界 面的形态了。 在水平界面的情况下，从观测到的反射波旅行时中减 去正常时差Δt，得到x/2处的t0时间。这一过程叫正常 时差校正，或称动校正。 关于动校正的具体方法和实际资料的数字处理效果分 析将在《地震资料数字处理方法》课程中详细介绍。
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问题2 在M点自激自收时间tM 小于在O点发S点收得到R点 的反射时间tORS。
toM
tORS
2h = v
1 2 = x + 4h 2 v
同时来自R点的反射两者有时间差，这是因为炮检距不 为零引起的。
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正常时差定义
定义一 水平界面时，对界面上某点以炮检距x进行观测得到 的反射旅行时与在零炮检距得到的反射旅行时之差。 正常时差也就是炮检距不为零引起的时差。 定义二 在水平界面下，各观测点相对于震源的炮检距不同引 起的反射波旅行时间差。 在水平界面下两种定义的定量关系相同。 正常时差的概念非常重要，它是判断地震记录上观察到 反射的主要标准
' Δt d = t S − t S ≈
t 0 x sin ϕ 2 x sin ϕ = h V
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3、倾角时差
界面水平时，在S’点、O点、S点三个位置自激自收，反 射波旅行时都相等，即。
t s = t0 = t s' = 2h V
同样在水平界面，炮检距不为0时，在O点激发S点接 收，存在正常时差，即tORS>t0。如果取OS=OS’=x，则 tORS= tOR’S’。
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倾角时差概念
界面倾斜，倾角为ф，测线与界面倾向一致，这时虽然 还有OS=OS’=x ，但 tORS ≠ tOR S ，它们之差称为倾角时
t=
1 V
x 2 − 2 xx m + 4h 2
∵
OO ∗ M = ϕ
x m = ±2h sin ϕ
x 2 + 4h 2 − 4 xh sin ϕ
t=
t=
1 V
1 V
上倾 下倾
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x 2 + 4h 2 + 4 xh sin ϕ
2、共炮点反射波的时距曲线特征
（1）反射波时距曲线是一条双曲线
对共炮点(或共中心点)反射波时距曲线方程做变换，可 以得到标准的双曲线方程。 对水平界面反射波时距曲线做变换，可得到双曲线方程：
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讨论时距曲线的实际意义
1. 各种波时距曲线的特点是在地震记录上识别各种类 型地震波的重要依据。 2. 炮检距与时距曲线的非地质因素。自激自收接收地 震剖面上，反射波同相轴的形态与地下界面的对应 关系。在一点激发多道接收的地震记录不对应了。 3. 波到达各观测点的时间的变化规律，用时距曲线方 程来表示。
x 2 2 t = ( ) + t0 V
x2 2 t 2 = t0 + 2 V
2h0 t0 = V
称为零炮检距时间或自 激自收时间
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x2 2 t 2 = t0 + 2 V
画出上式t2和x2的曲线，可以得一条直线，其斜率为 1/V2，截距是t0，就可确定介质的速度。此方法叫X2-T2 法。
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3、正常时差(NMO)
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第三节 倾斜界面的反射时距曲线
地下的岩层并不是一定水平 的，多数与地面有一个角度。 在有倾角界面时，反射波的传 播时间与接收点的距离、深度 和界面倾角也可以用一种时距 曲线方程表示。 原则上讲，得到一个界面的反 射时距曲线，就可用此关系求 出界面的深度倾角和速度。这 是反射勘探研究地下构造的基 本原理。
问题： 需要的是来自观测点正下方的时间，即自激自收时间。 实际得到的时距曲线是时间随炮检距的改变而变化。
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问题1 一炮多道 接收的反射并不来自炮点O和接收点S正下 方，在水平界面时反射来自距的中点M。 从实际生产考虑，不采用自激自收方式，要得到M点 正下方的反射反射，则需在M点两边对称的点上进行 激发（O）和接收（S）。
第四章 地震波运动学(几何地震)
地震勘探的基本任务是根据地震记录上的反射波或折 射波来确定地质界面的位置。 即用波前、射线来描述波的运动过程和规律。 地震波的运动学可以利用类似几何光学的方法给出地 震波的传播时间与反射或折射界面位置的基本关系。 传播时间与界面位置的关系是通过介质的传播速度联 系的，与地质结构有关，先考虑常速度地质结构的情 况。
4h 2 − 4h 2 sin 2 ϕ ⎫ a= ⎪ V2 ⎬ ⎪ b = 4h 2 − 4h 2 sin ϕ ⎭
此式为界面倾斜时共炮点反射波时距曲线的双曲线方程。 注意：上述二个标准的双曲线方程是有条件的，即地表 为平面，地下分界面为光滑的平面界面（水平或倾 斜），覆盖介质为均匀介质。
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（2）极小点位置
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几种接收(记录)方式
1. 2. 3. 4.
单道(自激自收)接收--一炮一道(效率很低)； 多道接收--一炮多道(现在常用96--120道，最多达 上千道)； 多线多道接收—三维记录中用多线接收每线上有多 道； 三分量接收—在一道上接收三个振动的波。
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单道记录与多道记录
自接 自收 方式
单炮多道 接 收方式
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4、正常时差的定量计算
Δt = t − t 0 = 1 V x 2 + 4h 2 − 2h V
或 其中
x2 Δt = + t0 − t0 V2
t0 =
2h V
代表的是M点的自激自收时间。
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这个精确公式有时讨论问题不够直观。在一定的条件 下，用二项式展开可以得到简单的近似公式，以后讨 论某些问题时经常用到。
以倾斜界面双曲线为例，根据双曲线的特点可知，该 方程的极小坐标为：
⎧ xmin = ±2h sin ϕ ⎪ ⎨ t = 2h cos ϕ ⎪ min V ⎩
•对于倾斜界面的共炮点反射波时距曲 线，其极小点总是相对激发点偏向界面 的上倾方向一侧。 由右图还可看到，xmin点实际上就是虚震 源在测线上的投影，由震源点O到xmin的 反射波射线是所有射线中最短的一条， 并且反射波时距曲线是对称于过xmin点的 t轴的。
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地震记录中波至、相位和同相轴
波至(初至)--接收点由静止状态到因波到达开始振动的 时刻，这个时刻称为波的初至。 相位--这个相位与物理中的相位概念不同。地震勘探中 习惯用振动波形图上某个特定的位置(极大或极小值)， 地震相通常指反射波组的特征，包括振幅、周期和连续 性等。 同相轴(event)--一组地震道上整齐排列的相位，表示 一个新的地震波的到达，由地震记录上系统的相位或振 幅变化表示。用波至表示则可以是反射、折射、绕射或 其它类型波的波前。
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1、虚震源法
0∗ S t= V
Байду номын сангаас
O ∗ S = MS 2 + MO ∗2
MS = OS − OM = x − xm
2 MO ∗2 = OO ∗2 − OM 2 = 4h 2 − x m
2 O ∗ S = ( x − x m ) 2 + 4h 2 − x m = x 2 − 2 xxm + 4h 2
1 t= V 2h x x 2V 2 1 / 2 (1 + 2 2 ) = t 0 [1 + ( ) 2 ]1 / 2 x + 4h = 2h V V 4h
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当
x << 1 2h
1 x 2 1 x2 t = t 0 [1 + ( ) ……] = t 0 + 2 Vt 0 2 V 2t0
则
x2 Δt = t = t 0 ≈ 2V 2 t 0
多炮多道接收方式
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测线参数
各种观测方式震源和接收之间的排列按一定的规律分布 称观测系统。 炮检距—炮点到检波点的距离叫炮检距，有最小炮检距 和最大炮检距。 波传播旅行时--从激发到被接收到所需的时间即为传播 时间。 炮距--炮与炮之间的距离； 道间距--道与道间的距离； 线距--测线间的距离；
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观测系统--在布置测线时基本上确定了炮距、道距和 炮检距的位置。 炮检距和旅行时这两个参数是可以直接测试得到的， 用曲线形式给出它们的关系称时距曲线。 用定量的关系式表示则为时距方程。 各种波有不同特点的时距曲线，在地震勘探中主要根 据时距曲线的形态来识别各种波。
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2、时距关系(曲线)
时（间）距（离）曲线 就是表示波从震源出发，传播到测线上各观测点的旅行 时间t，同观测点相对于激发点的距离x之间的关系。 旅行时的确定 波的旅行时是通过地震记录上相应的接收道波形确定的。 接收道波形记录的是各个接收点的振动曲线，用时间形式 表示。 以时间方式显示原始的地震道用水平距离的关系形成的曲 线图叫地震剖面。
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3、直达波的时距曲线
直达波的时距曲线是 最简单的一种，在单 层介质中，速度V恒定。 激发点与接收点在同 一测线，波的旅行时 可表示为： t = x/V X是激发点到接收点的 距离，V是直达波的传 播速度。 速度的一种通常的测 试方法。
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第二节 水平反射界面的时距曲线
1、共炮点反射
同一炮点不同接收 点上的反射波，即 单炮记录，也称同 炮点道集。在野外 的数据采集原始记 录中，常以这种记 录形式。 可分单边放炮和中 间放炮。