1.地震勘探原理和数据处理

1.3 关联的学科
• 地质学（矿物岩石学、构造地质学等） • 物理学（声学、光学、电磁学、弹性力学、场论、
量子论等）
• 数学（数学分析、数学物理方法、应用数学、计
算方法、数理统计、数论、模糊数学等）
• • • •
信息论 电子技术 模式识别、图象处理与人工智能 计算机科学
1.4 几种地球物理勘探方法原理简介 ——地震勘探 Seismic survey
① 探测的对象与周围介质间存在有较明显的物 性差异； ② 探测的对象必须具有一定的规模（探测的对 象大小相对于埋深），能够产生在地面上可 以观测的异常场； ③ 各种干扰场相对于有效异常场足够小（S/N 高），或具有不同的特征，易于识别。
1.6 地震勘探的回顾与发展
• 应用地球物理回顾
– 应用地球物理方法的应用可以追溯到很早的时候。17 世纪瑞典人用罗盘来找磁铁矿；19世纪英国人在铜矿 上观测到自然电场；上世纪末匈牙利人用扭秤来进行 重力测量。 – 到了本世纪初，工业发展需要大量的矿物原料，出露 地表的矿产越来越少，需要查明隐伏较深的矿产资源。 在这种形势下，一些纯地球物理学科也开始应用于找 矿与勘探。1912年法国科学家施仑贝谢奠定了电法勘 探及电测井的基础，1919年德国科学家明储普取得了 折射波法勘探的专利，并成功地用于石油等矿产的勘 探，到30~40年代，应用地球物理作为一门独立的学科 才形成了。
① 定义：
– 通过观测人工激发的、从波 阻抗（ρ ×ν ）界面反射或 从高速层折射地震波的传播， 以确定地质构造、地层、岩 性来定位矿藏、确定考古的 位置、获得工程地质信息的 方法。所获得资料与其它资 料联合，并根据相应物理、 地质概念，以取得有关构造、 地层及岩石类型分布的信息。
③
方法：
– 按波的传播路径：
• • • • Geophysical Prospecting, Geophysical Exploration, Geophysical Survey, Exploration Geophysics
地球物理场
Geophysical Field
• 定义：一个可度量的物理量（参数）存在的空间。在自然界， 不同的物理作用产生不同的物理场：在自然与人工建立的电 （磁）力作用的空间有电（磁）力场；在重力作用的空间存 在有重力场；在地震波与超声波传播的空间有波动场……
转换波勘探 Converted wave 面波勘探 Surface wave 槽波勘探 Channel wave，Seam wave
•
多波勘探 Multi-wave
——地震勘探 Seismic survey
• 勘探地震学是天然地震学的产 物。 从天然地震学发展而来，它包 含了与天然地震学相同的各种 测量方法。不同点在于：震源 是人工的、可控、可以移动， 震源-接收点距一般较小。常用 连续覆盖方法沿地表连续采样， 用检波器组合接收大地对所激 发地震波的响应信号，通过计 算机处理，从噪声背景上将有 效信号提取出来，绘制成有利 于地质解释的图件。 • 地震勘探的过程
首先激发地震波，沿由震源出发的 直线上用检波器观测地震波传播时 间和计算的速度，重建地震波的传 播路径，从而取得地下构造信息。
• 地震波的路径
一般有两类：折射波近于水平；反 射波路径近于垂直。地震波沿它们 传播的时间和速度都与岩石物理性 质及地层的产状有关。
• 地震勘探的目标
根据地震波的旅行时及（一定限度 上）利用其振幅、频率、波形的变 化来探测岩石的信息，尤其是推断 地层的构造形态。
1.1 什么叫应用地球物理？
• 地学 Geosciences
研究地球的科学。包括： – 地质学 Geology – 地理学 Geography – 地球化学 Geochemistry – 地球物理学 Geophysics等
• 地球物理学 Geophysics
– 定义：按物理学的原理、用定量的物 理学方法研究地球的科学。 – 研究的对象：地球 – 研究的范围：从地球内部直到地球外 部的大气圈 – 学科：
1.2 应用地球物理分类
• 按研究的地球物理场或 原理： • 按研究的矿藏与应用的领 域：
– 石油地球物理勘探 – 重力勘探 基于介质密度差异， – 煤地球物理勘探 研究大地重力场变化 – 金属与非金属地球物理勘探 – 磁法勘探 基于介质磁性差异， – 水文地球物理勘探 研究大地磁力场变化 – 工程与环境地球物理勘探 – 电（电磁）法勘探 基于介质 电性（、）差异，研究自然 • 按工作场所或空间： – 航空地球物理勘探 或人工电场（或电磁场）变化 – 海洋物探 – 地震勘探 基于介质弹性（E、 – 地面物探 、v）差异，研究地震波 – 矿井地球物理勘探 动场变化 – 矿场（钻孔）地球物理勘探 – 地热勘探 基于介质热学性质 （热容量、导温率、导热率） 说明： – 第一种分类是实质性的、基本的，其它 的差异，研究地温场变化 分类仍以它命名； – 放射性勘探 基于介质放射性 – 同一种方法，用于不同的目的和场所， 差异，研究放射性辐射场变化 虽然原理相同，工作模式有较大的差异， 形成各自的特点。
学时：100学时以上
前
4.
–
言
_2
教学定位：
重点：地震勘探原理（2-5）；补习一点最常用的有关付氏变换、 频谱分析和相关分析等有关数学基础（6）；尽可能了解常用的数 字处理方法，由此进一步交代一些常用的概念（7-12）。 着重物理概念，少给数学公式； 教材：不同于中专，也不同于大学，更具有针对性。
•
② 同义词：
– – – – – – Seismic exploration Seismic prospecting Seismic method Prospecting seismology Exploration seismology Applied seismology
•
• • •
横波勘探 S-wave, Shear wave
• 地震勘探的缺点
– 不能很好区分多种类型岩石分 布极其复杂情况下的界面
1.4 几种地球物理勘探方法原理简介 ——电法勘探 Electric survey
① 定义：
通过测量天然、人 工或感应的电场， 以确定矿藏（包括 水资源）、断层、 岩溶分布、进行地 质填图或基底填图 的方法。 ② 方法： 方法繁多，但本质上划分为：
1.4 几种地球物理勘探方法原理简介 ——重力、磁法勘探
• 重力勘探
Gravity survey
• 磁法勘探
Magnetic survey
• 定义：
在研究区一系列测站上观测
地球的引力场或其分量，以 确定由于密度分布差异引起
• 定义：
在研究区一系列测站上观测
大地磁场或其分量，以确定 磁性矿物的聚集部位或基底
的有关变化与岩石的类型、
大地的深部构造、基底起伏 的方法。
的ห้องสมุดไป่ตู้度、煤系与煤层中火成
岩及火烧区分布的方法。
1.4 几种地球物理勘探方法原理简介 ——放射性勘探 Radioactivity survey
• 放射性勘探 • 注意： Radioactivity survey， – 多解性 地球物理勘探都是一 些通过观测物理场的异常来进 Gamma-ray survey 行地质调查的间接方法，它的 解释常具有多解性，往往需要 • 定义：
通过测量天然辐射的变 化，以绘制放射性元素 （如K, U, Th……）的 分布
地质、钻探、其它物探方法综 合应用加以排除； – 应用的广泛性 由于它具有效 率高、成本低、可以通过加密 测网或连续观测来提高解释与 外推的可靠性等优点，常可以 有效、快速和经济地解决一些 用传统地质方法不易解决的问 题，因此，越来越广泛地用于 国民经济各部门的许多领域。
– 直流电法勘探：
• • • • 电测深法 Electrical sounding 电剖面法 Electrical profile 自然电位法 Self-potential method 激发极化法 Induced-polarization
–
交流电法勘探：
• • • • 电磁法 Electromagnetic method 大地电流法Telluric method 磁大地电流 Magnetotelluric method 地质雷达 Geological radar
5. 地震资料解释和报 告编制 6. FT、频谱分析和相 关分析
9. 褶积和反褶积
10. 速度分析和动校、 叠加 11. 地震偏移 12. 高分辨率地震勘探 技术
1. 地震勘探及其发展
1.1 什么叫应用地球物理？
1.2 应用地球物理分类
1.3 关联的学科 1.4 几种地球物理勘探方法原理简介 1.5 地球物理勘探应用 1.6 地震勘探的回顾与发展
——地震勘探 Seismic survey
• 地震勘探是1923年诞生、 始终不断发展、最有生气 的“年轻”学科。 • 地震勘探是最重要的地球 物理勘探方法。（投资的 费用、从事地震勘探及其 有关的专家数量……） • 地震勘探相对于其它地球物 理方法的主要优势
– 分辨率高、准确性好； – 勘探深度范围大。
– –
5.
–
学习方法：
课堂与自学相结合，以自学为主；
–
–
理论与实践相结合，多看剖面和例图；
理论、公式和概念结合，以概念为主；
6.
考查方法
前言_3
“地震勘探原理和数据处 理” 基本内容
7. 地震勘探数据处理 和基本流程
8. 静校正
1. 地震勘探及其发展
2. 地震波及其传播 3. 几何地震学
4. 地震勘探工作方法 和设计
“地震勘探原理和数据处理”
中国矿业大学 刘天放
前
1. 目的：
言
_1
通过学习，帮助学员了解地震勘探与处理有关的基本概念，尽快进入 “角色”。
2.
对象：
总人数：40人左右
学历：大专以上 优势：刚刚毕业，年龄、程度比较整齐 问题：没有实践的感性认识；部分学员来自非地质类专业，地震勘探 还是一个新领域
3.
• • • 反射波法 Reflection survey/method 折射波法 Refraction survey / method 透过波法 Transmission survey/ method 纵波勘探 P-wave, Primary wave, Longitudinal wave
–
按波的类型：
• • • • • • • • • 地震学 重力与大地测量 大气电学与地磁学 水文学 海洋物理学 气象学 大地测温学 构造物理学 勘探与工程地球物理学
什么叫应用地球物理？
• 应用地球物理学Applied Geophysics，也叫地球物理勘探， 简称物探。
– 定义： 一大类用于寻找与勘探有用矿藏和解决某些地质问题的地球物理 方法。 – 原理： 地层、岩矿的物理性质（密度、磁导率、电性、弹性、放射性等） 存在差异，用仪器观测由此引起物理（天然和人工）场的变化， 通过处理、解释，研究地质构造形态和矿藏（油气、煤、金属与 非金属……）分布以及有关工程探测与检测问题。 – 同义词：
– 特点：单值、连续 – 激发方式：天然的、人工的 – 天然场：存在与测量无关。如大地重力场、磁力场，电流场，电磁 场，温度场，速度场，天然放射性场…… – 人工场：与测量有关。如地震波时间场，电场，γ-γ场，温度场…… – 局部异常场：组成地壳的介质的物性（、、E、、、…）往往 是局部存在差异，因此引起相应地球物理场的局部畸变或变化，这 种与地下介质局部变化有关的地球物理场之变化，称异常场。 Applied geophysics就是通过物探仪器观测这些地球物理场的分布 与变化特点，结合已有地质资料和其它有关信息进行处理、分析研 究，解释与推断出地下介质的性质、赋存状态等，以解决有关的地 质问题。
④
–
洞穴、管线调查与勘测。
如岩溶、人防工程、古墓穴、地下管线等的空间位置及渗漏。
⑤
–
无损检测。
如高速公路路面、大型混凝土工程质量检测与评估，古代文物风化层厚度的检测 等。
⑥
火山、地震、滑坡、塌方冒落、放射性等环境、自然灾 害的预测预报。
地球物理勘探应用——前提条件
• 地质地球物理特征—应用的前提条件
1.5 地球物理勘探应用——领域
①
–
矿产资源的调查与开发勘探。
如油气、煤、金属与非金属矿产及其有关的地质构造。如覆盖层的厚度、目的层 的起伏形态、断层、分布范围、岩性特征、地层层序与盆地发展历史等。
② ③
–
地下水资源的勘测、评价，矿井水防治的研究。 建筑物基础勘探。
如高层建筑与大型的厂房、铁路与地铁、公路、桥梁、水坝、机场、港口、核电 站与涵洞等的基础研究。