地球物理勘探(王永刚)11 第六节 多次覆盖技术.ppt
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1、地球物理系 王永刚,地震资料采集方法与技术,地球物理勘探,课 程 内 容,第1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释,第一节 野外工作概述 第二节 野外观测系统 第三节 地震波的激发和接收 第四节 低(降)速带测定和静校正 第五节 地震组合法 第六节 共反射点叠加法,第3章 地震资料采集方法与技术,第六节 共反射点叠加法,一、共反射点时距曲线方程 二、多次反射波的特点 三、多次叠加特性分析 四、影响叠加效果的因素分析,第六节 共反射点叠加法,多次覆盖(multiple coverage)技
2、术最早是由梅恩(Mayne,1962)提出的,其基本思想是按照一定的观测系统对地下某点的地质信息进行多次观测,保障原始记录质量。 在野外采用多次覆盖的观测方法,在室内将野外观测的多次覆盖原始记录,经过抽取共中心点(CMP)或共深度点(CDP)或共反射点(CRP)道集记录、速度分析、动静校正、水平叠加等一系列处理的工作过程,最终得到能基本反映地下地质形态的水平叠加剖面或相应的数据体,这一整套工作称为共反射点叠加法,或简称为水平叠加(horizontal stacking)技术。,第六节 共反射点叠加法,一次覆盖与多次覆盖叠加剖面的处理效果比较,从概念上讲,多次覆盖技术与水平叠加技术有所差异,多次
3、覆盖技术主要侧重于野外资料采集的观测方法,得到的是后续资料处理和反演的基础资料,即按一定观测系统激发并接收记录下来的原始共炮点(CSP)记录;而水平叠加技术则涉及到室内资料处理的一系列工作过程。 一、共反射点时距曲线方程 1、多次覆盖 多次覆盖的做法:要了解界面上R点的情况,分别在O1点激发、D1点接收,O2激发、D2接收等等,并须满足炮点到M点和M点到接收点的距离相等。如果界面水平,则R点在地面的投影M点(共中心点)正好位于炮检中点。这就保证了每次观测到的反射波都是来自R点反射,即共反射点,而来自R点的各道就组成了一个共反射点道集。,第六节 共反射点叠加法,水平界面的共反射点道集和时距曲线,
4、第六节 共反射点叠加法,第六节 共反射点叠加法,六次覆盖的观测系统图,多次覆盖:同一反射点重复观测次数;基本假设条件:地下界面为水平,介质均匀;基本思路:按照一定的观测系统对地下某点的地质信息进行多次观测;具体做法:分别在炮点O1,O2,O3等激发,在D1,D2,D3等接收,保证炮检距相对于中心点M是对称的;主要目的:提高观测资料的信噪比。,2、水平界面的CRP反射波时距曲线方程 采用多次覆盖方法时,在 等激发,在 等接收,虽然它们接收到的都是来自界面R点的反射,但是各点接收到反射波的传播路程长度不同,因此传播时间 是不一样的。如果以各接收点与对应的激发点的距离(称为炮检距)x为横坐标;以波到
5、达各共反射点(CRP)道的传播时间t为纵坐标,就可以利用 和 作出来自反射点R的时距曲线。显然水平界面的共反射点时距曲线方程是:,第六节 共反射点叠加法,式中x为各道的炮检距;h0为共中心点M处界面的法线深度;v是界面上部均匀介质的波速。 3、倾斜界面的CMP反射波时距曲线方程 当界面倾斜时,对称于M点激发和接收所对应的反射点不再是同一个点,也不再是共反射点道。但野外工作和室内处理都仍按水平界面的情况进行。这样做实际上并不是真正的共反射点叠加,而是共中心点(CMP)叠加(指的是 的中心点M),称之为共反射段叠加,(指的是 段),引入了共中心点的概念可以同时适合于水平界面和倾斜界面的情况。,第六
6、节 共反射点叠加法,第六节 共反射点叠加法,倾斜界面的共中心点道集,推导倾斜界面的共中心点反射波时距曲线方程示意图,D”,下面推导倾斜界面下共中心点反射波时距曲线方程。如下图, 是OD相对于 的镜象, 分别是O,M,D三处的界面法线深度。 在O点激发时,D点接收到的反射波传播时间满足用O点处的界面法线深度h1表示的反射波时距曲线方程: 或 找出h1与h0的关系:,得:,第六节 共反射点叠加法,D”,上面方程中已不包含各个激发点的界面法线深度,它适合于所有的共中心点道,此即为倾斜界面共中心点反射波时距曲线方程。时距曲线方程中的 记作 ,且 ,表示共中心点M处的自激自收时间。,第六节 共反射点叠加
7、法,4、CSP与CMP反射波时距曲线特点,(1)反射波时距曲线都是一条双曲线; (2)极小点位置不同;共炮点: 共中心点: (3)物理意义上的差别:共中心点反射波时距曲线只反映界面上一个点R(界面水平时)或R点附近的一个小区间(界面倾斜时)的情况 ,而共炮点反射波时距曲线反映的是一段反射界面的情况。在共炮点反射波时距曲线上这个t0反映激发点处反射波的垂直反射时间,在共反射点时距曲线上,这个t0时间代表共中心点M处的垂直反射时间。,第六节 共反射点叠加法,二、多次反射波的特点 1、多次波的产生及类型 产生多次波要有良好的反射界面,即反射界面的反射系数较大,这类界面有基岩面、不整合面、火成岩、地面
8、、海水面、海底面和其他强反射界面。 2、多次反射波的类型 (1)全程多次反射波在某一深层界面发生反射的波在地面又发生反射,向下在同一界面发生反射,来回多次,又称简单多次波。 (2)短程多次反射波地震波从某一深部界面反射回来后,再在地面向下反射,然后又在某一个较浅的界面发生反射,又称局部多次波。,第六节 共反射点叠加法,第六节 共反射点叠加法,(a)全程多次反射波;(b)短程多次反射波;(c)微屈多次反射波;(d)虚反射,(3)微屈多次反射波在几个界面上发生多次反射,多次反射的路径是不对称的,或在一个薄层内受到多次反射,它与短程多次波并没有严格的差别。 (4)虚反射进行井中激发时,地震波能量一部
9、分向上传播,遇到地面再向下反射,这个波称为虚反射,它与直接由激发点向下传播的地震波相差一个时间延迟,等于波从井底到地面的双程旅行时。,希腊Patras海湾典型的多次波剖面。图中SB是海底反射,SBM1和SBM2是海底的二次、三次反射,RH是不规则侵蚀面的反射,RHM1是RH的二次反射。在SB与RH之间可以看到典型的三角洲沉积现象。,(a)包含多次波的原始道集记录;(b)去除多次波后反拉冬变换的记录;(c)多次波记录;(d)原始记录减去多次波记录的结果。,第六节 共反射点叠加法,2、全程多次波的时距曲线方程及其特点 下面来推导全程多次波的时距曲线方程,推导思路为:做出一个等效界面,使这个等效界面
10、的一次反射波相当于原来界面的全程多次反射波;用等效界面的法线深度h、倾角写出它的一次反射波的时距曲线方程;求出等效界面的参数h、与原来的界面参数h、的关系,再代回到等效界面一次反射波时距曲线方程,就可得到原界面的全程多次反射波的时距曲线方程。,第六节 共反射点叠加法,推导全程多次反射波时距关系示意图,第六节 共反射点叠加法,由图可知:O点相对界面R的虚震源为O*,在B点发生反射,虚震源O*相对于地面的镜像点为O1*,然后传播至C点,在C点又发生反射,O1*相对于反射界面R的镜像点O2*,最后在S点接收。由此可得:全程二次反射波的传播路径OABCS与OABCS完全相等。因此,在界面R上发生的全程
11、二次反射波的传播时间与在等效界面R上所产生的一次反射波旅行时是一样的。由于B与B相对于反射界面R是对称的,所以等效界面R与地面相对于反射界面R也是对称的。,第六节 共反射点叠加法,把R界面的全程二次波看成是等效界面R的一次反射波,由此可得其时距曲线方程为: 将式 代入上式,得到:,式中t是全程二次反射波的传播时间,x是观测点与激发点的距离。上式就是全程二次反射波时距曲线方程,它也是一条双曲线。,第六节 共反射点叠加法,分析上式可得全程二次反射波与一次反射波之间的两个重要关系: (1)在激发点O处(x0)观测到的全程二次反射波的t0时间是:,当界面倾角较小时, ,此时近似有 ,这是一个常用的识别
12、近于水平界面的多次波的重要标志t0标志。 (2)等效界面的倾角 表明全程二次反射波的等效界面的倾角等于一次反射界面倾角的二倍,这称为全程多次波的倾角标志。,第六节 共反射点叠加法,由上讨论可得到全程m次反射波的时距曲线方程是: 需要指出的是:由几何学可知,界面倾斜时多次波的次数m不可能很多,因为等效界面的倾角m不能大于90。从动力学来看,由于多次波反射过程中能量逐渐减弱,多次反射的次数也不可能很多。,第六节 共反射点叠加法,3、多次波的剩余时差 把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的t0m之差称为剩余时差。 下面讨论多次波剩余时差与有关参数的关系。,包含多次波的CMP道
13、集记录动校正前后对比,第六节 共反射点叠加法,水平界面一次波的旅行时为: 为了使多次波剩余时差公式简明扼要,对上式进行二项式展开,并略去高次项,得: 同理,多次波旅行时为:,如果 ,则由 可得:,第六节 共反射点叠加法,式中 分别为多次波和一次波的正常时差, 分别为多次波和一次波的速度。 在速度随深度增加的情况下, ,所以大多为正,动校正后表现为校正不足,影响了叠加效果。通常一次剖面上剩余时差随x的加大而增大。 把 表达式中与炮检距x无关的项用q代替,即令:,q称为多次波剩余时差系数,于是 表达式变为:,第六节 共反射点叠加法,上式告知:多次波的剩余时差是按抛物线规律变化的,并与下列两个参数有
14、关:一是与炮检距x的平方成正比;二是与界面的埋藏深度或t0时间有关,因为q随t0而变,而V、Vd在一定的地区也随t0而变,q总的来说是t0的函数。可见,各种波的剩余时差曲线都各具特点和规律,研究各种波的剩余时差曲线的特点既有利于了解突出一次反射波、压制多次干扰波的基本原理,也有助于鉴别波的类型。,三、多次叠加特性分析 讨论共反射点多次叠加特性的思路:把多次叠加视为一个线性时不变系统,从分析信号在叠加前后频谱的变化入手,进而导出有关的公式。 1、基本公式 设一个共中心点道集共n道,各道的炮检距分别为: ,并设在各道接收到的一次波和多次波只是存在到达时间的差异,经动校正后的波形和能量都相同。如果地
15、下某一共反射点到达地面共中心点M处的正常一次反射波为f(t0),其频谱为 ,该共中心点道集内各道反射波为 是炮检距(应该是共中心点M到各道的水平距离)为 道的正常时差,按照 的规律对道集内各道的反射波进行动校正并叠加。对于正常的一次反射波来说,经过动校正后 刚好被消除,叠加后输出结果为:,第六节 共反射点叠加法,其频谱为: 然而,对于多次反射波之类的干扰波按 规律作动校正后仍有剩余时差 ,由于多次波速度低于同t0时刻的一次反射波的速度,所以 一般为正值,叠加后输出结果为:,其频谱为:,第六节 共反射点叠加法,上式中 表征了多次叠加特性。我们定义它为多次叠加特性函数,即 叠加后的输出信号可以表示
16、为: 上式是标准的频率域线性时不变滤波方程,从这个意义讲,可以认为多次叠加是线性滤波系统,它具有振幅特性和相位特性。K(j)的模就是多次叠加的系统特性,即:,第六节 共反射点叠加法,从上式明显可见,对于一次反射波来讲, =0,| K(j)|=n,叠加后输出信号振幅增强了n倍。对于多次波之类的干扰波, 0,| K(j)|n,叠加后相对削弱。 为了表示多次叠加后多次波相对于正常一次反射波的压制程度,我们用叠加后多次波的振幅与叠加后一次波的振幅之比来表征叠加效果,则有:,第六节 共反射点叠加法,在此需要明确以下两点: 以上讨论的叠加特性公式,虽然从脉冲波f(t)出发,但经过傅立叶变换后,其结论只适用
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