地震勘探三维观测系统设计

第10卷第2期　中国煤田地质　　　　　　　　　　　Vol.10No.2　　　　　　　　　　　地震勘探三维观测系统设计

李庆珍　　(山东煤田地质局物测队　泰安　271021)

摘要　三维地震勘探在煤田系统大规模开展之后,适合煤田地震勘探的三维观测系统设计便显得尤为重要。一旦工区确定之后,如何根据现有设备,完成地质任务,观测系统类型和参数的设计关系到整个数据采集的质量以及野外施工效率。因此,在设计时应根据地质任务要求,综合考虑地震地质条件以及设备能力等各种因素,选择最佳参数来合理设计观测系统,才能做到经济技术合理。关键词　规则束状观测系统　共反射面元　炮检距　视波长　非纵距作者简介　李庆珍　女　29岁　工程师　应用地球物理

1术,维特性。,质量要求也高,正因为其具有面积接收特性,因此其三维观测系统的设计才更具灵活性。

设计前,应收集工区内有关的地质资料及有关地球物理参数,如地层构造、目的层反射时间、最大勘探深度、地层倾角、地层速度以及反射波的动力学特征等。

1.1　观测系统的类型和选择

Y,其方向一般沿着构

(2)DY≥DX

　　凡满足(1)(2)两式就可属于该“共反射面元”道,这些道的集合构成共反射面元道集。1.3　设计观测系统的计算方法

检波点(g)和共中心点(x)的可把炮点(s)、

关系写成褶积形式

s3g=x

　　其Z变换式为

(3)S(Z) G(Z)=X(Z)　　若已知任意两个参数的分布形式,即可求得

第三者的分布形式,因此横向覆盖次数NY由此Z变换形式可得出。

纵向覆盖次数NX,与二维观测的计算方法相同,在此不加叙述。

最终得到的三维覆盖次数为

(4)N=NXNY三维地震的炮检距,其计算式为:

X=

X

2

三维地震观测系统的类型很多,大体可归纳为规则型和不规则型两大类,在此只讨论规则型观测系统中的垂直型地震线束观测系统。

地震线束观测系统是目前三维地震施工中最常用的类型。它是由多条平行的接收排列和垂直的炮点排列组成。它的优点是可以获得从小到大均匀的炮检距和均匀的覆盖次数,适应于复杂地震地质条件下的三维地震勘探。1.2　共反射面元的限定

纵

+Y2横

(5)

式中　X

=LX+

(BX-1)∃X

LX——纵向偏移距(最小炮检距)

纵

“共反射面元”叠加,是指“共反射面元”道集内各反射点信号的叠加,叠加结果应近似来自同一反射点使信号得到加强。共反射面元的大小可以限定,一般取小于接收点距之半为共反射面元的线性长度。

DX≤∃X 2

[1]

BX——纵向排列接收道数

∃X——纵向接收道距

Y横——非纵距

当计算最大炮检距X时,Y横应等于最大非纵距(即横向最大炮检距)。

设计炮检距时,应使道集(面元)内各炮检距

(1)

2期　　　　　　　　　　　　　　　　李庆珍:地震勘探三维观测系统设计　　　　　　　　　　　　　　　　　55

均匀分布,覆盖次数稳定。最小炮检距(偏移距)的选择应使反射波不受强面波干扰,同时考虑所需最大炮检距对偏移距的要求等。1.4　最大炮检距设计影响因素

①保证最浅目的层的反射系数稳定,避免由入射角过大而引起波形畸变和寄生折射。

②既要保证速度分析精度,又要减小动校正拉伸畸变以及考虑对多次波的压制效果。

③保证信号足够长的视波长。1.5　非纵距与非纵观测误差

最大非纵距,即横向(Y方向)最大炮检距。与纵测线比较,非纵观测存在非纵观测误差,地层倾角越大,非纵距越大时,非纵观测误差越大。地层速度越低,t0反射时越小,另外,在非纵观测线上,反射波时差对∃X

差的变化率,。有关,,非纵观测误差越大。

由于地层倾角大小等因素是客观存在,而最大炮检距的选择受多种因素制约,因此应主要通过限制野外三维观测的最大非纵距来减小非纵观测误差。

综上所述,在数据采集时应采取以下措施:①设计观测系统时应限制最大非纵距;尤其是在断层发育、地质构造复杂、地层倾角变化大的地区,应使最大非纵距尽可能地小一些。

②在允许范围内尽可能地减小最大炮检距。

400～700m;中点发炮。

表1　几种常见线速观测系统的类型和参数表代号

a

b

c

d

e( )

类型8线5炮8线3炮4线6炮6线4炮6线6炮接收道数8×48道8×48道4×48道6×48道6×48道接收线距m2020404040接收道距m2020202020纵向偏移距m2020202020最小非纵距m1010101010最大非纵距m[**************]最大炮检距m[**************]

60606080

炮线网格纵m120

横m20402020

4纵)×8((8(纵)×6(纵)×)=162=)=()=163(横)=184(1(图1)其特点为:

若接收道数一定,覆盖次数一样,其所需炮数

与b一样;

适合区内成孔困难的地区,若勘探范围一定,接收道数一样,覆盖次数一样,比c种观测系统省一倍的炮点;

因其线数较多,适合目的层埋藏浅的地区,目的层埋藏浅的其纵向排列有所限制,要扩大横向接收道数,以达到节省炮点的目的;

其横向覆盖次数较高。

图1观测系统示意图　图2观测系统示意图　图3观测系统示意图

(2)8线3炮观测系统(图2)其特点为:

2　几种常见线束观测系统类型分析

三维高分辨率地震勘探在煤田地震勘探中是近几年才开展起来的,其勘探精度比常规的二维地震勘探提高了一倍左右,但其技术要求比较高,设计、施工、资料处理和解释各个环节都非常重要,而野外采集第一手原始资料尤为重要,资料采

集时运用何种观测系统有多种选择方式,下面就选择几种规则线速观测系统(表1),分别就其不同之处,谈谈笔者的看法。

在讨论前先假定:设计CDP网格,10m(纵向)×10m(横向);地层倾角近水平;目的层深度

适合区内成孔困难的地区;

适合目的层埋藏浅的地区;

其横向覆盖次数比a低,但其横向移动的距离比a大即在勘探范围一定情况下,其束数少于a;

在纵向测线长度一定的情况下,若覆盖次数一样,其每束的炮数多于a。

(3)4线6炮观测系统(图3)其特点为:

线数较少;

目的层埋深一定,纵向道数限制,其开动的道数较少,是a、b的一半;

在覆盖次数一定的情况下其炮　(下转63页)

2期　　　　　　　　　　　　　　　　　　孙常长:检测基础桩完整性探究　　　　　　　　　　　　　　　　　63　

3　室内数据处理

3.1　波形平滑及指数放大

4　问题讨论

4.1　波速及桩长

波形平滑相当于数字滤波,平滑点数越多,对应的上限截止频率就越低。当一个信号的毛刺太多或高频成份过于丰富时,可采用此技术手段。由于阻尼及衰减的原因,尾部信号很弱,但高位数的A D转换器保证了有用信号的存在,这时可以利用线性放大及指数放大来增加尾部信号的显示幅值,将有利于桩底及尾部缺陷的判识。3.2　时域和频域结合分析

时域的分析结果应与频域内的分析结果保持一致。一般说来,时域中的信号直观、明了,很容易判识桩底和缺陷。频域中需要认真分析,有时在时域中反射界面不明显,,检测时予以注意。,用L2∃f(上接55页)　数是a、b

测试人员利用C=2L ∃T计算桩速,如监理

人员提供的桩长偏长(往往是由于施工未到设计深度或清孔不好留有很厚的沉渣),由此推算的速度值偏高,则使同一工区的平均速度值也偏高,用此速度再反推缺陷桩及桩长(L=C∃T 2),则会大于实际值。这不符合实际情况的施工记录使检测人员很难对桩的质量作出正确评价。4.2　缺陷定性

缩径与离析、

离),,不容易、基础桩现、足够多的检测试,、丰富的理论知识及测试经验,才能对测试信息做出符合实际的解释。

误差,并且 的道集形式比 简单,其叠加特性的曲线形态彼此接近,更有利于压制干扰波,取得较好的叠加效果。

5种观测系统的选择,应视具体情况而定,下面根据个人经验,给出几个例子。

①若在现有设备限定道数情况下,比如正常只能开动192道,那么选择c,4线6炮制,其代价是炮数较多,是a的两倍。

②若道数足够多,而区内成孔困难,那么其中优先选择8线制,再看区域构造情况是选4×4次还是2×8次,其炮数一样,但束数不同。

③若现有设备不够开8线的道数,而只够开6线的道数,那么建议使用e( ),因为其横向迭加次数比d高一次,这样对准确三维归位及叠加速度分析有利。

三维观测系统的设计内涵非常丰富,若改变一个主要参数,相应的观测系统的线数、道数、炮数、束数及各束的炮数也发生变化,其种类繁多,举不胜举,若深入研究三维观测系统,其奥妙无穷。文中一些粗浅看法,若有不足之处,请予以指正。

参考文献(略)

的一倍;

工区一定,观测方向一样,其束数与b一样。(4)6线4炮观测系统(图4)其特点为:

线数中等,相应其所需道数介于a、b、c之间;其最大非纵距稍小于其它类型;

其它条件一样,其所需炮数也介于8线与4线之间;

工区一定,观测方向一定,其所需束数与b、c一样。

(5)6线6炮观测系统(图5)其特点为:

线数、线距与d一样,其重复的线数与d也一样,但其横向覆盖次数比d高一次;

工区一定,

观测方向一定,其所需束数b、c、d一样;

束数一样的情况下,其横向炮点数与c一样,是b的两倍,是d的1.5倍。

图4　观测系统示意图　　　图5　观测系统示意图

在这两种形式中,显然 优于 ,因为在设计观测系统时尽可能地减小最大非纵距以减小非纵

第10卷第2期　中国煤田地质　　　　　　　　　　　Vol.10No.2　　　　　　　　　　　地震勘探三维观测系统设计

李庆珍　　(山东煤田地质局物测队　泰安　271021)

摘要　三维地震勘探在煤田系统大规模开展之后,适合煤田地震勘探的三维观测系统设计便显得尤为重要。一旦工区确定之后,如何根据现有设备,完成地质任务,观测系统类型和参数的设计关系到整个数据采集的质量以及野外施工效率。因此,在设计时应根据地质任务要求,综合考虑地震地质条件以及设备能力等各种因素,选择最佳参数来合理设计观测系统,才能做到经济技术合理。关键词　规则束状观测系统　共反射面元　炮检距　视波长　非纵距作者简介　李庆珍　女　29岁　工程师　应用地球物理

1术,维特性。,质量要求也高,正因为其具有面积接收特性,因此其三维观测系统的设计才更具灵活性。

设计前,应收集工区内有关的地质资料及有关地球物理参数,如地层构造、目的层反射时间、最大勘探深度、地层倾角、地层速度以及反射波的动力学特征等。

1.1　观测系统的类型和选择

Y,其方向一般沿着构

(2)DY≥DX

　　凡满足(1)(2)两式就可属于该“共反射面元”道,这些道的集合构成共反射面元道集。1.3　设计观测系统的计算方法

检波点(g)和共中心点(x)的可把炮点(s)、

关系写成褶积形式

s3g=x

　　其Z变换式为

(3)S(Z) G(Z)=X(Z)　　若已知任意两个参数的分布形式,即可求得

第三者的分布形式,因此横向覆盖次数NY由此Z变换形式可得出。

纵向覆盖次数NX,与二维观测的计算方法相同,在此不加叙述。

最终得到的三维覆盖次数为

(4)N=NXNY三维地震的炮检距,其计算式为:

X=

X

2

三维地震观测系统的类型很多,大体可归纳为规则型和不规则型两大类,在此只讨论规则型观测系统中的垂直型地震线束观测系统。

地震线束观测系统是目前三维地震施工中最常用的类型。它是由多条平行的接收排列和垂直的炮点排列组成。它的优点是可以获得从小到大均匀的炮检距和均匀的覆盖次数,适应于复杂地震地质条件下的三维地震勘探。1.2　共反射面元的限定

纵

+Y2横

(5)

式中　X

=LX+

(BX-1)∃X

LX——纵向偏移距(最小炮检距)

纵

“共反射面元”叠加,是指“共反射面元”道集内各反射点信号的叠加,叠加结果应近似来自同一反射点使信号得到加强。共反射面元的大小可以限定,一般取小于接收点距之半为共反射面元的线性长度。

DX≤∃X 2

[1]

BX——纵向排列接收道数

∃X——纵向接收道距

Y横——非纵距

当计算最大炮检距X时,Y横应等于最大非纵距(即横向最大炮检距)。

设计炮检距时,应使道集(面元)内各炮检距

(1)

2期　　　　　　　　　　　　　　　　李庆珍:地震勘探三维观测系统设计　　　　　　　　　　　　　　　　　55

均匀分布,覆盖次数稳定。最小炮检距(偏移距)的选择应使反射波不受强面波干扰,同时考虑所需最大炮检距对偏移距的要求等。1.4　最大炮检距设计影响因素

①保证最浅目的层的反射系数稳定,避免由入射角过大而引起波形畸变和寄生折射。

②既要保证速度分析精度,又要减小动校正拉伸畸变以及考虑对多次波的压制效果。

③保证信号足够长的视波长。1.5　非纵距与非纵观测误差

最大非纵距,即横向(Y方向)最大炮检距。与纵测线比较,非纵观测存在非纵观测误差,地层倾角越大,非纵距越大时,非纵观测误差越大。地层速度越低,t0反射时越小,另外,在非纵观测线上,反射波时差对∃X

差的变化率,。有关,,非纵观测误差越大。

由于地层倾角大小等因素是客观存在,而最大炮检距的选择受多种因素制约,因此应主要通过限制野外三维观测的最大非纵距来减小非纵观测误差。

综上所述,在数据采集时应采取以下措施:①设计观测系统时应限制最大非纵距;尤其是在断层发育、地质构造复杂、地层倾角变化大的地区,应使最大非纵距尽可能地小一些。

②在允许范围内尽可能地减小最大炮检距。

400～700m;中点发炮。

表1　几种常见线速观测系统的类型和参数表代号

a

b

c

d

e( )

类型8线5炮8线3炮4线6炮6线4炮6线6炮接收道数8×48道8×48道4×48道6×48道6×48道接收线距m2020404040接收道距m2020202020纵向偏移距m2020202020最小非纵距m1010101010最大非纵距m[**************]最大炮检距m[**************]

60606080

炮线网格纵m120

横m20402020

4纵)×8((8(纵)×6(纵)×)=162=)=()=163(横)=184(1(图1)其特点为:

若接收道数一定,覆盖次数一样,其所需炮数

与b一样;

适合区内成孔困难的地区,若勘探范围一定,接收道数一样,覆盖次数一样,比c种观测系统省一倍的炮点;

因其线数较多,适合目的层埋藏浅的地区,目的层埋藏浅的其纵向排列有所限制,要扩大横向接收道数,以达到节省炮点的目的;

其横向覆盖次数较高。

图1观测系统示意图　图2观测系统示意图　图3观测系统示意图

(2)8线3炮观测系统(图2)其特点为:

2　几种常见线束观测系统类型分析

三维高分辨率地震勘探在煤田地震勘探中是近几年才开展起来的,其勘探精度比常规的二维地震勘探提高了一倍左右,但其技术要求比较高,设计、施工、资料处理和解释各个环节都非常重要,而野外采集第一手原始资料尤为重要,资料采

集时运用何种观测系统有多种选择方式,下面就选择几种规则线速观测系统(表1),分别就其不同之处,谈谈笔者的看法。

在讨论前先假定:设计CDP网格,10m(纵向)×10m(横向);地层倾角近水平;目的层深度

适合区内成孔困难的地区;

适合目的层埋藏浅的地区;

其横向覆盖次数比a低,但其横向移动的距离比a大即在勘探范围一定情况下,其束数少于a;

在纵向测线长度一定的情况下,若覆盖次数一样,其每束的炮数多于a。

(3)4线6炮观测系统(图3)其特点为:

线数较少;

目的层埋深一定,纵向道数限制,其开动的道数较少,是a、b的一半;

在覆盖次数一定的情况下其炮　(下转63页)

2期　　　　　　　　　　　　　　　　　　孙常长:检测基础桩完整性探究　　　　　　　　　　　　　　　　　63　

3　室内数据处理

3.1　波形平滑及指数放大

4　问题讨论

4.1　波速及桩长

波形平滑相当于数字滤波,平滑点数越多,对应的上限截止频率就越低。当一个信号的毛刺太多或高频成份过于丰富时,可采用此技术手段。由于阻尼及衰减的原因,尾部信号很弱,但高位数的A D转换器保证了有用信号的存在,这时可以利用线性放大及指数放大来增加尾部信号的显示幅值,将有利于桩底及尾部缺陷的判识。3.2　时域和频域结合分析

时域的分析结果应与频域内的分析结果保持一致。一般说来,时域中的信号直观、明了,很容易判识桩底和缺陷。频域中需要认真分析,有时在时域中反射界面不明显,,检测时予以注意。,用L2∃f(上接55页)　数是a、b

测试人员利用C=2L ∃T计算桩速,如监理

人员提供的桩长偏长(往往是由于施工未到设计深度或清孔不好留有很厚的沉渣),由此推算的速度值偏高,则使同一工区的平均速度值也偏高,用此速度再反推缺陷桩及桩长(L=C∃T 2),则会大于实际值。这不符合实际情况的施工记录使检测人员很难对桩的质量作出正确评价。4.2　缺陷定性

缩径与离析、

离),,不容易、基础桩现、足够多的检测试,、丰富的理论知识及测试经验,才能对测试信息做出符合实际的解释。

误差,并且 的道集形式比 简单,其叠加特性的曲线形态彼此接近,更有利于压制干扰波,取得较好的叠加效果。

5种观测系统的选择,应视具体情况而定,下面根据个人经验,给出几个例子。

①若在现有设备限定道数情况下,比如正常只能开动192道,那么选择c,4线6炮制,其代价是炮数较多,是a的两倍。

②若道数足够多,而区内成孔困难,那么其中优先选择8线制,再看区域构造情况是选4×4次还是2×8次,其炮数一样,但束数不同。

③若现有设备不够开8线的道数,而只够开6线的道数,那么建议使用e( ),因为其横向迭加次数比d高一次,这样对准确三维归位及叠加速度分析有利。

三维观测系统的设计内涵非常丰富,若改变一个主要参数,相应的观测系统的线数、道数、炮数、束数及各束的炮数也发生变化,其种类繁多,举不胜举,若深入研究三维观测系统,其奥妙无穷。文中一些粗浅看法,若有不足之处,请予以指正。

参考文献(略)

的一倍;

工区一定,观测方向一样,其束数与b一样。(4)6线4炮观测系统(图4)其特点为:

线数中等,相应其所需道数介于a、b、c之间;其最大非纵距稍小于其它类型;

其它条件一样,其所需炮数也介于8线与4线之间;

工区一定,观测方向一定,其所需束数与b、c一样。

(5)6线6炮观测系统(图5)其特点为:

线数、线距与d一样,其重复的线数与d也一样,但其横向覆盖次数比d高一次;

工区一定,

观测方向一定,其所需束数b、c、d一样;

束数一样的情况下,其横向炮点数与c一样,是b的两倍,是d的1.5倍。

图4　观测系统示意图　　　图5　观测系统示意图

在这两种形式中,显然 优于 ,因为在设计观测系统时尽可能地减小最大非纵距以减小非纵