Question

地震勘探数据的采集

Answer 1

地震勘探野外采集的任务是获取原始资料。原始资料的好坏将直接影响资料数字处理的质量和解释结果的精度。地震勘探野外采集工作由现场踏勘、施工设计、试验工作及正式生产等各阶段所组成，需由测量、钻井、激发、接收、解释等多工种密切配合进行。野外采集工作的关键是地震采集仪器和野外工作方法。地震采集仪器包括地震检波器及记录仪，野外工作方法目前则广泛应用多次覆盖方法，并采用组合激发、接收技术。

野外采集所获得的第一手资料是数字形式的地震记录信息。它的特点除了受到波在地层介质内传播特性的制约外，还决定于激发条件、接收条件、工作方法和仪器性能。选择适合的工作方法是取得良好效果的重要因素。近年来，地震勘探技术发展较快，记录仪器已全部实现计算机控制，炸药爆炸震源越来越多的为非爆炸震源所代替，用于横波勘探的水平振动可控震源也得到发展。

1.地震波的激发

地震波由人工激发产生，激发源可分为炸药震源和非炸药震源两类。作为震源的炸药，通常为TNT和硝氨，它们的激发能量高，震源具有良好的脉冲特性。在陆地进行地震勘探工作时，多数情况是在注满水的浅井中爆炸，以激发地震波。在无法钻井地区则采用坑爆，而在江湖海上勘探时则采用水中爆炸。炸药量及爆炸介质的岩性对地震波形状、波的振幅、频率等特点有重要影响。炸药量越大，地震波的视周期愈大，主频愈低。

爆炸介质的性质对所激发的地震脉冲也有影响，在低速带疏松岩石中激发时，产生的振动频率低；在坚硬岩石中激发时得到的振动频率较高；在胶泥、泥岩中或潜水面以下激发会得到适中的频率。炸药震源是较理想的震源，但使用危险性较大，成本较高，在某些地区不能使用。这些因素促使地震勘探逐渐发展了非炸药震源。非炸药震源有以下几种。

落重法震源是将n×10²～n×10³kg的物体从2～3m高处释放，撞击地面激发地震波。这种震源会产生严重的水平方向的干扰噪声。

可控震源(又称连续震动震源)，它向地下发射的不是脉冲波，而是可控制的连续振荡波。该振荡波持续时间很长，可达数秒，其频率在持续时间内产生徐缓的变化，形成变频扫描信号。这种震源产生的信号经反射返回地面的反射波是重叠的，无法分辨，必须把接收的反射波同震源的振荡信号用互相关技术进行处理，才能提取反射波信号。

气爆震源和气动震源。气爆震源是将甲烷和氧的混合物装在一个密闭的圆柱状爆炸室内爆炸，驱动爆炸室活动底板撞击地面激发地震波。空气枪属于气动震源，它是典型的脉冲震源，主要用于海上地震勘探。

电火花震源，是电火花发生器通过水中电极之间电流的突然放电来激发地震波，这种震源主要用于海上地震勘探，并且多采用组合激发。

2.地震勘探的数据采集

地震勘探的数据采集系统，可将地震检波器接收到的地面震动转换为随时间变化的电信号，经过适当处理后，记录在磁带或磁盘中。通常地震勘探多在很长的测线上布设许多检波点，这些检波点同时观测。对应于每个观测点的地震检波器、放大系统和记录系统所构成的信号传输通道称为地震道。

(1)地震检波器

检波器是安置在地面、水中或井下检测大地振动的探测器。它实际是将机械振动转换为电信号的一种传感器。按工作原理检波器可分为动圈电磁式、动磁式、压电式和涡流检波器等几种类型。目前广泛应用的是动圈电磁式(用于陆地地震勘探)和压电式(用于海洋地震勘探)检波器。动磁式检波器主要用于地震测井。涡流检波器则是20世纪80年代出现的新型检波器。它适用于高分辨率地震勘探，对低频干扰和面波有较强的压制能力，对强波之间的弱反射分辨较好，但总的灵敏度低于动圈式检波器，不宜用于深层勘探。

(2)地震勘探数字记录系统

地震勘探数字记录系统由前置放大器、模拟滤波器、多路采样开关、增益控制放大器、模数转换器、格式编排器、磁带机和回放系统组成。其方框图如图5-8所示。

数字地震仪的发展趋势是向更精密、更迅速的增益控制和更大的总体动态范围发展。为便于三维数据采集，提高分辨率和更好地压制噪声，20世纪80年代初，出现了多达几百到一千道的地震勘探记录系统。这样的系统使用现有的检波器电缆是很困难的，因而开始使用遥测系统。遥测系统沿着排列安放许多数字化单元。在陆地勘探中，数字化单元有时用无线电将信号传送到记录仪，全部操作由计算机控制。近年来，出现了地震勘探用的光缆，它不仅可以传输高密度的数据，而且不受电干扰。

地震数据除记录于磁带、磁盘外，还可以进行照相显示或静电显示。显示方式除波形外，还有变面积显示、变密度显示、波形加变面积或变密度显示等方式，如图5-9所示。

图5-8 数字地震仪框图

图5-9 地震数据的显示方式

3.地震勘探野外观测系统

地震勘探数据野外采集有多种方式，采用哪种方式，由地质任务、干扰波与有效波的特点、地表施工条件等因素所决定。进行地震勘探工作时一般是在探区内布设多条测线进行观测。测线与测线间的相对位置由探区地质构造特征及勘探任务决定，一般布设成网状，在地面条件允许情况下，并尽可能布设成正交网状。测网的疏密程度，主要由勘探任务决定。区域普查阶段测线间距可为几十千米到一百千米，面积勘查阶段测线间距为几千米到十几千米，构造细测阶段或开发阶段测线间距可加密至几百米到几千米。测线网的疏密以探明构造特征为准则。测线应尽可能为直线，主测线应与预测的构造走向垂直，联络测线则平行于构造走向。工作过程中，每条测线都分成若干观测段，逐段进行观测。每次激发时所安置的多道检波器的观测地段称为地震排列，激发点与接收排列的相对空间位置关系称为观测系统。

观测系统通常用综合平面图来表示。如图5-10所示。

图5-10 用综合平面图表示观测系统

O₁O₆为地震测线，O₁、O₂…O₆为测线上的各激发点。从各激发点出发向两侧作与测线成45°角的直线坐标网，将测线上对应的接收排列投影到该45°角的斜线上，并用颜色或粗线标出对应线段即可。

(1)反射波法观测系统

1)简单连续观测系统：如图5-11所示，沿测线布设O₁、O₂、O₃、O₄、O₅等激发点，O₁点激发时，在O₁O₂地段接收，可观测A₁A₂界面段的反射波，O₂激发，接收地段仍是O₂O₁，可观测到A₂A₃界面段的反射波。然后移动排列在O₂O₃地段观测，分别在O₂、O₃处激发，可勘探A₃A₄和A₄A₅段界面，依此沿测线连续地激发、接收，直至测线结束，可连续勘探整条测线以下界面。这种观测系统叫做简单连续观测系统。这种观测系统对地下反射界面仅一次采样，又称为单次覆盖观测系统，所得到的地震剖面为单次剖面。这种观测系统由于在排列两端分别激发，又称双边激发或双边放炮观测系统，如图5-11 a所示。如果震源固定在排列的一端激发，每激发一次，排列沿测线方向向前移动一次(半个排列长度)，这种观测系统称为单边激发(单边放炮)简单连续观测系统，如图5-11b所示。震源位于排列中间，也就是在激发点的两边安置数目相等的检波器同时接收，这种观测形式叫做中间激发观测系统，如图5-11 c所示。

图5-11 简单连续观测系统

a—双边激发；b—单边激发；c—中间激发；d—间隔单次覆盖

2)间隔单次覆盖观测系统：激发点与接收排列的第一道检波点间隔一段距离，称为间隔观测系统，如图5-11d所示。

3)多次覆盖观测系统：为压制多次反射波的干扰，提高地震记录的信噪比，采取有规律地同时移动激发点与接收排列，对地下界面反射点多次重复采样的观测方式称 为多次覆盖观测系统。图5-12 是一个六次覆盖系统的实例。

图5-12 单边放炮六次覆盖观测系统

4)非纵直测线观测系统：沿直测线观测时，激发点与接收排列不在一条直线上，激发点偏离排列线一段距离，这种观测方式称为非纵直测线观测系统，这种观测可作为连接测线。

此外，进行三维地震时，还有专门的三维观测系统。

(2)折射波法观测系统

1)完整对比观测系统：沿测线方向通过连续进行相遇时距曲线互换点的连接对比以获得连续剖面的观测系统，称为完整对比观测系统。图5-13是追踪单一界面和勘探多层折射界面所采用的完整对比观测系统。

图5-13 折射波法完整对比观测系统

2)不完整对比观测系统：折射波法勘探中，不完全采用相遇时距曲线互换连接对比观测，也有部分地或完全用追逐时距曲线相似性标志连接对比的观测形式，这种观测形式称为不完整对比观测系统，如图5-14所示。图5-14a是只用追逐时距曲线对比连接的。图5-14b是每对相遇时距曲线在互换点处连接，而每对相遇时距曲线之间利用追逐时距曲线连接。

图5-14 不完整对比观测系统

3)非纵测线观测系统：利用折射波法研究盐丘、陡构造及断层等特殊地质体时，多采用非纵测线观测系统。它具有多种形式，扇形排列是常用的一种。