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【關(guān)鍵詞】 超精度地震傳感器 MEMS技術(shù)原理 DSU1工作特性
1 誕生數(shù)字檢波器的地震儀器背景
以往人們在討論地震儀器時，注意力往往多集中在探討對已產(chǎn)生的地震信號如何進(jìn)行記錄和處理，而對于地震信號是如何產(chǎn)生和接收的，則言之甚少，這并不是因為這個問題不重要，而是因為在這個問題上，長期以來還沒有找到令人滿意的解決方法。事實證明，如果不摒棄現(xiàn)有的機(jī)電轉(zhuǎn)換模式，地震傳感器的精度指標(biāo)永遠(yuǎn)也不會有實質(zhì)性的突破。
自從上世紀(jì)三十年代，世界上出現(xiàn)第一臺地震儀，近百來的發(fā)展，直到最近幾年才開始實踐應(yīng)用數(shù)字檢波器，地震勘探的實踐表明，只有當(dāng)人們不但掌握了-∑模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，而且掌握了神奇的固體薄膜技術(shù)，全新的超精度地震傳感器才會應(yīng)運而生。
法國SECEL公司研發(fā)的DSU采集鏈?zhǔn)腔贛EMS技術(shù)的數(shù)字檢波器采集鏈。SECEL公司的數(shù)字檢波器產(chǎn)品之一垂直單分量數(shù)字檢波器DSU1，于2010年前后在中國地震勘探市場上批量投入勘探應(yīng)用。DSU1具有寬頻線性響應(yīng)、低畸變特點，是高分辨率地震勘探的理想采集設(shè)備。下面將從數(shù)字檢波器的工作原理、與傳統(tǒng)檢波器的特性比較、實際生產(chǎn)應(yīng)用等幾個方面，進(jìn)一步詳細(xì)分析介紹這新一代地震勘探設(shè)備——數(shù)字檢波器DSU。
2 數(shù)字檢波器的基本工作原理與DSU單元的電路構(gòu)成
應(yīng)當(dāng)指出，只有當(dāng)?shù)卣饍x器從集中車載發(fā)展到野外分布階段以后，把數(shù)字檢波器固化在采集站內(nèi)部的想法才可能成為現(xiàn)實。因為在地震儀器集中車載階段，所有的具有采集站功能的電路板都是安裝在儀器車內(nèi)的，而檢波器則始終需要擺放、接插在地面。所以，從最早的模擬記錄儀，到早期的15位的數(shù)字記錄儀，再到基于-∑技術(shù)的24位遙測地震儀，這每一個技術(shù)進(jìn)步，對于數(shù)字檢波器的誕生都不可或缺。
講數(shù)字檢波器，首先要弄清楚地震儀器中的一個最基本的單元——地震數(shù)據(jù)采集站，也稱為野外數(shù)字化單元，它的主要作用是把地震波激勵轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信號以后，經(jīng)信號處理器DSP輸出到電源站LAUL或交叉站LAUX進(jìn)行處理，然后送到車載儀器系統(tǒng)的中心站。
那么，數(shù)字檢波器功能具體如何實現(xiàn)呢？就是在DSU數(shù)字檢波器采集站中，內(nèi)置一個基于MEMS技術(shù)的加速度感應(yīng)頭，將此加速度感應(yīng)頭與地震數(shù)據(jù)采集站最核心的部件也即基于-∑技術(shù)的24位轉(zhuǎn)換器結(jié)合在一起，實現(xiàn)將地震波激勵直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字流的過程?；?∑技術(shù)的24位轉(zhuǎn)換器，其采樣頻率可達(dá)256kHz，256kHz的1bit數(shù)據(jù)位流經(jīng)過濾波和抽取，最終輸出24位4kHz子樣數(shù)據(jù)。
為了便于從整體上理解數(shù)字檢波器在地震數(shù)據(jù)采集中所發(fā)揮的作用，在這里需簡單介紹一下常規(guī)地震數(shù)據(jù)采集站的基本功能：
（1）接收來自主LAU的命令；
（2）重復(fù)大線上的數(shù)據(jù)包；
（3）數(shù)字化地震數(shù)據(jù)；
（4）采樣傳輸?shù)綇腖AU；
（5）對儀器和野外測試產(chǎn)生模擬信號；
（6）在EEPROM中存儲數(shù)據(jù)采集站自身的地址；
（7）通過LED閃爍代碼告知數(shù)據(jù)采集站工作的狀態(tài)。
地震數(shù)據(jù)采集站常規(guī)電路構(gòu)成與主要功能模塊如圖1所示：
從上圖可見，基于MEMS技術(shù)的DSU地震數(shù)據(jù)采集站的電路構(gòu)成中，仍然離不開POWER SUPPLY（電源支持）、FDU-INT（信號整形）、FDU COM（管理數(shù)據(jù)采集站與電源站與交叉站之間的通信）、SIG DEL（-∑24位模數(shù)轉(zhuǎn)換）、EEPROM（存儲單元）這五大功能模塊。
而體現(xiàn)全新的數(shù)字檢波器功能的，就是下面將要講到的數(shù)字化超精度地震傳感器。數(shù)字檢波器在電路構(gòu)成上，它是由一個加速度感應(yīng)頭（MEMS）和電壓信號的產(chǎn)生與數(shù)字化電路（ASIC）一起組成。其工作原理概括地說，就是當(dāng)?shù)卣鸩钜餗EMS內(nèi)的慣性質(zhì)量體發(fā)生位移后，ASIC內(nèi)有一個力的反饋電路通過感應(yīng)電極間電容量變化，由放大器輸出一個電壓信號，并反饋到兩電極之間，力圖產(chǎn)生一個恢復(fù)力，最終使電容器再回到原來的平衡位置。從理論上講，放大器輸出的這個電壓信號，就可以被用來描述來自地面的地震波的激勵。之后，這個電壓信號被檢測電路檢出，送給采集站內(nèi)的24位-∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最終輸出一個24位的串行數(shù)字流。至此，地震波的完全數(shù)字化拾取終于變成現(xiàn)實。
傳統(tǒng)的地震傳感器是直接利用運動線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢作為地震響應(yīng)信號，而對于數(shù)字檢波器的工作原理，深入來說，其實它是一個加速度感應(yīng)頭，完全是一個可變電容器，因其小而一般稱之為微機(jī)電系統(tǒng)（MicroElectroMechanical System），英文縮寫為MEMS。如同一般可變電容器，MEMS有一組固定的和一組可動的電容極板。固定極板與框架結(jié)合在一起，可動極板則與一個慣性質(zhì)量體結(jié)合在一起，而慣性質(zhì)量體又通過上下兩個彈簧與框架相連接。此外就是兩個電極。當(dāng)?shù)卣鹦盘栻?qū)動慣性質(zhì)量體對彈簧作拉伸或壓縮運動時，使得兩組極板之間的間隙改變，從而引起兩電極之間電容改變。如何能夠進(jìn)一步把這個電容量的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號，這就是實現(xiàn)數(shù)字檢波器全數(shù)字化拾取的最終目所在。
為了把MEMS兩極間電容量的變化轉(zhuǎn)化成電壓信號，在電路設(shè)計上，是把MEMS的兩極接入一個力反饋電路的反饋回路里，做成一個模塊。力反饋電路實質(zhì)是一個模擬放大器，當(dāng)慣性質(zhì)量體的軸向垂直朝下（指向地心）且靜止不動時，令放大器的輸出為一個常量。當(dāng)受到地震波的激勵時，慣性質(zhì)量體在其靜止位置附近做上下運動，同時兩電極間電容量隨之變化。這時放大器輸出一個電壓信號，并反饋到兩電極之間，力圖產(chǎn)生一個恢復(fù)力使電容器再回到平衡位置。同時，這個電壓信號被檢測電路檢出，并送24位-∑A/D轉(zhuǎn)換器，最后輸出一個24位的串行數(shù)字流。這就是數(shù)字檢波器的完整工作過程。
整個MEMS器件的有效芯體不過幾個毫米的大小，可謂精巧別致至極。此外的混合集成電路ASIC，兼有電容到電壓的精確變換以及24位-∑A/D的功能。在制造工藝上，MEMS與ASIC各有其單獨的封裝外殼。
3 單分量數(shù)字檢波器DSU1與模擬檢波器的特性比較
由于工作原理的不同，在單分量數(shù)字檢波器與傳統(tǒng)模擬檢波器的特性比較中，除了最基本的區(qū)別，數(shù)字檢波器是基于MEMS技術(shù)的加速度計，模擬檢波器是基于線圈&磁鐵的速度計以外，其它特性區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個方面（如表1）：
4 數(shù)字檢波器DSU1應(yīng)用結(jié)論
通過多個地震勘探項目的實際實用，單分量數(shù)字檢波器DSU1的易用性、高效率、頻帶寬等這些最明顯的特點，已得到了大家一致的認(rèn)可。除此之外，隨著應(yīng)用的深入，業(yè)內(nèi)普遍更加清楚地認(rèn)識到了采用數(shù)字檢波器的單檢波器采集方式，與以往組合方式的模擬檢波器相比較，帶來了地震數(shù)據(jù)采集方面更深刻的變化。具體說，可得出以下四個方面的結(jié)論：
（1）DSU1是基于MEMS技術(shù)的加速度域檢波器，單個檢波器接收地震數(shù)據(jù)，對低頻數(shù)據(jù)沒有衰減同時也保證了高頻成份的信噪比，由于DSU1消除了因組合靜校正對高頻成份造成的損害，因此相對于模擬檢波器來說它具有更寬的頻帶范圍。
（2）DSU1空間采樣密度高，可得到比模擬檢波器更為準(zhǔn)確的靜校正。
（3）盡管DSU1炮集記錄噪音較強(qiáng)，但是由于很好的空間采樣消除了假頻的存在，使去噪效果更好。
（4）DSU1較高的空間采樣密度使得地震數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)提高，這就很好的補(bǔ)償了由于單個檢波器接收造成的信噪比較低的問題，使最終的偏移結(jié)果具有更好的連續(xù)性、信噪比及分辨率。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：多分量技術(shù) 勘探原理 實際應(yīng)用前景展望
一、多分量地震勘探技術(shù)概述
40年前，地球物理學(xué)家開始對多波地震勘探進(jìn)行研究，特別是在學(xué)者證實了裂隙誘導(dǎo)各向異性的特征和橫波分裂的存在后，地震波的各向異性就成為了學(xué)術(shù)界研究的方向和熱點，同國外相比我國的地震各向異性的研究起步較晚，在進(jìn)入到改革開放后才逐步發(fā)展起來。具體到多分量地震勘探技術(shù)來講，近10多年來，主要集中在以下領(lǐng)域的研究拓展：
1、多分量地震勘探原理
多分量地震波的勘探原理是利用地震產(chǎn)生的橫縱波對勘測的區(qū)域進(jìn)行回波信息采集。大量的多波技術(shù)研究仍然是針對轉(zhuǎn)換波采集，激發(fā)采用常規(guī)縱波震源，接收采用多分量數(shù)字檢波器，以獲得縱(P)波和轉(zhuǎn)換(P-S)波。地震波在巖層中以球面形式傳播，當(dāng)遇到巖層物性界面的時候就會一部分反射，一部分發(fā)生折射進(jìn)入前方的介質(zhì)。反射和折射回來的信號被高靈敏度的多分量數(shù)字檢波器采集并傳送至中央處理器，此時就可以根據(jù)地震波在不同介質(zhì)中的傳播特性差異來進(jìn)行分析，并利用綜合解釋系統(tǒng)來反演地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。
針對煤田勘探來講，由橫波速度比縱波速度慢可看出，對于厚度較小的同一巖層，橫波從某一巖層頂傳播到其巖層底所需的時間比縱波長。由于煤層厚度一般不大，因此，根據(jù)橫波來分辨煤層的能力要比縱波強(qiáng)。理論與試驗表明，綜合應(yīng)用縱波和橫波資料可獲得更準(zhǔn)確的反映構(gòu)造和巖性的參數(shù)，
2、多分量的數(shù)據(jù)采集
多波多分量地震研究首先要解決的是信息采集技術(shù)，其采集的重點是對轉(zhuǎn)換波測量。目前，在三分量野外數(shù)據(jù)采集設(shè)備的研究和發(fā)展方面，已經(jīng)取得了突破，多道遙測數(shù)字地震儀和多分量數(shù)字檢波器相繼問世。為了解決陸上靜態(tài)校正問題，研究出多波微測井等技術(shù)。3D/3C地震觀測普遍采用的是寬帶方位塊狀檢測系統(tǒng)，如今已經(jīng)出現(xiàn)了針對轉(zhuǎn)換波勘探的商業(yè)用軟件。此外，針對海洋地震的三維四分量海底電纜也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
3、多分量的數(shù)據(jù)處理
采集完成后就需要對多分量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通常資料處理包括了：整個波場的處理，如對波場進(jìn)行分離；P波的時間、深度域的分析處理；P-SV波的時間、深度域的分析處理。轉(zhuǎn)換波處理與P波處理十分相似，但也存在著不同，因為轉(zhuǎn)換波的射線路徑是不對稱分布的，所以不能用P波處理技術(shù)完全分析。另外，橫波的靜校正量要大于縱波，這就會對VP/VS和近地表方位的各向異性分析產(chǎn)生影響；因為波場存在耦合，所以不能對橫縱波進(jìn)行絕對的分離，從而影響處理的效果。
二、多分量地震勘測技術(shù)的應(yīng)用實驗
以某地區(qū)的多分量二維地震勘查區(qū)為例。
1、數(shù)據(jù)的采集
為了勘測該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造及煤層賦存情況，對該區(qū)域進(jìn)行了常規(guī)二維地震勘探后又在預(yù)選區(qū)域進(jìn)行了多分量地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)應(yīng)用實驗。區(qū)域內(nèi)的地表主要為田地、林地；激發(fā)巖層性質(zhì)為黃沙、黃膠泥、泥灰砂等。按照多分量地震勘探的方法和技術(shù)要求進(jìn)行多條二維地震測線數(shù)據(jù)采集。
在實驗開始前首先進(jìn)行了施工方案的前期論證，根據(jù)實驗區(qū)域的縱波資料和測井資料設(shè)計地質(zhì)模型，進(jìn)行多分量地震數(shù)據(jù)的正演工作，然后根據(jù)縱波、轉(zhuǎn)換波產(chǎn)生機(jī)理差異，進(jìn)行縱波和橫波聯(lián)合觀測系統(tǒng)的設(shè)計。在參考目的層深度的前提下，利用理論計算形成縱橫波的反射系數(shù)與排列長度的曲線關(guān)系，從而設(shè)計出相應(yīng)的最大排列長度。根據(jù)不同層面上確定的最佳數(shù)據(jù)接收窗口，可以知道縱波炮檢范圍在0-3000m，轉(zhuǎn)換波炮檢的距離為400-4500m，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了若干觀測系統(tǒng)和施工參數(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，以此甄選出最佳的觀測系統(tǒng)。
如圖1所示，其中一條D01測線接收的三分量地震記錄。從能量分析上看，Z分量所形成的能量最強(qiáng)，X分量次之，Y分量能量為最小。從X分量上看，標(biāo)示出的T06、T1、T2、T4層轉(zhuǎn)換波最為明顯，資料的質(zhì)量也較高。
圖1：D01測線三分量地震原始記錄
2、多分量地震勘探生成的資料的處理和解釋思路
對多分量地震資料的處理和解釋的基本流程：1）制作合成的地震波資料記錄，因為縱波在垂直方向射入不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波，所以主要根據(jù)橫波測井資料制作不同的炮檢距的記錄，然后進(jìn)行動態(tài)校對處理，最后利用疊加得到轉(zhuǎn)換波的合成資料。處理情況如圖2。
圖2：轉(zhuǎn)換波地震記錄
2）波形識別與層位的對比，在合成地震記錄的標(biāo)定基礎(chǔ)上，確定縱波和轉(zhuǎn)換波所控制的層位。和常規(guī)的縱波地震資料相比，多分量地震資料首先應(yīng)當(dāng)對波形進(jìn)行識別然后再對多波層位進(jìn)行標(biāo)定。主要采用的技術(shù)措施就是利用多波的極化特征、速度傳播規(guī)律、頻譜特性、振幅差異、炮檢距離等相關(guān)特性對采集到的波形進(jìn)行識別和分析。層位對比是縱橫波資料聯(lián)合解釋及對巖層性質(zhì)參數(shù)提取的關(guān)鍵問題。
3）對時間進(jìn)行壓縮，根據(jù)控制層位置將轉(zhuǎn)換波壓縮到與縱波相一致的時間尺度，通過壓縮時間的對比，可以獲得相應(yīng)的縱波和橫波之間明顯的對應(yīng)關(guān)系。
4）對所屬的剖面屬性進(jìn)行計算，即對縱波、橫波振幅比剖面或者泊松比等屬性剖面進(jìn)行計算。從圖3中可以看出D01測線部分多分量時深剖面圖。
圖3：經(jīng)時間壓縮后的D01測線多分量剖面
從剖面上看，轉(zhuǎn)換波剖面與縱波剖面相比，所反映的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化不大，但轉(zhuǎn)換波剖面對目的層中的巖溶管道裂隙及一些微小構(gòu)造異常等反應(yīng)的較清楚。根據(jù)縱波速度與巖層構(gòu)造中的孔隙度、孔隙中的流體性質(zhì)有關(guān)，縱波在含氣、流體層中傳播，速度有所降低，導(dǎo)致成像不好，能量減弱，而橫波在通過含氣、流體層時，速度基本不受影響，因而轉(zhuǎn)換波能量基本保持不變。通過縱橫波剖面相互對比，并參考已知地層資料揭示的內(nèi)容，證實在該段目的層中存在著裂隙發(fā)育和微小斷層。
三、與單一縱波地震勘探相比多分量地震勘探應(yīng)用中的優(yōu)勢和難點
多分量地震數(shù)據(jù)的采集和分析都是為了更好的對數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，以此達(dá)到準(zhǔn)確勘測的目的，在解譯和利用方面除了常規(guī)的層位解譯外，主要的資料應(yīng)用優(yōu)勢還包括以下幾點：1）轉(zhuǎn)換波對成像的質(zhì)量起到了優(yōu)化作用，轉(zhuǎn)換波在穿過儲氣層、鹽丘等介質(zhì)時，成像有特有的優(yōu)勢效果。橫波基本不會受到充氣沉積巖的散射和衰減的干擾；2）用縱橫波的振幅差異分析巖層的類型和含油氣情況；3）流體描述，因為橫波不受孔隙中流體性質(zhì)的影響，可以識別孔隙中是否含有流體；4）采用橫波分裂進(jìn)行裂縫和各向異性的分析，當(dāng)橫波通過各向異性介質(zhì)的時候，會出現(xiàn)分裂，形成快橫波和慢橫波，其偏振性、時差以及振幅差異等有益于對裂隙進(jìn)行定性和定量的分析和評估； 5）橫波聯(lián)合對地震數(shù)據(jù)資料進(jìn)行反演，以此消除單一波形對地震反演的欠缺，即利用橫波信息在一定的程度上緩解只用縱波推演的多解性。
除了上述的應(yīng)用優(yōu)勢以外，目前來說，多波地震勘探也存在著不少難題：(1)相位對比比較困難；(2)層位追蹤對比存在誤差；(3)“同分辨率濾波”法很難將縱、橫波剖面中的相位完全對應(yīng)。此外，多波地震勘探本身還存在著許多技術(shù)難點，如橫波剖面的信噪比較低，處理時存在橫波的靜校正、共轉(zhuǎn)換點的確定、VVO以及縱、橫波分離等尚待研究解決的問題。
四、結(jié)論和應(yīng)用前景展望
多波地震勘探解決了很多常規(guī)單一縱波勘探難于解決的地質(zhì)問題，在小斷層識別、儲氣下地層解釋、縱橫波剖面聯(lián)合解釋油氣層方面和某些薄煤層地區(qū)有著自己獨特的優(yōu)勢，而且在實際應(yīng)用中，對比證明其對泥巖、礫巖、砂巖等都有較好的辨識能力，完全可以為勘探結(jié)論提供必要的參考。
特別是近10年來，隨著多分量地震勘探技術(shù)在理論和儀器上的發(fā)展，多波勘探方法正在成為一種新興的、具有廣闊應(yīng)用前景的勘探技術(shù)。在煤田勘探中引入多波地震勘探，將會實現(xiàn)從找構(gòu)造為主，發(fā)展為地層地震和巖性地震，達(dá)到構(gòu)造精細(xì)勘探和巖性預(yù)測，解決煤礦綜合機(jī)械化開采所要求查明的地質(zhì)問題，開辟地震勘探在煤層氣、勘探、煤炭地下氣化和礦井巖溶水防治等應(yīng)用的新領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)：
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[摘要] 研究中針對地震波傳播理論教學(xué)中公式多而繁雜、內(nèi)容抽象等特點，提出了將數(shù)值模擬方法引入到“地震勘探原理”課程教學(xué)中來，將地震勘探的理論教學(xué)與數(shù)值模擬技術(shù)緊密結(jié)合在一起。通過采用數(shù)值模擬，可將一些抽象的地震波動力學(xué)和運動學(xué)傳播理論進(jìn)行直觀、形象、動態(tài)的展示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的求知欲望，從而收到事半功倍的教學(xué)效果。
[
關(guān)鍵詞] 地震勘探；課程教學(xué)；數(shù)值模擬；地震波；傳播理論；教學(xué)效果
[中圖分類號] G424 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-893X(2014)05?0054?03
[收稿日期] 2014-07-04；[修回日期] 2014-09-27
[基金項目] 湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目(200910)；國家自然科學(xué)基金41004047；41274123)
[作者簡介] 張大洲(1979-)，男，甘肅榆中人，博士，中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院講師，主要研究方向：地震波正反演.
地震勘探課程在應(yīng)用地球物理學(xué)中是一門非常重要的課程。對于地震勘探課程的學(xué)習(xí)，一般可分為地震勘探原理和地震資料數(shù)據(jù)處理與解釋兩部分。地震勘探原理這門課程主要是學(xué)習(xí)地震勘探的基本理論、基本原理、野外數(shù)據(jù)采集工作方法等，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程-地震資料處理與解釋打下基礎(chǔ)。地震勘探原理課程教學(xué)大綱要求學(xué)生必須掌握地震波動力學(xué)和運動學(xué)的基本概念、基本原理與分析方法，但是有關(guān)地震波動力學(xué)和運動學(xué)方面的內(nèi)容公式較多，推導(dǎo)較繁，而且比較抽象，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中普遍反映不容易理解，學(xué)習(xí)效果差。因此，如何提高地震勘探原理課程的學(xué)習(xí)效果是任課教師必須認(rèn)真思考的問題[1]。本文針對“地震勘探原理”課程公式多、內(nèi)容抽象等特點，結(jié)合我校應(yīng)用地球物理的專業(yè)特色，探討了在該課程課堂教學(xué)中使用數(shù)值模擬的方法來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了較好的教學(xué)效果[2-4]。
一、地震波場數(shù)值模擬簡介
地震波模擬是根據(jù)給定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)物理參數(shù)來模擬地震波的傳播過程，從而研究地震波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律。由于模擬過程中可直觀、形象、動態(tài)地顯示地震波動力學(xué)和運動學(xué)傳播特征，非常容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，可以收到事半功倍的教學(xué)效果。一般來說，地震波模擬可分為物理模擬和數(shù)值模擬兩種方法。物理模擬是在實驗室內(nèi)將野外的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)體按照一定的比例制作成物理模型，然后利用超聲波或激光超聲波等方法對野外地震勘探方法進(jìn)行模擬；數(shù)值模擬就是利用有限差分、有限元等數(shù)值方法求解波動方程，從而獲得已知模型的地震波傳播。采用物理模擬方法存在費用高、選材困難等缺點，并且不適合于課堂理論教學(xué)；而數(shù)值模擬只需要一臺較高計算速度的計算機(jī)就可全部解決問題，既簡單方便，成本又低，且非常適合于課堂理論教學(xué)。
地震波場數(shù)值模擬方法主要有幾何射線法和波動方程法。幾何射線法也稱為射線追蹤法，其主要理論基礎(chǔ)是，在高頻近似條件下，地震波的主能量沿射線軌跡傳播，即根據(jù)地震波的傳播規(guī)律確定地震波在實際地層中傳播的射線途徑，并運用惠更斯原理和費馬原理來重建射線路徑，利用程函方程等計算射線的旅行時間。射線法的主要優(yōu)點是概念明確、顯示直觀、運算方便、適應(yīng)性強(qiáng)，缺點是旅行時的計算在一定程度上是近似的，特別是對復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行三維射線追蹤時繁瑣且誤差較大。波動方程數(shù)值模擬方法是以彈性（粘彈性）理論及牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，求解雙典型偏微分方程-波動方程為手段的一種數(shù)值模擬方法。這種方法不僅能保持地震波的運動學(xué)特征，而且還能保持地震波的動力學(xué)特征。根據(jù)地震波場數(shù)值模擬所采用的這兩種不同方法的特點，我們在地震勘探原理課程講授過程中采用波動方程彈性波數(shù)值模擬方法，這種方法的模擬結(jié)果可以使學(xué)生更好地了解地震波在傳播過程中的運動學(xué)和動力學(xué)特征。目前用于波動方程數(shù)值模擬的方法主要有限差分法、有限元法、虛譜法等，在這些方法中有限差分法在計算精度、計算效率上都占有較大的優(yōu)勢，因此我們在數(shù)值模擬時采用了有限差分模擬方法[5]。
二、應(yīng)用實例
地震波數(shù)值模擬在地震勘探原理課程教學(xué)中的應(yīng)用比較廣泛，在大部分的知識點講解中都可采用數(shù)值模擬來對一些方法原理進(jìn)行動態(tài)演示。在本文中主要通過兩個知識點的應(yīng)用來說明數(shù)值模擬方法在地震勘探原理課程教學(xué)中的效果。
（一）地震波的傳播及界面處的反射、折射、透射和波形轉(zhuǎn)換
在講解地震波場的基本知識一節(jié)中，主要講解地震波的傳播特點，其中一些名詞如波前、波后、球面波、平面波等，學(xué)生理解起來比較抽象，一些概念只能靠死記硬背。在講解地震縱、橫波的傳播特點時，對于波在界面處發(fā)生的反射、透射、折射以及波形轉(zhuǎn)換等，由于學(xué)生對波場的概念沒有直觀的認(rèn)識，所以老師講解起來也非常抽象和費力。在這種情況下，我們將數(shù)值模擬技術(shù)引入到課堂教學(xué)中，通過開發(fā)地震波場實時模擬軟件，只需設(shè)置好模型和參數(shù)，軟件將以動畫的形式動態(tài)展示波場傳播的全過程。
下面以兩層介質(zhì)為例進(jìn)行說明：模型大小為600m×300m，網(wǎng)格大小為，時間采樣間隔為。模型上層縱波波速為3 000m/s，橫波波速為1 732m/s，密度為1.8g/cm3；下層縱波波速為4 000m/s，橫波波速為2 300m/s，密度為2.0g/cm3 。圖1 為兩層介質(zhì)模型波場傳播快照（t=20～100ms），從圖中可見，當(dāng)t=20ms 時縱波和橫波以震源為中心向下傳播，此時由于傳播時間較短，P 波（縱波）和S 波（橫波）在圖上還不能完全分清楚。當(dāng)t=40ms 時，從圖中可以看出，由于P 波波速較快傳播在前，S 波在后，P、S 波都是以震源為圓心的同心半圓。根據(jù)波場快照很容易讓學(xué)生理解波前和波后的概念。當(dāng)t=40ms 時，從圖1(d)中可以看出，P 波到達(dá)界面后發(fā)生反射和透射，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)換S 波。當(dāng)t=80ms 時，從圖1(g)中可以看出，此時S 波到達(dá)分界面后也發(fā)生反射和透射，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)換P 波。在圖1(h)中對于不同類型的地震波做了相應(yīng)的標(biāo)識，從圖中可以看出對于兩層介質(zhì)中彈性波傳播時波場也比較復(fù)雜，有直達(dá)P 和S波、透射P 和S 波、反射P 和S 波、PS 轉(zhuǎn)換波和SP 轉(zhuǎn)換波。由于上述波場較為復(fù)雜，在學(xué)生認(rèn)識波場特征時容易混淆，鑒于這種情況，我們對于數(shù)值模擬技術(shù)做了相應(yīng)的改進(jìn)，在模擬過程中對P 波和S 波進(jìn)行了分離，圖2 為兩層模型t=90ms 時分離后的P 波和S 波波場快照，從圖2 中可以看出分離后的波場快照波場更加清晰，學(xué)生在認(rèn)識波場傳播特性時也會更加容易理解和掌握。
（二）瑞雷波傳播特性
瑞雷波方法是近年來發(fā)展較為迅速的一種工程地球物理方法，在講解瑞雷波傳播特點時主要是通過其傳播速度、能量衰減和頻散特點等三個方面展開的。由于瑞雷波屬于面波，與縱、橫波所屬的體波相比其傳播特點有較大的差別。在瑞雷波傳播特性這一節(jié)課程的講解過程中，我們就充分運用了數(shù)值模擬方法[6]。圖3 為均勻半空間模型下利用數(shù)值模擬方法獲得的t=260ms 時瑞雷波波場傳播快照，其中模型參數(shù)為：縱波速度Vp=1000ms，橫波速度Vs=577m/s，密度ρ =2.0g/cm3。從圖3 中可以看出，瑞雷波沿地表傳播，其傳播速度和橫波波速比較接近。從波場傳播快照中計算可得瑞雷波的傳播速度為Vr≈ 531m/s，而模型中已知的橫波速度為Vs=577m/s，瑞雷波速度和橫波速度兩者相比為0.92倍。由于所給模型為泊松體，從理論上分析可知，瑞雷波傳播速度和橫波傳播速度比值為0.92，這樣通過數(shù)值模擬，就很容易將瑞雷波和橫波的關(guān)系講解清楚，學(xué)生理解起來非常方便。
而對于瑞雷波傳播深度的知識點，從理論分析可知，瑞雷波的傳播深度為一個波長且波的能量呈指數(shù)衰減。對于瑞雷波的這個性質(zhì)，由于和體波傳播特性差別較大，學(xué)生們理解起來存在一定的困難。我們通過數(shù)值模擬，從波場傳播快照上就可以對這個問題給予清楚說明。從圖3 的快照中可以測量出瑞雷波在模型空間中的傳播深度約為50m，在50m 以下基本上看不到瑞雷波的存在，通過計算模擬時瑞雷波傳播的最大波長為44.2m，這充分說明瑞雷波的傳播深度為一個波長。為了說明瑞雷波能量呈指數(shù)衰減的問題，我們從波場快照上提取了一道瑞雷波數(shù)據(jù)并進(jìn)行指數(shù)擬合，得到該模型瑞雷波的能量衰減公式為：，其擬合曲線如圖4 所示。從圖中可見，在深度為44.2m 處能量衰減到原來的0.8%，在22.1m（即半個主波長）處能量衰減到原來的7.9%。因此，對于瑞雷波用于工程地質(zhì)勘察中，通常取二分之一波長為其有效勘探深度，就可以得到較合理的解釋了。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：地震勘探檢波器；原理；特性；問題
在地震勘探工作中，檢波器主要的作用為接收地震信號，屬于對地震信號進(jìn)行接收的前段環(huán)節(jié)，投入應(yīng)用能夠以直接的方式感知大地質(zhì)點振動。但是，從實際工作來看，倘若不能了解地震勘探檢波器的原理和特性，那么在使用過程中將會出現(xiàn)一些問題，從而影響地震勘探效果[1]?；诘卣鹂碧焦ぷ鞯男侍嵘嵌瓤紤]，本文便有必要對地震勘探檢波器原理和特性及有關(guān)問題進(jìn)行分析。
1.地震勘探檢波器原理及特性分析
1.1地震勘探檢波器原理
對于地震勘探檢波器來說，屬于一種振動傳感器，其工作原理和振動傳感器相同，為一個單自由度的振動系統(tǒng)。以感應(yīng)振動信號的物理量差異，可細(xì)分為三類傳感器，即：位移傳感器、速度傳感器以及加速度傳感器。但是，不論哪一類型的振動傳感器，均對當(dāng)中的一個物理量感應(yīng)，切主要以輸出的電信號和哪個物理量成正相關(guān)為準(zhǔn)則[2]。此外，從地震檢波器的機(jī)電轉(zhuǎn)換來看，其主要作用為把振動系統(tǒng)感應(yīng)的振動信號等比例地轉(zhuǎn)換成電信號。根據(jù)轉(zhuǎn)換原理角度來看，涵蓋的檢波器較多，如：電磁感應(yīng)檢波器、電容檢波器以及壓電檢波器等。
1.2地震勘探檢波器特性
從地震勘探檢波器的特性來看，主要有兩類：其一為動態(tài)特性；其二為靜態(tài)特性。兩方面的特性對檢波器的品質(zhì)有非常重要的影響。對于動態(tài)特性參數(shù)來說，涵蓋了固有頻率、阻尼系數(shù)、頻率響應(yīng)范圍以及頻率特性等等。對于靜態(tài)特性參數(shù)來說，涵蓋了有線性度、靈敏度、分辨率以及穩(wěn)定性等。
檢波器動態(tài)特性，指的是檢波器對隨著時間改變輸出量的響應(yīng)特性，其由傳感器自身決定，同時和被測量的改變方式也存在相關(guān)性。深入分析，動態(tài)特性是由檢波器的振動方程與力學(xué)特性決定的，經(jīng)解振動方程能夠獲取系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)一步將幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)函數(shù)求解出來，而決定響應(yīng)特性的參數(shù)主要包括檢波器的自然平率以及阻尼比。
2.地震勘探檢波器相關(guān)問題及排除方法分析
在上述分析過程中，對地震勘探檢波器原理及特性有了初步了解。但在實際應(yīng)用過程中，地震勘探檢波器還涉及相關(guān)問題。為了地震勘探檢波器的應(yīng)用價值得到有效提高，有必要對其問題及排除方法進(jìn)行分析。
2.1常規(guī)檢波器問題
基于地震勘探過程中，將20DX作為代表的檢波器統(tǒng)稱為常規(guī)檢波器，其自然頻率通常為10Hz。此類檢波器雖然能夠在常規(guī)地震勘探中發(fā)揮作用，但是也存在一些較為明顯的問題，主要包括：（1）指標(biāo)參數(shù)允差偏大，檢波器一致性差，進(jìn)而使地震資料的分辨能力下降。為此，處于高精度地震勘探過程中，需使用性能參數(shù)允差較小的檢波器。從現(xiàn)狀來看，允差在±2.5%的檢波器已投入市場，但成本費用相對增多。（2）存在較大的失真度，會對動態(tài)范圍造成影響，進(jìn)一步發(fā)生信號畸變。為此，需將常規(guī)檢波器的失真度控制在合理范圍內(nèi)，使其動態(tài)范圍滿足勘探要求，進(jìn)一步避免地震信號畸變的發(fā)生。（3）假頻低，會對頻帶范圍造成影響，進(jìn)而使橫向干擾產(chǎn)生較大的影響。因此，有必要控制假頻，消除造成的橫向干擾，進(jìn)而使勘探效果增強(qiáng)。
2.2自然頻率問題
對于自然頻率來說，屬于地震勘探中一大關(guān)鍵的檢波器參數(shù)，如果檢波器的自然頻率偏高，將會使地震信號的頻寬降低，這是一大問題。倘若無特殊的抑制低頻干擾，或者無增強(qiáng)某高頻段信號，可使用頻帶比較寬的檢波器。總而言之，對于檢波器來說，具備比較寬的頻帶范圍為宜。
2.3Ρ仁匝槲侍
檢波器對比試驗主要問題包括：其一，試驗?zāi)康牟粔蛎鞔_，在選取檢波器過程中，存在一些個人方面的因素，當(dāng)檢波器人對檢波器不夠熟悉的情況下，試驗便會出現(xiàn)問題。其二，試驗內(nèi)容不夠具體；其三，試驗資料分析針對性不夠強(qiáng)。針對上述問題，需明確檢波器對比試驗的目的，同時明確試驗內(nèi)容，采取合理、科學(xué)的分析方法，進(jìn)一步提升檢波器試驗的效果。
3.結(jié)語
通過本文的探究，認(rèn)識到地震勘探檢波器在地震探勘過程中的應(yīng)用價值較高。為了正確使用地震勘探檢波器，需了解地震勘探檢波器的原理及特性，進(jìn)一步對其實際應(yīng)用問題進(jìn)行分析，并采取有針對性的解決方法。相信在正確使用地震勘探檢波器，并結(jié)合地震資料采集成果分析的條件下，地震勘探工作的效率及質(zhì)量將能夠得到有效提高，進(jìn)一步為地震勘探的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]程建遠(yuǎn)，王盼，吳海，江浩.地震勘探儀的發(fā)展歷程與趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，01：30-35.
一、地震波場數(shù)值模擬簡介
地震波模擬是根據(jù)給定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)物理參數(shù)來模擬地震波的傳播過程，從而研究地震波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律。由于模擬過程中可直觀、形象、動態(tài)地顯示地震波動力學(xué)和運動學(xué)傳播特征，非常容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，可以收到事半功倍的教學(xué)效果。一般來說，地震波模擬可分為物理模擬和數(shù)值模擬兩種方法。物理模擬是在實驗室內(nèi)將野外的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)體按照一定的比例制作成物理模型，然后利用超聲波或激光超聲波等方法對野外地震勘探方法進(jìn)行模擬；數(shù)值模擬就是利用有限差分、有限元等數(shù)值方法求解波動方程，從而獲得已知模型的地震波傳播。采用物理模擬方法存在費用高、選材困難等缺點，并且不適合于課堂理論教學(xué)；而數(shù)值模擬只需要一臺較高計算速度的計算機(jī)就可全部解決問題，既簡單方便，成本又低，且非常適合于課堂理論教學(xué)。
地震波場數(shù)值模擬方法主要有幾何射線法和波動方程法。幾何射線法也稱為射線追蹤法，其主要理論基礎(chǔ)是，在高頻近似條件下，地震波的主能量沿射線軌跡傳播，即根據(jù)地震波的傳播規(guī)律確定地震波在實際地層中傳播的射線途徑，并運用惠更斯原理和費馬原理來重建射線路徑，利用程函方程等計算射線的旅行時間。射線法的主要優(yōu)點是概念明確、顯示直觀、運算方便、適應(yīng)性強(qiáng)，缺點是旅行時的計算在一定程度上是近似的，特別是對復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行三維射線追蹤時繁瑣且誤差較大。波動方程數(shù)值模擬方法是以彈性（粘彈性）理論及牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，求解雙典型偏微分方程-波動方程為手段的一種數(shù)值模擬方法。這種方法不僅能保持地震波的運動學(xué)特征，而且還能保持地震波的動力學(xué)特征。根據(jù)地震波場數(shù)值模擬所采用的這兩種不同方法的特點，我們在地震勘探原理課程講授過程中采用波動方程彈性波數(shù)值模擬方法，這種方法的模擬結(jié)果可以使學(xué)生更好地了解地震波在傳播過程中的運動學(xué)和動力學(xué)特征。目前用于波動方程數(shù)值模擬的方法主要有限差分法、有限元法、虛譜法等，在這些方法中有限差分法在計算精度、計算效率上都占有較大的優(yōu)勢，因此我們在數(shù)值模擬時采用了有限差分模擬方法[5]。
二、應(yīng)用實例
地震波數(shù)值模擬在地震勘探原理課程教學(xué)中的應(yīng)用比較廣泛，在大部分的知識點講解中都可采用數(shù)值模擬來對一些方法原理進(jìn)行動態(tài)演示。在本文中主要通過兩個知識點的應(yīng)用來說明數(shù)值模擬方法在地震勘探原理課程教學(xué)中的效果。
（一）地震波的傳播及界面處的反射、折射、透射和波形轉(zhuǎn)換
在講解地震波場的基本知識一節(jié)中，主要講解地震波的傳播特點，其中一些名詞如波前、波后、球面波、平面波等，學(xué)生理解起來比較抽象，一些概念只能靠死記硬背。在講解地震縱、橫波的傳播特點時，對于波在界面處發(fā)生的反射、透射、折射以及波形轉(zhuǎn)換等，由于學(xué)生對波場的概念沒有直觀的認(rèn)識，所以老師講解起來也非常抽象和費力。在這種情況下，我們將數(shù)值模擬技術(shù)引入到課堂教學(xué)中，通過開發(fā)地震波場實時模擬軟件，只需設(shè)置好模型和參數(shù)，軟件將以動畫的形式動態(tài)展示波場傳播的全過程。
下面以兩層介質(zhì)為例進(jìn)行說明：模型大小為600m×300m，網(wǎng)格大小為 ，時間采樣間隔為 。模型上層縱波波速為3 000m/s，橫波波速為1 732m/s，密度為1.8g/cm3；下層縱波波速為4 000m/s，橫波波速為2 300m/s，密度為2.0g/cm3。圖1為兩層介質(zhì)模型波場傳播快照（t=20～100ms），從圖中可見，當(dāng)t=20ms時縱波和橫波以震源為中心向下傳播，此時由于傳播時間較短，P波（縱波）和S波（橫波）在圖上還不能完全分清楚。當(dāng)t=40ms時，從圖中可以看出，由于P波波速較快傳播在前，S波在后，P、S波都是以震源為圓心的同心半圓。根據(jù)波場快照很容易讓學(xué)生理解波前和波后的概念。當(dāng)t=40ms時，從圖1（d）中可以看出，P波到達(dá)界面后發(fā)生反射和透射，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)換S波。當(dāng)t=80ms時，從圖1（g）中可以看出，此時S波到達(dá)分界面后也發(fā)生反射和透射，同時產(chǎn)生轉(zhuǎn)換P波。在圖1（h）中對于不同類型的地震波做了相應(yīng)的標(biāo)識，從圖中可以看出對于兩層介質(zhì)中彈性波傳播時波場也比較復(fù)雜，有直達(dá)P和S波、透射P和S波、反射P和S波、PS轉(zhuǎn)換波和SP轉(zhuǎn)換波。由于上述波場較為復(fù)雜，在學(xué)生認(rèn)識波場特征時容易混淆，鑒于這種情況，我們對于數(shù)值模擬技術(shù)做了相應(yīng)的改進(jìn)，在模擬過程中對P波和S波進(jìn)行了分離，圖2為兩層模型t=90ms時分離后的P波和S波波場快照，從圖2中可以看出分離后的波場快照波場更加清晰，學(xué)生在認(rèn)識波場傳播特性時也會更加容易理解和掌握。
（二）瑞雷波傳播特性
瑞雷波方法是近年來發(fā)展較為迅速的一種工程地球物理方法，在講解瑞雷波傳播特點時主要是通過其傳播速度、能量衰減和頻散特點等三個方面展開的。由于瑞雷波屬于面波，與縱、橫波所屬的體波相比其傳播特點有較大的差別。在瑞雷波傳播特性這一節(jié)課程的講解過程中，我們就充分運用了數(shù)值模擬方法[6]。圖3為均勻半空間模型下利用數(shù)值模擬方法獲得的t=260ms時瑞雷波波場傳播快照，其中模型參數(shù)為：縱波速度 =1000ms，橫波速度 =577m/s，密度 =2.0g/cm3。從圖3中可以看出，瑞雷波沿地表傳播，其傳播速度和橫波波速比較接近。從波場傳播快照中計算可得瑞雷波的傳播速度為 531m/s，而模型中已知的橫波速度為 =577m/s，瑞雷波速度和橫波速度兩者相比為0.92倍。由于所給模型為泊松體， 從理論上分析可知，瑞雷波傳播速度和橫波傳播速度比值為0.92，這樣通過數(shù)值模擬，就很容易將瑞雷波和橫波的關(guān)系講解清楚，學(xué)生理解起來非常方便。
而對于瑞雷波傳播深度的知識點，從理論分析可知，瑞雷波的傳播深度為一個波長且波的能量呈指數(shù)衰減。對于瑞雷波的這個性質(zhì)，由于和體波傳播特性差別較大，學(xué)生們理解起來存在一定的困難。我們通過數(shù)值模擬，從波場傳播快照上就可以對這個問題給予清楚說明。從圖3的快照中可以測量出瑞雷波在模型空間中的傳播深度約為50m，在50m以下基本上看不到瑞雷波的存在，通過計算模擬時瑞雷波傳播的最大波長為44.2m，這充分說明瑞雷波的傳播深度為一個波長。為了說明瑞雷波能量呈指數(shù)衰減的問題，我們從波場快照上提取了一道瑞雷波數(shù)據(jù)并進(jìn)行指數(shù)擬合，得到該模型瑞雷波的能量衰減公式為： ，其擬合曲線如圖4所示。從圖中可見，在深度為44.2m處能量衰減到原來的0.8%，在22.1m（即半個主波長）處能量衰減到原來的7.9%。因此，對于瑞雷波用于工程地質(zhì)勘察中，通常取二分之一波長為其有效勘探深度，就可以得到較合理的解釋了。
三、結(jié)論
通過以上兩個實例充分說明了數(shù)值模擬方法在地震勘探原理課程講解過程中的作用，對于學(xué)生掌握知識要點領(lǐng)確實有很大的幫助。通過數(shù)值模擬技術(shù)，可以將一些抽象的地震波動力學(xué)和運動學(xué)傳播理論進(jìn)行直觀、形象、動態(tài)的展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠較好地理解和扎實地掌握地震勘探的基本理論。
參考文獻(xiàn)：
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[關(guān)鍵詞]： 三維地震勘探 資料處理 應(yīng)用
0. 引言
三維地震勘探技術(shù)在煤田上的應(yīng)用經(jīng)過近二十年的發(fā)展，在東部平原取得了顯著的地質(zhì)效果，但隨著近幾年的開采，煤炭資源越來越少，而中西部地區(qū)的煤炭資源占全國煤炭資源總量的2/3，資源勘探的重點已轉(zhuǎn)向西部地區(qū)[1]。
由于西部地區(qū)第四系黃土層對地震波的吸收衰減比較強(qiáng)烈，且往往地形復(fù)雜，給地震勘探造成一定困難。隨著三維地震勘探技術(shù)在西部黃土塬區(qū)的應(yīng)用，針對黃土塬區(qū)三維地震勘探處理技術(shù)的應(yīng)用，對于提高勘探質(zhì)量為煤礦安全生產(chǎn)提供保障有著深遠(yuǎn)的影響。
1.項目概況
陜西某煤礦位于陜西省白水縣，由于原有勘探程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足采區(qū)設(shè)計和工作面劃分的要求。煤礦決定對采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，以為下一步的巷道布置和安全生產(chǎn)提供保障。由于勘探區(qū)內(nèi)黃土層較厚，不利于地震波的傳播，且黃土沖溝也發(fā)育，地表高差達(dá)200m，地形十分復(fù)雜；塬上及半坡密布大量的蘋果園，測量通視相當(dāng)困難，這給地震的采集造成較大的影響。
2.數(shù)據(jù)采集
（1）黃土覆蓋區(qū)段。巨厚黃土對地震波的吸收衰減極為強(qiáng)烈；區(qū)內(nèi)潛水面很深，低速帶調(diào)查結(jié)果表明，黃土層速度極低，其與基巖面可形成良好的波阻抗界面。因此塬上施工時該界面能產(chǎn)生折射、強(qiáng)反射及層間多次波，對目的層反射波形成嚴(yán)重干擾，該區(qū)域是本區(qū)激發(fā)條件較差的地區(qū)。
（2）坡積地段。坡積物成份復(fù)雜、堆積松散、成孔難、激發(fā)難，高差變化劇烈，是本區(qū)最難獲得資料地區(qū)。
（3）從原始資料上看，主要目的層反射波信噪比差異很大，勘探區(qū)南部邊緣及勘探區(qū)西北部資料相對較差。
總的來說，經(jīng)過野外的努力，對黃土覆蓋區(qū)來說獲得了較好的效果，資料有較大一部分主要目的層的信噪比很高，為完成勘探任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
3.資料處理的主要技術(shù)措施
針對原始資料以上的特點，制定了本次資料處理的指導(dǎo)思想：在“三高”處理過程中，以保幅處理為重心，重點提高資料的信噪比。突出目的層，兼顧淺、中、深層。
（1）靜校正
靜校正是地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度存在橫向變化，使得由此產(chǎn)生的地震波旅行時差會對信號的疊加效果產(chǎn)生一定的不利影響，致使反射波同相軸信噪比下降、頻率降低。
結(jié)合本區(qū)實際情況，確定了野外靜校正，初至折射靜校正、自動剩余靜校正逐步細(xì)化的靜校正應(yīng)用方法。在此補(bǔ)充說明的一點是在綠山初至折射靜校正的逐炮拾取階段，務(wù)求所拾取的初至折射波來自于在全區(qū)較能連續(xù)追蹤的同一層，以建立精確的近地表模型。
在準(zhǔn)確求取了綠山所得靜校正量后，分離長波長分量及短波長分量，應(yīng)用短波長分量，解決鄰道間的劇烈跳躍現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上多次求取剩余靜校正量。求自動剩余靜校正量時，應(yīng)在全區(qū)找一個較好的標(biāo)志層，使其達(dá)到效果理想而且保真。圖1是靜校正前后單炮對比。
（2）振幅處理
振幅處理包括：
a.補(bǔ)償?shù)卣鸩ǖ牡貙游眨?/p>
b.結(jié)合地層，選定速度進(jìn)行球面擴(kuò)散補(bǔ)償；
c.對地表一致性振幅分解，求出振幅補(bǔ)償因子，對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行消除由于激發(fā)、接收等因素引起的振幅能量差異進(jìn)行一致性校正；
d.動態(tài)振幅均衡。
對振幅的上述處理，完全消除了由于地表劇烈變化，地層吸收等因素對振幅產(chǎn)生差異。使振幅變化真正反映地層物性參數(shù)的差異。
（3）干擾波消除
a.迭前濾波：15～25、140～160消除低頻及高頻干擾。
b.剔除壞道，不正常道，尖脈沖等。
c.初至干擾波及聲波的切除。
（4）地表一致性處理
在地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，選用地表一致性預(yù)測反褶積。完成在炮域，接收點域、共偏移距域的地表一致性預(yù)測，同時壓縮子波，提高分辨率及信噪比。
（5）速度分析
由于靜校正部分地段信噪比極低的影響，使速度分析很難一次到位，針對本區(qū)采取如下措施。
a.先采用常速度疊加，拾取較好段的速度值作為初始速度。
b.在二次剩余靜校正之后做速度分析。
c.采用大道集進(jìn)行速度分析。
d.在構(gòu)造復(fù)雜處加密速度控制點。
（6）DMO疊加
針對本區(qū)的實際資料，采用DMO疊加，依據(jù)為：
a.水射和傾斜反射同相軸在DMO疊加過程中均能同時正確成像。
b.DMO技術(shù)改善了疊加速度對地層傾角的依賴，提高了速度分析精度，并為準(zhǔn)確求取偏移成像速度場提供基礎(chǔ)條件。
c.DMO本身是一種多道運算的部分偏移過程，在此過程，隨機(jī)噪音得到了壓制，提高了資料信噪比。
（7）疊后去噪
采用多項式擬合衰減隨機(jī)噪聲，利用一次波減去法削除中、深層的多次波。圖2、圖3為去噪前后疊加剖面對比圖。
（8）偏移
采用15°有限差分法進(jìn)行偏移，處理過程中對偏移速度進(jìn)行充分試驗。依據(jù)實驗，對偏移速度采用時空變系數(shù)，使各地段達(dá)到最佳偏移效果。是圖4為偏移后的時間剖面。
（9）提高頻率
處理中對譜白化反譜積，反Q濾波、分頻處理，脈沖褶積，迭后子波反褶積等提頻方法加以綜合利用，反復(fù)試驗，在不過多損害信噪比的情況下盡量提高頻率。
（10）特殊處理
為了能更加準(zhǔn)確地反映地下真實情況，突出小構(gòu)造，采用了如下特殊處理方法：
a.地震道積分
b.遞推式波阻抗反演
c.三瞬處理
d.多道約束地層反演
4. 結(jié)論
針對黃土塬區(qū)復(fù)雜的地表地質(zhì)條件，在野外采集完數(shù)據(jù)后，在三維地震勘探資料處理環(huán)節(jié)采用多項處理技術(shù)和流程，取得了較好的效果。
參考文獻(xiàn)：
[關(guān)鍵字]：三維地震 煤田 勘測
1.引言
中國煤礦采區(qū)地震勘探技術(shù)歷經(jīng)將近 50 年的發(fā)展，出現(xiàn)了三次重大的技術(shù)飛躍，現(xiàn)已成為煤礦高效安全開采前構(gòu)造勘探的首選技術(shù)，回顧煤礦采區(qū)地震勘探技術(shù)的發(fā)展歷程，預(yù)計三維多波地震勘探技術(shù)的發(fā)展成熟，有望成為煤礦采區(qū)地震勘探技術(shù)的第四次技術(shù)飛躍，這還有待于在現(xiàn)有三維地震勘探技術(shù)不斷發(fā)展完善的基礎(chǔ)上，以期早日得到實質(zhì)性的突破。
2. 三維地震勘測的原理
2.1 三維地震勘測原理
三維地震采是用高密度的、各種形式的面積觀測系統(tǒng)，所以三維地震又叫面積勘探法。它是在二維地震勘測技術(shù)上發(fā)展而來的。與二維地震勘測相比，三維地震勘測獲得的信息量非常豐富，且地震剖面分辨率高。
2.1.1 面積測量系統(tǒng)反射波時距
根據(jù)物理地震學(xué)的原理，地震波從炮點激發(fā)后，將會以球面波的形式向下繼續(xù)傳播。根據(jù)惠更斯原理，波遇到反射界面后，可以把反射界面上每一點看做是一個新震源，每個質(zhì)點都激發(fā)球面波向前傳播。對地面某個接收點 S 來說，它所接受的反射波，就是一系列來自反射界面的波的總和。
2.1.2 折曲測線觀測系統(tǒng)反射波時距
有的地區(qū)由于地表條件限制，為了完成地震勘探任務(wù)，往往把測線布置成折曲測
線、波狀測線及環(huán)行測線。這類測線的基礎(chǔ)是彎曲測線，時距方程為 ：
（2.1）
式中，V：介質(zhì)速度；H：反射界面埋藏深度； ：地震波垂直反射時間；l：炮檢距。若已知激發(fā)點 和接收點S的平面坐標(biāo)，則
（2.2）
（2.3）
其中， 表示激發(fā)點O的坐標(biāo)， 表示接受點的坐標(biāo)?？梢钥闯?，彎曲測線反射波時距曲線是一條與激發(fā)點和接收點的平面坐標(biāo)有關(guān)的、復(fù)雜的空間曲線。但是，不管曲線多么復(fù)雜，只要能用數(shù)學(xué)公式模擬，就可通過解方程的方法把反射界面確定下來。
2.2 觀測系統(tǒng)設(shè)計原理
三維觀測系統(tǒng)主要有兩大類：線束狀觀測系統(tǒng)和面積觀測系統(tǒng)。
面積觀測系統(tǒng)：接收點以網(wǎng)格形式全區(qū)密集采樣分布，炮點是以較稀疏網(wǎng)格分布，或以相反的形式分布，它完全滿足 3D 對稱采樣的觀測系統(tǒng)，但缺點是費用太高，在實際生產(chǎn)中無法實現(xiàn)。線束型觀測系統(tǒng)：接收點以一定采樣間隔以一條或多條平行線的方式分布，激發(fā)點沿著炮線分布的觀測系統(tǒng)。
2.3 疊加原理
2.3.1 水平疊加剖面
在用多次覆蓋的方法采集得到的地震資料處理過程中，把共同反射點的許多道的記錄經(jīng)動校正并疊加起來，以提高訊噪比，壓制干擾。用這種方法處理所得到的地震剖面叫水平疊加剖面。
水平疊加剖面是地震構(gòu)造解釋的主要是時間剖面，同時又是地震地層解釋中應(yīng)用最廣的資料。
2.3.2 傾斜界面偏移歸位的基本原理
首先，如圖1所示，自激自收得到的反射信息對應(yīng)的反射點位置可能來自以 1/2Vt 為半徑，以自激自收點 O 為圓心的圓弧上的任一點。
根據(jù)上圖可知，如果只有一道自激自收記錄，而沒有其它的資料來配合，那么就無法確定反射點在地下的準(zhǔn)確位置。事實上，可以用反向射線追蹤的方法來確定反射界面的位置。
3.總結(jié)
三維地震勘探是當(dāng)今地震勘探的新領(lǐng)域和新技術(shù)，從設(shè)計、采集、處理到解釋，都需要認(rèn)真地分析研究各個階段的主要矛盾，以科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、務(wù)實的工作方法、保質(zhì)保量地完成勘探地質(zhì)任務(wù)才會取得好的地質(zhì)效果。
參考文獻(xiàn)
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