目录介绍：

• 1、地震检波器
• 2、地震勘探野外数据采集系统简介
• 3、什么是地震检波器？
• 4、组合检波
• 5、组合检波及组合效应
• 6、地震勘探仪器的操作

地震检波器

地震检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地震检波器几乎完全是动圈电磁式（用于陆地工作）和压电式（用于海洋和沼泽工作）的。接收纵波的垂直检波器有如下几类：

1.动圈式地震检波器

这类检波器的结构如图3-4-1所示，其机电转换通过线圈相对磁铁往复运动实现。线圈及线枢由一个弹簧系统支撑在永久磁铁的磁极间隙内，组成一个振动系统。当线圈在磁极间隙中运动时线圈切割磁力线，同时在线圈两端产生感应电势，感应电势的大小与线圈切割磁通量的速度成正比，也就是说，与其相对于磁铁的运动速度成正比。因此，动圈式检波器也称为速度检波器。大地作垂向运动时，磁铁随之运动，但线圈由于其惯性而趋于保持固定，使线圈和磁场之间有相对运动。对于水平的运动，线圈相对于磁铁是不动的，它的输出为零。

2.动磁式检波器

这种检波器主要用于地震测井，因此生产的数量很少。其结构见图3-4-2。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。地震波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻差改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

图3-4-1 动圈式检波器结构简图

图3-4-2 动磁式检波器结构原理示意图

3.压电式检波器

这种检波器一般用于水下一定深度接收地震波。它是用压电晶体或类似的陶瓷活化元件作为压力传感元件。当这类物质受到物理形变时（如水压力变化），它们产生一个与瞬时水压（和地震信号有关）成正比的电压。因此，这种检波器称作压力检波器或水下检波器。

还有一种压力检波器通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆（称拖缆）内。

4.涡流地震检波器

这是日本OYO公司1984年研制成的一种新型检波器，其结构见图3-4-3。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理制成。一个固定的圆柱形磁铁沿中央轴安装在机壳内，线圈固定地绕在永久磁铁的外面，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地震振动驱动时，固定在机壳里的永久磁铁和机壳一起运动，但由弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动。于是，永久磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压。

图3-4-3 涡流地震检波器的结构图

1 in＝2.54 cm

涡流检波器的自然频率为17 Hz，在20 Hz以上时频率响应随频率增高其灵敏度线性增大，因此可用于高分辨率地震勘探。实践证明这种检波器对低频干扰和面波等有较强的压制能力，对强波之间的弱反射分辨较好；但总的灵敏度低于常用的动圈式检波器，对深层反射不利。

地震勘探野外数据采集系统简介

地震勘探数据采集系统可把接收到的地面振动转换为电信号，记录这种信号就称为地震记录。数据采集系统主要由地震检波器和数字地震仪组成。

2.1.2.1 地震检波器

检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的地震探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地震检波器几乎完全是动圈电磁式(用于陆地工作)和压电式(用于海洋和沼泽工作)的。这里只介绍接收纵波的垂直检波器。

2.1.2.1.1 地震检波器的主要类型和工作原理

动圈式地震检波器 这类检波器结构如图2-1所示，其机电转换通过线圈相对磁铁往复运动而实现。线圈及线枢由一个弹簧系统支撑在永久磁铁的磁极间隙内，组成一个振动系统。当线圈在磁极间隙中运动时，线圈切割磁力线，同时在线圈两端产生感应电势，感应电势的大小与线圈切割磁通量的速度成正比，也就是说，与其相对于磁铁的运动速度成正比。因此，动圈式检波器也称为速度检波器。大地作垂向运动时，磁铁随之运动，但线圈由于其惯性而趋于保持固定，使线圈和磁场之间有相对运动。对于水平的运动，线圈相对于磁铁是不动的，所以，这种检波器的输出为零。

动磁式检波器 这种检波器主要用于地震测井，因此生产的数量很少。其结构见图2-2。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。地震波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻差改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

图2-1 动圈式检波器结构示意图

图2-2 动磁式检波器结构原理示意图

压电式检波器 这种检波器一般用于水下一定深度接收地震波，它是用压电晶体或类似的陶瓷活化元件作为压力传感元件，当这类物质受到物理形变时(如水压力变化)，它们产生一个与瞬时水压(和地震信号有关)成正比的电压，因此，这种检波器称作压力检波器或水下检波器。还有一种压力检波器，通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆(称拖缆)内。

涡流地震检波器 这是一种新型检波器，其结构见图2-3。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理而制成。一个固定的圆柱形磁铁沿中央轴安装在机壳内，线圈固定地绕在永久磁铁的外面，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地震振动驱动时，固定在机壳里的永久磁铁和机壳一起运动，但由于弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动，于是，永久磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压，通常把这种检波器也称为加速度检波器。

图2-3 涡流地震检波器的结构图

2.1.2.1.2 检波器的特性及指标要求

人工产生的地震波再经地下界面反射后传播到地面引起的地面振动是非常微弱的，因此要求检波器具有较高的灵敏度。另外，为分辨地下多层介质，要求检波器的固有振动延续度尽可能小，即应有较大的阻尼系数，再加上检波器的频率特性和相位特性。即我们把固有频率、阻尼系数、灵敏度作为评价检波器的重要参数。它们分别与检波器的弹簧的弹性系数、惯性体的质量、内阻和负载阻抗、机电耦合系数、摩擦系数等有关。一个合格的检波器，应有标定值，而且实测值应与标定值一致。

2.1.2.2 地震数字记录系统简介

图2-4为数字记录系统的方框图。图中除检波器外，可分为五大部分，其中有3个方面的技术水平直接代表了地震仪的技术水平：

1)前置放大及滤波部分。这一部分属模拟电路部分，主要功能是对检波器接收的电信号放大及滤波。

图2-4 地震记录系统框图

2)多路转换器部分。这一部分实质是对多道输入信号进行采样。这是一个核心部件，若对很多道(上千道)用小采样间隔采样，就要求在一个采样间隔时间内对所有道采样一次。

3)瞬时增益放大器部分。这是一个变放大系数的放大器，是一个核心部件。该部件体现了记录系统的动态范围，能将能量强弱差别很大的波记录下来。

4)A/D转换器。是将模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号的有效数位影响地震波振幅的精度，目前已普遍采用24位转换器，这也是一个核心部件。

5)数字记录部分。经前几部分得到的数字地震信号可记录在大容量的磁带或磁盘上，以供后续进行地震资料处理。

什么是地震检波器？

现在大家都知道了由地下深层反射回来的地震波的能量非常非常弱，我们怎样接收和测量这种能量呢？接收微弱地震波的第一步是用灵敏度很高的地震检波器，它甚至能将其旁边一根小草的摆动所引起的振动记录下来。检波器怎样将这种微小的振动接收下来，并展示给我们看呢？还是让我们做个最简单的实验吧！首先拿一块马蹄形磁铁固定在桌面上，然后用一个接有电流计的线圈在磁铁中间来回移动。这时，我们会发现，随着线圈的移动，电流计指针也随之偏转摆动，说明电流计中有电流流过，线圈移动越快，指针摆动越大。指针摆动的大小代表了电流的强弱，也代表了线圈移动的快慢。这是因为线圈在磁场中运动时能在线圈两端产生电动势，从而有电流流动。人们就是利用这种方法使机械振动能量变成容易测量并展示出来的电能。地震勘探用的电磁型检波器正是利用这种原理制作出来的。应用这样的检波器比直接测量地面机械振动容易得多，也便于记录、放大和显示。在地面上，按一定间距埋置众多检波器，并用它来接收地震波，多重记录和处理可制作成地震剖面。在剖面上不仅能看出地层高低起伏不平，还能看到由于地壳运动形成的断层。所以地震检波器是一种将机械振动转换为电能的机电转换装置。由于各种检波器的设计不同，因而，灵敏度和频率特性也不同，所以，形成了不同的检波器型号。现在陆地用的几乎都是动圈式电磁型检波器，目前又开发了数字检波器，沼泽或海洋中使用的检波器都是压电式的，也有人将海洋地震勘探中使用的检波器称为水听器。

地震检波器

地震剖面

组合检波

从理论上讲，接收地震波时，将检波器安置在接收点即可。在实际中，由于干扰波的存在以及有效波质点振动方向等因素，如何才能最大限度地接收到有效波，最大限度地压制干扰波，一般在地震波接收中要采用相应的技术措施，例如组合检波就是一种很有效的压制干扰方法。在接收地震波时，压制干扰主要是利用有效波与干扰波之间的频率差异、视速度（波传播方向）差异、质点振动方向差异以及波的随机性差异进行。频谱差异的利用是通过接收仪器上的频率滤波实现。除频率滤波外，可将其他方法归纳为利用波的方向特性和统计效应两大部分。地震波的方向特性又可分为第一类方向特性（即质点振动方向与接收仪器的响应关系）和第二类方向特性（即传播方向与接收仪器的响应关系）。

9.4.1 质点振动方向与检波器的灵敏度

质点振动方向与检波器的响应关系称为第一类方向特性。检波器的灵敏度则是描述检波器对质点振动响应的量度。一般检波器均有一个灵敏度（或出厂灵敏度），我们称为最大灵敏度，用W0表示。在实际工作中，检波器对质点振动的响应称为有效灵敏度，用W1表示，W1总是小于或等于W0。

有效波从地下经过低速带到达地面时，射线方向几乎垂直地面。所以对于纵波来说，其质点振动方向也几乎垂直于地表，这时，使用垂向地震检波器记录地面位移的垂直分量，可得到最大的灵敏度。同理，使用水平地震检波器记录地面位移的水平分量有最大的灵敏度。因此，纵波勘探时只使用垂向地震检波器，横波勘探中要使用水平地震检波器。这是由于这两种单分量地震检波器具有不同的方向特性，假定垂向地震检波器的方向特性在垂向方向有最大的灵敏度W01，在水平方向灵敏度为零，则任意方向振动的波其有效灵敏度W1是

勘查技术工程学

其中：β是质点振动方向与地面法线的夹角，如用极坐标表示这个关系，可得到图9-15（a）的图形。对于水平地震检波器，有类似关系式

勘查技术工程学

其中：W02是水平地震检波器的最大灵敏度；W2为有效灵敏度，其方向特性图见图9-15（b）。

由此可见，当采用纵、横波联合勘探时或者记录三维空间中的任意方向振动时，都应该采用三分量地震检波器，这种检波器有x，y，z三个方向的机电转换能力。

9.4.2 组合检波及组合效应

地震组合检波是将多个检波器串连或并连在一起接收地震波的方法，也称为地震组合法。

图9-15 地震检波器垂向（a）和水平向（b）的方向特性

地震组合法是利用干扰波与有效波的传播方向不同（第二类方向特性）压制干扰波的一种有效方法。它主要用于压制面波之类低视速度规则干扰及无规则的随机干扰。组合法除将多个检波器接收构成一个地震道的输入外，还可将多个震源同时激发构成一个总震源，前者称为检波器组合，后者称为震源组合。按照互换原理，震源组合与检波器组合的原理是等价的。因此，我们以检波器组合法为例讨论地震组合法原理。在实际生产中，检波器组合形式多样，有线形组合、面积组合、等灵敏度组合、不等灵敏度组合等等，但大都是以简单线性组合为基础，所以本节着重讨论简单线性组合理论。组合检波还可在计算中心资料处理中进行。

9.4.2.1 规则波的组合效应

首先讨论最简单的线性组合。设有一频率为f，速度为v，波长为λ的简谐规则波沿地表x方向传播。若在x轴上用两个间隔为Δx的检波器接收，将两个检波器的输出相加，即为组合检波结果。我们称Δx为组合距，是组合检波中可选择的参数。如果选Δx=λ时，组合后的波幅值可增加一倍，若当Δx=时，组合后的波幅值由于正负抵消而为零。可见，对不同波长的地震波通过选取不同的组合距而使组合后信号增强或削弱。

对一般沿任意方向传播的地震波，其组合效应可用组合特性曲线描述。如图9-16所示，设有一射线（A、B线）与地面夹角为e的规则波出射到地面，波函数用f（t）=Asinωt表示，m、n线为波前面，该波到达D1和D2接收点之间的时差为Δt，D1和D2是参与组合的几个检波器中的两个，其中Δx为组合距，则第i个检波器接收的信号为

勘查技术工程学

组合后的结果可用F（t）表示为

图9-16 射线方向与检波组合示意图

勘查技术工程学

若设f（t）的频谱为s（ω），则F（t）的频谱S（ω）为

勘查技术工程学

由视速度定理Δt=Δx/v*，代入（9.4-7）式

勘查技术工程学

式中：s（ω）为单检波器接收到波的频谱；S（ω）为组合后波的频谱；K（）=称为线性组合的综合特性。

若令φ=-ωΔt=-ω，代入 K（）表达式，则利用等比级数求和公式和三角关系，

K（）可成为

勘查技术工程学

如果选f（t）是振幅为a0相位为零的谐波，则其频谱为

勘查技术工程学

式中：A=a0为组合后地震波的振幅谱；2 φ为相位谱，它与组合中心处检波点波

的相位相同。组合后振幅特性与波的传播方向和频率有关，下面从方向特性和频率特性两方面分析振幅谱的特性。

（1）组合方向特性曲线

当波的主频固定时，组合后波的振幅只与波的射线方向有关，我们称与波射线方向有关的组合振幅特性为组合方向特性。归一化的组合振幅特性（a0=1）表达式为

勘查技术工程学

如图9-17为组合方向特性曲线。由图9-17 可以看出，组合方向特性曲线有明显规律性，对于高视速度的规则波，近乎垂直到达各检波点，相邻检波点之间的时差Δt→0，Φ达到最大值。在0≤Δt/T≤1/2 n 区间内，Φ≥0.707，称为通放带，Δt/T=1/2 n 的横坐标点称作通放带边界点。在1/n≤Δt/T≤（n-1）/n 区间内，Φ值最小，而且有 n-1个零值点，对规则波有最大衰减，此区间称为压制带。组合数目多少对特性曲线也有影响，组合数目增加，通放带边界点向左移，通放带变窄，压制带内的极值降低。

因此，只要波的视速度很大，就可落入通放带，组合后输出波的振幅就得到加强（有效反射波通常都满足），是未组合前单个检波器输出振幅的n倍，而对低视速度的规则波（如面波等）组合后相对受到压制。由于视速度等于频率除以波数，当频率固定时，组合也可看成是波数滤波，波数是空间上的概念，所以组合主要是空间滤波。在设计组合检波时，根据干扰波的波长及视速度，选择适当的n和Δx，则可压制干扰波。

图9-17 组合数目不同的方向特性

（2）组合频率特性曲线

若将φ=-ωΔt=-2πfΔt代入（9.4-9）式，

勘查技术工程学

以Δt为参量，f为自变量，可绘制组合频率特性曲线，如图9-18所示。

图9-18 组合法频率特性

从组合频率特性曲线可见，Δt=0时，亦即波的视速度趋于无穷时，组合后对所有频率成分都没有频率滤波作用。随Δt增大，频率特性曲线通放带与压制带越明显，并且通放带变窄，表明组合具有频率滤波作用，对于高频成分有压制作用，组合后波形产生畸变。我们不希望组合改变波形，只希望提高信噪比。因此，对于有效反射波应尽可能通过野外工作方法增大视速度（即减小Δt）以获得最佳组合效果。

9.4.2.2 非规则波的组合统计效应

研究非规则波的组合特性，只能用概率统计理论。多点接收的非规则干扰波是时间和空间位置的函数，通常用nj（t）表示，t表示时间变量，j表示空间位置的道号。由于组合是同时间不同位置上振动的叠加，所以组合特性主要取决波随空间位置的变化规律。

设地震记录fi（t）是由有效波si（t）和随机干扰波ni（t）组成

勘查技术工程学

组合后结果用F（t）表示，组合道数为m，

勘查技术工程学

若组合前有效波振幅用 A s表示，干扰波振幅用均方差σ±=表示，则信噪比 b=As/σ±。组合后有效波振幅为 mA s ，干扰波均方差σΣ为

勘查技术工程学

式中

勘查技术工程学

信噪比

勘查技术工程学

则得组合的统计效应为

勘查技术工程学

可见，当组合距大于相关半径，组合内各检波点接收的不规则干扰波互相统计独立。β=0，组合后的信噪比比组合前提高倍，组合统计效应 G 达到最大。

组合检波及组合效应

地震组合检波是将多个检波器串连或并连在一起接收地震波的方法，也称为地震组合法。

地震组合法是利用干扰波与有效波的传播方向不同(第二类方向特性)压制干扰波的一种有效方法。它主要用于压制面波之类低视速度规则干扰及无规则的随机干扰。组合法除将多个检波器接收构成一个地震道的输入外，还可将多个震源同时激发构成一个总震源，前者称为检波器组合，后者称为震源组合。按照互换原理，震源组合与检波器组合的原理是等价的。因此，我们以检波器组合法为例讨论地震组合法原理。在实际生产中，检波器组合形式多样，有线形组合、面积组合、等灵敏度组合、不等灵敏度组合等等，但大都以简单线性组合为基础，所以本节着重讨论简单线性组合理论。

2.4.2.1 规则波的组合效应

首先讨论最简单的线性组合。设有一频率为ƒ，速度为V，波长为λ的简谐规则波沿地表

方向传播，若在x轴上用两个间隔为Δx的检波器接收，将两个检波器的输出相加，即为组合检波结果。我们称Δx 为组合距，是组合检波中可选择的参数。如果选Δx=λ时，组合后的波幅值可增加一倍，若当

时，组合后的波幅值由于正负抵消而为零。可见，对不同波长的地震波通过选取不同的组合距而使组合后信号增强或削弱。

图2-37 射线方向与检波组合示意图

对一般沿任意方向传播的地震波，其组合效应可用组合特性曲线描述。如图2-37所示，设有一射线(A、B线)与地面夹角为 e 的规则波出射到地面，波函数用ƒ(t)=Asinωt表示，m、n线为波前面，该波到达D1和D2接收点之间的时差为Δt，D1和D2是参与组合的几个检波器中的两个，其中Δx为组合距，则第i个检波器接收的信号为

地震勘探原理、方法及解释

组合后的结果可用F(t)表示为

地震勘探原理、方法及解释

若设ƒ(t)的频谱为s(ω)，则F(t)的频谱S(ω)为

地震勘探原理、方法及解释

由视速度定理Δt=Δx/V∗，代入(2.4-7)式

地震勘探原理、方法及解释

式中：s(ω)为单检波器接收到波的频谱；S(ω)为组合后波的频谱；

称为线性组合的综合特性。

若令φ=-ωΔt=

，代入K(

)表达式，则利用等比级数求和公式和三角关系，K(

)可成为

地震勘探原理、方法及解释

如果选ƒ(t)是振幅为a0、相位为零的谐波，则其频谱为

地震勘探原理、方法及解释

式中：A=a0

为组合后地震波的振幅谱，

为相位谱，它与组合中心处检波点波的相位相同。组合后振幅特性与波的传播方向和频率有关，下面从方向特性和频率特性两方面分析振幅谱的特性。

2.4.2.1.1 组合方向特性曲线

当波的主频固定时，组合后波的振幅只与波的射线方向有关，我们称与波射线方向有关的组合振幅特性为组合方向特性。归一化的组合振幅特性(a0=1)表达式为

地震勘探原理、方法及解释

将φ=-ωΔt=-ωΔxsinα/V代入，得

地震勘探原理、方法及解释

式中：Δx为组合距，V为波速，α为波前面与地面的夹角。当α=0时，波射线垂直地面到达地面，Φ(n，α)=1；α=90°时，波射线平行地面传播，Φ(n，α)=0；0＜α＜90°时，波射线与地面成任一夹角，0＜Φ(n，α)＜1。可见，随波射线传播方向不同，组合后振幅在0～1(最大值)之间变化。

若将波传播方向转化为时差Δt，即可将φ=-ωΔt=-2πΔt/T代入(2.4-11)式，得

地震勘探原理、方法及解释

式中：T为周期，Δt为波到达相邻道时差，以

为自变量，m、n为参数可绘出组合方向特性图，称为组合方向特性曲线，如图2-38所示。

图2-38 组合数目不同的方向特性

组合方向特性曲线有明显规律性，对于高视速度的规则波，近乎垂直到达各检波点，相邻检波点之间的时差Δt→0，Φ 达到最大值，在0≤Δt/T≤1/2n 区间内，Φ≥0.707，称为通放带，Δt/T=1/2 n的横坐标点称作通放带边界点。在1/n≤Δt/T≤(n-1)/n区间内，Φ值最小，而且有n-1个零值点，对规则波有最大衰减，此区间称为压制带。组合数目多少对特性曲线也有影响，组合数目增加，通放带边界点向左移，通放带变窄，压制带内的极值降低。

因此，只要波的视速度很大，就可落入通放带，组合后输出波的振幅就得到加强(有效反射波通常都满足)，是未组合前单个检波器输出振幅的n倍，而对低视速度的规则波(如面波等)组合后相对受到压制。由于视速度等于频率除以波数，当频率固定时，组合也可看成是波数滤波，波数是空间上的概念，所以组合主要是空间滤波。在设计组合检波时，根据干扰波的波长及视速度，选择适当的n和Δx，则可压制干扰波。

2.4.2.1.2 组合频率特性曲线

若将φ=-ωΔt=-2πƒΔt代入(2.4-11)式，

地震勘探原理、方法及解释

以Δt为参量，ƒ为自变量，可绘制组合频率特性曲线，如图2-39。

从组合频率特性曲线可见，Δt=0时，亦即波的视速度趋于无穷时，组合后对所有频率成分都没有频率滤波作用，随Δt增大，频率特性曲线通放带与压制带越明显，并且通放带变窄，表明组合具有频率滤波作用，对于高频成分有压制作用，组合后波形产生畸变。我们不希望组合改变波形，只希望提高信噪比。因此，对于有效反射波应尽可能通过野外工作方法增大视速度(即减小Δt)以获得最佳组合效果。

图2-39 组合法频率特性

2.4.2.2 非规则波的组合统计效应

研究非规则波的组合特性，只能用概率统计理论。多点接收的非规则干扰波是时间和空间位置的函数，通常用nj(t)表示，t表示时间变量，j表示空间位置的道号。由于组合是同时间不同位置上振动的叠加，所以组合特性主要取决波随空间位置的变化规律。

2.4.2.2.1 随机干扰的数字特征

用统计法描述随机干扰波特征的3个参数就是平均值、方差和相关值，即任一序列ni为随机序列，应满足以下条件：

1)数学期望或均值为零

地震勘探原理、方法及解释

2)相关系数R

地震勘探原理、方法及解释

3)方差D

地震勘探原理、方法及解释

以上表示完全不相关的随机序列的数字特征。对地震记录中的非规则干扰波，虽具有随机数的特征，但不是完全不相关，则相关系数可写成相关函数。

R(l)=∑nini+l (2.4-18)

式中：l为相关步长，l=0时，R(0)为自相关极大值，定义归一化相关函数为

地震勘探原理、方法及解释

当ρ(l0)=0时，表明随机序列统计独立，即相距l0的两随机干扰波互不相似，称l0为相关半径，设Δx为两检波点之间距离。当Δx大于相关半径的两道非规则干扰波为随机干扰波，它们互不相关。

2.4.2.2.2 组合的统计效应

设地震记录ƒi(t)是由有效波si(t)和随机干扰波ni(t)组成，

ƒi(t)=si(t)+ni(t) (2.4-20)

组合后结果用F(t)表示，组合道数为m，

地震勘探原理、方法及解释

若组合前有效波振幅用As表示，干扰波振幅用均方差σ干=

表示，则信噪比b=As/σ干。而组合后有效波振幅为mAs，干扰波均方差σΣ为

地震勘探原理、方法及解释

式中

地震勘探原理、方法及解释

信噪比

地震勘探原理、方法及解释

则得组合的统计效应为

地震勘探原理、方法及解释

可见，当组合距大于相关半径，组合内各检波点接收的不规则干扰波互相统计独立，β=0，组合后的信噪比比组合前提高

倍，组合统计效应G达到最大。

2.4.2.3 组合方式及参数选择

2.4.2.3.1 组合方式

用于压制干扰波的组合方式很多，可分为以下几类。

等灵敏度线性组合 线性组合是将参与组合的检波器沿测线方向排成一条直线，主要压制沿测线方向的规则干扰波和随机干扰。等灵敏度组合指在组合范围内，每个接收点放置的检波器数量相同(即灵敏度相同)。前节所讨论的组合均为等灵敏度线性组合。

不等灵敏度组合 不等灵敏度是在组合范围内，每个接收点放置的检波器数量不同。一般在组合排列的中间接收点放置的检波器数量比两边多。不等灵敏度组合特性曲线的压制带更宽，压制干扰波效果更好。

面积组合 面积组合是将组合检波器以圆形、菱形或正方形等分布在一定面积内。面积组合能压制来自任意方向的干扰波。

2.4.2.3.2 参数选择

在组合中，组合效果的好坏与组合参数有关，即与组合数目、组合距(组内检波器间距)、组合基距(组内检波器排列长度)有关。在组合方案设计中，这些参数的确定是重要的。通常有这样的考虑：

1)尽可能使有效波落入通放带，使干扰波落入压制带。组合距为

地震勘探原理、方法及解释

地震勘探原理、方法及解释

2)适当增加组合数目，但不宜过多。

3)既要考虑方向特性，又要兼顾统计效应，组合距应大于随机干扰波的相关半径(地震勘探中相关半径为数十米)。

4)从压制干扰波的角度出发，组合基距δx应为

地震勘探原理、方法及解释

从有效波角度考虑，组合基距应为

地震勘探原理、方法及解释

地震勘探仪器的操作

在地震勘探野外教学中一般使用浅层工程地震仪器采集反射地震波或折射地震波的数据，这里以GeoPen公司生产的SE2404型24道工程地震仪和美国GEOMETRICS公司生产的NZ-24型浅层工程地震仪为例介绍仪器的使用方法。

(一)SE2404型工程地震仪的操作

GeoPen公司生产的工程地震仪具有24个数据采集通道，其中“SeisPort1”端口通过大线连接1～12道地震检波器，“Seis Port2”端口通过大线连接13～24道地震检波器，仪器设有外触发端口“Trigger”连接触发器或起爆器。仪器采用Windows操作平台，可通过鼠标和功能键操作采集数据。

仪器主要技术指标

应用地球物理教学实习指导

1.设置参数

启动仪器桌面上的数据采集程序“地震采集”后，显示如图4-7-20的操作界面:

图4-7-20 24道工程地震仪操作界面

数据采集前，首先设置观测系统参数，点击“参数设置”显示如图4-7-21的操作界面。在菜单中填写采集通道数、采样点数，采样率、触发方式、陷波、高切频、低切频、偏移距、道间距和桩号增量等参数。其中，采样点数一般设为1k或2k;采样率一般设为0.25ms，0.5ms或1ms;触发方式设为外触发;陷波器设为50Hz;高、低切频可根据现场的干扰因素而定，如1000Hz和10Hz;偏移距和道间距按规定的观测系统而定。当参数输入完后点击“确定”。

2.采集和叠加

参数设置完后，点击“采集”键可进行单炮地震记录的采集，点击“连续叠加”键可进行单炮地震记录的能量叠加采集，点击完“采集”或“连续叠加”后，屏幕上显示“waiting”等待外触发信号，此时操作员指挥爆炸组激发地震波。仪器接收完信号后在屏幕上显示如图4-7-22所示的地震记录。

图4-7-21 “参数设置”操作界面

图4-7-22 单炮地震记录

操作员根据记录上信号的幅度大小、噪声的大小和有用信号的清晰程度决定是否需要重测或是否需要叠加，如果所勘探的地层较深，折射波勘探时折射波不清楚或折射波信号幅度较弱，反射波勘探时反射波不清楚或反射波信号幅度较弱，此时需要多次激发地震波进行能量的叠加，操作员指挥爆炸组连续激发地震波，直到取得满意的地震记录为止，当不需要再叠加时，点击“停止叠加”后再激发一次即可。

3.数据存储与回放

信号采集完后，点击“文件”，将地震记录按需要的记录格式存盘，记录格式可选择“SEG-2”，“SEG-Y”或“*.C”格式。

如果要回放某一炮记录，可通过点击“文件”中的“打开文件”项进行数据的回放显示。

(二)NZ-24型工程地震仪的操作

NZ-24型工程地震仪是由GEOMETRICS公司生产的浅层工程地震仪。仪器为24通道，Signal1～12和Signal13～24为24道地震电缆插座，每道记录长度为16～64K字节;频带宽度为1.7～20kHz;放大器增益为定点增益方式，增益挡为0，12，24或36dB;数据记录格式为SEG-Y，SEG-2，SEG-D;操作系统为Win98或NT;触发方式为外部触发，TART为外部触发开关电缆插座;模数转换器位数23位。

仪器操作如下:

启动仪器电源开关后，仪器进入图4-7-23所示数据采集主菜单，主菜单内有11个子菜单。按“MENU”键使所选菜单中某一选项加亮，按回车键进入二级子菜单，通过“TAB”键循环移动子选项中的虚线框到需要参数项，通过箭头键在参数选项中移动并改变参数。

图4-7-23 NZ-24型工程地震仪数据采集界面

Survey用于记录一个新测量的名称、起始线号和起始磁带号。通过Survey选项下的“1NewSurvey”选项来完成，如图4-7-24所示。通过“TAB”键和箭头键移动虚线框并输入测量号和测线间隔。

图4-7-24 设置测线号等参数

图4-7-25 设置测量方式等参数

Geometry 用于设 置 测量 方 式 ( 反 射 或 折射) 、地震 检 波 器和震 源 位 置 等，如图 4 -7 -25所示，共有五个选项:

Survey Mode 中记录测量方式，反射 Reflection，折射 Refraction，按箭头键移动 “·”到所需的测量方式，按箭头键移动虚线框到 “OK”，再按回车键确认。

Group Interval 中记录两个检波器或检波器组间的距离。单位为英寸或米。

Group / Shot Locations 中记录并显示检波器间隔及检波器与炮点的间距和排列关系等信息。图 4 -7 -26 显示出上一炮的检波器排列等信息，该观测系统为小号放炮，偏移距100in，道间距 10in，检波点与炮点的间距为 100，110，120……放大器增益为 24dB。操作员可按新的观测系统进行修改，如新观测系统道间距为 2m，偏移距为 20m。按箭头键移动加亮条到 Channal Interval，在第一个检波点位置处输入 2，移动加亮条到 Geophon1Coordinate，在第一个检波点位置处输入 20。按 “TAB” 键移动虚线框到 “OK”，按回车键确认。

Observer 用于编辑基本的测量信息，有两个选项:

1 Edit Survey Description

2 New Line Number

当开始一条新测线的测量时要输入新的测线编号和起始文件号。

Acquisition 包括采样间隔，记录长度，叠加操作和前放增益等内容 ( 图 4 - 7 - 27) ，这些参数应根据对勘探深度和精度的要求，以及场地噪声情况等，经现场实验后确定。

Sample Interval / Record Length 用于设置采样间隔、输入记录长度和延迟时间; Stack

图 4 -7 -26 设置偏移距、道间距等参数

图 4 -7 -27 设置采样间隔、记录长度等参数

Options 用于设置叠加次数和叠加方式;

Specify Channels 用于设置采集使用的通道;

Preamp Gains 用于设置前放增益，前放增益挡有全部通道为 24dB 或全部通道为 36dB等选项，如果选择了 “Individual”方式，可对每个地震通道设置不同的增益，这在某些特殊情况下是有用的。

File 用于设置文件存储参数等内容，如图 4 - 7 - 28 所示，其中 Storage Parameters 可设置下一个文件号、自动存储方式、数据格式( SEG -2、SEG - D、SEG - Y) 、磁盘号和路径等内容。在大多数测量中选择自动存储方式; 数据格式可根据数据处理软件的要求而定。

图 4 -7 -28 设置文件号、数据记录格式等参数

Display 用于设置文件显示所需的各种参数，在对当前炮地震记录显示或对存储在磁盘中的地震数据回放时使用，如图 4 - 7 - 29 所示。其中 Shot Parameters 中增益方式、记录显示方式和显示时的滤波器参数等。增益方式有固定增益、自动增益和普通增益; 记录显示方式有变面积显示和波形显示等; 滤波器参数有高切滤波、低切滤波和陷波。

图 4 -7 -29 设置显示方式等参数

Do Survey 用于设置激发、清除内存、炮点位置、噪声显示、信号显示方式、存储炮集记录、打引炮集记录等，如图 4 - 7 - 30 所示。使用箭头键移动加亮条到所需选项。

图 4 -7 -30 数据采集与存储

执行 Arm，使仪器处于数据采集状态，此时使用大锤或炸药爆炸激发地震波，通过捆绑在大锤上的触发开关或起爆器产生触发信号与仪器同步，开始采集地震信号。

执行 Clear Memory，在数据采集之前，首先清除内存，使内存中存储新的地震数据。

执行 Shot Location，使当前炮处在新的炮点位置。如果在前面已经设置了 Shot Incre-ment，在每一炮数据采集后炮点位置将自动调整。

执行 Noise Display，使噪声监测窗口最大化。

执行 Trace Display，使炮集记录窗口最大化。

执行 Save，可以手工存储每一炮地震记录。在数据存储后，下一炮激发前首先清除内存。

执行 Print Shot Record，打印输出当前内存中的炮集记录或存储在硬盘上的炮集记录，通过按 CLR 键中止打印输出。

Window 用于设置各种显示窗口，如图 4 - 7 - 31 所示。其中 Noise Display 命令，一张屏幕上仅显示出一张当前的噪声记录; Trace Display 命令，一张屏幕上仅显示出一张当前的炮集记录; Log Display 命令，一张屏幕上仅显示出测量参数列表; Tile All Windows命令，一张屏幕上炮记录窗口、噪声记录窗口和测量参数列表窗口等。窗体如图4 -7 -31所示。

图 4 -7 -31 设置显示窗口

Answers 用于折射波解释。

System 用于设置日期、触发操作 ( 触发保持时间、触发灵敏度、主触发线号) 、检波器测试等功能。

以上介绍了 NZ 型工程地震仪的主要操作，显然，在地震数据采集中应首先设置测线号，测量方式，观测系统等参数。然后通过大锤或炸药爆炸激发地震波，在一炮地震数据采集完成后存储或打印地震记录。实际操作过程将在实习中进一步学习。