矿井三分量地震数据处理系统 - 图文

矿井三分量地震数据处理系统

使 用 手 册

中国矿业大学（北京）物探仪器研究室

2006．2

多波多分量地震数据处理系统

目 录

一 原理 ................................................................................................................................ - 1 -

1．1 地震波波动方程 ................................................................................................ - 1 - 1．2 地震波的形成与描述 ........................................................................................ - 2 - 二 使用范围 ...................................................................................................................... - 10 - 三 程序 .............................................................................................................................. - 12 - 四 文件 .............................................................................................................................. - 13 -

4．1 新建 .................................................................................................................. - 13 - 4．2 打开 .................................................................................................................. - 13 - 4．3 显示波形 .......................................................................................................... - 14 - 4．4 保存 .................................................................................................................. - 14 - 4．5 另存为 .............................................................................................................. - 14 - 4．6存为位图 ........................................................................................................... - 14 - 4．7 重载当前文件 .................................................................................................. - 14 - 4．8 关闭 .................................................................................................................. - 15 - 4．9 文件拼接 .......................................................................................................... - 15 - 4．10 文件识别 ........................................................................................................ - 15 - 4．11文件转换 ......................................................................................................... - 16 - 4．12 传送 .......................................................................................................... - 16 - 4．13 最近文件 ........................................................................................................ - 16 - 4．14 退出 ................................................................................................................ - 16 - 五 操作 .............................................................................................................................. - 17 -

5．1 显示 .................................................................................................................. - 17 - 5．2 缩放 .................................................................................................................. - 17 - 5．3 显示风格 .......................................................................................................... - 18 - 5．4 规一处理 .......................................................................................................... - 18 - 5．5设置 ................................................................................................................... - 18 - 5．6 头参道参 .......................................................................................................... - 19 - 5．7选择颜色表 ....................................................................................................... - 20 - 5．8 道操作 .............................................................................................................. - 21 - 六 预处理 .......................................................................................................................... - 22 -

6．1 叠加 .................................................................................................................. - 22 - 6．2 抽道集 .............................................................................................................. - 22 - 6．3 三分量叠加 ...................................................................................................... - 23 - 6．4 道数运算 .......................................................................................................... - 24 - 6．5 时空切除 .......................................................................................................... - 25 - 6．6 振幅平衡 .......................................................................................................... - 27 - 6．7 零漂校正 .......................................................................................................... - 28 - 6．8 二次采样 .......................................................................................................... - 28 - 6．9 空间混波 .......................................................................................................... - 28 - 6．10 数理统计 ........................................................................................................ - 29 - 6．11 信号平稳化 .................................................................................................... - 29 -

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七 数据处理 ...................................................................................................................... - 30 -

7．1 频谱与FFT ...................................................................................................... - 30 - 7．2 数字滤波 .......................................................................................................... - 33 - 7．3 FK谱滤波 ......................................................................................................... - 35 - 7．4 三瞬滤波 .......................................................................................................... - 37 - 7．5 相关褶积 .......................................................................................................... - 38 - 7．6 反滤波 .............................................................................................................. - 41 - 7．7 微积分 .............................................................................................................. - 41 - 7．8 反褶积滤波 ...................................................................................................... - 41 - 八 工程物探 ...................................................................................................................... - 43 -

8．1 折射波法 .......................................................................................................... - 43 - 8．2 反射波法 .......................................................................................................... - 44 - 8．3 手动解析 .......................................................................................................... - 45 - 九 工程检测 ...................................................................................................................... - 46 -

9．1 超前探测 .......................................................................................................... - 46 - 9．2 桩基检测 .......................................................................................................... - 50 - 9．3 弹模计算 .......................................................................................................... - 51 - 9．4 强度计算 .......................................................................................................... - 51 - 十 窗口 .............................................................................................................................. - 52 - 十一 帮助 .......................................................................................................................... - 52 -

11．1 帮助主题 ........................................................................................................ - 52 - 12．2 关于EMS ...................................................................................................... - 52 - 12．3 显示封面 ........................................................................................................ - 52 - 十二 附录 .......................................................................................................................... - 53 -

12．1 头参类： ........................................................................................................ - 53 - 12．2 道参类： ........................................................................................................ - 54 -

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一 原理

1．1 地震波波动方程

弹性介质因局部受力，引起弹性体的位移、形变和应力，以波动的形式用有限大的速度向远处传播，这种波动就是弹性波（应力波）。弹性波的形成必须具备两个条件：外部载荷作用和介质的弹性。地震波就是一种在较小的外力和较短的时间作用下，在介质中激发出的一种弹性波。

弹性波可理解为弹性介质中质点振动的传播过程。如果质点的振动方向与波的传播方向平行，这种波称为纵波；若质点的质点方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。若波的等相位面（波面）为平面，则称平面波。简谐振动引起的波称为简谐波。

在均匀、各向同性、理想的固体弹性介质中，弹性波的波动方程为：

2 ??u?(???)grad????2u??F （1.1.1）

2?t式中，u－在F作用下质点的位移向量； F－力向量；

?－体变系数，??divu

222 ?2－拉普拉斯算子，?2??????。

222?x?y?z如果位移向量u在x，y，z三个坐标轴的分量为ux、uy、uz；力向量F在三个坐标轴的分量为Fx、Fy、Fz，则（1.1.1）式用分量表示为：

2 ??ux?(???)?????2ux??Fx ?2???2uy???2? ?（1.1.2） ?(???)???uy??Fy 2??y?t?2? ??uz?(???)?????2uz??Fz ???z?t2??t?x对（1.1.1）式两边求散度（div），由于： div?grad???? 则（1.1.1）式变为：

2 ????(??2?)?2???divF

22?t整理后得：

2 ?????2??2??divF （1.1.3）

2?t?- 1 -

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同样对（1.1.1）式两边取旋度（rot），考虑到rotgrad??0，则（1.1.1）式变为： ??rotu???2rotu??rotF

2?t2令??rotu，上式可写为：

2 d????2??rotF （1.1.4）

2dt?式（1.1.3）和式（1.1.4）右边分别为divF、rotF，它们分别表示二种不同性质的力，divF表示一种膨胀力，rotF表示一种旋转力。式（1.1.1）描述的是一个只有胀缩的扰动，而式（1.1.4）描述的是变形扰动。

从场论的观点分析，位移向量u和力向量F均可用一合适的位移位和力位来表示，也即任何一个向量场可以用一个标量位的梯度场和一个向量位的旋度场之和来表示，于是u和F可以写成：

u?grad??rot??? （1.1.5）

F?grad??rot??式中：?和?分别为位移场u的标量位和向量位；?和?分别为力场F的标量位和向量位。把（1.1.5）式分别代入（1.1.3）式和（1.1.4）式，就可以得到用位函数形式表示的波动方程，由（1.1.3）是式得：

2 ?????2??2??? （1.1.6）

2?t?由（1.1.4）式得：

2 ?????2??? （1.1.7）

2?t?令 Vp2???2?，VS2??

??式（1.1.6）和（1.1.7）可以写成：

??2?22?V????p? ?t2? （1.1.8）

??2?22?VS?????2??t?上式是在外力F作用下，用位函数表示的弹性波波动方程式，解上述这一非齐次方程在

数学上是比较困难的，但在我们讨论的问题中，不考虑外力作用，只考虑介质特性对波的影响，即令力位函数??0，??0，这样（1.1.8）式变为：

2 ???VP2?2??0 （1.1.9）

2?t2 ???VS2?2??0 （1.1.10）

2?t这里的（1.1.9）和（1.1.10）式分别代表着纵波和横波波动方程，式中的VP、VS分别为介质的纵波和横波传播速度。

1．2 地震波的形成与描述

1．2．1 地震波的形成

在外力F的作用下，弹性介质中存在两种扰动：胀缩力divF的扰动对应??divu，即

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介质中质点产生了体积应变，体积应变的传播形成纵波；旋转力rotF的扰动对应着??rotu，介质中质点产生了旋转形变（切应变），切应变的传播形成横波。它们都属于体波。另外，还有沿界面传播的面波。

图1－1 震源激发产生P（7％）、S（26％）、R（67％）波示意图－赵鸿儒P29 1 纵波

假设在均匀各向同性弹性介质中有一个胀缩点震源作用，考虑到球形对称性，波动方程（1.1.9）可用球坐标形式（r,?,?）表示成：

2?2?2??? ???VP2? （1.2.1） ??2?2???0?t??rr?r?波动方程仅与传播方向r有关，如果令?1?r?，则上式变成：

22????121 ?V?0 （1.2.2） P?t2?r2这是著名的弦方程式，可用达朗倍尔法解得

?r?r? （1.2.3） ??r??C??????Ct?11?t?2????VP??VP?此处C1、C2是两个任意函数，如果令这两个函数满足下列条件： t?r＝常数和， t?r＝常数

VPVPr?表示波动随时间的增加向远离震源方则描述了波动的某种状态。其中第一项C???t?1???VP?r?却表示随时间的增加，由远处向震源方向传播。前者称为发散向传播，而第二项C???1?t???VP?波，后者称为汇聚波。汇聚波不符合起始条件，因为按式t?r＝常数，在t<0时，总有一

VP波动在r处满足此方程，说明震源未作用之前就已经存在一种波动，这是物理不可实现的。

于是，方程式的解变成：

r? （1.2.4） ??r??C???11?t???VP?r? (1.2.5) 或 ???1＝1C???1?t??rr?VP?上式说明，在震源作用结束后，纵波是以波速VP向远离震源沿r方向传播。

波的传播只描述了波动的某些特点，由于C1是一个任意函数，还不能给出波动的任何

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具体形态。欲研究解的性质，需要研究C1同波动震源的关系，即讨论波的激发问题。以下免去冗余的数学推导，只给出解的结果。

对于胀缩点震源来说，它的位移解是：

u?grad???P124?VP?1?r （1.2.6） 1?(t)??'(t)1?21?rVP?r?r这个方程便是在均匀各向同性介质中，胀缩点震源作用下波动方程的位移解。式中

?1(t)称为震源强度，它说明纵波具有以下特点：

⑴ 纵波是以VP速度传播：V???2??P?E(1??) ?(1??)(1?2?)⑵ 当纵波的传播速度一定时，纵波的质点位移大小主要决定于和震源有关的震源强度函数?1(t)及其变化率?'1(t)；

⑶ 质点位移uP的大小还同离开震源的距离r及r2有关；振动的强度随传播距离的增大而反比地减小，在地震勘探中称为波的球面扩散。

⑷ 由于质点位移的方向同r方向一致，因此纵波质点的振动方向同波传播方向一致；同时由于纵波质点在一维空间内振动，因此纵波是线性极化波。

2 横波

讨论横波时与讨论纵波的各种假设相同，仅仅是震源的性质由胀缩力变为旋转力，这时仅产生横波。由位移位?代替位移位?，由横波速度VS代替纵波速度VP，得到：

2 ???VS2?2???(t)

2?t用与上面同样的分析方法，最后得到旋转震源作用力作用下横波位移的解： 1?1??1u?(??1xsin???1ycos?)?(??'1xsin???'1ycos?)??2?2 s?rrsin?VS??4?VS??

?1?1? us?(??cos?cos???cos?cos???sin?)?2?21x1y1z??r?4?VS (1.2.7)

?? ?1?(??'1xcos?cos???'1ycos?cos???'1zsin??? rVS??? us?0?r?

从上式可知横波具有下列特点： ⑴ 横波以速度VS传播，V???S?E 2?(1??)⑵ 横波传播方向上，质点的位移usr?0,垂直于传播方向的?和?方向上具有位移

us?和us?，说明横波质点的位移方向与其传播方向正交，横波是一种线性极化波；

和u由震源强度函数?1和其变化率?'1所决定，即横波主要取

⑶ 横波质点位移us?s?决于旋转激发力的形成及其变化率。

⑷ 横波的强度也随其传播距离而减小，亦具有球面扩散的特性。 ⑸ 根据纵波和横波的计算式，可求得纵波与横波波速之比：

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VP?2(1??) （1.2.8）

VS(1?2?)由于一般岩石的泊松比??0.25，所以VP与VS之比约为1.73，这表明在泊松固体介质中，横波传播的较慢。

⑹ 在液体和气体内部，剪切模量??0,所以在液体和气体中没有横波；

⑺ 由VP和VS的表达式可以看出，主要测得岩、土物质的纵波速度VP和横波速度VS，就可以计算出杨氏模量、泊松比、剪切模量和体变模量等。用这种方法测得的弹性模量称为动态弹性模量。

3 面波

震源激发产生地震波，地震波除了在介质体内传播的体波（纵波和横波）外，在弹性分界面附近还存在着另一类波，这类波从能量上说只分布在弹性界面附近，因此统称为面波。其中分布在自由界面的面波最初是由英国学者瑞雷（Rayleigh）于1887年在理论上确定，称之为瑞雷面波。在早期地震勘探中，瑞雷面波一直被看着是一种干扰波，后来人们开发了瑞雷波勘探技术，取得了良好的效果。

实际上，瑞雷面波占总激发能量的2/3，它衰减慢，且携带足够多的地下信息。在均匀半空间中，瑞雷波波速VR与横波波速VS具相关性，它们之间的相关性与岩土的泊松比?有关，可近似的表达为：

VR?0.87?1.12??VS （1.2.9）

1??且VR与振动频率f无关，即具有非频散性。成层半空间中，由于各层的弹性性质不一样，P和SV波在分界面多次反射及干涉也将产生一种广义瑞雷波，但不同于半空间中的普通瑞雷波，这种广义瑞雷波是频散的，即相速度c的大小与振动频率f有关。

瑞雷波传播的波阵面为一个圆柱体，传播深度约为一个波长，因此同一波长的瑞雷波传播特性反映了地质体水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波传播特性则反映了不同深度地质体的变化情况。在瞬态瑞雷波勘探中，可以利用傅氏变换将时间记录转换为频域记录，对于频率为fi 的频率分量，用互谱法计算相邻检波器记录的相移??i，则相邻道?x长度内瑞雷波的传播速度VRi可由下式计算：

VRi?2?fi?x/??i （1.2.10）

在满足空间采样定理的条件下，测量范围N?x内的平均波速为：

VRi?2?fi?N??x/???i （1.2.11）

i?1n在同一测点对一系列频率fi求取相应的VRi值就可以得到一条VR?f曲线，即所谓的频散曲线。由：?R?VR/f，可将VR?f曲线转换为VR??R曲线，VR??R曲线的变化就反映了该点介质深度上的变化。

沿测线不同点的VR??R曲线反映了沿剖面方向上的介质变化特征。不同波长的瑞雷波反映了不同深度的介质特性，由式?R?VR/f可知，波长?R是瑞雷波速度VR和频率f的函数，?R与VR成正比，与f成反比。对某一测区而言，VR与采集方式和参数无关，只与介质特性有关，它的频率特性同地球介质的不均匀性有关，数值上接近剪切波速度。

在自由界面上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生瑞雷波。而瑞雷波有三个与工程质量检测有关的主要特征 :

⑴ 在分层介质中，瑞雷波具有频散特性 ；在层状介质中瑞雷波随着波长或频率变化

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而变化，即在层状介质条件下将导致瑞利波的频散。

⑵ 瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同 ；瑞雷波能量主要集中在地表下一个波长的范围内，当穿透深度大于一个波长时，瑞雷波的水平和垂直方向的振动都迅速衰减，而传播速度代表着半个波长 (?R/2)范围内介质震动的平均传播速度。因此，一般认为瑞雷波法的测试深度和波长密切相关。而波长与速度及频率有如下关系：

设瑞雷波的传播速度为VR，频率为fR，则瑞雷波的波长?R为：?R?VR/fR，当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。

⑶ 瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。在岩土体中，

VR?0.90~0.95VS，故可以利用VR与反射纵波波速联合求解岩层的岩土力学参数。

1.2.2地震波的传播

地震波的运动学是研究波传播的时间与距离的关系。波在弹性介质中产生后，将随时间的变化向周围传播。设想在某一时刻t0激发地震波，过了一段时间t，波已传播一段距离，这时介 v2 v1震源 v0

S2S1

图1－2 波的传播示意图 图1－3 视速度定理图示

质中可分成几个区域，如图1－5所示。在v0区波已传播过去，质点停止振动，在v1区质点正在振动，在v2区波还未到达。在v1与v2之间的分界面S2上各质点刚开始振动，我们称S2为波在t时刻的波前面。相应地，v0与v1之间的分界面S1则称为波尾面。由于波动在介质空间中随时间不断向前推进，因此波前面和波尾面也随时间不断向前推移。

波前与波尾在地震勘探中都看作是等相位面，通称波面。根据波面的形状，可将波分为球面波、平面波等等。当不考虑能量传播时，可以认为波是沿一条路径从波源传到所考虑的空间点处，然后又沿新的几何路径传向别处。这样假想的路径就称为波射线。波射线与波面成正交。

（1）惠更斯原理

在弹性介质中，地震波由波源依次向外传播，在波前面上的每一个质点，都可以看作是新的波源，而这些小波源发出的子波波前的包络面，就是新的波前面。应用惠更斯原理可以说明波的反射、折射和绕射现象，只要知道某时刻ｔ时的波前就可由几何规律做出t??t各个不同时刻时的波前位置。

（2）惠更斯－菲涅耳原理

惠更斯原理只给出了波传播的几何形态，而不能给出波沿不同方向传播时振动的振幅，菲涅耳补充惠更斯原理认为：在波前面Ｓ上，为了确定任一点Ｐ的振动，可将Ｓ分成许多小面积元 ? S ，每一小面积元 ? S ，都可看成新的震源，所有这些新的点震源，在Ｐ点的振动振幅和相位的迭加就是Ｐ点的振动。Ｐ点振动振幅的大小与面积元 ? S 的数

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量成正比，与 到Ｐ点的距离ｒ成反比，而且还与 的法线和ｒ间的夹角α有关。α越大，引起Ｐ点振动的振幅越小，在α＝π／２或α＞π／２时，在Ｐ点的振动强度为零，说明波不能向后传播，这个原理是物理地震学解释反射波的形成和特点的主要理论根据。

（3）费马原理

费马原理指出：地震波沿射线传播的时间和沿其他任何路程传播的时间比较为最小，亦是波沿旅行时最小的路径传播。

依照费马原理，波前到达某一位置的时间是确定的，因此波前的传播时间可以表示成空间位置的函数。

（4）视速度定理 在上述讨论中，我们所说的波的传播速度是指波沿射线传播的速度，称其为真速度。在地震勘探中通常是沿地面进行观测来自地下的反射波，这时得到的速度称为视速度。图1－6表示了真速度和视速度的关系。这里用 V 表示真速度，用 V * 表示视速度。

当平面波入射到平面x时，入射角为 ? ，在 t 1 时刻波前AB的A点到达平面x。经过 ? t 时间波前在 A 'B '处，这时在x平面上观测到的速度即为视速度 V * ，容易看出，

VV*?与V的关系为：sin? ，这个关系式即为视速度定理。显然视速度值总是大于

真速度。

（5）反射和透射

对于层状介质，每一层介质的纵波传播速度Ｖ与密度? 的乘积 ?v 称为波阻抗或声阻抗，当地震波入射到波阻抗不同的两介质之间的分界面时，其能量重新分配。一部分能量穿过界面继续向前传播，称透射波；而另一部分反射回去，形成反射波；如图1－4所示。

反射定律指出：反射线位于入射面内，且反射角等于入射角。

透射定律指出：透射线位于入射面内，且入射角的正旋之比等于两种介质中的波速之比，即： sin ? V?1 sin?V2

图1－4 入射、反射和透射之间的关系 用一个统一的式子表达，这就是斯奈尔（Snell）定律，即：

sin?P 式中，P称为射线参数，它是常数。 i ? vi? C ? V当入射角 ? 满足sin 1 / V 2 时，称 ? C为临界角，这时透射波将在介质中沿分界面

“滑行”，当入射角大于 ? C 时，在实数范围内则不能满足斯奈尔定律，即会发生全反射现象。同时根据惠更斯原理，滑行波在第二种介质沿界面滑行时必将影响和其紧密接触的第一种介质，并在第一种介质中激发新的波，即折射波，也称首波。

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图1－5 与地震勘探相关的各种波

图1－5概括了地震波的主要类型，按照波的传播路径可将地震波分为直达波、反射波、透射波和折射波等几种，这里没有考虑介质的各向异性及其引起的波的转换或分解。

A设入射波的振幅为 A R ，透射波的振幅为 A T ，则入射波、反1，反射波的振幅为

射波透射波三者振幅之间存在如下关系：

AR?2V2??1V1 R ? A ? ? (1.1.22)

12V2??1V1

AT2?1V1T?? A ? V (1.1.23)

122??1V1

上式中的R和T分别为反射系数和透射系数。若不考虑波在介质中的衰减，则

AR?A1?R

AT?A1(1?R)?A1?T

0显然R＋T＝1。在式（1.3.1）中，如果R<0，则表明反射波与入射波存在180 的相位差，但不影响地震波的振幅。

1.2.3 地震勘探

地震勘探是地球物理勘探方法（简称物探法）中的一种，物探方法是根据地质学和物理学的原理，利用电子学和信息论等许多科学技术领域的新技术，建立起来的一种较新的地质勘探方法。它是利用各种物理仪器在地面观测地壳上的各种物理现象，从而推断、了解地下的地质构造特点。物探方法之所以能用来查明地下地质结构的特点，主要是因为组成地壳的各种岩石或组成地质构造的各个岩层具有不同的物理性质，因而不同岩石或地层对地面上的物理仪器就有不同的作用。根据物理仪器测量的结果，就可以推断地下地质构造的特点。现代主要的物探方法有：重力勘探（利用岩石的密度差别）；磁法勘探（利用岩石的磁性差别）；电法勘探（利用岩石的电性差别）；地震勘探（利用岩石的弹性差别）?1?。

在地球物理勘探的各种方法中，地震勘探以其具有较高的精确度、高的分辨力和很大的穿透深度等优越性而成为一种最有效的方法。为了说明这个问题，首先介绍地震勘探的基本原理。

地震勘探是利用岩石的弹性差异来推断地下地质构造的一种方法。“地震”就是地动的意思，地震勘探的基本过程是：首先用人工的方法引起地壳振动（例如在我国东北平原地区，最常用的办法是打一口10多米深的井，在井内放10公斤多的炸药，利用炸药爆炸产生的人

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工地震），根据勘探目的，沿某一方向布置测线，在测线上设置检测振动的专用仪器，把这种振动变为电信号并以一定的形式记录下各点振动的情况；然后利用记录下来的资料提取出有意义的信息，最后以各种形式显示其处理结果并进行地质解释，如图1—6所示。

图1—6 地震勘探工作示意图

地震波的传播是以地层作为传输讯道，载波介质的机制不同，不仅会使波传播方向、传播路径发生改变，而且会使波的振幅、频率、相位、衰减程度等物理参数发生变化。如当遇到弹性界面时，将发生反射、折射和透射，如图1—7所示，同时形成反射波、折射波和透射波。根据仪器所采集信息的不同,地震勘探又可分为反射波地震勘探、折射波地震勘探、透射波地震勘探三种基本勘探方法，其中反射波法使用的最普遍。这里以反射波法为例介绍地

图1—7 地震勘探中的各种波

震勘探的基本原理?1,2?。

反射波地震勘探是根据在测线的不同位置上提供的反射时间的变化来反映地下地层的构造形态。如图1—8所示在地面一条测线上某点1打井放炮，于是就产生地震波向地下传播。地震波遇到两种地层的分界面1（例如砂岩和泥岩两种地层的分界面），就会发生反射。再向下传播又遇到两种岩石的分界面2（例如泥岩和石灰岩的分界面），也会发生反射。在放炮的同时，在地面上用精密的仪器把来自各地层分界面的反射波引起的振动情况记录下来。然后根据地震波从地面开始向下传播的时刻（即爆炸的时刻）和地层分界面反射波到达地面的时刻，得出地震波从地面向下传播到达地层分界面，又反射回地面的总时间t，再用其它方法测定出地震波在岩层中传播的速度V，利用以下计算公式：

1s?Vt

2就可以得出地层分界面的埋藏深度。

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图1—8 地震勘探原理示意图

沿着地面上一条测线，一段一段地进行观测，并对观测结果进行处理之后，就可以得到形象地反映地下岩层分界面埋藏深度起伏变化的资料─—地震剖面图（图1—8）。在图上可以看到，地层界面1是水平的。因而在地面各点观测时，这个分界面的反射波1的传播时间都相同。在这些反射波的振动图上，振幅极大值的连线（地震勘探中称为一个波的同相轴）就是一条水平直线，形象地反映了界面1的形态。地层界面2是隆起的，所以来自界面2的反射波的传播时间在各点就不一样，在界面埋藏浅的地方，传播时间短，埋藏深的地方，传播时间长。这个反射波的同相轴就是弯曲的，与界面2的形态相对应。在工区内布置多条测线，组成一个测线网，并在每条测线上进行观测之后，就可以得到该区地下地层起伏的完整概念。一般的单次剖面可以反映6000米以内的深度，在较理想情况下能够分辨几米的构造起伏。

概括地说，所谓地震勘探，就是通过人工激发地震波，然后利用地震勘探仪器接收、记录波场的数据，经分析处理后，来推断地下地质参数，以查明地下的地质构造的一种物探方法。

如果抛开地质意义来看地震勘探过程，则是一个比较复杂的测量过程，它包括地震波的激发与地震数据采集、数据处理、资料解释等环节。地震勘探仪器就是用于地震勘探数据采集的成套设备，是一种典型的数据采集系统。

二 使用范围

适用于多波多分量地面地震勘探，多波联合勘察，瑞雷波勘探等。 主要使用范围如下：

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多波多分量地震数据处理系统

⑴ 矿井物探：相邻煤层赋存状态探测，巷道掌子面超前探测，顶底板覆岩分布及其主要目的层岩性及物理力学特性评价，工作面内地质构造精细探测（CT成像），槽波勘探，多波联合勘探。

⑵ 地面浅层地震勘探，建筑工程勘察：覆盖层厚度的探测，基岩起伏形态的勘察，岩土体动态力学参数的原位勘测，建筑工程地基勘察等。

⑶ 混凝土结构体的无损检测，混凝土工程构件的强度评价。桩基无损动态检测。 ⑷地下隐伏结构体（洞穴、老窑）的探测，下伏地层结构构造探测；利用多波联合勘探求解主要目的层的动态岩土力学参数。

⑸波速检层，建筑场地类型划分，建筑物抗震危险性分析。 ⑹边坡稳定性调查，峒室围岩松动圈探测等。 ⑺江河堤坝密实度探测及其坝基稳定性分析等。

还广泛应用于城建、交通、水电、国防、煤炭、冶金、考古、环保等部门。

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三 程序主界面

运行程序后出现如图3—1所示界面。

图3—1

程序运行界面

主窗口显示程序名以及当前数据文件名 菜单栏为程序的所有菜单，本使用说明就是以菜单为章节来排版的，各菜单详见以后的各章节。 工具栏是为一些快捷命令所设置的按钮，详见5.1.4。 状态栏是为了显示一些相关信息而设置的，详见5.1.5。 视图区就是绘制数据波形以及处理数据的区域。图3—1所示中间部分是程序运行的封面，右下角是程序常驻的LOGO。

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四 文件

4．1 新建

新建一个空白的数据文件，中间显示“请打开数据文件”。

4．2 打开

功能:打开数据文件。 点击“文件”主菜单，选中“打开”菜单出现如图4—1所示界面。从列表框中选取要处理或查看的数据文件，按下“打开”按钮，则把选中的文件读入缓存同时退出对话框并用图形方式显示数据；若按下“取消”按钮，则退出对话框什么都不做。 注意：数据信息和附加的参数信息按规则存储在数据文件中，所以数据文件的结构是固定的，不是所以的数据文件都能打开，也不支持文本数据，数据文件的后缀一般是REF或KC2，当然也可为任意后缀，只要是按照约定的规则存储在文件中。

图4—1

打开文件对话框

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4．3 显示波形

关闭当前文档所连接的数据文件，然后打开新文件并显示在当前文档中。

4．4 保存

保存当前文档所连接的数据文件，若此数据文件的后缀不是REF或原来的数据存储结构不是最新的REF结构，则保存后强行附加后缀并以REF结构来组织存储数据。

4．5 另存为

以另外一个名字来保存当前文档所连接的数据文件，保存规则同上。

4．6存为位图

把当前所连接的数据文件形成的图形以位图格式（.BMP）保存。点击菜单“存为位图”后，会出现保存文件对话框，如图4—2所示。

图4—2

存为位图对话框

4．7 重载当前文件

从存储器上重新载入数据文件中的参数和数据。只有在打开后或上一次保存后数据有变动才会激活此菜单。

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4．8 关闭

关闭当前数据文件，并关闭当前文档和视图。

4．9 文件拼接

在当前文件数据后面附加另外一个数据文件的数据，并在当前文档视图中显示在当前图形的后面。将短文件拼接为一个较长的文件，以便处理对比。注意，拼接的两个文件必须具有相同的样点数和时间窗长。

4．10 文件识别

当某些数据文件不是以REF结构或KC2结构存储，而以特定的规则存储时，也是可以识别出来的。理想的存储结构：头参 +（道参 + 数据）* 道数。 用户文件是指要识别的文件。 导出文件是用户文件被识别后用REF结构保存的数据文件，默认为原文件名加上后缀REF，当然你也可以自定义文件名。 头参长度是指数据文件头参所占用的字节数，没有则为0。 道参长度是指数据文件中道参所占用的字节数，没有则为0。 文件道数是指此数据文件共有多少道数据。

采样点数是指每道中共有多少个数据。

采样间隔是采集时每隔多少时间才去采下一个数据。

数据类型：1表示字节；2表示16位短整数；3表示32位浮点数；5表示32位整数；8表双精度型。

图4—3 文件识别对话框

以杨老师的雷达数据为例，头参为256字节，道参为0字节，数据类型为16位短整数，

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其它要以具体文件来定，根据文件大小就可以算出文件道数，只可少于原参数而不可大过。

4．11文件转换

文件转换只提供REF结构和KC2结构之间的转换。REF可转换为新旧两种KC2结构，以供其它软件包处理。

4．12 传送

用电子邮件形式把当前文件传送给别人。

4．13 最近文件

列出最近打开的15个数据文件。

4．14 退出

退出本程序。关闭所有数据文件，清除占用的内存。

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五 操作

5．1 显示

1 网格：是否显示网格，在显示的图形下面画上网格以对比数据。 2 标尺：是否显示标尺，时间的尺寸，采样点数与采样间隔的乘积。 3 坐标：是否显示坐标，每一道数据都画在相应的坐标上。 4 工具栏：是否显示工具栏。如图5—1：

图5—1 工具栏

工具栏上的按钮命令分别为：新建，打开，另存为，头参和道参，设置，全屏，刷新，重载，放大，适合窗口，原比例，缩小，关于，帮助。 5 状态栏：是否显示状态栏。如图5—2：

图5—2 状态栏

状态栏上的信息依次为：命令信息或操作提示，当前数据文件，数据道数，最大数据值，鼠标当前的位置坐标，指示针所处的道数，每道数据的点数，采样间隔，批示针所处的时间，批示针所处的数据。

6 颠倒坐标：是否颠倒坐标，就是把数据从左到右显示颠倒为从上往下显示。 7 设置：详见５．５设置。

8 工具栏文字：在工具栏的按钮下显示文字。 9 显示历史记录：是否显示历史记录对话框。

10 显示颜色条：是否显示颜色条，相对应于颜色文件。

5．2 缩放

1 放大：放大所绘图形。

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2 缩小：缩小所绘图形。

3 适合窗口：把所绘图形在横竖两个方向按一定的比例缩放以适合视图区。 4 原比例：按每象素一点绘制图形。 5 全屏显示：视图区充满桌面。

5．3 显示风格

1 波形显示：只绘制出轮廓线，而不填充。

2 变面积填充：只填充坐标轴和轮廓线上部所围面积，下部仅绘制轮廓线。 3 全面积填充：填充轮廓线与坐标轴所围成的面积。

4 彩色填充：用颜色文件所规定的颜色从下往下填充轮廓线与坐标轴所围成的面积。 5 彩色条形：用颜色文件所规定的颜色从左往右填充轮廓线与坐标轴所围成的面积。 6 混合显示：所有道在同一个坐标上显示，以不同颜色区分。

7 彩色剖面：当启用此种显示方式时，自己把道间距和道高度设为1，不显示网格，标尺，坐标，在设置对话框内自动调整选项也无效。

5．4 规一处理

1 规一化：做全屏数据的统一规划，所有道数据所绘图形会放大以适合道高度所规定的尺寸。即使某道数据偏小，所绘图形也会充满道高度所限定的范围。 2 原始数据：数据偏小的道所绘图形将显得难以观察。

5．5设置

如图5—3所示：

边距是指在视图区中绘图范围离开四边的距离，上下左右都应有一定的距离，否则会紧贴在边上而不易观看。

道间距是指相邻两道之间的距离，等于相邻两坐标的距离。 道高度是指每道数据所绘图的最大范围。 网格宽度是相邻网格之间的距离。 尺宽度是指标尺的最小度量。

颜色设置只需点击相应按钮选取相应颜色即可。波形颜色是数据图形的轮廓线，网格，坐标，标尺相对应自己的颜色，辅线颜色就是指示针的颜色，填充颜色是在变面积填充和全面积填充显示是填充在轮廓线内的单一颜色，在其它各种彩色填充显示下无效。

显示中的网格，标尺，坐标，颠倒显示各选项，选中有效。 规一化中两项只可选其一，规一化是指全屏规一即全部数据统一规化，而原始记录则不做统一规化。

显示风格可选取七种不同的风格显示。

时窗中的振幅放大倍数设置后，所绘图形可能会超出道高度所限制的量。 自动调整道间距和道高度选项选取中后将不能设置道间距和道高度，而由程序根据视区的大小来确定一个适合的数值。

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图5—3 设置对话框

5．6 头参道参

如图5—4所示：

图5—4 头参和道参对话框

图中的参数都是采集时赋予的，一般不需要更改，只作参考处理使用。数据文件结构是这样的：头参 + （道参 + 数据）* 道数，所以头参只有一个，而道参有多个，每道都有自己的道参。

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1，头参

文件名是当前数据文件在存储器上所处的目录和文件名以及后缀名。 文件类型共有REF和KC2两种，但是本程序无论打开的是何种类型的数据文件，在内存中是以REF结构组织的，参数也转换为REF结构所规定的，数据也转换为32位浮点数，所以文件类型都是REF结构，标志为SEGKCE。 数据类型有短整数，整数，浮点数等等，但本程序把数据类型全部转换为32位浮点数。 工作分量是指采集时检波器所能检测到的三个方向震动数据，三个分量有多种组合方式，一般采集时三个分量都要，既此时工作分量的值是3。 采集时间和采集地点由于现场工作时的限制，一般还是传输到计算机时更改的。 数据道数是指此数据文件共有多少道数据。 测线编号和测点编号都是便于管理和记忆。 采样廷时，系统廷时，表层速度，测试介质，水平指数，垂直指数，时间指数，都是根据采集当时系统所处环境所决定的。

测试方法为以下值以及对应的意义，0：末知，1：反射，2：反射共偏移，3：单边折射，4：折射相遇，5：透射，6：面波，7：槽波，8：单边CT，9：正交CT，10：三边CT。 2，道参 选择道号是一个下拉框列表，所有的道都会列中其中。 采样间隔是指每相隔多少时间就去采集下一个数据。 采样点数是指每道数据的总个数，就是每道采集多少个数据。 源检距是指震源到检波器之间的距离。 固定增益是由于某道数据偏小时采取的一种措施，按一定比例增大数据值，以便于绘制图形。 测偏距，介质速度，相对高程，是采集当是系统所处环境所决定的。 纵波初至，横波初至，分别指纵横波首次到达检波器的时间。 低截频率，高截频率是指采集是滤波的参数，有时为了使采集的数据更合理有效而在采集时就滤掉一些干扰燥声，当然现在一般都是在计算机上处理的。 槽波特征，是指槽波参数。 道能量是指此道的能量值。 最大振幅是指此道中最大的数据值，包括负的最大值。

5．7选择颜色表

如图5—5所示：

道先打开的是颜色表对话框，第一排有一个按钮我文本框，点按钮可以选择你所需要的颜色表文件，中间显示的是当前正在应用的颜色表文件所制定的颜色按顺序排列，再下一行是当前应用的颜色文件的说明和注释。颜色条中的颜色排列跟颜色表对话框中的颜色排列是一致的，都对应于颜色文件中的RGB值

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图5—5 选择颜色表

5．8 道操作

1 删除道：删除指定的一道数据和道参。

2 加空道：在指定的道后面增加一数据全为0以及道参默认的道。 3 复制道：复制指定的一道数据和参数在某一道后。 4 交换道：交换指定两道的数据和参数。

5 移动道：移动指定的道数据和参数到另一道后。

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六 预处理

6．1 叠加

对于具有相同道数、相同样点数、相同窗长的文件进行道与道之间的加减运算。 1 叠加成单道：把所有道相应时间的数据值相加，最后形成一道。 2 分段连续叠加：输入要连续叠加的道数，例如这个值为3，则每3道叠加一次成为一道，若总道数恰在3的倍数之外，则最后几道不足也参加一次叠加，其佘类似。 3 等源检距叠加：把当前数据文件所有道中源检距相等的道叠加成一道。 4 用户任意叠加：根据用用户的需要叠加。

6．2 抽道集

1 用户抽道：点击菜单后会弹出对话框，如图6—1所示。

图6—1 用户抽道对话框

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用户抽道先要求选择或设定要抽取的道数据保存在哪个的文件里，由当前文件开始，若没有打开数据文件，则会先提示是否需要打开数据文件，接着才会出现图6—1所示对话框，道号指当前数据文件要操作的道号，按下“抽道”按钮则会把当前数据文件中指定道号的数据保存下来，若选中了道号自动加，则道号会自动加上指定值，按下 “下一个文件”按钮则会要求选择另外一个数据文件，然后在视图区显示并继续抽道……抽完道后会提示是否要打开保存抽取道数据的文件。 2 自动抽道：一次性选择多个数据文件，然后按一定的规则抽取其中的道参和道数据。首先要求选择或设定要抽取的道数据保存在哪个的文件里，然后要求选择数据文件，可以同时选中多个，不要漏选，因为操作中不允许增删，最后会出现如图6—2所示对话框。

图6—2 自动抽道对话框

预计抽第一道所在道号是指想从每个数据文件中的哪一道开始抽取，道号之间的间隔是指抽取相邻两道的间隔道数。

假设第一道所在道号为a，间隔值为b，则当b=0表示只抽每个数据文件的第a道，b=1表示抽所有数据文件的第a道及之后所有道，b=2即抽第a,a+2,a+4...等道。依次类推。 3 道逆序：第一道变成最后一道，第二道变成倒数第二道…… 4 道数据逆序：每一道中数据以相反次序排列。 5 拼成单道：把所有道相应时间的数据值相加。

6．3 三分量叠加

1 系数叠加：点击菜单后会弹出对话框，如图6—3所示

图6—3 三分量系数叠加

所有的三分量叠加都只能针对于三个工作分量同时采集所形成的数据文件，Z分量指纵向上的振动，X，Y分量指横向上的两个振动。系数叠加时各道数据乘上相应的比例每

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三道相加成为一道。 2 三分量分别叠加：所有的Z分量叠加成一道，所有的X，Y分量也分别叠加成一道，最后形成三道数据。 3 三分量等源检距叠加：所有道中源检距相等的道X，Y，Z三个分量分叠加。

6．4 道数运算

在处理过程中，增加了数学表达式的运算，目的为了增强有效信号的能量。

1 加常数：在指定道号的每一个数据值a加上一个常数b，即a+b。

图6—4 道数运算

图6—4道数运算对话框有两个参数，道号是指要做运算的道号，多道可用逗号或空格或任何非数字分开，连续道用“-”连接，0代表所有道，重复道和大于文件道无效。例如：当前文件共9道，输入“1，4，3-6，12”，则第1，3，4，5，6道选中。 2 乘常数：在指定道号的每一个数据值a乘上一个常数b，即a*b。 3 取倒数：在指定道号的每一个数据值a取倒数

1。 a4 取绝对值：在指定道号的每一个数据值a取绝对值 | a |。 5 正弦函数：在指定道号的每一个数据值a做正弦运算sina。 6 道数平方：在指定道号的每一个数据值a取平方值，即a。

7指数增益：假设常数为b，则在指定道号的每一个数据值a乘上e，即a*e。 8 取分贝值：在指定道号的每一个数据值a变换为20 * log10|a| 9 道归一化：在指定道号的每一个数据值除以此道的最大值。 10 全屏归一化：在所有道的每一个数据值除以此文件的最大值。 11 取LN：在指定道号的每一个数据值a变换为ln|a|。 12 取LOG10：在指定道号的每一个数据值a变换为log10|a|。 13 平滑化：对指定道号的道数据进行平滑化处理。

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14 五点三次平滑：采用新算法平滑处理道数据。

15 逆运算：先对数据做一次傅里叶变换，然后取其倒数，再做一次逆傅里叶变换。

6．5 时空切除

1 削波：点击菜单“削波”会出现如图6—5所示对话框，要求输入一个削波百分比a，假设当前数据文件的最大数据值为m，则按下“确定”后，当前数据文件中所有数据的值只要是大于a*m/100就会充0。

图6—5 削波对话框

2 初至切除：是将记录开始部分的直达、浅层折射波等非反射能量切除掉，以免叠加到浅层反射波中去，影响能量的均衡处理。点击菜单“初至切除”会出现如图6—6所示初至拾取对话框，这里有两个参数，门坎值是指判断起跳点的最小数据值，只有当在某一时刻数据值即振幅开始大于门坎值时，才会认为此时为已经起跳，根据有效周期前朔到起跳点或初至点；有效周期为一理想化的大致的周期。

图6—6 初至拾取对话框

3 线性预视切除：点击菜单“线性预视切除”后出现提示“确定后用鼠标选择两点画出一条直线，高切将切掉直线左(上)侧，低切将切掉右(下)侧”，用鼠标确定好一条线后就会在每道数据上找出三个点，第二点是直线与坐标轴的交点，第一，三点是离第二点最近的图形与坐标的两个交点，然后会出现图6—7所示对话框，根据前面所说的三个点和高低切两种方式，可以组合出多种切除方法。高切将切掉直线左(上)侧，低切将切掉右(下)侧，截断是选择第二点，圆滑是选择第一，三点，所以选中圆滑后还要进一步选择，弹出的对话框中有提示“在圆滑削波时，程序会在坐标和切线的交点的两边各拾取点作为圆滑削波的起点，现在根据需要从两点中选择一点：”，一切就绪后，按下“确定”就可看到效果，不理想的话就要重载数据文件了，所以做削波前要先保存好文件以备不测。

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图6—7 线性预视切除

4 线性输入切除：点击菜单后会出现图6—8所示对话框，道号是指要做削波的道号，多道可用逗号或空格或任何非数字分开，连续道用“-”连接，0代表所有道，重复道和大于文件道无效。例如：当前文件共9道，输入“1，4，3-6，12”，则第1，3，4，5，6道选中。时间是采样点数与采样间隔的乘积，在这个范围之内的数据将充0。

图6—8线性输入切除

5 条带预视切除：点击菜单“条带预视切除”后出现提示“确定后用鼠标画出两条直线，内切将切掉两线内侧，外切将切掉两线外侧”，用鼠标确定好两条线后，每条线就会在每道数据上找出三个点，第二点是直线与坐标轴的交点，第一，三点是离第二点最近的图形与坐标的两个交点，然后会出现图6—9所示对话框，根据前面所说的六个点和内外切两种方式，可以组合出多种切除方法。外切将切掉两线范围外侧，内切将切掉两线范围内侧，截断是选择第二点，圆滑是选择第一，三点，所以选中圆滑后还要进一步选择，切线一和切线二分别有高点和低点的选项，一切就绪后，按下“确定”就可看到效果，不理想的话就要重载数据文件了，所以做削波前要先保存好文件以备不测。

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图6—9条带预视切除

6条带输入切除：同4线性输入切除。

7 加道：在指定的道后面增加一数据全为0以及道参默认的道。 8 剔道：删除指定的一道数据和道参。

6．6 振幅平衡

1 道内平衡：在指定道的数据做平衡，以使数据前后数据值相差不多或能量平均。点击菜单“道内平衡”后会出现如图6—10所示对话框，有两个参数需输入，一个是道号，多道可用逗号或空格或任何非数字分开，连续道用“-”连接，0代表所有道，重复道和大于文件道无效，另一个是时窗长度，这个参数很重要，过小将致使数据变形，过大则平衡的作用不大。

图6—10 道内平衡

2 道间平衡：通过道间的相关性进行信号的加强，对于道间不相关的信号，处理后信号减弱。此方法对相关性较好的弱信号有极大的增强作用。

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6．7 零漂校正

主要是采集时幅检波器与地面的接触不好或别的原因致使整体数据的漂移，点击菜单“零漂校正”，首先要输入做零漂校正的道号，多道可用逗号或空格或任何非数字分开，连续道用“-”连接，0代表所有道，重复道和大于文件道无效，确认后，会有提示：“是否要用每道前5个数据平均值代替最大正负振幅之差来做零漂校正？”，计算机将自动确定校正值然后进行运算。

6．8 二次采样

二次采样就是在原数据体的基础上更改采样点数和采样间隔以压缩或伸展波形，如下图6—11所示，由于采样点数增加一倍，而采样间隔减少一倍，所以总的采样时间未变，波形拉长，更容易观察到细节。

图6—11 二次采样

6．9 空间混波

将水平同相轴加强，倾斜同相轴和干扰将会相对削弱。根据相邻道数据来调整本道的数据，以使相邻道之间波形更加相似，点击菜单后会出现如图6—12所示对话框，混波道数是指其中一道要根据随后多少道的数据来计算，混波道数越大操作后各道的相似程度越高，但失真程度就越大；混波权值是指要做操作的道要保留的部分，此参数越小，失真程度越大。

图6—13所示为空间混波前的图形，彩色剖面显示，经过混波处理后如图6—14所示，剖面有明显改善。注意：混波处理利于同相轴的追踪，但是它们具有降低剖面横向分别率的副作用。

图6—12 空间混波

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图6—13原始数据（彩色剖面显示）

图6—14 空间混波后（彩色剖面显示）

6．10 数理统计

根据数理统计学理论而计算任何一道的统计量，如图6—15所示，此对话框所统计的量只作为数据处理的参考。

图6—15 数理统计

6．11 信号平稳化

所谓信号平稳化就是使得要操作的道数据的总和为0。图6—13为原始数据，彩色剖面显示，所有道数据平稳化后如图6—16所示，图形总体表现平缓。

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图6—16 数据平稳化（彩色剖面显示）

七 数据处理

7．1 频谱与FFT

1 单道谱分析： 首先要打开一个文件，如图7—1所示波形，点击菜单后有提示“是(Y)做振幅谱，否(N)做相位谱。”，如图7—2所示，对所有道数据做谱分析，结果如图7—3，图7—4所示，分别为振幅谱和相位谱，注意：由于经过傅里叶说换后的数据对称，所以谱结果只显示一半。

图7—1 原始数据（变面积显示）

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图7—2 选择选择对话框

图7—3 振幅谱（变面积显示）

图7—4 相位谱（变面积显示）

2 多道谱分析：同单道谱分析，若只选择一道或多道谱结果也将只出现选中的那些道。

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3 文件谱分析：经过谱分析后保存在文件中，振幅谱和相位谱相间排列，每道对应两道谱分析结果。 4 文件反变换：把文件谱分析的结果即数据文件作为参数输入可反变换出原始数据。 5 功率倒频谱：先对信号做一次傅里叶变换，对傅里叶变换的结果实部取对数，虚部充0，然后再做一次傅里叶变换，求其功率谱。功率谱是信号的能量显示，其幅度是振幅谱值的平方。同单道谱分析中的振幅谱分析。 6 对数功率谱：先求信号的功率谱，然后再取其对数。功率谱是信号的能量显示，其幅度是振幅谱值的平方。同单道谱分析中的振幅谱分析。 7 功率谱：功率谱是信号的能量显示，其幅度是振幅谱值的平方。同单道谱分析中的振幅谱分析。 8 精细谱：点击菜单后会出现如图7—5所示对话框，有三个参数需要输入，开始结束道数分别为精细谱分析要处理的道范围，默认为全部；原点数不用输入，变换点数为精细谱分析结果的道数据长度，这个值班越大则分析结果越精细，有以下数值可供选择：512，1024，2048，4096，8192，16384，32768，65536，131072。原始数据如图7—1所示，对所有道做4096点的精细谱分析，其结果如图7—6所示，对比图7—3振幅谱可以看出，精细谱分析结果可以从普通振幅谱经插值来实现，当然无论如何不及精细谱分析来的精确细致。所以精细谱其实就是普通振幅谱的放大显示。

图7—5 精细谱分析

图7—6 精细谱显示（变面积显示）

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9 谱白化：原始数据如图7—1所法，谱白化结果如图7—7所示。谱白化就是使得数据成为白燥声，白燥声自相关的结果是一个脉冲，如图7—8所示。

图7—7谱白化结果（变面积显示）

图7—8谱白化后自相关（变面积显示）

7．2 数字滤波

1 设计滤波器：滤波的目的是压制有效信号频带以外的干扰信号，以达到突出有效信号的目的，提高剖面的信噪比。点击菜单后会出现如图7—9所示对话框，此功能既可设计滤波器，也可以实现滤波，详细说明如下。 对话框中主要有四个绘图区域。原始图形区则绘参考道的波形，未滤波前的波形；振幅谱区则绘参考道的振幅谱，红色虚线绘的是滤波器的滤波范围；滤波器区绘设计中的滤波器的振幅谱；滤波后波形区绘的是原始数据用设计中的滤波器滤波后所绘的预览波形。 滤波设置中的开始终上止道数为最后要做滤波的道号范围，参考道则为预览用，原始波形就参考道的波形，参考道是个下拉列表框，所有的道号都列在其中。 滤波器参数设置中，滤波器有低通，高通，带通，带阻四种滤波器可供选择。

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窗函数有理想滤波器，线性镶边，正弦镶边，余弦镶边，矩形窗，三角窗，钟形窗，汉宁窗，哈明窗，贝塞尔窗，切比雪夫窗，布莱克曼窗可供选择，选择理想滤波器时就是没有窗函数。 按图7—9所示的参数设计的滤波器对图7—1的原始波形滤波得到图7—10所示波形。 可以很明显地看出原来的毛刺被圆滑了即高频部分滤去了。

图7—9 设计滤波器

图7—10 滤波后波形

2 单道频散： 3 频率补偿：对信号进行频率补偿处理，将被介质吸收的高频成分恢复，达到去噪或扩大频带范围的目的，提高信号的分辨率。点击菜单后要求输入频率补偿的范围，也可以只输入单个值，如图7—11，图7—12分别是图7—1原始波形补偿频率400和800后的结果。 从图中可以清楚看出频率400和800对原始波形的影响，因为补偿的是单个频率值，而且这个值相比原始数据的主要能量带较大，所以形成的谐波加在原始波形上就很容易看出来。

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图7—11 补偿频率400

图7—12 补偿频率800

7．3 FK谱滤波

1 FK谱分析：分析二维谱的分布情况，还可以根据用户的需要，进行逆二维变化，压制各种有规则的干扰信号。二维频率波数域谱分析，为二维频率波数域滤波做准备。原始数据如图7—10所示，FK谱分析的结果如图7—13所示。

图7—13 FK谱分析（变面积显示）

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又有原始数据如图7—14所示，FK谱分析的结果如图7—15所示，均为彩色剖面显示方式，颜色文件为标准4。

图7—14 原始数据波形（彩色剖面显示）

图7—15 FK谱分析（彩色剖面显示）

2 二维频波域滤波：二维滤波在去除斜波和水平波干扰有重要意义，认为视速度线间的数据为二维逆变换的有效数据，通过反变换，对视速度高的信号得到提高，相反，对视速度低的信号得到压制，即压制起伏较大的信号，增强水平信号，点击菜单会弹出如图7—16所示对话框，其实是频波域滤波器的参数设计，低切频率和高切频率分别是频率域中做滤波的低高截频率，也就是要保留的频率范围。低切波数和高切波数分别是波数域中估滤波的低高截波数，也就是要保留的波数范围。

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图7—16频波域滤波器

根据图7—16所提供的参数设计出频波域滤波器，对原始数据波形为图7—14所示波形经过滤波后的结果如图7—17所示。

图7—17频波域滤波后波形

7．4 三瞬滤波

1 单道HILBERT分析：在希尔伯特变换运算过程中，通过求取瞬时振幅剖面，强化了介质对地震波的反射和吸收对比度，从而在某种程度上可以提高深部溶洞信号的分辨能力。点击菜单后首先会出现一个输入道号的对话框，输入要做HILBERT分析的道号，按下“确定”按钮除操作道外的所有道均删掉，包括分析结果最后在程序中有五道数据波形。第一道为时域波形即操作道的原始波形，第二道为HILBERT道，第三道为瞬时振幅，第四道为瞬时相位,第五道为瞬时频率。 对原始图形如图7—10所示的第一道数据做HILBERT分析得出的结果如图7—18所示。溶洞和裂隙与周围介质的对比度明显加大，从而提高了异常的可识别能力。

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图7—18频波域滤波后波形

2 文件HILBERT分析：分析过程同单道HILBERT分析一样，但是分析的结果保存在文件中。

7．5 相关褶积

1 相关处理：点击菜单出现如图7—19对话框，因子道是指相关处理的因子数据所在的道，要做运算的道是指相关处理的数据所在的道，在这里限定为当前数据文件所有的数据道，若选中自相关则每一道做相关时本身的道数据就是因子数据。

图7—19相关处理

对图7—10所示的原始数据做自相关后结果如图7—20所示，数据长度是原来的两倍，数据左右对称，最中间的数据值最大，向两边衰减。

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图7—20相关处理

图7—21相关处理后二次采样

可对图7—20所示相关处理后的结果做二次采样处理，使数据量减少，能完全绘制在窗口中，点击菜单“预处理”，子菜单“二次采样”，出现图7—21所示对话框（详见6. 8），采取图中所示参数对图7—20所示数据做二次采样，结果如图7—22所示。由于采样点数由原来的2048变为512，采样间隔由原来的0.1变为0.4，总的采样时间未变，数据图形压缩。

图7—22相关处理后二次采样的结果

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2 褶积分析：点击菜单出现如图7—23对话框，因子道是指褶积分析的因子数据所在的道，要做运算的道是指褶积分析的数据所在的道，在这里限定为当前数据文件所有的数据道，若选中自褶积则每一道做褶积分析时本身的道数据就是因子数据。

图7—23褶积分析

对图7—10所示的原始数据以第一道为因子道，对所有道做褶积分析后，数据长度是原来的两倍，可对褶积分析后的结果做二次采样处理，使数据量减少，能完全绘制在窗口中，点击菜单“预处理”，子菜单“二次采样”，出现图7—24所示对话框（详见6. 8），采取图中所示参数对褶积分析后的数据做二次采样，结果如图7—25所示。由于采样点数由原来的2048变为1024，采样间隔由原来的0.1变为0.2，总的采样时间未变，数据图形压缩。

图7—24 褶积分析后二次采样

图7—25褶积分析后二次采样的结果

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7．6 反滤波

1 普通反滤波：常规反滤波。

2 最小平方反滤波：最小平方法反滤波。 3 最小熵反滤波：是小熵法反滤波。

7．7 微积分

1 微分：对数据做微分运算，积分后做微分运算会变为原数据。 2 积分：对数据做积分运算，微分后做积分运算会变回原数据。

7．8 反褶积滤波

压制多次反射波和提高信号的分辨率。反褶积后的数据视图的分辨率得到提高，但是同时带来了不必要的杂波信号。在反褶积的基础上，还要进行滤波处理或小波处理才能获得更好的效果。点击菜单后会出现如图7—26所示对话框，此功能既可设计反褶积滤波器，也可以实现反滤波，详细说明如下。 对话框中主要有四个绘图区域。原始图形区则绘参考道的波形，未反滤波前的波形；振幅谱区则绘参考道的振幅谱；褶积因子区绘设计中的滤波器的振幅谱；反褶积后波形区绘的是原始数据用设计中的反褶积滤波器滤波后的预览波形。 反褶积滤波设置中的开始终上止道数为最后要做滤波的道号范围，选取范围为单道时滤波时由参考道所决定，在对整个剖面反滤波过程，不发生变化；选取范围为多道时在反滤波过程根据剖面的每一道来计算独立的滤波因子。因此，单道选取有较高的运算速度，而多道选取的运算速度较慢。参考道则为预览用，原始波形就参考道的波形，参考道是个下拉列表框，所有的道号都列在其中。 反褶积滤波器参数设置：

因子长度：输入反褶积的滤波因子长度。滤波因子越长，相对反褶积滤波的效果越好，而速度越慢，但是当滤波因子达到一定长度时，再加长滤波因子，效果并不会出现明显的改观，默认值为64。

预白噪声：预白噪声的目的是要避免由于反变换造成的无穷极值的出现。但是，此值不能太大，否则会对剖面填加噪声。

褶积延迟：主要根据采集雷达信号的相位特性进行变换。零相位信号，延迟时间为零，否则，根据信号相位值的大小进行设置。注意对于预测反褶积滤波，此参数要与多次波的重复时间相符，才能达到压制多次波的目的。但是，不能超过滤波因子的长度。

反褶积方式：设计了三类滤波方式：尖脉冲反褶积、自相关反褶积、预测反褶积。不同的反褶积滤波方式，所要求的输出目的不一样。

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图7—26 反褶积滤波器

按图7—26所示的参数设计的滤波器对图7—10的原始波形滤波得到图7—27所示波形。

图7—27反褶积滤波结果

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八 工程物探

8．1 折射波法

1 初至拾取：拾取反射波的起跳点（详见6.5.2）。点击菜单“初至切除”会出现如图8—1所示初至拾取对话框。

图8—1初至拾取对话框

这里有两个参数，门坎值是指判断起跳点的最小数据值，只有当在某一时刻数据值即振幅开始大于门坎值时，才会认为此时为已经起跳，根据有效周期前朔到起跳点或初至点；有效周期为一理想化的大致的周期。 根据图8—1所示对话框提供的参数，对图7—10所示数据拾取初至点的结果如图8—2所示的红点。

图8—2初至拾取

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8．2 反射波法

1 叠加剖面：所有道数据叠加然后再赋回给每一道。 2 自动动校正：点击菜单后首先会出在提示：“在各道上确定一点（可以改变）以描出反射波同向轴，按回车得出结果”。然后在图8—2所示的波形图上的每个红点处点击一下就是确定同向轴的点，最后按回车会显示如图8—3所示的数据，x1-6是各点的源检距，t1-6是各点的到达时间。根据这些数据计算出来的结果有：v是反射波的速度，h是反射界面的深度，a是倾角。程序根据这些计算出来的结果再对每道数据做动校正。

图8—3自动动校正

3 直接动校正：不用描出反射波的同向轴，而改由操作者输入参数：v是反射波的速度，h是反射界面的深度，a是倾角，如图8—4所示。程序根据这些提供的结果对每道数据进行动校正。

图8—4直接动校正

4 人工校正：点击菜单后不会有什么明显的提示，状态栏第一格提示：“用户校正：A左侈，D右移，W上移，S下移，F快速”。 操作者用鼠标或键盘移动辅助线以确定将要操作的道，然后可用“A，D，W，S”来校正数据，按下“F”一次表示快速移动，再按下回复。

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8．3 手动解析

点击菜单会弹出对话框，选中“线性回归分析（折射波）”会有提示：“ 线性回归分析：首先在各道上确定一点（点击可以改变）以描出直达波同向轴,按回车得出结果，然后描出下一个界面的折射波同向轴，按回车得出结果”，如图8—5所示；选中“双曲线回归分析（反射波）”会有提示：“非线性回归分析：在各道上确定一点（可以改变）以描出反射波同向轴，按回车得出结果”，如图8—7所示。

图8—5回归分析之折射波

线性回归分析（折射波）时，先是在波形上确定直达波的同向轴，程序会根据你所描出来的点做一个线性回归分析，结果是一条直线，然后根据回归分析的结果计算出波的层速度和下一个界面的深度，以及相关系数。如图8—6所示。

图8—6折射波法结果

双曲线回归分析（反射波）时，先是在波形上确定反射波的同向轴，程序会根据你所描出来的点做一个双曲线回归分析，按回车会显示如图8—03所示的数据，x1-6是各点的源

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检距，t1-6是各点的到达时间。根据这些数据计算出来的结果有：v是反射波的速度，h是反射界面的深度，a是倾角，这跟自动动校正的前面一部分是相同的。

图8—7回归分析之反射波法

九 工程检测

9．1 超前探测

1 多道叠加 ① 叠加成单道：把所有道相应时间的数据值相加，最后形成一道。

② 叠加成剖面：所有道数据叠加然后再赋回给每一道。 2 求速度

① 直达波法：就是根据直达波到达的时间以及源检距参数来确定波的速度。

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图9—1输入道号

图9—2输入源检距

点击菜单“直达波波”后，首先弹出对话框如图9—1所示，要操作者输入道号，这个道要求是当前数据文件中最好的一道，对话框有提示：“选择其中最好的一道数据作为分析速度的标准。若道号为0或大于道数，就得用鼠标选择。当前文件共多少道”。输入好道号或选择好道号后，再弹出一个对话框如图9—2所示要求输入源检距，输入后按“确定”按钮就会出现如图9—3所示界面。

图9—3直达波法求速度

在图9—3所示界面上有提示：“[说明:]用S键确定起始点(默认为零点)，方向和鼠标确定时间。时差法和直达波法相同”，操作者可以移动键盘的方向键或用鼠标确定辅助线的位置，辅助线下方就有计算出来的结果，距离是操作都输入的参数，时间是辅助线到起始点的间隔，速度就是所要求的速度了；也可以把辅助线移到操作者认为是起始点的地方按下“S”键，此时起始点就会定在辅助线的位置上。

② 时差法：就是根据同一个波到达离开炮点距离不等的两个检波器时，所经过的时间不等的特点来求波的速度。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jolo.html