通过虚拟仿真实验,学生应达到以下目标:
了解二维和三维地震勘探野外采集流程和它们之间的异同
知识目标:通过预习,学生了解二维和三维地震勘探的不同,尤其是三维地震勘探中出现的新概念;
能力目标:鼓励学生勤于思考。
学习并掌握三维观测系统的设计
知识目标:掌握三维观测系统中涉及的众多概念;
能力目标:将课本知识转化为实际应用,重点考查学生灵活运用知识的能力。
掌握地震野外数据采集参数实验方法
知识目标:根据不同的野外地质构造特征和采集要求,设置合理的采集参数;
能力目标:学生应充分考虑各种因素的影响,设定最佳的采集参数。旨在锻炼学生分析和解决问题的能力。
了解地震波在复杂地层模型中的传播过程
知识目标:学生通过观看地震波传播动画,掌握直达波、反射波和折射波的区别
能力目标:增强学生举一反三的能力和认知能力。
掌握地震原始记录分析方法
知识目标:虚仿实验中不仅有模拟波形,也有野外实际记录的单跑道集波形,结合已学知识,分析不同参数和环境对道集记录的影响;
能力目标:综合分析问题的能力。
复杂模型三维地震勘探数据采集虚拟仿真实验国家级一流课程
- 所属专业类:地球物理学类
- 对应专业:地球物理学
- 课程类型:专业核心课
- 实验类型:综合设计型
通过仿真操作模拟在不同地表条件下,针对不同地下地质目标体的三维地震野外采集工作。让学生通过自主设计实验流程、接近现实的实验流程,独立操作实验步骤、对比分析实验结果等,让学生深刻理解三维地震勘探野外数据采集的关键技术,掌握三维地震数据采集的关键参数的实验方法和实验数据的分析评价技术。
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共享应用每日0点更新
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- 实验人次 777
实验人次,是指用户参与并完成实验的总人次,同一个用户可以做多次实验,在实验完成后,实验人次会依次累加。"
- 实验人数 349
“实验人数”是指参与实验的用户总人数。注意:
1.同一个用户多次实验,实验人数只统计为1人,不累加;
2.“实验人数”只统计已回传成绩的用户人数总和;
3.“已回传成绩”指学生完成实验后,实验接口成功返回学生实验数据;
4.验证“已回传成绩”的方式:参与实验人员可以在个人中心-我的项目-我的成绩中查看是否可以进行“实验评价”,实验负责老师可以在申报管理-成绩查看中查看是否有学生成绩;
5.共享应用中的所有统计数据均在每日0点~1点更新。
- 实验平均用时 71'
- 实验完成率 100%
“实验完成率”是指完成实验的次数占参与实验总次数的百分比。
- 实验通过率 按人次 51.1%按人数 75.6%
实验通过率”是指实验完成,实验成绩60分及以上的人次和人数占实验总人次和总人数的百分比。
- 优秀 34.11%
成绩≥85
- 达标 16.99%
60≤成绩<85
- 不达标 48.91%
成绩<60
实验系统浏览器要求
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如图1,在地震勘探数据采集中,震源和检波点通常放置于地表。为了提高反射点信号的信噪比,需对反射界面上的各点做重复观测。当每次观测时,炮点(激发)和检波点(接收)均不同,然后将来自同一反射点的各反射信号进行叠加,便可压制噪声,提高有效信号强度。
图1 共中心点观测原理(S和R分别代表震源和接收点)
为了保证野外采集工作在成本一定的前提下尽可能多地实现多次观测(或覆盖),需要设计最佳的观测系统。传统的观测方式常沿一条直线进行布设炮点和检波点,即二维观测(图2)。其优点是投入少,勘探周期快;缺点是地下构造不能完全偏移归位,空间分辨率低。三维观测方式应运而生,其优点是采集效率高,缺点是成本高。
图2 二维观测系统
相对于二维观测系统,三维观测系统增加了面元、接收线距、横向覆盖次数、最大非纵炮检距和方位角等参数,设计上更加复杂(图3)。因其效率高,已成为煤田、油气田勘探领域主要的观测方式(图4)。但由于成本也高,仪器设备复杂,则很难以野外实习的方式开展三维地震勘探采集实验,特别是在复杂地震地质条件区开展实验。
图3 三维观测方式示例
图4 三维观测中的单炮记录示例(6线6炮观测)
虚拟仿真很好地解决这一难题。学生不仅利用虚仿平台尝试各种参数的设置,分析不同参数引起的变化,而且还能进行各种实验,比如激发方式实验、最小炮检距实验、道间距实验等等。通过所见即所得的方式快速、准确地掌握复杂的三维地勘勘探数据采集全过程。
在虚仿实验中,每改变一个参数,都可能涉及后台大量的运算。为了降低运算时间成本,本次实验中建立后台数据库,尽可能多地考虑各种参数组合,满足实验需求。让学生在有限的实验课时中更多地参与实验设计和结果分析。
- 1. 二维观测系统:激发点与接收排列的相对空间位置关系称为观测系统。二维观测系统指地震测线沿一条直线排布。
- 2. 三维观测系统:描述面积上分布的激发点与接收点之间空间位置关系的观测方式,已成为煤田、油气田勘探与开发中的主要采用的观测方式。
- 3. 面元:该参数不仅需要满足最高无混叠频率的要求,而且还要具有较好的横向分辨率,不产生空间假频。
- 4. 覆盖次数:在一个共中心点面元内被叠加的中心点个数
- 5. 三维覆盖次数:包括横向和纵向覆盖次数,总覆盖次数为横向和纵向覆盖次数相乘的积。
- 6. 道间距:指测线中相邻两个观测(接收)点之间的距离。
- 7. 炮检距:炮点(激发点)与检波点(接收点)之间的空间距离
- 8. 炮间距:炮点与炮点之间的距离。
- 9. 最小炮检距:也称最小偏移距,指激发点到最近检波器组中心的距离。
- 10. 接收线距:三维观测系统中,测线之间的距离。选择合理的接收线距有利于精细速度分析、AVO分析以及改善偏移波场的均匀性。
- 11. 地震排列:指同一个震源激发,第一个接收点至最后一个接收点之间的测线段。
1、复杂浅表地震地质条件: 虚仿实验中,主要模拟三种野外地质场景:平原场景、戈壁场景和山前带场景。核心要素包括地形起伏、村庄河流等地表障碍、潜水面深度、卵石层、黄土层和坡积物等激发岩层等。 2、复杂三维地层模型 核心要素包括断层、不整合、透镜体、倾斜地层和褶皱等。 3、 激发震源因素 核心要素包括激发深度、药量、激发地层、可控震源车台次及扫描参数、组合激发方式等。 4、三维地震数据采集接收系统 核心要素包括观测系统类型(几线几炮)、组合接收、复杂环境改变观测系统实验 5、波场模拟 核心要素包括模拟复杂地层模型中的波场快照和单炮记录。 6、交互功能 学生在实验过程中,分步骤核算实验分值,需要设计不同的交互功能,包括鼠标点选(操作成绩)、文字输入(实验分析、参数设计)、在线答疑、自动生成学习报告等。
序号 | 步骤名称 (100字以内) | 步骤目标要求 (100字以内) | 步骤合理用时 (分钟) | 目标达成度赋分模型 (200字以内) | 步骤满分 | 成绩类型 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 预习 | 预习实验教材中的三维地震勘探野外采集相关内容,了解基本流程和关键知识点 | 15 | 按照预习时间长短确定分值,15分钟对应5分,以此类推 | 5 | |
2 | 地形观测1 | 用鼠标控制漫游方向,遍历整个虚仿野外环境,并用鼠标点击主要的地貌特征点,了解地表地质环境 | 8 | 河流、村庄、道路、树木、平原,全部点中,5分,缺一个扣1分 | 5 | |
3 | 地形观测2 | 震源车工作原理 | 8 | 鼠标点击震源车,观看震源车工作原理动画。正确4分,错误0分 | 4 | |
4 | 地层模型观测 | 观察地层剖面,让学生了解地层介质中每一层岩石的属性 | 10 | 鼠标点击各地层,显示相应地层属性。正确5分,错误0分 | 5 | |
5 | 三维观测系统认识与实践1 | 掌握三维观测系统的基本知识和设计方法 二线三炮 改变参数,观察变化 | 8 | 给定二线三炮制的三维观测系统,按照给定的参数和采集的单炮记录,分析炮点位置。正确,4分;不清楚,0 | 4 | |
6 | 三维观测系统认识与实践2 | 掌握三维观测系统的基本知识和设计方法 四线六炮 改变参数,观察变化 | 8 | 给定四线六炮制的三维观测系统,按照给定的参数和采集的单炮记录,分析炮点位置。正确,4分;不清楚,0 | 4 | |
7 | 三维观测系统认识与实践3 | 掌握三维观测系统的基本知识和设计方法 六线六炮 改变参数,观察变化 | 8 | 给定六线六炮制的三维观测系统,按照给定的参数和采集的单炮记录,分析炮点位置。正确,4分;不清楚,0 | 4 | |
8 | 激发实验1 | 药量实验。增大药量,提高信号能量,同时增加成本。了解药量对采集质量的影响 | 8 | 对比不同药量激发的单炮记录,分析并总结。正确,4分;一般,2分;不清楚,0分 | 4 | |
9 | 激发实验2 | 井深实验。在不同深度激发震源,了解井深对采集质量的影响 | 8 | 对比不同井深激发的单炮记录,分析并总结。正确,4分;一般,2分;不清楚,0分 | 4 | |
10 | 激发实验3 | 地层介质。在不同地层介质中激发震源,了解地层介质对采集质量的影响 | 8 | 对比不同地层介质中激发的单炮记录(实测资料),分析并总结。正确,4分;一般,2分;不清楚,0分 | 4 | |
11 | 最大和最小炮检距实验 | 根据勘探目标埋深而定。对比3种不同炮检距的单炮记录,分析并总结。 | 15 | 正确,4分;一般,2分;不清楚,0分 | 4 | |
12 | 道间距实验 | 道间距主要由地震勘探的横向分辨率决定。了解道间距与空间采样之间的关系,掌握判定方法 | 15 | 分析两种不同道间距情况下的采集资料,分析并总结。正确,4分;一般,2分;不清楚,0分 | 4 | |
13 | 覆盖次数计算 | 根据公式,给定相应参数,计算覆盖次数 | 10 | 正确,3分;不正确,0分 | 3 | |
14 | 检波器类型 | 了解检波器采集波形的原理和类型 | 15 | 观看检波器工作原理动画,并通过鼠标实现检波器的插拔,正确3分,错误0分 | 3 | |
15 | 数据分析1 | 分析震相类型:给定实测单炮记录,用鼠标指认直达波、反射波或折射波 | 15 | 正确3分,错误0分 | 3 | |
16 | 数据分析2 | 任意组合激发地层类型、井深和药量,对比单炮记录,分析总结 | 15 | 描述正确,5分;一般,3分;不正确,0分 | 5 | |
17 | 编写实验报告 | 总结野外采集流程,编写实验报告 | 15 | 思路清晰,文笔流畅,观点正确,满分15分,一般,8分;不清楚,0分 | 15 |
l 登录界面
在浏览器地址栏中输入http://dzxf.cugb.edu.cn,输入账号和密码,登录实验平台。学生和教师加载界面不同。
l 实验平台
进入实验平台界面后,屏幕中心显示某平原地质模型,点击“进入实验”按钮,界面显示实验步骤流程和提示语。点击“我准备好了”,正式进入实验环节。
l 实验预习
实验预习环节至少15分钟,学生可熟悉“虚仿预习知识点”,观看三维采集实验视频,浏览地震勘探参考书籍,以及扫描二维码加入超星课程。
l 地形观测
可用鼠标和键盘控制进行地形观测和漫游;在地形上,点击热点,即可查看不同场景的名称。比如点击震源车,可以观看震源车的工作原理动画。还可显示地层纵剖面,鼠标点击每一层,查看每一地层信息。
(地形漫游)
(地层模型)
(震源车展示)
l观测系统设计
根据覆盖次数要求,设计三维观测系统,界面自动加载炮点和检波器的位置,点击“开始布设”,则进入野外设备布设仿真界面,包括采集区域展示、钻孔车施工仿真、数据采集车采集仿真以及变观系统展示。按照操作提示,可浏览不同观测系统,比如6线6炮、4线6炮、2线3炮等。
(观测系统设计)
l 震源激发
学生选择某测线,观察纵剖面。鼠标点击炮点,界面弹出小窗,显示震源激发的仿真;同时界面上将显示地震波沿地层传播的动画(系统内加载了简单的水平地层和复杂的三维地层)。
l 检波点接收波形
点击检波器,弹出“检波器视窗”,界面显示传统设备和节点式地震仪,点击相应按钮可浏览每种类型检波器的优劣;点击“工作原理动画内容扩展”可观看检波器接收信号的原理动画。
浏览完毕检波器工作原理后,点击“下一步”进入复杂模型三维地震数据采集模拟界面。分别选择不同采集方式,将得到不同的单炮记录结果。
针对不同的地层介质、井深和药量,学生可以“条件选择”或“组合选择”,观测不同方式下得到的实测记录剖面。通过对边,分析采集结果之间的差异,填写分析报告。
l实验分析与结论
在文本框内输入实验分析和结论,并完成客观题考核。点击“完成实验”提交实验报告。弹出“实验完成”的界面,显示实验得分和实验用时信息。
(1)预习:阅读《地震勘探创新实践教程》(苑益军等编著)前三章内容,观看中国地质大学(北京)网络教学平台(超星平台)观看《北戴河生产实习》课程的地震勘探野外采集的视频课,了解地震勘探野外采集的基本流程和涉及的基本概念,掌握二维和三维观测系统设计的技能。
(2)实验:登录虚仿平台,进行实操实验。主要进行七个小实验,包括震源激发参数实验、最小炮检距实验、最大炮检距实验、道间距实验、面元尺度实验、覆盖次数实验和小折射实验。实验过程中,学生通过鼠标,点选不同的参数,根据反馈的结果分析所选参数对野外数据采集的影响。此外,在实验中,穿插一些知识点的考查,加强过程化监督。
(3)评价:整个实验过程分成17个步骤,每一步骤均设定了分值,实验操作总分80分。根据学生的表现,实验结束后,平台将给出分数,同时系统向学生提供学习报告,内含学生实验步骤得分和教师评价。
1、激发方式实验
(1)药量实验:增大药量可提高反射信号的能量,但提高到一定程度,不能再增加激发能量,又会提升成本,同时还会降低子波主频;通过组合激发实验,可以提高激发能量,同时可以压制干扰波,减少对环境的破坏;不同的组合井数和组合基距对激发效果有影响,针对不同的工区要根据实验确定
(2)激发地层实验:潜水面以上激发,能量弱,面波干扰强,潜水面以下激发,激发能量强,频谱丰富;卵石层、坡积物和黄土激发条件差,需要组合激发;新鲜的基岩激发条件好;
(3)激发井深实验,针对不同的地层条件和潜水面深度,激发能量不同。
2、最小炮检距实验:最大最小炮检距可以抑制多次波,也可避开接收较多的面波。但是过度增加偏移距,又会使初至波表现为折射波
3、最大炮检距实验:最大炮检距大小决定着接收深层反射信息量的多少。一般情况,随着炮检距增大,深层目的层的照明能量越强,深层及层间信息也会越来越清晰。但当炮检距增大到一定程度后,由于地下介质对地震波具有衰减作用,深层发射信号能量会变弱,相应的噪声能量会变强。
4、道间距实验:道间距越小,对地下反射界面的探测越精细,横向分辨率越高。但是小道距又会增加成本,降低施工效率。
5、覆盖次数实验:增大覆盖次数能够提高叠加数据的信噪比,进而提高反射波同相轴的连续性。但当覆盖次数增加到一定程度时,资料的信噪比将趋于稳定。如果再增加覆盖次数已无益于提高资料的品质,只会带来成本的极大增长。