鎮(zhèn)涇區(qū)塊表層地震地質(zhì)條件分析

【摘 要】本文主要分析了鎮(zhèn)涇區(qū)塊表層的地震地質(zhì)條件，結(jié)合鎮(zhèn)涇區(qū)塊特定的地表環(huán)境，主要是黃土地層的影響。特定的地表特征給淺層地震帶來(lái)以下幾個(gè)問(wèn)題：表層地震波吸收衰減嚴(yán)重、激發(fā)地震波能量與頻率較低和下傳能量的屏蔽問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】鎮(zhèn)涇區(qū)塊 表層 地震

鎮(zhèn)涇區(qū)塊在構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地天環(huán)向斜的南段，延長(zhǎng)組和延安組現(xiàn)今構(gòu)造表現(xiàn)為東南高、西北低，地層向北西西平緩傾斜，構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單。在北西西平緩單斜背景下，局部發(fā)育小幅度鼻狀隆起帶，個(gè)別隆起幅度較大的在局部地段形成小型局部構(gòu)造。延安組則零散分布一些由差異壓實(shí)作用形成的小型局部構(gòu)造。由于本區(qū)西臨鄂爾多斯盆地西緣逆沖褶皺帶，南鄰渭北隆起，受其影響區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，分別發(fā)育兩組NW-NWW、NE-NEE向斷裂。區(qū)內(nèi)單個(gè)斷裂規(guī)模較小，無(wú)延伸長(zhǎng)、斷開(kāi)層系多、能夠控制區(qū)域構(gòu)造形態(tài)和沉積狀況的大型斷裂。區(qū)內(nèi)斷裂往往呈條帶狀展布，形成兩組NW-NWW、NE-NEE向展布的大型斷裂帶。

鎮(zhèn)涇區(qū)塊地形屬典型的黃土塬丘陵溝壑區(qū)，地形起伏變化異常劇烈， 高差變化大，一般高差在幾十米到上百米，最大高差達(dá)400m，形成了樹(shù)枝狀水系（溝）及塬、梁、峁、坡、溝并存的獨(dú)特地貌，表層結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。黃土塬區(qū)，黃土厚度一般在300m左右，最厚可達(dá)400m以上；黃土塬半坡區(qū)，黃土厚度一般150-200m；沖溝區(qū)，黃土厚度一般50-100m。因此區(qū)內(nèi)橫向激發(fā)、接收條件差異大。黃土塬區(qū)含水率低，土質(zhì)疏松，地震波能量衰減快。塬上雖然黃土巨厚、潛水面較深，但只要在含水性較好的膠泥層中激發(fā)，地震記錄品質(zhì)適中；而溝、谷中特別是有水沖刷的溝、谷由于基巖出露，激發(fā)條件最好；半坡上由于形成原因、雨水沖刷程度差異較大，淺層地震地質(zhì)條件變化劇烈，普遍難以得到理想的地震記錄。復(fù)雜的表層結(jié)構(gòu)帶來(lái)一下幾個(gè)問(wèn)題：

一、表層地震波吸收衰減嚴(yán)重

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，地層吸收品質(zhì)因素Q與縱波vp的關(guān)系為（vp以km/s為單位）Q≈14vp2.2

由此得出黃土層的吸收品質(zhì)最高在15左右，即地震波在該層中吸收衰減最嚴(yán)重；而在下部中生界地層的吸收品質(zhì)因素在171左右，其吸收衰減又是很輕的。根據(jù)有關(guān)公式可以得出，在黃土層的吸收量是深層地層吸收量的100倍，也就是說(shuō)，厚度為15m的黃土層的吸收衰減量相當(dāng)于深層1500m厚的地層衰減量。因此，主要的大地衰減就是黃土層的衰減。黃土吸收衰減的機(jī)制是：由于黃土層中含有大量的氣體和不飽和水分，而顆粒間液體和氣體的擠壓、噴涌作用，使能量消耗。

二、激發(fā)地震波能量與頻率較低

爆炸引起的介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)位移的公式可簡(jiǎn)化為f=α×v/r

式中，f為激發(fā)頻率；v為激發(fā)巖性的速度；r為爆炸半徑；α為系數(shù)。從公式中可見(jiàn)，激發(fā)出地震波的頻率與激發(fā)巖性的速度成正比，而黃土塬區(qū)激發(fā)巖性比較松散，速度較低，一般在700-1000m/s，所以炸藥爆炸后的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為彈性波所用的時(shí)間較長(zhǎng)，很難激發(fā)出高頻信號(hào)和較強(qiáng)的能量。

三、下傳能量的屏蔽問(wèn)題

由于黃土層直接與中生界的巖石地層接觸，中 生界的巖石速度為3150m/s，密度達(dá)到2.3g/m3；而黃土的速度為1000m/s，密度為1.65g/m3，二者速度和密度差異都很大，形成了一個(gè)較強(qiáng)的波阻抗界面（反射系數(shù)為0.56），使得下傳地震波的能量大部分在該界面被反射，嚴(yán)重阻擋了地震波能量的下傳，形成了很強(qiáng)的屏蔽層，難以得到深層地震反射信息。

根據(jù)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查的結(jié)果，該區(qū)表層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要是黃土呈層狀分布，存在3個(gè)特殊的界面，第1個(gè)界面是地面（自由界面），第2個(gè)界面是低、降速層間的強(qiáng)波阻抗界面，第3個(gè)界面是黃土層與下伏高速層（中生界）巖石形成的強(qiáng)波阻抗界面。在第1與第2界面之間是疏松、干燥的黃土，由于黃土的吸收衰減作用，使整個(gè)記錄面貌的頻率變低。并且由于地形的影響，形成了該地區(qū)較為獨(dú)特的單炮特征（圖1）。

3個(gè)界面在一定程度上決定了該地區(qū)地震記錄的面貌。地震波在表層的傳播中，不僅會(huì)造成很大的能量損失，還產(chǎn)生了多種在表層中傳播的規(guī)則干擾。同時(shí)，3個(gè)特殊界面的存在還導(dǎo)致多次波發(fā)育，包括短程多次波和黃土層頂、底界面間產(chǎn)生的長(zhǎng)程多次波。由于巨厚的黃土土質(zhì)疏松，孔隙度達(dá)20%-30%，且孔隙中充填了氣體。當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诒韺觽鞑r(shí)，遇到不同的障礙物或橫向變化不均勻時(shí)，就產(chǎn)生了次生干擾，這類(lèi)干擾波的特點(diǎn)是沿著排列向反方向傳播，但能量較低，速度一般為700-900m/s，視頻率較高，大約在50-80Hz之間。因此要想拓寬地震波的優(yōu)勢(shì)頻帶， 必須加強(qiáng)對(duì)干擾波的壓制。

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作者簡(jiǎn)介：朱丹（1981-），男，湖北襄陽(yáng)人，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用地球物理專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任中石化華北分公司工程監(jiān)督中心陜北監(jiān)督部主任，現(xiàn)主要從事油氣田勘探開(kāi)發(fā)監(jiān)督管理工作。