巨厚腐殖質(zhì)層地區(qū)地震采集方法研究

李雋

【摘要】由于近地表巨厚松軟的腐殖質(zhì)沉積，導(dǎo)致野外地震數(shù)據(jù)采集存在系列問題：激發(fā)條件差;激發(fā)能量衰減迅速;反射波振幅衰減嚴(yán)重;地震數(shù)據(jù)信噪比低、地震數(shù)據(jù)初至不清晰、采用常規(guī)檢波器難以接收有效信號(hào)等。針對(duì)這些問題，野外采集人員做了大量研究，采用在腐殖質(zhì)下激發(fā)和接收的方法，解決了巨厚腐殖質(zhì)地區(qū)地震數(shù)據(jù)采集的難題。

【關(guān)鍵詞】巨厚腐殖質(zhì);振幅衰減;近地表調(diào)查.信噪比

1、問題的提出

東南亞臨赤道某陸上地震勘探項(xiàng)目中，工區(qū)氣候潮濕，常年高溫，植被茂盛，地下水發(fā)育豐富，屬于熱帶雨林地區(qū)。近地表經(jīng)過長(zhǎng)期的落葉、死亡植被腐爛和沉積后，形成了一層約3到10米厚的巨厚的腐殖質(zhì)沉積，造成近地表?xiàng)l件為松軟，低降速帶巨厚的腐殖層，導(dǎo)致野外地震數(shù)據(jù)采集存在一系列問題：激發(fā)條件差;高頻激發(fā)能量衰減迅速;反射波振幅衰減嚴(yán)重;地震數(shù)據(jù)信噪比低、地震數(shù)據(jù)初至不清晰、采用常規(guī)檢波器難以接收有效信號(hào)等。

松軟的地表對(duì)地震波的吸收作用極強(qiáng)，根據(jù)褶積模型理論，地震波的衰減過程可以用公式：

g（t）=e（t）*s（t）*x（t）*d（t）*nl（t）*r（t）+n（t）表示。

其中，g（t）為地震記錄，e（t）為脈沖信號(hào)，s（t）為近震源區(qū)濾波因子，x（t）為反射因子，d（t）為地下地層濾波因子，nl（t）為近地表低速層濾波因子，r（t）為地下地層反射率，n（t）為噪音。

由于松軟地表的nl（t） 數(shù)值極小，因此，接收到的地震波g（t）振幅衰減極快，當(dāng)nl（t）接近0時(shí)，地震記錄基本等于噪音n（t），信噪比極低。如果我們?cè)诟迟|(zhì)下激發(fā)和接收，就能不受nl（t）的影響，從而得到較好的地震記錄。因此在野外地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，根據(jù)野外條件，利用野外近地表調(diào)查資料結(jié)合激發(fā)接收實(shí)驗(yàn)實(shí)施了在腐殖層下激發(fā)，腐殖層下埋置沼澤專用檢波器接收的技術(shù)，解決近地表巨厚腐殖質(zhì)沉積帶來的地震波衰減問題。

2、采取的措施

2.1 近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查

為確保在腐殖質(zhì)下激發(fā)和接收，首先要對(duì)腐殖質(zhì)沉積深度進(jìn)行調(diào)查，即對(duì)近地表結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查。本區(qū)采用井中微測(cè)井開展這項(xiàng)工作。

微測(cè)井近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的難點(diǎn)是由于松軟腐殖質(zhì)對(duì)激發(fā)能量的吸收作用，檢波器在深層接收到的初至振幅小、起跳不干脆，加上環(huán)境噪音的干擾，無法準(zhǔn)確識(shí)別初至起跳時(shí)間，為解決此問題，得到準(zhǔn)確的近地表結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在施工前期對(duì)微測(cè)井施工方法和施工參數(shù)進(jìn)行了多次試驗(yàn)對(duì)比。

A.接收檢波器類型試驗(yàn)

試驗(yàn)了壓電檢波器和沼澤專用檢波器，該區(qū)為熱帶雨林地區(qū)，地下水發(fā)育豐富，測(cè)井內(nèi)水位高，滿足壓電檢波器在水中接收壓力信號(hào)的條件，同時(shí)壓電檢波器對(duì)地震波引起的壓力變化感應(yīng)非常靈敏，也無接收方向問題。而沼澤檢波器為普通動(dòng)圈式檢波器，接收地震波信號(hào)需要利用推靠裝置將檢波器推靠在測(cè)井井壁。通過試驗(yàn)對(duì)比，壓電檢波器的采集的初至信號(hào)起跳干脆、明顯，適合進(jìn)行井中微測(cè)井的信號(hào)采集（對(duì)比情況請(qǐng)參考圖1）。

B.激發(fā)震源試驗(yàn)

對(duì)激發(fā)方式進(jìn)行了研究，進(jìn)行了重錘、雷管和炸藥激發(fā)試驗(yàn)，對(duì)同一深處的檢波器（50米）在相同的偏移距（6米）處進(jìn)行重錘、5發(fā)雷管和0.5公斤炸藥進(jìn)行激發(fā)試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果顯示炸藥激發(fā)得到的初至起跳干脆、振幅大，能量強(qiáng)，可以準(zhǔn)確選擇初至?xí)r間、解釋地層的速度和厚度。

由于該地區(qū)為熱帶雨林巨厚腐殖層地區(qū)，地表激發(fā)的地震信號(hào)在地表覆蓋的巨厚的、松軟的腐殖質(zhì)層吸收衰減非常嚴(yán)重。在使用重錘激發(fā)時(shí)，往往進(jìn)行上百次疊加也無法取得很好的激發(fā)效果，施工效率非常低，同時(shí)也無法滿足精確拾取初至?xí)r間的要求。嘗試使用雷管激發(fā)后，仍然存在激發(fā)信號(hào)起跳不干脆，初至前環(huán)境噪音壓制不完全，導(dǎo)致初至?xí)r間拾取不準(zhǔn)確的問題。

考慮到該區(qū)巨厚腐殖層的吸收衰減情況，嘗試使用0.5公斤炸藥進(jìn)行激發(fā)，在激發(fā)能量能夠保證足夠強(qiáng)的情況下，采集到了良好的初至信號(hào)。對(duì)采集信號(hào)的初至?xí)r間的精確拾取打下了良好的基礎(chǔ)。

通過以上各對(duì)比試驗(yàn)，最終確定使用地表0.5公斤炸藥激發(fā)，井中壓電檢波器接收的微測(cè)井采集方法。同時(shí)為了提高采集效率，采用了5道壓電檢波器同時(shí)接收不同深度激發(fā)信號(hào)，每道檢波器間隔為2m，實(shí)施60m深微測(cè)井只需要采集6次，同時(shí)在淺部多采集1次，使得淺部為1m采集間隔進(jìn)行加密。（微測(cè)井采集觀測(cè)系統(tǒng)示意圖參考圖3）。

C.微測(cè)井點(diǎn)位布設(shè)

本區(qū)地表比較平坦，采用規(guī)則布設(shè)微測(cè)井點(diǎn)位，即能控制施工區(qū)域內(nèi)近地表結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，又最大限度地降低野外地表調(diào)查工作量。通過對(duì)3D項(xiàng)目網(wǎng)格布設(shè)微測(cè)井點(diǎn)位（4公里*4公里），得到全區(qū)的低降速帶分布圖如圖4所示。

通過對(duì)微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋，工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)基本分為三層，低速層、降速層和高速層。低速層的速度基本為500米/秒，厚度在5-10米。（微測(cè)井時(shí)深解釋圖見圖5）。

另外工區(qū)根據(jù)鉆井巖性記錄，地表下0-9米左右，為腐殖質(zhì)層（見表1），和近地表結(jié)構(gòu)的低速帶深度吻合，因此工區(qū)內(nèi)的低速帶基本是腐殖質(zhì)層。

結(jié)合鉆井錄井表和微測(cè)井調(diào)查結(jié)果，工區(qū)腐殖質(zhì)沉積厚度在5-10米，

2.2 激發(fā)震源參數(shù)

由于該區(qū)為巨厚腐殖質(zhì)層覆蓋區(qū)域，為得到較強(qiáng)的激發(fā)能量，同時(shí)針對(duì)該區(qū)域近地表特點(diǎn)并結(jié)合前期近地表調(diào)查情況進(jìn)行了激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)。

A.藥量試驗(yàn)

分別采用1.5公斤、2公斤、2.5公斤、3公斤和3.5公斤，井深25米進(jìn)行試驗(yàn)。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能量、頻率和信噪比分析，藥量為1.5公斤和3.5公斤米的單炮數(shù)據(jù)資料較差，藥量為2.5公斤的資料品質(zhì)較好。

B.井深試驗(yàn)

固定藥量2.5公斤，試驗(yàn)了6種不同井深的試驗(yàn)，分別是10米、15米、18米、20米、25米和28米。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能量、頻率、自相關(guān)、信噪比和子波分析，10米和15米的單炮數(shù)據(jù)資料較差，18米到25米的資料品質(zhì)相當(dāng)。

同時(shí)結(jié)合近地表低降速帶調(diào)查，低降速帶厚度在22米左右，確定激發(fā)參數(shù)為藥量2.5公斤，井深25米生產(chǎn)。

2.3 接收檢波器類型選擇

為保證接收地震信號(hào)的檢波器在巨厚腐殖質(zhì)層下工作，要采用最適合的檢波器接收，因此進(jìn)行了普通陸地檢波器、沼澤專用檢波器和壓電檢波器的接收對(duì)比試驗(yàn)。陸地檢波器挖坑埋置于地表（約0.3米），沼澤檢波器和壓電檢波器的插置深度為5米。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，沼澤檢波器接收的單炮數(shù)據(jù)信噪比較高相對(duì)較高、目的層連續(xù)性好。如圖6所示。

通過試驗(yàn)該區(qū)域采用了埋置沼澤專用檢波器進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的采集工作。

通過前期近地表調(diào)查，該區(qū)域的腐殖質(zhì)沉積厚度在5-10米，為滿足在腐殖質(zhì)層下接收和激發(fā)，最終確定了檢波器埋置深度為12米，通過打水井埋置的方式進(jìn)行。

3、效果

通過采用以上措施，該區(qū)成功實(shí)現(xiàn)了在腐殖質(zhì)層下進(jìn)行激發(fā)和接收，采集的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期的效果，目的層的連續(xù)性較好、反應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造更加清晰。部分測(cè)線剖面如圖7 所示。

4、結(jié)論與建議

（1）通過對(duì)微測(cè)井激發(fā)的偏移距、接收檢波器類型、激發(fā)方式和激發(fā)深度的對(duì)比試驗(yàn)分析，得到了巨厚松軟腐殖質(zhì)區(qū)域微測(cè)井施工的合適的施工方法和參數(shù)，并獲得了滿意的表層調(diào)查資料。

（2）根據(jù)工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果，通過試驗(yàn)對(duì)比，確定了激發(fā)深度和藥量，確定了檢波器類型和埋置深度，形成了適合該區(qū)的地震資料采集方法。實(shí)際資料表明這些方法是可行有效的。

5、建議

巨厚松軟腐殖質(zhì)區(qū)是比較特殊的地表類型，目前檢波器埋置在腐殖質(zhì)下面需要實(shí)施打井埋置作業(yè)，相對(duì)工作量還是比較大，影響了一定的生產(chǎn)效率。建議加大這方面的研究，尤其是接收方面的采集方法研究。

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