论文部分内容阅读
摘 要：大地相当于一个低通滤波器，对地震信号有吸衰减作用，尤其是低降速带，因此地震信号在向地下传播的过程中会造成地震波形的严重失真。表层结构调查成果可以用来计算表层对地震波的吸收衰减。我们在地震资料采集的过程中，应根据表层吸收衰减规律和地震地质条件的特点，采取相应的补偿措施，以提高地震资料的信噪比和分辨率。
关键词：表层 吸收 衰减 地震采集
引言
大地相当于一个低通滤波器，对地震信号有吸收衰减作用，尤其是在低降速带，因此地震信号在地下的传播会造成地震记录波形的严重失真。表层结构调查成果除用于井深设计和静校正工作外，同时还可以用来计算表层对地震波的吸收和衰减。我们在地震资料采集的过程中，应根据地层对地震信号的吸收衰减规律和地震地质条件的特点，采取相应的技术措施来补偿有效信号的能量，以提高地震资料的信噪比和分辨率。
大同盆地表层地震地质条件复杂。其中部为冲积平原，亚沙土、亚粘土和黄土沉积，地势较为平缓，海拔高程1000-1100m；平原周边是沟壑纵横密布的洪积台地和规模不等的洪积、冲积扇，沉积大小不一的角砾和沙砾，海拔高程1100-1300m；盆地外围是山体，植被较少，有中、古生界地层出露，海拔高程1400m以上。从已钻井资料分析，地层岩性横向变化快，埋深变化大。表层沉积厚度从几米至几十米不等，最厚达60m，规律性不强，对地震信号的吸收衰减十分严重。
本文对这一问题进行了深入分析，通过理论分析表层吸收衰减的形成机理，结合大同盆地地震采集的实际应用，提出有针对性的技术补偿措施，并取得了较好的采集效果。
一、表层吸收衰减机理
地震波在介质中传播时，能量的衰减决定于波的扩散、散射和吸收。在理想介质中，其衰减仅来自于波的扩散，即随地震波传播距离增加引起球面扩散，造成能量减弱。散射衰减是指地震波在介质中传播时，固体介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使地震波产生散射，其中一部分能量不再沿原来传播方向运动而形成散射。吸收衰减是由于介质粘滞性，使地震波在介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分动能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致能量（振幅和频率）的损耗[1、2]。
本区深层地震地质条件与表层的地震地质条件相比较为简单，速度和岩性横向上变化不大。相对而言，表层局部岩性和速度横向上变化比较剧烈，吸收衰减相对深层更为严重。尤其是表层的速度和厚度的变化，直接影响着表层的吸收衰减。
二、表层吸收衰减分析技术
1. 表层吸收衰减模型的建立
2. 二维表层吸收衰减分析软件建立
依据matlab语言强大的数据计算和绘图能力，完成了二维表层“吸收衰减分析系统”软件，利用软件完成的二维线累计表层吸收衰减界面见图2。
输入数据格式为逗号分隔文件，列信息包括桩号、低速层速度、低速层厚度、降速层速度、降速层厚度等内容。输出数据格式也为逗号分隔文件，列信息除输入信息外，还包括低速层衰减系数、降速层衰减系数、20Hz、30Hz、40Hz和50Hz衰减量等数据。
三、表层吸收衰减的补偿措施
根据地质沉积理论及近地表风化作用，表层吸收衰减是客观存在的。为了把表层吸收衰减影响降到最低，我们采取以下措施尽量减小低降速带对资料的影响。
1. 精细表层结构调查
施工前期搜集整理地质图、地形图、遥感图等资料，结合现场踏勘、地质雷达浅层探测、电法找水、声波测井、潜水面调查和岩性录井等多种手段查明表层地质情况。在此基础上有针对性地、合理地布设表层调查控制点，有效地指导前期点位选择、井深设计和后期的静校正工作。
在三维工区，根据均匀度理论[4]，把以往常用的表层调查控制点正交布设方式改进为交错布设方式。如图3所示，正交均匀因子为0.157，交错均匀因子为0.055，均匀因子越小，均匀度越好。
另外在表层吸收衰减较大区域适时加密控制点，以有效控制高吸收衰减区的范围和摸清吸收衰减的具体变化规律。
2. 分区分片逐点设计激发井深
以往采集时，激发井深单一、固定。本次采集打破了这种统一激发井深的局面，以各试验点井深试验结论为依据，在精确表层模型的基础上，逐点设计激发深度，保证在高速层中激发，避开虚反射界面的影响，减少表层对激发能量的吸收，提高地震波下传能量。
多信息建立表层模型，指导激发参数设计。根据表层调查结果，结合试验结论和以往相邻线束资料品质，对拟定的激发參数通过能量、信噪比和频谱等动力学特征分析，进而优化全线、全区的激发参数，实现了逐点设计激发参数。
3. 实现高速层中（潜水面下）激发
从表层吸收衰减规律分析，高速层比低降速层的吸收衰减量小；同时根据炸药激发理论分析，在相同激发药量的情况下，保证激发能量应选择在速度较高的围岩层中激发。图4为在不同速度层中激发试验，该点低速带速度在500m/s左右，降速层速度在1000m/s左右，高速层速度在1800m/s左右。药量都是6kg，高速层中激发能量明显高于在降速层和低速层中激发的能量，吸收衰减量明显减小。
四、结论
表层吸收衰减是客观存在的，是地层介质的内在属性，但可以通过一定的技术手段进行适当的补偿工作。精细表层结构调查在提供静校正量的同时，可以更加精确的建立表层模型。根据表层模型，可逐点设计激发深度，确保在高速层中激发。
表层吸收衰减分析软件系统可以直观，有效地了解表层吸收衰减分布规律，为后续的技术补偿打下基础。
大地介质是复杂的、非均质的、双向的介质。经验公式与实际情况存在一定的差距，每个点吸收衰减量的具体数值仅供参考，本文关注的是吸收衰减的相对差以及变化趋势。
致 谢：在本项目的研究过程中，得到了华北物探处白旭明总师、王瑞贞副总师，范国增老专家的大力指导和帮助，在此表示衷心的感谢！
参考文献：
[1]孔令纲，傅朝奎. 大地对地震信号的吸收衰减规律研究[J]. 油气田地面工程， 2005， 24（5）： 12 ～ 13
[2]凌云. 大地吸收衰减分析[J]. 石油地球物理勘探， 2001， 36（1）： 1 ～ 8
[3]李庆忠. 走向精确勘探的道路. 北京：石油工业出版社，1993
关键词：表层 吸收 衰减 地震采集
引言
大地相当于一个低通滤波器，对地震信号有吸收衰减作用，尤其是在低降速带，因此地震信号在地下的传播会造成地震记录波形的严重失真。表层结构调查成果除用于井深设计和静校正工作外，同时还可以用来计算表层对地震波的吸收和衰减。我们在地震资料采集的过程中，应根据地层对地震信号的吸收衰减规律和地震地质条件的特点，采取相应的技术措施来补偿有效信号的能量，以提高地震资料的信噪比和分辨率。
大同盆地表层地震地质条件复杂。其中部为冲积平原，亚沙土、亚粘土和黄土沉积，地势较为平缓，海拔高程1000-1100m；平原周边是沟壑纵横密布的洪积台地和规模不等的洪积、冲积扇，沉积大小不一的角砾和沙砾，海拔高程1100-1300m；盆地外围是山体，植被较少，有中、古生界地层出露，海拔高程1400m以上。从已钻井资料分析，地层岩性横向变化快，埋深变化大。表层沉积厚度从几米至几十米不等，最厚达60m，规律性不强，对地震信号的吸收衰减十分严重。
本文对这一问题进行了深入分析，通过理论分析表层吸收衰减的形成机理，结合大同盆地地震采集的实际应用，提出有针对性的技术补偿措施，并取得了较好的采集效果。
一、表层吸收衰减机理
地震波在介质中传播时，能量的衰减决定于波的扩散、散射和吸收。在理想介质中，其衰减仅来自于波的扩散，即随地震波传播距离增加引起球面扩散，造成能量减弱。散射衰减是指地震波在介质中传播时，固体介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使地震波产生散射，其中一部分能量不再沿原来传播方向运动而形成散射。吸收衰减是由于介质粘滞性，使地震波在介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分动能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致能量（振幅和频率）的损耗[1、2]。
本区深层地震地质条件与表层的地震地质条件相比较为简单，速度和岩性横向上变化不大。相对而言，表层局部岩性和速度横向上变化比较剧烈，吸收衰减相对深层更为严重。尤其是表层的速度和厚度的变化，直接影响着表层的吸收衰减。
二、表层吸收衰减分析技术
1. 表层吸收衰减模型的建立
2. 二维表层吸收衰减分析软件建立
依据matlab语言强大的数据计算和绘图能力，完成了二维表层“吸收衰减分析系统”软件，利用软件完成的二维线累计表层吸收衰减界面见图2。
输入数据格式为逗号分隔文件，列信息包括桩号、低速层速度、低速层厚度、降速层速度、降速层厚度等内容。输出数据格式也为逗号分隔文件，列信息除输入信息外，还包括低速层衰减系数、降速层衰减系数、20Hz、30Hz、40Hz和50Hz衰减量等数据。
三、表层吸收衰减的补偿措施
根据地质沉积理论及近地表风化作用，表层吸收衰减是客观存在的。为了把表层吸收衰减影响降到最低，我们采取以下措施尽量减小低降速带对资料的影响。
1. 精细表层结构调查
施工前期搜集整理地质图、地形图、遥感图等资料，结合现场踏勘、地质雷达浅层探测、电法找水、声波测井、潜水面调查和岩性录井等多种手段查明表层地质情况。在此基础上有针对性地、合理地布设表层调查控制点，有效地指导前期点位选择、井深设计和后期的静校正工作。
在三维工区，根据均匀度理论[4]，把以往常用的表层调查控制点正交布设方式改进为交错布设方式。如图3所示，正交均匀因子为0.157，交错均匀因子为0.055，均匀因子越小，均匀度越好。
另外在表层吸收衰减较大区域适时加密控制点，以有效控制高吸收衰减区的范围和摸清吸收衰减的具体变化规律。
2. 分区分片逐点设计激发井深
以往采集时，激发井深单一、固定。本次采集打破了这种统一激发井深的局面，以各试验点井深试验结论为依据，在精确表层模型的基础上，逐点设计激发深度，保证在高速层中激发，避开虚反射界面的影响，减少表层对激发能量的吸收，提高地震波下传能量。
多信息建立表层模型，指导激发参数设计。根据表层调查结果，结合试验结论和以往相邻线束资料品质，对拟定的激发參数通过能量、信噪比和频谱等动力学特征分析，进而优化全线、全区的激发参数，实现了逐点设计激发参数。
3. 实现高速层中（潜水面下）激发
从表层吸收衰减规律分析，高速层比低降速层的吸收衰减量小；同时根据炸药激发理论分析，在相同激发药量的情况下，保证激发能量应选择在速度较高的围岩层中激发。图4为在不同速度层中激发试验，该点低速带速度在500m/s左右，降速层速度在1000m/s左右，高速层速度在1800m/s左右。药量都是6kg，高速层中激发能量明显高于在降速层和低速层中激发的能量，吸收衰减量明显减小。
四、结论
表层吸收衰减是客观存在的，是地层介质的内在属性，但可以通过一定的技术手段进行适当的补偿工作。精细表层结构调查在提供静校正量的同时，可以更加精确的建立表层模型。根据表层模型，可逐点设计激发深度，确保在高速层中激发。
表层吸收衰减分析软件系统可以直观，有效地了解表层吸收衰减分布规律，为后续的技术补偿打下基础。
大地介质是复杂的、非均质的、双向的介质。经验公式与实际情况存在一定的差距，每个点吸收衰减量的具体数值仅供参考，本文关注的是吸收衰减的相对差以及变化趋势。
致 谢：在本项目的研究过程中，得到了华北物探处白旭明总师、王瑞贞副总师，范国增老专家的大力指导和帮助，在此表示衷心的感谢！
参考文献：
[1]孔令纲，傅朝奎. 大地对地震信号的吸收衰减规律研究[J]. 油气田地面工程， 2005， 24（5）： 12 ～ 13
[2]凌云. 大地吸收衰减分析[J]. 石油地球物理勘探， 2001， 36（1）： 1 ～ 8
[3]李庆忠. 走向精确勘探的道路. 北京：石油工业出版社，1993