黄土塬表层结构对地震波影响分析

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【摘 要】在石油、天然气等能源的地震勘探中，表层结构是影响勘探效果的一个重要因素，黄土塬的巨厚黄土层对地震波的吸收衰减严重导致资料品质差，而黄土层纵、横向的非均质性使得表层结构变的更为复杂，严重影响激发参数的选择，本文通过对纵、横向地震波能量衰减试验分析以及对不同深度激发所得效果对比，进一步对黄土塬表层结构对地震勘探造成的影响进行了分析，通过对比衰减特性与岩性之间的关系寻找出了一定的规律性，可为类似地区地震勘探激发参数的选择提供参考。

【关键词】黄土塬；表层结构；地震勘探；潜水面；胶泥层

黄土塬地区塬、峁、梁、坡、沟发育，地形起伏剧烈，表层结构复杂多变，黄土层巨厚，黄土层孔隙度大，激发接收条件极差，面波、多次折射等干扰波发育，资料信噪比极低，因此过去黄土塬地区一直是地震勘探的“”。在一般地区的地震勘探中，激发井深的选择大都以潜水面或高速层顶界面为参考依据，而黄土塬地区由于黄土厚，高速层顶界面埋藏深，同样潜水面仅存在于大面积的塬上且埋藏深（40-70米），在面积较小的塬或坡上不存在潜水面，即使在有潜水面的大塬上，由于受地表条件及施工成本的限制也无法实现所有炮点全在潜水面下激发，因此井深的选择无法按照一般地区的工作思路或经验进行。

近年来通过地球物理工作者的不断探索与努力，采用多井组合在“胶泥层”中激发的方式在一定程度上克服了黄土塬复杂地表对地震勘探带来的影响，获得了有效的基础资料，但对于表层结构对地震勘探效果的影响程度仍缺乏深入的认识，对于存在潜水面的大塬上究竟采用潜水面下单井激发效果好还是多井组合在埋深较浅的胶泥层中激发效果好尚存在争议。

1 黄土塬表层结构特点

典型黄土塬地区表层按照含水性可分为三层结构，自上到下分为干燥黄土、潮湿黄土和含水黄土，为了与“潮湿黄土”相区分，含水黄土一般指潜水面以下的含饱合水部份，其间夹杂厚度不等的胶泥层和含钙质结核层，从干黄土到含饱合水黄土之间含水率呈非线性变化，无明显规律可循。干黄土极为松散，厚度2～5米不等，一般坡上干黄土较厚，地震波在干黄土中的传播速度仅为300米/秒左右，低于声波速度。胶泥层一般位于潮湿黄土层中，在大塬上分布较为稳定，其埋深和厚度变化不大，但在坡、梁或小面积塬上其分布不稳定，由于其含水性好，波阻抗与炸药波阻抗匹配较好，是黄土塬地震勘探中较好的激发层，有些地区发育多层胶泥，但厚度较薄，多数厚度不足1米。含饱合水黄土中地震波传播速度一般大于1500米/秒，与平原地区潜水面下地层速度相当，复杂的表层结构给地震勘探工作带来了诸多困难。

2 表层地震波能量衰减分析

根据费马原理：地震波沿射线传播的旅行时和沿其他路径传播的旅行时相比为最小，即地震波沿旅行时最小的路径传播。由于表层速度较低，因此可以认为在表层地震波为近垂直传播到地表，基于以上原理及假设设计了如下试验进行地震波能量沿垂向及水平向的衰减特性。

2.1 试验方法

在大塬中间选一表层具有潜水面的试验点，通过表层结构调查其潜水面埋深为44.63米，具体调查结果如下：V0=494m/s ；H0=12.6m；V1=710m/s；H1=32.03m；V2=1783m/s。

采用双井微测井的方法，施工参数如下：井深70m，不同深度激发均用相同的雷管数激发，保证每个点能量一致，0～5m每1米激发一次，5～15m每2米激发一次，15～70m每5米激发一次。接收井中检波器的布设与激发点一一对应，保证检波器与激发点处于同一水平位置。

激发井井口检波器接收的信息用于垂直方向地震波衰减分析，接收井中的检波器接收来自于水平层的信号，从而对不同岩性对地震波的衰减作用进行对比分析。

2.2 试验结果分析

若地层为均一介质，随着激发深度的增加，地震波传播距离变长，其衰减程度应与激发深度呈线性关系，线的斜率代表了介质对地震波能量衰减的能力（图1），黄土塬表层结构复杂，即使在划分的同一层系中地震波衰减也有差异，图中虚线为将该层系假设为均一介质拟合的衰减曲线，由三组地层衰减拟合曲线可以看出由深至浅对地震波能量的衰减逐渐加强。从细节分析来看图中出现部分能量突变点，首先是潮湿黄土附近的胶泥层能量突然增强，潜水面下激发能量突然增强，这也说明潜水面下及胶泥层中激发能量强，能量突变后在同一层系中激发地震波能量传到地表呈现近线性的衰减特征。

当接收井中检波器接收来自同深度的信号时，可以近似地认为地震波在均匀介质中传播，由于传播距离短，其振幅值反应的是在不同岩性中激发能量的强弱，从图2中可以看出随着深度的增加能量总体上呈现增强的趋势，其中也有异常点：潜水面下激发能量强，其次为浅层的胶泥层中激发能量较强，在降速层（潮湿黄土中）也有能量增强点，根据钻井录井情况该深度存在薄的胶泥层。水平衰减结果与垂直衰减分析结果基本一致，由于水平传播基本上不受其它层的影响且传播距离短，主要反映激发能量的强弱，因此胶泥层中能量的异常更为明显。

3 不同层激发效果对比

根据地震波衰减试验分析结果，最理想的激发位置应在潜水面下，其次为胶泥层，为了验证这一结论在试验点附近进行了多井组合胶泥层中激发与不同单深井激发效果对比，a为70米井深8公斤药量激发所得单炮，b为50米井深8公斤药量激发所得单炮，c为15井组合胶泥层中激发单炮，单井药量为3公斤，总药量为45公斤。

固定增益（图4）显示a单炮能量强，静校正后单炮可见连续性较好的有效反射波组，b与c效果相当，c略好，浅层可见有效反射；从20-40Hz分频扫描记录上看a中深层反射能量强，但30～60 Hz分频扫描记录显示c单炮浅层（1～1.5s之间）波组连续性好，深层反射品质与a相当，这说明a单炮深井激发产生的多为低频信号，低频地震波穿透能力强，传播经过地表时与高频成份相比衰减较少，可有效提高资料信噪比，但其高频成份缺失，不利于绝对分辨率的提高。

4 结束语

胶泥层是黄土塬地区地震勘探较佳的激发层，采用组合井激发的方式可获得较好的资料，深井潜水面下激发可获得能量较强的低频信息丰富的目的层反射波组，二者结合使用可有效提高资料信噪比并保证分辨率，尤其在村庄附近采用深井激发可避免因空炮而造成的覆盖次数不均匀、浅层资料缺失等问题，并且可在一定程度上拓宽频带，提高勘探精度。

参考文献：

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作者简介：

魏冰，男，生于1979年，工程师，长期从事地震资料采集方法技术研究工作。