山地山前带地震采集技术两个问题的初步分析

山地山前带地震采集技术中需要注意的两个问题王卫华二○○四年八月乌鲁木齐激发是地震勘探之源，接收是地震勘探之本。回顾几十年的地震勘探史，人们始终没有间断地针对“源”和“本”做文章。地震资料处理技术的迅速发展，促进了地震采集技术的进步。有些问题如信噪比、分辨率和成像，通过处理，资料品质可以改善，但涉及到“源”和“本”的问题，处理技术的解决能力是很有限的，甚至是完全无能为力的。复杂地区地震采集设计要特别重视理论的研究和指导作用，否则将会出现一些盲目现象。针对山地山前带地震采集技术中涉及到“源”和“本”的、而且容易忽视的两个问题，作一些简单的理论分析，希望能够引起大家的重视。2004年8月1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月地震波的传播过程实际上是介质中质点位移的传递过程。质点的位移不仅有大小区别，而且还有方向性，因此位移用一个向量来表示。由弹性力学的张量分析可知，可以分解为两个部分。UU21UUU其中：表示纯体积胀缩的无旋运动，由此产生纵波，其大小决定了纵波的能量。表示无体积胀缩的有旋运动（或剪切运动），由此产生横波，其大小决定了横波的能量。1U2U1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月地震波在传播过程中，当以一定的角度穿过一个反射界面时，如果界面上下介质的弹性参数有差异，则在界面附近质点位移的大小和方向都要发生变化，这种变化将促使质点的运动方式在无旋运动与有旋运动之间发生转换。因此这种转换不仅与地震波的入射角有关，而且与界面上下介质的弹性参数（特别是速度梯度）有关。在纵波地震勘探技术中，设计观测方法时，目前主要考虑的因素是叠加速度分析精度、动校畸变、主要干扰波分布范围、以射线理论为基础的正演分析等。而很少考虑地层纵向速度梯度对地震波能量下传的影响。1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月由波动弹性力学可知，地震波在传播时，遇到反射界面后，其能量分配不仅与入射角有关，而且还与界面上下介质的P波速度比、S波速度比、密度比、泊松比等许多因素有关。当纵波的入射角一定后，地层的纵向速度梯度对纵波能量下传起着决定性作用。显然，速度梯度越大，越不利于纵波能量下传，观测纵波反射的有效范围就越有限。下面从能量转换及能量屏蔽两个方面，简单地分析地层的纵向速度梯度与反射纵波有效观测范围的关系。1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月能量转换问题V2比V1大得越多，地震波传播到反射界面R时，质点的位移方向改变越大，则能量的转换成份也越大。因此，当地层纵向速度梯度较大时，大炮检距范围的纵波反射能量变得很弱，而且波场将会非常复杂，所以只能在较小的炮检距范围内观测到较强的来自于深层的纵波反射。V1V2R1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月能量屏蔽问题1当近地表的速度梯度较大，大部分能量在很浅的范围内就返回地面，真正能下传到中、深层目的层的能量很少，能观测到来自于深层反射的有效范围很有限。1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月能量屏蔽问题2由于V2V1，S只占整个半球面的几十分之一（地震窗问题）；反射系数R1很大（好比在一个小窗户上挡了一层厚厚的白窗帘），因此真正下传的能量只有激发总能量的百分之几到千分之几。来自深层的反射纵波的有效观测范围也很小。老地层V1V2V2V1潜水面V0s1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月因此，在进行地震采集设计时，不仅要针对资料处理中的速度分析精度、动校畸变，以及规则干扰波的分布范围等来确定观测方法，更要重视工区的近地表及浅层的速度梯度对纵波传播的影响，并以此确定有效的观测范围。1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2004年8月1、地层纵向速度梯度对纵波观测范围的影响2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月槽波问题我们在日常生活中经常遇到，如汽车在隧道里鸣笛时将产生混响，越远离声源，混响持续的时间越长。又如在胡同里说话也会产生嗡嗡的声音。地震勘探时，如果在具有一定厚度的低速夹层中激发，将会产生强烈的槽波，地震槽波在记录上呈“扫帚状”特征。弹性地震波产生的槽波比声波产生的槽波复杂得多。下面是两张典型的槽波发育的单炮记录。2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月2、槽波（ChannelWave）问题西部某地山前戈壁区的原始记录（槽波在记录上呈扫帚状分布）2004年8月2、槽波（ChannelWave）问题黄土塬地区干扰波调查记录（槽波在记录上呈扫帚状分布）2004年8月形成槽波的主要条件当V2V1、V3时，如果在V2层中激发将会产生槽波，过去有人将这种现象称为波导现象。W1—在V2层中传播的直达波W2—由V1-V2界面产生的折射波W3—由V2-V3界面产生的折射波W4—以各种角度传播的正常反射波的多次波W5—以各种广角传播的多次广角反射波V2V3V1W4W5W1W2W32、槽波（ChannelWave）问题2004年8月地震槽波是一种非常复杂的波，它主要由上面五类基本波构成，如果考虑它们的转换波，问题变得更复杂。这些波在夹层中以不同的速度传播，形成混响。当V2层不太深时，这些波还会引起地表的扰动，因此使地震记录变得异常复杂。2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月平坦地区的槽波问题及解决方法2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月平坦地区的槽波问题及解决方法在平坦的山前戈壁，进行地震采集时，经常遇到低速夹层问题。在V1层激发？觉得井深不够在V3层激发？钻井钻不到或成本太高在V2层激发？将会产生强烈的槽波V1＝1500－1800m/sV2＝800－1200m/sV3＝2000－3000m/s胶结砾石层h110m风化层h210m坚硬岩石h3＝x解决方法1、可控震源激发2、在V1层用面积组合激发3、打进V3层激发2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月1口×23m×20kg大吨位可控震源2、槽波（ChannelWave）问题西部某地山前戈壁区同一点的两炮原始记录2004年8月山地槽波问题及解决方法2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月山地槽波问题及解决方法老地层以一定倾角出露的地区，速度在横向上随着地层的变化而变。ABC如果在B点激发，将会形成严重的槽波问题，大部分能量顺着V2传播，在记录的左边将出现强烈的槽波干扰。这时应该将炮点移到C点。2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月槽波干扰是一个非常复杂的问题，难以准确地用数学公式表达，处理上对这种干扰波没有非常有效的方法。通常山地山前带没有一个稳定的潜水面来控制激发条件，因此，在确定激发井深和激发岩性时，一定要事先对近地表地层结构或出露岩石速度变化作认真的分析，选择合适的激发井深和岩性。2、槽波（ChannelWave）问题2004年8月山地山前带地震勘探的问题很多、很复杂，解决起来难度很大，我这里只是讲了目前野外采集工作中容易被忽视的两个问题。面对复杂的问题，我们在进行设计时，一定要重视理论的研究、指导作用，避免盲目性。处理技术虽然有很大进步，但是由于“源”和“本”造成的问题，处理技术的解决程度是很有限的、甚至是无能为力的。没有的东西是处理不出来的，处理出来的也是害人的假东西。结束语2004年8月谢谢！