复杂山地地震采集接收技术探讨

高 翔

(胜利石油管理局地球物理勘探开发公司 山东东营)

复杂山地地震采集接收技术探讨

高 翔

(胜利石油管理局地球物理勘探开发公司 山东东营)

川东砂泥岩区属于高信噪比地区,勘探目标以岩性-构造复合圈闭为主,对地震资料的要求为高能宽频。针对南方山地复杂的地表条件,从干扰波的特点入手,提出了基于压制高频噪音的检波器组合方式,以及基于提高与大地耦合程度的检波器耦合技术,从而确定适合南方山地的检波器组合和耦合方式,有效的提高了地震资料的有效频带。

检波器;高频噪音;组合;耦合

0 引 言

南方山地表层地震地质条件较为复杂,地形起伏大,存在陡崖、陡坎、陡坡、半边山、山前破碎带、滑坡、岩石裸露及破碎地区、薄表土区、植被密集区及表土相对较厚的农作物地区等各种地形,激发接收条件变化大。而在川东地区,勘探目标以岩性-构造复合圈闭为主,对地震资料的要求为高能宽频。因此,要提高地震资料的分辨率、信噪比、保真度和成像精度,不但对激发方面提出更高的要求,在接收方面更要采取基于宽频带低失真的接收技术。在接收方面,经过多年的勘探实践,在检波器组合和耦合方面逐渐形成适应于南方复杂山地的技术和工艺系列。

1 基于压制高频噪音的检波器组合方式

依据李庆忠院士提出的经验公式,根据VSP测井资料建立南方山地的地层吸收衰减模型,如图1所示,从图1中可以看出主要目的层需保护频带,考虑大地吸收衰减因素、地表非一致性影响等其它因素,认为需保护的频带大致为120 Hz～130 Hz[1]。

1)组合基距要考虑保护主要目的层的最高频率

图1 南方山地不同目的的层吸收衰减曲线

组合系统具有方向效应、统计效应,还有平均效应和相关效应。我们希望获得需要的方向效应、高的统计效应,尽可能小的相关效应和平均效应,这是选择组合参数的基本原则。根据组合方向频率特性公式[2]:以飞三段目的层为例,计算出不同组合基距对高频的截止频率,并完成图2。可以看出,采用6 m以内的组合基距对123 Hz以内的有效反射无压制,12 m的组合基距则开始对86 Hz的有效反射有所压制。

2)组合的目的在于压制随机噪音中中高频成分

(1)对线性干扰压制的讨论

组合压噪时,原则上组内距要大于该地区随机干扰的相关半径;组合基距大于规则干扰波的波长,才能对规则干扰波或随机干扰进行压制。该区激发产生的伴生或次生干扰,主要是线性干扰,具有干扰能量强,速度范围广的特点。例如通过XH地区的干扰波调查,主要线性干扰是两组面波,第一组面波的视速度为1 900 m/s,视频率17 Hz,视波长111 m。第二组面波视速度为1 300 m/s,视频率11 Hz,视波长11 8m,针对以上两种线性干扰,在南方山地地表条件下,这一点是非常难实现的。同时从图2的结论可知,采用过大的组合基距会对有效波的高频段产生压制,因此,组合压噪的目标应是环境干扰中的中高频成分。

图2 飞三段目的层不同组合基距下组合频率特性曲线

(2)采用小组合压制随机高频噪音

利用组合压制高频干扰,同时还要考虑到要保护的有效波最高频率。高频干扰一般传播的距离比较短,其速度只是相当于直达波的速度,对于南方山地来说,表层直达波的速度一般在600 m～1 000 m的范围内,对于压制120 Hz以上的高频干扰(考虑要保护的最高频率为120 Hz),视波长仅为5 m～8 m,因此,要采用较小的组合基距来压制高频干扰。

在XH地区对四种不同组合形式进行了试验,从组合响应分析来看,圆形组合和一串矩形组合也是主要对120 Hz以上的频率成份能够进行有效压制,线性组合(基距为22 m)对60 Hz的频率成份就有压制,不利于高分辨率采集。从实际资料频率分析看,如图3所示,一串和两串线性组合频带最窄,说明符合理论分析,因此采用小矩形面积组合有利于压制各个方向的高频干扰,并能够保护高频有效成份。

图3 XH地区不同组合形式频率及信噪比分析

2 基于提高与大地耦合程度的检波器埋置方式

在接收介质方面,复杂山地具有自身突出的特点:接收介质类型多,差异大;接收介质在纵横向变化快。目前比较成熟有效的方式是因地制宜采取多种方式进行接收,目标是提高耦合谐振频率。

通过南方复杂山地几年的实践和研究,检波器与大地耦合上形成如下的几点认识:

1)选择谐振频率高的耦合介质是南方复杂山地检波器耦合的指导原则。

2)通过改变耦合介质来提高谐振频率是改善南方复杂山地接收条件的有效手段。

3)良好的检波器耦合是由沿检波器尾锥的切力决定的,差的检波器耦合特性是由其重力耦合来确定的。

4)同一介质耦合谐振频率与含水量有关,在一定范围内,含水量越大,谐振频率越高,但在含水量饱和时,如沼泽地,谐振频率又会降低。

根据以上取得的认识,制定了在南方复杂山地条件下检波器埋置的三项基本原则:

1)检波器尾锥插入致密的大地介质;

针对复杂山地表层条件,主要是针对谐振频率低的介质,改换耦合介质的方式提高耦合谐振频率,使谐振频率与耦合介质的谐振频率达到最佳的耦合。

2)增大检波器外壳与大地介质的接触面积;

通过挖坑填实埋置的方法,将检波器外壳与大地做到全方位的紧密接触,做到整个检波器与大地的震动同步,尽量使大地介质的振动被检波器无畸变地接收下来。

3)提高检波器与大地介质接触的“牢固度”;

良好的检波器耦合是由作用到检波器尾锥上的切力所决定,所以提高牢固度就是利用不同的耦合方式增加检波器与大地介质的摩擦力,保证检波器与耦合介质一起振动。

根据以上的耦合原则,在南方山地的检波器耦合方面进行了大量的探索,并取得了良好的效果,形成了一系列成熟的耦合技术,列举几个效果明显的例子。

例1:去除浮土将检波器插入致密的硬土中,也是有利于提高谐振频率,如图4所示。

例2:以粘土换散沙。在散沙分布区域,挖坑填上粘土夯实,改变耦合介质的密度,提高谐振频率,可以看出埋置介质为粘土的检波器耦合明显要好于沙,不同埋置介质对比如图5所示。

例3:在岩石出露区,通过采用土堆插放,电钻打眼的方式减弱了出现的高频干扰,如图6所示。

图4 松散表层土区域不同埋置方式对比

图5 不同埋置介质对比

图6 通过改变耦合效果形式可以改善高频干扰

例4:干裂稻田-去除干裂的表层埋置

由于干裂的稻田表层与大地存在明显的分层(或分离)现象,而检波器埋置在表层上,间接地造成了检波器与大地不能很好地耦合。去除干裂的表层埋置,使检波器与大地牢固真实地耦合,改善该类地区的接收效果,如图7所示。

3 结 论

1)在南方山地的地震勘探中,坚持一定组合基距的小组合接收,是压制高频噪音,保护有效频段的有效接收方式;

图7 干裂稻田埋置效果对比

2)基于提高耦合谐振频率的复杂山地因地制宜检波器耦合技术有效的提高山地高精度地震采集的接收效果。

[1] 李庆忠.地震高分辨率勘探中的误区与对策[J].石油地球物理勘探,1997,32(4)

[2] 陆基孟,等.地震勘探原理[M].东营:石油大学出版社,2001

[3] 邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京:石油工业出版社,2006

Investigation of seismic acquisition receiving technology in Complex mountainous.

Gao Xiang.

The sand shale area in east of Sichuan province is a high signal-to-noise area.The main exploration aim is litho structural combination traps.The seismic data is high in energy and broad band.For the complex condition of South Mountain and the characteristics of the interference wave;a Geo-phone combinative method is introduced based on controlling high frequency noise.The combination and coupling methods of the Geo-phone suitable in the South Mountain area are determined to improve technology of a Geo-phone coupling with the ground.It turns out that this technology help to improve the valid frequency band of the seismic data.

Geo-phone;high frequency noise;combination;coupling

P631.4+2

B

1004-9134(2011)04-0064-03

高 翔,男,1969年生,工程师,1990年毕业于涿州石油物探学校工程测量专业,现在胜利石油管理局地球物理勘探开发公司南方项目部从事野外生产管理工作。邮编:257100

2011-03-18编辑高红霞)

PI,2011,25(4):64～66

·方法研究·