巨厚腐殖质层地区微测井采集方法研究

李 隽

（上海勘察设计研究院（集团）有限公司，上海 200093）

1 问题的提出

东南亚临赤道某陆上地震勘探项目中，工区气候潮湿，常年高温，植被茂盛，地下水发育丰富，属于热带雨林地区。近地表经过长期的落叶、死亡植被腐烂和沉积后，形成了一层3～10m的巨厚的腐殖质沉积，造成近地表地层松软、低降速带巨厚，导致野外地震数据采集存在一系列问题，如激发条件差，高频激发能量衰减迅速，反射波振幅衰减严重，地震数据信噪比低，地震数据初至不清晰，采用常规检波器难以接收有效信号等。

松软的地表对地震波的吸收作用极强，根据褶积模型理论，地震波的衰减过程可以用式（1）表示。

式中：g（t）为地震记录；e（t）为脉冲信号；s（t）为近震源区滤波因子；x（t）为反射因子；d（t）为地下地层滤波因子；nl（t）为近地表低速层滤波因子；r（t）为地下地层反射率；n（t）为噪音。

由于松软地表的nl（t）数值极小，因此，接收到的地震波g（t）振幅衰减极快，当nl（t）接近0时，地震记录基本等于噪音n（t），信噪比极低。如果在腐殖质下激发和接收，就能不受nl（t）的影响，从而得到较好的地震记录。基于此，在野外地震数据采集时，根据野外条件，利用野外近地表调查资料结合激发接收实验实施了在腐殖层下激发和腐殖层下埋置沼泽专用检波器接收的技术，解决近地表巨厚腐殖质沉积带来的地震波衰减问题。

针对采集过程中需要实施巨厚腐殖质层下激发和接收的技术，近地表结构调查在项目实施初期为该项目采集技术成功实施的关键因素，主要目的为调查出该区巨厚腐殖质层及风化层的厚度分布，以确定该区激发深度及接收深度。

2 采取的措施

为确保在腐殖质下激发和接收，首先要对腐殖质沉积深度进行调查，即对近地表结构进行调查。通过对该区的地表地貌情况的初步调查，该区采用井中微测井开展这项工作。

该区微测井近地表结构调查的难点是由于松软腐殖质对激发能量的吸收作用，检波器在深层接收到的初至振幅小、起跳不干脆，加上环境噪音的干扰，无法准确识别初至起跳时。为解决此问题，得到准确的近地表结构数据，采集人员在施工前期对微测井施工方法和施工参数进行了多次试验对比。

（1）接收检波器类型试验。在实施微测井工作之前，试验了压电检波器和沼泽专用检波器的接收效果。该区为东南亚热带雨林地区，地下水发育非常丰富，测井内水位高，满足压电检波器在水中接收压力信号的条件，同时压电检波器对地震波引起的压力变化感应非常灵敏，也无接收方向问题。沼泽检波器为普通动圈式检波器，接收地震波信号需要利用推靠装置将检波器推靠在测井井壁。通过试验对比，在相同的激发条件下，压电检波器采集的初至信号起跳干脆、明显，适合进行井中微测井的信号采集，对比情况如图1所示。

图1 沼泽专用检波器和压电检波器接收信号对比

（2）激发震源试验。针对井中微测井实施方法，该区对不同激发方式进行了比对试验。对同一深处的检波器（50m）在相同的偏移距（6m）处通过重锤、5发雷管和0.5kg炸药进行激发试验对比，结果显示炸药激发得到的初至起跳干脆、振幅大、能量强，可以准确选择初至时间，解释地层的速度和厚度。由于该地区为热带雨林巨厚腐殖层地区，地表激发的地震信号在地表覆盖的巨厚的、松软的腐殖质层吸收衰减非常严重。在使用重锤激发时，往往进行上百次叠加也无法取得很好的激发效果，施工效率非常低，同时也无法满足精确拾取初至时间的要求。尝试使用雷管激发后，仍然存在激发信号起跳不干脆，初至前环境噪音压制不完全，初至时间拾取不准确的问题。考虑到该区巨厚腐殖层的吸收衰减情况，尝试使用0.5kg炸药激发，在激发能量能够保证足够强的情况下，采集到了良好的初至信号，为采集信号的初至时间的精确拾取打下了良好的基础。3种激发方式的初至对比图如图2所示。

图2 3种不同激发方式的初至对比图

通过以上各对比试验，最终确定使用地表0.5kg炸药激发，井中压电检波器接收的微测井采集方法。同时为了提高采集效率，采用了5道压电检波器同时接收不同深度激发信号，每道检波器间隔为2m，实施60m深微测井只需要采集6次，同时在浅部多采集1次，使得浅部为1m采集间隔加密，微测井采集观测系统如图3所示。

（3）微测井点位布设。该区地表比较平坦，采用规则布设微测井点位，既能控制施工区域内近地表结构变化规律，又最大限度地降低了野外地表调查工作量。通过对3D项目网格布设微测井点位（4km×4km），得到全区的低降速带分布图如图4所示。通过对微测井数据进行解释，工区近地表结构基本分为三层，即低速层、降速层和高速层。低速层的速度基本为500m/s，厚度为5～10m，微测井时深如图5所示。

另外，工区根据钻井岩性记录，地表下0～9m为腐殖质层，和近地表结构的低速带深度吻合，因此工区内的低速带基本是腐殖质层。结合钻井、录井表和微测井调查结果，工区腐殖质沉积厚度在5～10m。钻井岩性记录表如表1所示。

3 效果

此次研究的主要目的是解决地震数据能量吸收衰减严重、信噪比低的问题，需要同时解决该区在巨厚腐殖质层及风化层下的激发和接收问题。

通过前期近地表结构调查，认为该区低降速带厚度在22m左右，采集激发深度应不小于22m。考虑到目的层深度，经过激发药量的比对试验，最终确定激发参数为药量2.5kg，井深25m。该区域的腐殖质沉积厚度在5～10m，为满足在腐殖质层下接收地震信号，最终确定了检波器埋置深度为12m，通过打水井埋置沼泽专用检波器的方式接收。

图3 微测井观测系统示意图

图4 工区低速带分布图

图5 微测井时深解释图

表1 钻井岩性记录表 单位：m

通过采取以上措施，该区成功实现了在腐殖质层下激发和接收，采集的地震数据质量达到了预期的效果，目的层的连续性较好、反映的地质构造更加清晰。部分测线剖面如图6所示。

图6 工区初叠剖面

4 结论与建议

（1）通过对微测井激发的偏移距、接收检波器类型、激发方式和激发深度的对比试验分析，得到了巨厚、松软腐殖质区域微测井施工的合适的施工方法和参数，并获得了满意的表层调查资料。

（2）根据工区近地表结构调查结果，通过试验对比，确定了激发深度和药量，确定了检波器类型和埋置深度，形成了适合该区的地震资料采集方法。实际资料表明这些方法是可行且有效的。

巨厚、松软腐殖质区是比较特殊的地表类型，目前检波器埋置在腐殖质下面需要实施打井埋置作业，工作量相对比较大，对生产效率造成了一定的影响。建议加大这方面的研究，尤其是接收方面的采集方法研究。