科威特地区高频信号衰减原因调查分析与研究

王云雷 田永庆 张嘉翔 吴荣成

1 中国石油集团东方地球物理勘探责任有限公司国际勘探事业部，河北省涿州市范阳中路307号，072750 2 中国石油集团东方地球物理勘探责任有限公司采集技术支持中心，河北省涿州市范阳西路189号，072750 3 中国石油集团东方地球物理勘探责任有限公司塔里木物探处，新疆维吾尔自治区库尔勒市平安路1号，841000

2018年科威特项目采用G3iHD采集系统及与SL11数字检波器配套的超大道级采集技术方法，首次实现了超20万道级数字检波器在地震数据采集中的应用。该项目采用单点接收、子线组合模式的观测系统，在室内对数据进行组合处理，通过提取组合内每个检波器道的地震子波，对子波进行整形，并消除组内各道的静校正来提高信噪比和分辨率。但技术人员处理资料时发现，资料存在高频成分衰减严重的问题，影响到资料品质。为了调查高频成分衰减的原因，打消甲方对资料品质的疑虑，研究人员设计多种对比实验，并结合地质综合研究等方法来调查分析科威特地区高频信号衰减的原因。

1 原始资料的频率分析

科威特项目凭借G3IHD数字采集系统的稳定发挥，优质高效地完成了该区块的采集任务。但是在项目运行过程中，技术人员通过对单炮和成像剖面的频率分析发现，该地区的资料有效频带很窄， 40 Hz以上几乎看不到有效信号(图1)。图1(a)为一个原始单炮的频谱分析，从右图的频谱看出，频率在高于40 Hz后有明显下降；图1(b)为原始剖面的分频，可以看出，频率大于40 Hz后同相轴消失。

图1 原始单炮的频谱分析及原始剖面的分频扫描Fig.1 A spectrum analysis of the raw single shot，and frequency scan of the original seismic section

2 实验分析

高频衰减严重可能源于以下3个方面：1)地质方面。在一定的勘探区域，由于吸收衰减作用随频率增加而愈发严重，某些特定的近地表结构会使高频信号严重衰减而不可记录，即存在高频死亡线问题[1]。2)激发方面。该项目采用自定义低频可控震源扫描信号(图2)，根据甲方设计要求，可控震源扫描信号频率为2～84 Hz，在3.5 Hz频率处信号能量要求达到-3 db，为了得到该低频信号，低频信号端需持续较长时间，而高频信号端持续时间较短，有可能对高频信号接收造成较大影响。3)接收方面。数字检波器为首次大面积野外使用，它的性能是否如标称的频率接收范围、是否对高频信号有所影响，需要得到验证。

图2 本项目扫描信号、时频曲线及子波自相关信号Fig.2 Sweep signal, time-frequency curve, wavelet auto-correlation signal

为了调查科威特地区高频信号衰减严重的原因，设计二维测线进行分析。针对激发方面，设计线性升频信号扫描频率为6～84 Hz，扫描长度为12 s，听时间为6 s，没有斜坡，通过该线性升频信号与本项目采用的扫描信号进行对比，验证是否是由激发因素造成的高频衰减。图3(a)为该项目扫描信号成像剖面的分频扫描，图3(b)为线性升频扫描信号成像剖面的分频扫描。这两个分频剖面基本上没有区别，都是在分频段20～50 Hz范围内，500 ms深度以上可以看到同相轴，500 ms深度以下看不到同相轴；分频段大于40 Hz后同相轴比较模糊、不连续。综合这两个分频资料的对比，可以排除激发方面的因素。

图3 本项目扫描信号成像剖面的分频扫描及线性升频扫描信号成像剖面的分频扫描Fig.3 The frequency scan of the seismic section of this project, and the frequency scan of seismic section of the linear up frequency scan signal

采用模拟检波器与数字检波器进行对比实验，验证是否是由接收因素造成的高频衰减。采用12串模拟检波器与数字检波器，摆放相同位置，进行同等激发条件的波形和频谱的对比。可以看出，数字检波器在低频和高频段都略强(见图4红圈处)。综合这两个资料的对比可见，接收方面的因素可以排除。

图4 模拟检波器与数字检波器波形和频谱的对比Fig.4 The contrast between waveform-spectrum curves motivated by analog sensor and digital sensor

采用与重复地段邻区老资料进行对比来验证是否是由地质因素造成的高频衰减。某物探公司采用UNIQ采集系统，采集参数与图1相同。该公司成像剖面的分频扫描，在频率大于40 Hz后同样看不到连续有效的同相轴。

通过对不同检波器的对比可见，数字检波器在性能上无论在低频段还是高频段都比模拟检波器略强，两种不同震源扫描信号产生的成像剖面基本相同。由此可见，科威特地区高频信号衰减与震源激发信号和检波器接收信号没有必然联系。结合相邻工区老资料的分析结果，不同采集系统的资料通过不同的软件处理，都得到大于40 Hz频率衰减严重的结论。我们考虑从地质方面入手调查高频衰减的原因。

3 地质研究

近地表衰减是影响地震记录质量的重要因素。在陆上进行地震勘探时，地震波需要穿过近地表，由于近地表传播介质通常为非均匀、各向异性和非完全弹性体，导致地震波衰减十分严重，使检波器接收到的地震波能量弱、频率低。近地表衰减的影响因素主要包括品质因子、低降速带及其厚度。

查阅科威特地质资料[2]显示，科西项目的近地表为较粗质的水泥，分类不良。组成成分为砂砾状和卵石状的砂岩，并由白垩碳酸盐水泥胶结。也可能由火山岩、花岗岩、变质岩组成，对高频吸收屏蔽比较严重。

查阅科威特地质柱状图和水文地质显示，科威特地下约230～600 m处为Damman含水层。现场处理速度资料显示，500 ms处同相轴叠加速度为2 500 m/s，通过迪克斯公式换算，深度大约为500～600 m，基本对应Damman含水层下面的高速顶界面。因此我们认为，高频信号衰减是由于高频成分在水层被吸收或者折射，不能穿透Damman含水层下面的高速顶界面造成的。

4 结 语

通过两组对比实验分析和对科威特的地质地貌研究显示，科威特地区高频衰减严重的主要原因是地质因素。我们下一步可通过正演模拟地震记录在各种影响因素下的不同取值，了解各个因素对近地表衰减的影响作用，有助于合理设计观测系统。并对Q值进行分析，如进行合理的补偿，高频资料可以得到一定程度的重构[3-4]。