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可控震源在表层调查中的应用

发表时间：2020/4/30 来源：《文化时代》2020年2期作者：朱迪

[导读] 吐哈盆地地貌以戈壁和雅丹为主，表层多为黄土砾石区，结构复杂、纵横向速度、厚度变化快，钻井激发困难，常规表层调查多以炸药震源激发的小折射和微测井为主，十三间房区块受施工条件限制，全区采用可控震源施工，考虑到可控震源的大炮初至不明显，不能满足表层资料解释精度要求，因此开展了以可控震源的脉冲激发作为激发源的表层调查方法研究工作；

中石化地球物理公司胜利分公司山东东营 257000
        摘要：吐哈盆地地貌以戈壁和雅丹为主，表层多为黄土砾石区，结构复杂、纵横向速度、厚度变化快，钻井激发困难，常规表层调查多以炸药震源激发的小折射和微测井为主，十三间房区块受施工条件限制，全区采用可控震源施工，考虑到可控震源的大炮初至不明显，不能满足表层资料解释精度要求，因此开展了以可控震源的脉冲激发作为激发源的表层调查方法研究工作；
        关键词：可控震源；表层调查；脉冲扫描；


引言
        吐哈盆地地貌多以戈壁和雅丹为主，近地表结构复杂，多为山前带因风化、垮塌、冲积等原因堆积的黄土砾石区，其岩性、表层速度、厚度在纵横向变化剧烈。戈壁区低降速带较厚，近地表速度较低，雅丹区地表以巨厚的黄土层为主，质地坚硬近地表速度较高；为保证静校正精度，提高室内数据处理质量，必须做好表层调查工作。常规表层调查多以小折射和微测井为主；实际应用中受施工现场条件限制，两种方法均存在实施难点，受地表地貌影响，在范围广泛风化层厚度较大的巨厚戈壁砾石区，钻井成井困难，微测井难以实施；受激发因素影响，在炸药管控区域，炸药办理程序难，存在涉爆危险，不允许涉爆作业，常规炸药激发的微测井和小折射难以实施。因此针对这种激发源只有可控震源的区域，要想得到表层的速度和厚度信息，只有考虑利用可控震源激发做小折射调查；
        1.脉冲激发原理及小折射方法
        可控震源的脉冲扫描信号在时域是时长1秒的脉冲信号，其峰值位于0.5秒的位置。频域是趋于有限带宽，脉冲能量取决于信号的主频和振幅，实际应用中，要得到良好的初至质量选取合适的主频和振幅是关键。激发原理是可控震源执行一个上跳的扫描信号，重锤瞬时上移、平板瞬时下移，大地系统受到瞬时的作用力，产生一定能量的冲击波，进而激发地震波。对比脉冲激发和常规线性扫描的大炮初至信息发现大炮初至前干扰严重，难以区分有效初至信息，而脉冲激发的初至起跳干脆、背景干净，无不正常道出现（图1），
        脉冲激发用作小折射激发源优势更明显

        图1 可控震源线性激发记录（左）和脉冲激发记录（右）
        十三间房某二维工区全部采用可控震源施工，可采用可控震源的脉冲激发做小折射表层调查工作，需要NOMAD65型可控震源联合428XL仪器共同作业，首针对不同地表开展参数选定试验，设定一系列不同主频和振幅的脉冲扫描参数激发（表1），采用单边密L排列观测法进行，排列长度160米，24道接收，偏移距10m，道间距分别为1、1、1、2、2、4、6、8、10、15、20、20、20、15、10、8、6、4、2、2、1、1、1m，通过本次试验确定适合该区的脉冲激发参数。

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表1 脉冲扫描激发试验参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
脉冲信号主频（Hz） 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 40 30 30 30 30 30 30
振幅（%） 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 10 20 30 40 50 60

        分析主频为30Hz振幅分别为10%到60%时的单炮记录，振幅在10%、20%时单炮能量较弱，初至起跳不明显，随着振幅增加，记录品质得到明显提高，幅度在大于30%时，记录品质较好，地震波的初至起跳干脆，易拾取。分析振幅为30%时主频分别为20Hz到60Hz的单炮，记录能量随主频增加而增加，主频在30Hz的记录品质已满足小折射解释的需求（图2）。综合分析本区可采用30Hz主频、30-40%振幅、70%出力脉冲激发参数开展小折射试验。

        图2 不同主频和振幅单炮记录
        在雅丹地表开展脉冲小折射工作，采用单支观测法，共116道，偏移距10m，第1到100道道距1m，第100到108道道距2m，第108到116道道距5m；图3展示了雅丹地表的小折射记录和解释成果，图4展示了戈壁地表的小折射记录和解释成果。

        图3 雅丹地表小折射记录和解释成果

        图4 雅丹地表小折射解释成果
        利用脉冲激发小折射表层调查方法，在工区雅丹和戈壁地表不同位置进行表层调查；综合分析得出：戈壁区低速层速度在450-500m/s之间，厚度变化较大，一般厚度在17-20m，巨厚区可达45m以上；雅丹区低速层速度在600m/s左右，降速层在900m/s左右，高速层速度在2300m/s左右，低降层厚度在30m左右。从解释效果

看可控震源脉冲激发能得到较好的小折射记录初至波，保证了小折射资料的精度；可见脉冲激发实现表层调查工作是有效可行的，避免了炸药激发涉爆作业的风险，降低了施工难度，节约了生产成本，在没有炸药震源施工的工区，可控震源脉冲激发做小折射可以推广使用。目前可控震源的脉冲激发小折射试验是与大型仪器联合完成的，与小的折射仪器相比，需耗费大量物力和人力。下一步需向小折射仪器与可控震源的联合作业方向努力，或使用可控震源与节点仪联合作业，提高试验效率。
        结论
        可控震源脉冲激发实现表层调查工作是有效可行的，激发能量能得到较好的小折射记录初至波，解释成果得到表层的速度和厚度信息比较合理，提高了现场处理静校正的精度；既避免了炸药激发涉爆作业的风险，降低了施工难度，又节约了生产成本，在没有炸药震源施工的工区，可控震源脉冲激发做小折射可以推广使用。
        参考文献：
        [1] 张新东，吕景峰，蔡明，万军，陈学强.一种适用于复杂地貌山前带的表层调查方法.天然气勘探与开发，第38卷第2期.
        [2] 吴曲波，曹成寅.使用锤击震源的小折射表层调查中的采集参数试验.工程地球物理学报.第12卷第2期.
        [3] 陈广治，张平.KZ03小型可控震源在地震表层调查中的应用研究.石油仪器.P631.4
        [4] 姚本全，王海航，刘丹东.准噶尔盆地南缘山前带表层结构调查及静校正.江汉石油职工大学学报.第20卷第6期.