基于三分量數(shù)據(jù)的近地表介質(zhì)對地震波場影響研究

基于三分量數(shù)據(jù)的近地表介質(zhì)對地震波場影響研究

低速度和高吸收特征對地震波場的影響較大，接收到的信號無法真實地反映地下地質(zhì)界面，導致地震數(shù)據(jù)集的解釋錯誤。近地表問題一直受到人們的關注,近幾年人們開始利用三分量檢波器調(diào)查近地表特征三分量檢波器具有很好的振幅和頻率響應特征,動態(tài)范圍大,抗干擾能力強,諧波畸變小,輸出頻帶寬,能同時記錄x方向、y方向和z方向的信號,提供了更多可利用信息在前人研究的基礎上,本次試驗利用三分量檢波器接收近源波場,借鑒雙井微測井方式,開展了灰?guī)r區(qū)近源波場特征和吸收特性的研究。1驗區(qū)地理位置及激發(fā)井布置2008年12月一2009年1月,勝利石油管理局地球物理勘探開發(fā)公司在南江地區(qū)進行了近源波場調(diào)查試驗。采用炸藥震源激發(fā)、三分量檢波器接收方式,接收長度為6000ms,采樣間隔為1ms。試驗區(qū)地理位置和地層出露情況如圖1所示,試驗點位于SX1處,地表為灰?guī)r出露區(qū)。具體的試驗方法為:在試驗點上鉆一口深約60m的接收井,井內(nèi)放置道距為5m的12級三分量檢波器(自下而上序號為1～12),用于記錄各種不同激發(fā)因素下的近源波場。觀測系統(tǒng)如圖2a所示,為了檢測不同震源、不同藥量和不同炮檢距對記錄波場的影響,試驗時在接收井周圍布置了3圈共36個炮點,圓周間距8～10m,內(nèi)圓半徑為8m(圖2b)。激發(fā)井的井深為20～30m,采用常規(guī)炸藥,藥量為6kg,從外環(huán)向內(nèi)環(huán)順序逐層激發(fā)。根據(jù)試驗點現(xiàn)場高程對激發(fā)點深度進行調(diào)整,使各個激發(fā)井的藥柱底部位于相同的高程面上。2三段數(shù)據(jù)的合成方法2.1水平分量的定向因為所用震源為炸藥震源,且激發(fā)點與接收點之間的距離較小,故接收的信號為縱波信號?？v波呈線性偏振,其在水平面內(nèi)的投影是直線,因此可以利用直達波偏振方向在水平面內(nèi)的投影,測量出三軸檢波器觀測時水平分量的相對方位,并可以將觀測水平分量轉(zhuǎn)換到以直達縱波偏振方向在水平面內(nèi)投影為參考的坐標系內(nèi)水平面內(nèi)確定線性偏振信號方位有以下兩種方法:1)簡單關系式?？v波水平投影兩個正交分量為X和Y,則偏振角為這種方法利用單獨的采樣點進行計算,誤差比較大2)統(tǒng)計方法。統(tǒng)計方法包括矢量曲線和能量準則兩種判斷方法。矢量曲線判斷方法原理是,根據(jù)采樣間隔,在時窗內(nèi)取樣值(x繪制能量隨θ2.2垂直分量xy的合成應用兩步法進行縱波合成。首先進行兩個水平分量的合成。由于波動是一個有正有負的過程,不能根據(jù)(2)式直接合成,必須采用坐標旋轉(zhuǎn)的方法。如圖3a所示,假設求取的偏振角為θ,對X分量和Y分量合成,得即然后進行垂直分量Z和水平分量XY的二次合成。如圖3b所示,根據(jù)炮點和接收點地理位置坐標,計算出兩點之間的水平距離和垂直距離,求得波傳播方向與垂直方向的夾角φ,有合成時要考慮波是上行還是下行,要注意Z分量的極性。結(jié)合(4)式和(5)式,得利用(6)式就可以對三分量數(shù)據(jù)進行縱波波場合成。3不同接收道地震記錄的比較根據(jù)試驗數(shù)據(jù),先進行縱波合成。圖4給出的是水平方向偏振角求取原理,通過兩種統(tǒng)計方法(矢量曲線法和能量加權瞬時方位直方圖法)對求取結(jié)果進行互相印證。由圖4可以得出,矢量曲線法確定的偏振角約為52°,能量加權瞬時方位直方圖法確定的偏振角為55首先對水平分量X和Y按照偏振角進行合成,然后基于炮檢高差計算出夾角φ,實現(xiàn)縱波合成。圖5給出的是各分量的接收道與激發(fā)深度近似位于同一平面時各分量及其合成地震道,圖6是對應各分量和合成地震道的頻譜。在這種情況下,水平分量在合成地震道中起主要作用,合成的縱波地震道和頻譜與水平分量的合成地震道和頻譜相似。在水平分量中,X分量的能量要強于Y分量,頻譜的高頻成分更豐富,波形抖動更劇烈。圖7給出的是各分量的接收道與激發(fā)深度的高差為30m時各分量及其合成地震道,圖8是對應各分量和合成地震道的頻譜。在這種情況下,垂直分量在合成地震道中起主要作用,合成的縱波地震道和頻譜與垂直分量的地震道和頻譜相似,特別是在60ms和120Hz之前。在水平分量中,X分量地震道的振動位移量要大于Y分量,頻譜寬度也更寬。對灰?guī)r中不同接收道的合成縱波記錄進行了頻譜分析。按照地震波在粘彈介質(zhì)中的衰減規(guī)律,可得到近源處各個頻率成分的吸收系數(shù):式中:A圖10a給出的是地震記錄的主頻隨深度的變化情況,圖10b給出的是地震記錄的相對能量隨深度的變化情況(歸一化能量的最大值為100)。由圖10可見,在炮點的激發(fā)深度,地震波頻率最高,能量最強;隨著離開震源深度距離的增加,主頻變?nèi)?能量變?nèi)?且在靠近地表一側(cè)的衰減更劇烈。圖11a給出的是灰?guī)r地區(qū)的合成縱波波形?；诓ㄐ问叭〕踔習r間,根據(jù)炮檢點深度差和水平距離計算路程,可以得到檢波器所在層的速度,對速度值進行線性回歸,得到速度的變化趨勢(圖11b),可見,深度越大速度越大(道號越小深度越大),試驗區(qū)近地表的灰?guī)r速度為2000～5000m/s。4偏振方向與能量分析三分量檢波器能真實地記錄地下全波場,提供較全面的波場資料,利用記錄上的信息可以刻畫出質(zhì)點振動軌跡,是檢測地下波場的有效方法。兩種統(tǒng)計方法(矢量曲線法和能量加權的瞬時方位直方圖法)確定的偏振方向是一致的,矢量曲線顯示縱波波形的線性偏振特性比較明顯。合成地震記錄與頻譜圖顯示,在與炮點基本水平的接收道上的波形,水平分