基于近垂直反射的莫霍面結(jié)構(gòu)成像研究

基于近垂直反射的莫霍面結(jié)構(gòu)成像研究

1爆破地震剖面位置及技術(shù)應(yīng)用近幾十年來，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家在青藏高原開展了大量多學(xué)科的綜合地球物理研究。目前在該區(qū)已開展的探測(cè)工作主要是爆破地震廣角反射/折射探測(cè)剖面本文主要根據(jù)近垂直反射原理和深部莫霍面反射資料頻率低的特征,運(yùn)用深地震反射資料的近垂直入射數(shù)據(jù)的低頻信息通過靜校正、資料凈化、共檢波域疊加、疊后信號(hào)增強(qiáng)等技術(shù)對(duì)莫霍面進(jìn)行成像.2數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量分析2.1野外采集爆破震源深地震反射剖面位于105.3°E—107.5°E、35.0°N—35.4°N,分布在甘肅省平?jīng)鍪芯硟?nèi).深地震反射剖面位置如圖1所示,為了獲得全地殼的反射信息,深地震反射數(shù)據(jù)采集根據(jù)“淺深兼顧、大中小炮結(jié)合”的原則設(shè)計(jì),即針對(duì)淺、中、深部不同目的層,采用大、中、小三種藥量的爆破震源激發(fā).野外數(shù)據(jù)采集使用三種不同藥量的炸藥激發(fā),具體采集參數(shù)如下:小炮炮間距為250m,藥量50kg,道距50m,中間放炮,單邊300道接收,最小偏移距50m,最大偏移距15km;中炮炮間距1km,藥量100kg,采集排列同小炮一致;大炮炮間距約25km,藥量為500kg,道距為50m,單邊1000道接收;小、中炮記錄長(zhǎng)度為30s,采樣率是2ms,大炮記錄長(zhǎng)度為60s,采樣率為4ms,數(shù)據(jù)采集中同時(shí)開展折射/寬角反射工作,折射/寬角反射大炮藥量為1500kg,其中4個(gè)折射大炮同時(shí)被反射排列接收.本次采集獲得反射數(shù)據(jù)為大炮7個(gè)、折射大炮4個(gè)、中炮165個(gè)、小炮670個(gè).2.2地震資料追蹤從深地震反射單炮記錄分析可得,單炮記錄總體能量較強(qiáng),淺、中、深層波阻信息豐富,品質(zhì)較高;但部分區(qū)域受巨厚黃土和河道鵝卵石層對(duì)地震信號(hào)的吸收和屏蔽,單炮記錄信噪比低,有效反射很難識(shí)別和追蹤,主要分布在測(cè)線西側(cè)0~60km(圖1),高品質(zhì)單炮記錄主要分布在六盤山周邊(60~90km)巖石出露的區(qū)域.測(cè)線部分區(qū)域小炮上能清晰追蹤Moho面,對(duì)測(cè)線不同位置小炮頻譜分析發(fā)現(xiàn),測(cè)線東端小炮Moho面附近主頻約在10Hz左右,測(cè)線中部小炮Moho面附近主頻在12Hz左右,工區(qū)西部受巨厚黃土塬能量屏蔽影響,Moho面在小炮單炮記錄上難以識(shí)別追蹤.沿地震測(cè)線分布了7個(gè)反射大炮和4個(gè)寬角反射\折射大炮,由于激發(fā)能量較強(qiáng),深部信噪較高,莫霍面在單炮記錄上可清晰連續(xù)追蹤;如圖2,位于深地震反射測(cè)線的東段鄂爾多斯地塊(炮點(diǎn)樁號(hào)5041,圖1中150km處)的500kg的反射大炮記錄,記錄的淺、中、深層波阻信息豐富、信噪比高;莫霍面反射波阻在15~16.5s,信噪比較高、連續(xù)性好、波組特征明顯,沿接收排列可清晰連續(xù)追蹤,這從側(cè)面反映了鄂爾多斯地塊莫霍面的連續(xù)性和穩(wěn)定性.3地震反射交叉處理3.1地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量特征深地震反射采集排列長(zhǎng)、測(cè)線經(jīng)過區(qū)域地震地質(zhì)條件復(fù)雜,使近炮點(diǎn)、遠(yuǎn)炮點(diǎn)地震數(shù)據(jù)在地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性表現(xiàn)出較大的差異.遠(yuǎn)離炮點(diǎn)接收的地震記錄傳播距離遠(yuǎn),射線路徑復(fù)雜,含有較豐富的地下地質(zhì)信息,但這些信息相互疊置,難以有效地提取和分離,且有效反射能量弱、抗干擾能力低,資料品質(zhì)差;近炮點(diǎn)接收的地震記錄的射線傳播路徑簡(jiǎn)單,地震震相相對(duì)單一,便于信息的識(shí)別和提取,傳播路徑相似使接收記錄在波形、相位、能量上有較好的連續(xù)性、一致性、相似性,靠近炮點(diǎn)使接收來自地球深部的有效反射能量較強(qiáng)、抗干擾能力高,資料品質(zhì)較好.莫霍面深度遠(yuǎn)大于深地震數(shù)據(jù)采集排列的長(zhǎng)度,距離炮點(diǎn)較近的檢波點(diǎn)接收的地震記錄可認(rèn)為是自激自收(近垂直入射),可用于描述該炮點(diǎn)或檢波點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的深部莫霍面的形態(tài);通過對(duì)地震記錄的自相關(guān)分析表明,檢波點(diǎn)道集的地震信號(hào)比炮集信號(hào)具有更高的一致性和相似性,更便于信號(hào)識(shí)別和處理;且沿地震測(cè)線檢波點(diǎn)之間距離遠(yuǎn)小于炮點(diǎn)間距離,檢波點(diǎn)數(shù)目遠(yuǎn)多于炮點(diǎn)數(shù)據(jù),根據(jù)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)互換原理選擇在檢波域通過近垂直信息對(duì)深部莫霍面進(jìn)行成像.對(duì)于參與處理數(shù)據(jù)的偏移距范圍從檢波點(diǎn)的覆蓋次數(shù)和近垂直入射兩個(gè)方面考慮,首先基于目標(biāo)層位的動(dòng)校正時(shí)差小于相應(yīng)層位子波的周期的1/4,當(dāng)然時(shí)差越小,資料處理的分辨率和品質(zhì)也就越高,根據(jù)該區(qū)莫霍面反射在15.5~16.5s左右(雙程走時(shí)),莫霍面主頻在10~20Hz左右,參考莫霍面上的平均速度為6500m/s,通過理論計(jì)算公式可得參與處理的偏移距范圍是0~6500m,對(duì)選定資料進(jìn)行靜校正、資料凈化、共檢波點(diǎn)加權(quán)疊加、疊后信號(hào)增強(qiáng)等處理工作.3.2靜校正出現(xiàn)的相關(guān)問題深地震反射測(cè)線經(jīng)過區(qū)域地形起伏大、淺層巖性橫向變化劇烈、低降速帶厚度變化大等因素給該地區(qū)靜校正帶來了較大困難.解決該地區(qū)的靜校正問題是進(jìn)行資料后續(xù)處理的前提.參考前人3.3波層析獲得速度結(jié)構(gòu)提高資料的信噪比是數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié).深地震反射測(cè)線長(zhǎng)、炮點(diǎn)(大炮、中炮、小炮)間距離大、地表起伏劇烈、地震地質(zhì)條件差別大導(dǎo)致資料的品質(zhì)和干擾分布差異較大.故根據(jù)初至波層析獲得速度結(jié)構(gòu)(圖4)結(jié)合表層地震地質(zhì),將資料分成黃土塬、六盤山前、六盤山上3個(gè)區(qū)域分區(qū)去噪.黃土塬區(qū)域主要干擾:面波、高能干擾、隨機(jī)噪聲、50Hz工業(yè)干擾;六盤山前主要干擾:面波、線性干擾、隨機(jī)噪聲;六盤山噪聲分布和六盤山前相似,但六盤山干擾強(qiáng)度總體相對(duì)弱.去噪難點(diǎn)主要在六盤山前資料,山前資料難點(diǎn)是面波和線性干擾,根據(jù)面波速度(1200m/s)和頻率(14Hz)對(duì)面波進(jìn)行多域自適應(yīng)衰減、強(qiáng)能量干擾壓制(50Hz工業(yè)干擾和尖脈沖)、線性干擾多域壓制、f-x隨機(jī)噪聲衰減等.3.4近垂直入射的探測(cè)研究區(qū)莫霍面深度約40~50km,在小的炮檢距范圍內(nèi),根據(jù)地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)射線傳播路徑是近垂直的,即自激自收的,通過理論分析計(jì)算近垂直入射的偏移距為0~6500m,基于檢波點(diǎn)和炮點(diǎn)的互換原理,檢波點(diǎn)間的距離小于炮點(diǎn)距離,檢波點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)大于炮點(diǎn)數(shù)量,故在檢波點(diǎn)域中選取近垂直入射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和疊加,用該疊加道來表示該檢波點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)深度的莫霍面的構(gòu)造形態(tài).3.5剖面后處理為了進(jìn)一步突出深部的有效反射和莫霍面主要輪廓,對(duì)疊加后剖面進(jìn)行了中值濾波(4-6-18-20)、多項(xiàng)式擬合、FK域能量增強(qiáng)等疊后處理工作,處理結(jié)果如圖5a所示.4莫霍面反射特征莫霍面在深地震反射剖面上表現(xiàn)為密集反射,通常將密集反射的底部認(rèn)為是莫霍面,將研究區(qū)莫霍面分成三個(gè)區(qū)域:六盤山西側(cè)(A),六盤山地區(qū)(B)、六盤山東側(cè)(C),如圖5b所示.區(qū)域A:0~50km,莫霍面反射形狀呈弧狀,最深處在16.2s左右,最淺處在15.8s左右,莫霍面自西向東逐漸變淺,逐漸抬升趨勢(shì)明顯;區(qū)域B:莫霍面位于50~100km,該區(qū)位于六盤山下,莫霍面不連續(xù),莫霍面反射弧狀特征明顯,最淺處位于15.8s左右,最深處位于17s左右,呈現(xiàn)匯聚擠壓、明顯縮短的特征;區(qū)域C從110~150km,分成兩段,西段弧狀反射特征明顯,東段140~150km,該區(qū)覆蓋次數(shù)較低導(dǎo)致反射特征不是很明顯,但仍可連續(xù)追蹤,該區(qū)域反射層變化平緩,自東向西有加深的趨勢(shì).5結(jié)論和期待5.1結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特征(1)運(yùn)用深地震反射的近垂直反射的信息可對(duì)六盤山地區(qū)莫霍面進(jìn)行清晰的構(gòu)造成像,獲得初步的莫霍構(gòu)造形態(tài);(2)初步結(jié)果揭示出橫過六盤山莫霍面起伏、斷錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征;初步認(rèn)為由于青藏高原東緣和鄂爾多斯地塊在六盤山附近匯聚而導(dǎo)致六盤的隆起,六盤山下由于擠壓作用使莫霍面錯(cuò)斷,殼內(nèi)縮短特征明顯;(3)六盤山東側(cè)的鄂爾多斯地塊莫霍面東高西低、變化平緩、結(jié)構(gòu)完整,靠近六盤山前緣莫霍面錯(cuò)斷,可能與殼內(nèi)走滑作用有關(guān);(4)西側(cè)的青藏高原東北緣莫霍面西高東低,靠近六盤山呈現(xiàn)匯聚擠壓、明顯縮短的特征;六盤山復(fù)雜的莫霍面結(jié)構(gòu),