dem數(shù)據(jù)與表層數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合的地震資料信號(hào)處理方法

1自身影響因素沙漠中松樹的沙丘和較厚的低速層是導(dǎo)致這些地區(qū)地震資料低信噪比和低分析率的主要因素。以中國(guó)塔克拉瑪干沙漠為例,其地表主要為蜂窩狀沙丘和條帶狀沙丘所覆蓋,沙丘起伏大,低降速層厚度一般為幾米到一百余米不等,地震數(shù)據(jù)的噪聲隨沙丘厚度的增加而增強(qiáng);該區(qū)目的層埋藏深,一般為4000～8000m,地震波衰減明顯。這些因素嚴(yán)重影響了沙漠區(qū)地震資料的品質(zhì)。隨著鉆井技術(shù)和裝備的改進(jìn),在沙漠區(qū)通過采用在高速層中激發(fā)炸藥震源的方法,基本解決了目的層地震反射波能量弱的問題。因此,激發(fā)過程中沙丘因素(產(chǎn)生的各種干擾)就成為導(dǎo)致目的層反射波信噪比低的最主要原因。針對(duì)這一課題,近兩年我們從降低和壓制沙丘產(chǎn)生的干擾的角度,在野外數(shù)據(jù)采集的多個(gè)環(huán)節(jié)開展了方法研究和試驗(yàn),取得了較好的應(yīng)用效果。2提高信噪比的地震采集方法2.1測(cè)線的最優(yōu)化設(shè)計(jì)分析實(shí)際資料得知,噪聲強(qiáng)度隨著沙丘厚度的增加而增加。部署測(cè)線時(shí),可以采用DEM(數(shù)字地表高程模型)數(shù)據(jù)與表層數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的選線方法進(jìn)行測(cè)線的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。即在確保滿足地質(zhì)任務(wù)的前提下,盡量將測(cè)線和檢波點(diǎn)布設(shè)在低降速層厚度較小的沙丘上,從而降低沙丘引起的噪聲強(qiáng)度。在塔東沙漠區(qū)二維地震勘探中,利用這一思路對(duì)所部署測(cè)線全部進(jìn)行了選線設(shè)計(jì)(圖1),最終使該區(qū)(測(cè)線覆蓋的)低降速層平均厚度由47.8m下降到38.6m、低降速層厚度超過75m的炮點(diǎn)由25.9%下降到15.1%,并且在保證資料品質(zhì)的同時(shí),還不同程度地降低了施工難度。2.2沙丘厚度對(duì)檢波器組合時(shí)差的影響傳統(tǒng)做法中的檢波器組合高差設(shè)限為2m,據(jù)此在起伏沙丘區(qū)設(shè)計(jì)的檢波器組合圖形(表1)難以有效地壓制沙丘噪聲,導(dǎo)致越是起伏大的沙丘,其檢波器組合的壓噪作用就越差。表層調(diào)查資料顯示,疏松沙丘具有連續(xù)介質(zhì)性質(zhì),其平均速度隨沙丘厚度增加呈遞增趨勢(shì)。因此,隨著沙丘厚度的增加,其允許的檢波器組合高差也將逐漸增大。于是利用工區(qū)的表層調(diào)查資料擬合出工區(qū)的最小平均速度變化函數(shù),再根據(jù)此函數(shù)計(jì)算不同低降速層厚度的沙丘所允許的組合高差。圖2a為塔東M區(qū)利用400口微測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)擬合的最小平均速度隨沙丘厚度的變化函數(shù)曲線,圖2b為利用該函數(shù)計(jì)算的不同沙丘厚度所允許的組合高差(組合時(shí)差取目的層反射波的T/5,T為反射波的視周期);表2為組合高差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從中可見,根據(jù)沙丘性質(zhì)逐點(diǎn)設(shè)計(jì)的組合高差使檢波器組合圖形面積比傳統(tǒng)方式擴(kuò)大了2.0～3.5倍,大大提高了起伏沙丘區(qū)的檢波器組合壓噪效果。圖3為應(yīng)用該方法前、后的單炮對(duì)比,可看到逐點(diǎn)設(shè)計(jì)組合高差后的單炮信噪比得到明顯提高。2.3測(cè)線及檢波器組合組合的組合問題根據(jù)沙丘性質(zhì),放寬高大沙丘區(qū)組合高差的限制后,可以通過增加檢波器組合的個(gè)數(shù)及增大組合面積,提高壓噪能力。但在起伏劇烈的沙丘區(qū),組合圖形往往不能按設(shè)計(jì)方案擺開,從而限制了壓噪效果。針對(duì)此問題,采用了寬線與檢波器大組合聯(lián)合應(yīng)用的方法,一方面可以提高疊前的橫向壓噪效果,另一方面通過覆蓋次數(shù)的增加提高疊加數(shù)據(jù)的信噪比。圖4為在同一測(cè)線上分別采用不同檢波器組合、單線或?qū)捑€方式采集的三段剖面。其中圖4a為30個(gè)檢波器組合(組合基距Lx=24m,Ly=17m)、單線、120次覆蓋采集的剖面;圖4b為60個(gè)檢波器組合(Lx=30m,Ly=76m)、單線、120次覆蓋采集的剖面;圖4c為60個(gè)檢波器組合(Lx=30m,Ly=76m)、2L3S寬線(單線120次覆蓋)采集的剖面。對(duì)比圖4可知,采用寬線及檢波器大組合聯(lián)合應(yīng)用方式提高了弱反射信號(hào)的信噪比。2.4檢波器埋深的影響由于地表面是強(qiáng)反射界面,因此在地表下一定深度范圍內(nèi)接收的地震波必然會(huì)受到來自地表面的虛反射影響。為了能精確估量來自地表的虛反射對(duì)地震波的影響程度,筆者進(jìn)行了虛反射影響的理論模擬和分析。假設(shè)地表低速層平均速度為400m/s、衰減因子為0.5、地震波主頻為25Hz、檢波器埋深范圍是0～10m、埋深間隔為0.1m(記錄顯示時(shí)抽稀為0.5m),其模擬及分析結(jié)果見圖5。從模擬記錄清晰可見虛反射與上行波的相互干涉現(xiàn)象。從振幅值的定量分析(圖5b)可知,檢波器埋置深度小于2.5m(λ/6,λ為地震波波長(zhǎng))時(shí),地震波最大振幅值得到加強(qiáng),且隨著埋深的增加而減弱。大于2.5m(λ/6)后,地震波最大振幅值無明顯變化。結(jié)合圖5a分析,實(shí)際上埋深在2.5～8m(λ/6～λ/2)時(shí),僅前半個(gè)波形的最大振幅無變化,而后半個(gè)波形的振幅值變化較明顯,即在該深度段虛反射的負(fù)面影響仍然存在。從頻譜分析(圖5c)得知,檢波器埋置深度小于3.8m(約λ/4)時(shí),地震波主頻隨埋深的增加而降低;檢波器埋置深度在4～8m(λ/4～λ/2)時(shí)出現(xiàn)假頻,說明波形畸變嚴(yán)重;大于8m(λ/2)后,地震波主頻值無變化,即虛反射與上行波波形分開。由于沙丘淺表層特征的復(fù)雜性,在接收的地震記錄中一般很難消除虛反射的影響,故在檢波器的埋置深度上,應(yīng)根據(jù)保護(hù)頻率的需要,兼顧虛反射的正、負(fù)面影響而合理設(shè)計(jì)。先分別對(duì)主頻為10,25,40,60Hz地震波進(jìn)行地表虛反射影響分析,得到使各頻率成分的振幅值衰減小于3dB時(shí)對(duì)檢波器埋深的限制(圖6),檢波器埋深應(yīng)不超過0.09λ。按速度為400m/s、主頻為35Hz計(jì)算,檢波器埋深應(yīng)不大于1.03m。對(duì)于塔克拉瑪干沙漠區(qū),由于目的層埋藏深,出射波的主頻較低,因此檢波器埋深重點(diǎn)考慮使地震信號(hào)得到加強(qiáng),埋深以0.30m為宜。3本文改進(jìn)措施的效果塔克拉瑪干沙漠的塔東地區(qū)沙丘起伏大,平均低降速層厚度大多超過40m,最大厚度達(dá)170m;目的層以下古生界奧陶系和寒武系為主,埋藏深,構(gòu)造主體部位的埋深一般為4000～9000m。近年盡管實(shí)現(xiàn)了在高速層中激發(fā),但采集資料的品質(zhì)仍不能滿足地質(zhì)任務(wù)的要求,主要是下古生界地層內(nèi)幕反射信噪比低。2008年以來,在該地區(qū)試驗(yàn)并應(yīng)用了本文上述方法,取得了較好的應(yīng)用效果。圖7為塔東M區(qū)采用本文改進(jìn)措施前、后的二維剖面,這兩次采集作業(yè)的觀測(cè)系統(tǒng)和激發(fā)因素完全相同,可見用新方法采集的剖面(圖7b)奧陶系頂界剝蝕面(2.2s)的特征更加清晰,奧陶系內(nèi)幕反射信息(2.2～3.0s)更加豐富,震旦系白云巖的楔狀體特征(3.3s)明顯。圖8為古城地區(qū)采用寬線大組合與常規(guī)二維采集方式所得剖面的對(duì)比,其中圖8a為常規(guī)二維(120次覆蓋)、30個(gè)檢波器組合(Lx=24m,Ly=17m)方式采集的剖面,圖8b為采用2L3S寬線方式(總覆蓋次數(shù)720次)、60個(gè)檢波器組合(Lx=30m,Ly=76m)采集的剖面,可見奧陶系白云巖與寒武系白云巖之間的弱反射界面(約3.8s)在改進(jìn)方法采集的剖面(圖8b箭頭處)上基本可進(jìn)行追蹤解釋。4dem與其他方法聯(lián)合的檢波器參數(shù)設(shè)計(jì)效果激發(fā)過程中由起伏沙丘產(chǎn)生的各種干擾是導(dǎo)致大沙漠區(qū)地震資料信噪比低的主要原因。為此針對(duì)降低和壓制沙丘干擾的目標(biāo)開展了系統(tǒng)的試驗(yàn)和研究工作,總結(jié)出一套適用于沙漠區(qū)的高信噪比地震采集技術(shù),其要點(diǎn)如下:(1)采用DEM數(shù)據(jù)與表層數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的選線方法,在壓制沙丘引起的干擾的同時(shí),還降低了數(shù)據(jù)采集作業(yè)的難度;(2)根據(jù)沙丘性質(zhì)逐點(diǎn)設(shè)計(jì)檢波器組合高差,可使檢波器組合圖形更大程度地放開,突出了起伏沙丘地表區(qū)檢波器組合的壓噪效果;(3)寬線與檢波器大組合聯(lián)合應(yīng)用,可通過提高橫向