横波地震勘探的分辨率探讨

减小字体 增大字体 作者:王洪伟 柴 斌  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2009-09-05 11:56:12


  摘要:横波地震勘探是一种抗干扰能力强、分辨率高的地震勘探方法,被广泛用于地质灾害调查、工程地质勘探、露天煤矿勘探等方面。由于横波衰减快,加之受激发方式制约,一般勘探深度均较浅,常被用于100米以上浅层地震勘探。浅层地震勘探需要查明的多为较小的地质体,对精度要求高,分辨率问题显得尤其重要。本文就横波勘探中影响分辨率的几个问题及如何提高横波勘探分辨率进行分析和探讨。
  关键词:横波;地震;勘探
  
  1 地震波的分辨率
  
  通常意义上的分辨率包括横向分辨率和纵向分辨率,也就是水平分辨率和垂向分辨率,在实际工作中经常讨论的、更具地质意义的是垂向分辨率。本文重点讨论横波地震勘探的垂向分辨率问题。
  在讨论垂向分辨率时经常引用的是rayleigh光学分辨率准则,根据rayleigh光学分辨率准则可知,在视觉上能够分辨出来的地质体的最小厚度是λ/4,λ为主波长。
  水平分辨率也就是地震波能分辨的最小地质体宽度,地震波能分辨的最小地质体宽度决定于菲涅尔带半径,菲涅尔带半径决定于界面埋藏深度、界面以上地层的地震波速度及地震子波波长等参数,菲涅尔带半径近似计算公式为:Rf=HV/2F,式中H为地质体埋藏深度,V为反射界面以上地震波平均速度,F为子波主频,一般情况下以菲涅尔带直径(2Rf)作为水平分辨率。
  从以上讨论中可以看出,无论是水平分辨率还是垂向分辨率均与地震波速度和地震波频率有关,然而,相对于同一种工作方法而言,地震波速度是不可改变的,可以改变的是地震波的频率,提高地震波的主频便可以提高分辨率。
  
  2 横波分辨率与纵波分辨率
  
  横波(S波)和纵波(P波)哪个分辨率更高,目前尚无权威结论,笔者根据多个浅层横波地震勘探(深度5-100米)项目资料分析认为,横波地震勘探分辨率明显高于纵波地震勘探分辨率,一般情况下λS/λP=1/2。
  根据弹性介质理论,纵波和横波的速度比VP/VS≈1.5~10,在第四系、强风化带中纵波的速度一般为500米/秒~1200米/秒;横波速度一般为120米/秒~500米/秒,VP/VS≈3,随着勘探深度增大、波速增高,比值会逐渐减小。
  通过资料分析,在相同的条件下,横波的频率要比纵波的频率低,浅地震勘探中,横波的频率一般在30Hz~40Hz之间,而纵波的频率一般在50Hz~60Hz之间。现在我们取VP/VS≈3,横波频率fS=40Hz,纵波频率fP=60Hz,则λS/λP=1/2,横波波长是纵波波长的二分之一,也就是说横波分辨率是纵波分辨率的二倍,这一计算结果与实际资料相吻合。
  
  3、提高横波地震勘探分辨率的几点技术方法
  
  在实际工作中,影响地震记录分辨率的因素很多,但较为主要的因素包括反射波的频率、信噪比、频带宽度、仪器的采样率等。
  目前,我国在石油和煤田系统对高分辨率地震勘探研究成果较多,具有较为成熟的经验和方法。纵波勘探和横波勘探的原理相同,方法相似,很多方面可以相互借鉴。同时,由于横波勘探的深度浅、精度要求高以及激发方式的不同,在方法设计上又有许多不同之处。
  提高地震资料的分辨率主要有两个环节,一是数据采集;二是资料数据处理,而野外数据采集是主要的一个环节。目前,纵波地震勘探比较成熟的经验是采用小道距、小组内距、检波器埋置、高频检波器、小药量、高采样率、宽频带接收、高覆盖次数等方法,通过上述方法使反射波主频有明显提高。
  组合检波是一种压制规则干扰的有效方法,然后由于横波勘探检波器道间距多在1~5米之间,多数干扰波的半波长都大于这个长度,采用组合检波的方法难以起到压制干扰的作用,如果采用跨道组合会严重影响记录的分辨率,所以横波地震勘探多采用单个检波器接收,单个检波器接收有利于提高地震波的分辨率。检波器埋置对于压制环境噪声、提高信噪比具有明显较果。由于横波勘探很多时侯要在城市中进行,部分勘探场地为硬覆盖的城市道路,常规横波检波器无法安置,经过试验,我们将尾锥换成15厘米×15厘米的钢板固定在检波上,采集时将其水平置于地面,并将15公斤左右的沙袋压在检波器上面,此方法简单易行,效果非常理想。纵波勘探多采用的是炸药震源,而横波勘探多采用敲击震源,为了提高反射波的能量一般采用多次敲击(垂直叠加)的方法,由于触发误差及激发能量差异等原因,每次激发所获得的记录均有一定差异,过多的敲击次数会降低反射波的频率,在保证反射波能量的前提下应尽量减少敲击次数。多次覆盖是地震勘探采用的常规技术,多次覆盖可以提高反射波的信噪比,由于多次覆盖具有平均效应,过高的覆盖次数会降低反射波的分辨率,特别是地层倾角较大或排列过长时,对分辨率的影响更大。
  
  4资料处理对分辨率的影响
  

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