反射復(fù)合波原理及在物探技術(shù)中的應(yīng)用

張慶臨

（吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

應(yīng)用地震勘探技術(shù)能夠?qū)Φ貙咏Y(jié)構(gòu)、礦藏等許多方面的具體情況進(jìn)行了解，因此，這項(xiàng)技術(shù)在研究山體、地面下沉變化、礦產(chǎn)勘探以及土木工程等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。反射復(fù)合波的應(yīng)用已經(jīng)成為了最為有效和常見(jiàn)的勘查方法之一，但是在實(shí)際操作中仍然會(huì)存在一些影響工作效果的問(wèn)題。本文將從地震勘探技術(shù)的基本原理入手，深入研究該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，并引入實(shí)際案例，在實(shí)踐中得出最直觀的結(jié)論。

1 地震波的應(yīng)用原理

地質(zhì)資料的準(zhǔn)確度能夠直接影響到工程的進(jìn)度，因此，在勘探工作開(kāi)始之前對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集尤為重要。而為了得到更準(zhǔn)確的物探資料，近年來(lái)在礦產(chǎn)勘探，尤其是井間勘探中反射復(fù)合波得到了廣泛的應(yīng)用。

在實(shí)際工作中，地震波的應(yīng)用主要分為激發(fā)和接收兩個(gè)部分。下面我們將逐一進(jìn)行分析。

圖1 理想正演模型的地震響應(yīng)記錄

圖2 地震復(fù)合波正演合成記錄基本原理圖

表1 松遼盆地嫩二段反射系數(shù)值

表2 T06層與其他井段的數(shù)據(jù)對(duì)比

1.1 地震波的激發(fā)

良好的地震波接受能夠幫助人們更清楚地分析出地下的狀況，因此在地震波的激發(fā)上我們應(yīng)該投入更多的精力去研究。在震源的選擇上目前主要分為炸藥震源和錘擊震源兩種。要發(fā)出高品質(zhì)的信號(hào)即激發(fā)出高質(zhì)量的地震波以利于地震波的接收，需要我們選擇正確的震源，并且要確定合理的介質(zhì)。

1.1.1 炸藥震源

在炸藥震源的選擇和應(yīng)用時(shí)首先要考慮的是巖石特征，因?yàn)閹r石的性質(zhì)決定了爆炸時(shí)所產(chǎn)生的波動(dòng)大小。選擇在結(jié)構(gòu)分散的巖層或淤泥中進(jìn)行爆炸作業(yè)，就會(huì)使爆炸中產(chǎn)生的能量大部分被吸收和抵消掉，導(dǎo)致實(shí)際傳回的有效波長(zhǎng)十分有限且利用率低下。如果選擇堅(jiān)硬的巖石層進(jìn)行爆破，雖然產(chǎn)生了極高的頻率，但是爆破的能量主要消耗在了破壞巖層上，實(shí)際返回的可利用波長(zhǎng)仍然很有限。

因此，爆炸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇在潮濕且具有可塑性的巖石周?chē)?，比如濕沙和膠泥等，在條件允許的情況下最好在潛水層下4米左右進(jìn)行爆炸。這樣可以使爆炸產(chǎn)生的能量最高效率地轉(zhuǎn)化為彈性能量，傳輸至接收器。但是并不是所有勘探地點(diǎn)都有適合的爆炸環(huán)境，沙漠區(qū)和礫巖區(qū)就是典型的范例。遇到這種情況則應(yīng)當(dāng)選用土坑組合的爆炸方式，井深和藥量根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置。

1.1.2 錘擊震源

相比于炸藥震源，錘擊震源有著成本低、設(shè)備輕便、容易施工等許多優(yōu)勢(shì)。與炸藥震源不同，錘擊震源利用的是一種小能量激發(fā)方式，通過(guò)對(duì)地面進(jìn)行錘擊而產(chǎn)生向下穿透的波長(zhǎng)。這種方法對(duì)巖石性質(zhì)和土地狀況有著比較嚴(yán)格的要求，在干燥、疏松的土地上錘擊效果就會(huì)被抵消掉，因此效果也比較差，而在潮濕和堅(jiān)固的土地上則會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的信號(hào)頻率。

目前在勘探工作中，比較常用的是錘擊震源。但是在具體作業(yè)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境和地理特征對(duì)震源激發(fā)方式進(jìn)行選擇。只有同時(shí)選用了正確的方式和介質(zhì)才能得到高質(zhì)量的信號(hào)頻率，為我們下一步工作打好基礎(chǔ)。

1.2 地震波接收

檢波器是地震波的接收工具，它的記錄直接影響到數(shù)據(jù)的可靠性，因此在操作中對(duì)檢波器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、安置方法等都要準(zhǔn)確無(wú)誤。

2 反射復(fù)合波的正演合成

在勘探工作中，地震波的應(yīng)用已經(jīng)十分普及，但所謂的地震波并不是單一的某種反射波，而是由多種反射波復(fù)合而成的，是多重作用的共同結(jié)果。

以松遼盆地為例，假設(shè)波速為3000米/秒，松遼盆地1秒鐘的頻率為50赫茲，因此我們可以斷定波長(zhǎng)可以達(dá)到60米，垂向分辨率則在15米。在這個(gè)厚度中，砂泥巖為3—4米。如果波所受到的阻抗和巖石層有關(guān)，那么這個(gè)地震波也將是個(gè)反射系數(shù)序列。在這個(gè)基礎(chǔ)上如果我們同時(shí)考慮到巖層的均勻性等不定因素，則波阻抗界面會(huì)變得更加復(fù)雜。

表3 T1層C界面與姚家組頂界面深度值對(duì)比

圖1是正演模型的理想情況，而這種假設(shè)條件在實(shí)際工作中是不可能存在的，地震波峰和波谷不可能與地下巖層面一一對(duì)應(yīng)。所以，要正確了解松遼盆地的地下?tīng)顩r，在勘探中就需要對(duì)反射波進(jìn)行疊加，形成復(fù)合波，如圖2。

正確認(rèn)識(shí)復(fù)合波的重要性并加以利用是地質(zhì)勘探工作的重中之重。

3 反射復(fù)合波在現(xiàn)實(shí)中的具體應(yīng)用——以松遼盆地為例

3.1 松遼盆地T06反射層的標(biāo)定

要對(duì)反射復(fù)合波進(jìn)行深入的了解，松遼盆地T06反射層具有比較典型的意義，它有著十分良好的高強(qiáng)度連續(xù)反射，而且在對(duì)大部分區(qū)域的比較中都只有一個(gè)強(qiáng)相位，因此可信度也比較高。根據(jù)鉆井分析，這個(gè)層面的頻率應(yīng)當(dāng)屬于嫩二段大套泥巖層反射，但聲速分析卻呈現(xiàn)出了負(fù)反射，系數(shù)在-0.03—-0.01之間，也就是說(shuō)不可能存在反射波峰，如表1。

圖3

圖4

根據(jù)這種現(xiàn)象，在1987對(duì)地震復(fù)合波進(jìn)行了論證。結(jié)果顯示，T06層是嫩三段砂巖層對(duì)震波的反應(yīng)。將宋遼盆地T06層與其他井段進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表2。

從對(duì)比中我們可以得知，松遼盆地的地質(zhì)分層并不是完全統(tǒng)一的，而且在英11—古9井的范圍之內(nèi)T06的地質(zhì)屬性十分相似，只是由于砂巖層的橫向分布和發(fā)育情況變化而使振幅出現(xiàn)了強(qiáng)弱變動(dòng)。

3.2 松遼盆地西部T1反射層的標(biāo)定

松遼盆地西部地區(qū)情形比較特殊，T1反射層波組存在兩個(gè)同相軸，雖然大部分地區(qū)的同相軸都以“上強(qiáng)下弱”的方式分布著，但是在部分地區(qū)會(huì)有兩個(gè)同相軸都呈現(xiàn)出較強(qiáng)的趨勢(shì)。所以，在T的確定上就出現(xiàn)了困難。

由上述研究我們可以得知，經(jīng)由1987年的調(diào)查和分析，松遼盆地的勘探存有比較詳盡的資料。根據(jù)資料的顯示，用分步褶積法對(duì)T1進(jìn)行研究得出了T1為嫩一段地層地震響應(yīng)的結(jié)論，在根據(jù)對(duì)實(shí)地的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)測(cè)量，證實(shí)該結(jié)論正確。C界面的深度是薩I油層組底界面，和嫩一段有著30—40米的深度差。在表3中我們可以清楚地看到其差距。

3.3 運(yùn)用反射復(fù)合波進(jìn)行薄砂泥巖層中的砂體分布預(yù)測(cè)

哈10是大慶長(zhǎng)垣西部一口有較高產(chǎn)油量的油井。這座油井的T1層面積可以達(dá)到0.4平方千米，構(gòu)造幅度有5米，不但產(chǎn)油量大，而且原油的品質(zhì)也非常高，油層的厚度比構(gòu)造幅度還要高上幾倍。

從這個(gè)例子我們可以得出以下結(jié)論：藏油量與巖石的性質(zhì)有十分密切的關(guān)聯(lián)。哈10號(hào)油井就屬于典型的砂體油藏，這類(lèi)油藏多儲(chǔ)藏于砂泥巖層中。該類(lèi)油藏進(jìn)行地震波檢測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)十分明顯的復(fù)合波，在進(jìn)行砂體預(yù)測(cè)時(shí)卻會(huì)遇到很大的困難。

哈10井的葡萄花油層位于地下1844.6—1865.2米，在這個(gè)深度有兩個(gè)藏油量較高的流砂層。但是在從前的勘探工作中，由于強(qiáng)振幅的波峰很有可能和地震層位相對(duì)應(yīng)，因此并沒(méi)有查清。如今在利用波形合成的追蹤法后則發(fā)現(xiàn)地震響應(yīng)顯示為4號(hào)波谷。為了進(jìn)一步證明該理論，繼續(xù)用聲速進(jìn)行深入分析。其結(jié)果顯示4號(hào)波谷的振幅明顯減小，證明該理論正確。

由此，繼續(xù)對(duì)哈10號(hào)井周?chē)h(huán)境進(jìn)行分析，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)4號(hào)波谷在經(jīng)過(guò)多條剖面時(shí)逐漸消失，并且呈現(xiàn)出寬1—1.5千米，長(zhǎng)達(dá)10千米的南北向的規(guī)律，如圖3。

在圖3中，南部的斷層流暢伸展，從分布上初步分析，此為一條古河道，而哈10的位置則推斷為河道的兩個(gè)淺灘位置。

哈10號(hào)井就是根據(jù)這項(xiàng)預(yù)測(cè)于1990年進(jìn)行初探的。我們現(xiàn)運(yùn)用同樣的手段在井段深入1884.2-1904.4米后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)砂巖層，與哈10井段1844.6-1865.2米的兩個(gè)砂巖層十分相似。經(jīng)過(guò)論證，這兩個(gè)砂巖層也如之前發(fā)現(xiàn)的一樣，為一波谷。就此證明了哈10號(hào)井的標(biāo)定和剖面結(jié)論都是正確的，預(yù)測(cè)的砂體趨勢(shì)和地下的分布形式也是可信的。哈21號(hào)井同樣由此法進(jìn)行勘探，具有非常豐厚的油層，油量?jī)?chǔ)備巨大。

圖4為哈10與哈21的簡(jiǎn)單對(duì)比。

由松遼盆地的油井勘探工作我們能夠清楚地了解反射復(fù)合波在實(shí)際工作中的應(yīng)用方法以及優(yōu)勢(shì)。反射復(fù)合波不但能夠幫助我們更加清楚和準(zhǔn)確地找到礦藏位置，并且能夠很好地對(duì)地下巖層分布進(jìn)行分析，使得工作的準(zhǔn)確性得到了提升，效率也得到了較大的提高。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)反射復(fù)合波的工作原理以及實(shí)際應(yīng)用做了較為全面和系統(tǒng)的論述。通過(guò)對(duì)松遼盆地實(shí)際案例的分析，我們清楚地看到，在資源勘探工作中反射復(fù)合波的使用能夠有效了解地質(zhì)情況、分析礦藏含量，而波形合成法則是充分運(yùn)用反射復(fù)合波的重要途徑。地震反射復(fù)合波在地質(zhì)勘探工作中的合理應(yīng)用降低了該項(xiàng)工作的成本，并且擴(kuò)大了勘探面積。不僅如此，該項(xiàng)技術(shù)在土木工程建造中也可以得到充分的利用，地震反射復(fù)合波的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣、日常的生產(chǎn)生活中扮演的角色亦越來(lái)越重要，相信在今后的發(fā)展中，社會(huì)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的需求會(huì)越來(lái)越多，要求會(huì)越來(lái)越高，這項(xiàng)技術(shù)也必然會(huì)促進(jìn)我國(guó)物探專(zhuān)業(yè)建設(shè)的持續(xù)較快發(fā)展。

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