試析淺地層剖面的測量典型問題

陳飛

[摘要]淺地層剖面測量是一種用于探測水下淺地層構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的地球物理方法，它所基于的原理是水聲學(xué)，以連續(xù)走航式的方法來進(jìn)行探測。這種探測方法逐漸被應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，在本文中，對淺地層剖面測量中經(jīng)常遇到的一些典型問題進(jìn)行了分析并由此提出了解決的措施，以期這種測量方法能夠得到更好地利用。

[關(guān)鍵詞]淺地層剖面測量 問題 措施

[中圖分類號] P22 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-144-1

淺地層剖面測量在使用過程中具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，其中最為突出的優(yōu)點(diǎn)是成本低且效率高，這就使得其在我國的一些水上建設(shè)項(xiàng)目和近海油氣資源的開發(fā)調(diào)查中起到了重要作用，并發(fā)揮出了其獨(dú)特的優(yōu)異性。淺地層剖面測量對測量水域的水深有著較為嚴(yán)格的要求，一般來說，水深要不小于10米，當(dāng)水深低于5米后，測量的效果會受到嚴(yán)重影響。

1基本原理概述

1.1基本理論

一般來說，在工程的應(yīng)用和設(shè)計(jì)中，從聲吶方程方面，通過對淺剖系統(tǒng)的聲場特性的了解，可以將淺水域應(yīng)用淺地層剖面系統(tǒng)的性能了解清楚。這其中有兩個概念是很重要的，一個是信噪比，另一個是信混比，二者的表達(dá)式通過推導(dǎo)可得：

1.2系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)的組成以拖曳式數(shù)字前剖系統(tǒng)作為例子，主要有如下幾個部分組成，分別為：數(shù)據(jù)處理、聲源、發(fā)射控制、水聽器、發(fā)電機(jī)和圖形輸出。強(qiáng)震板、水槍和電火花等常用于海上勘探的震源，電火花和強(qiáng)震板常用于淺水灣地區(qū)的聲源。一般來說，電火花的震源能量較高，穿透能力較強(qiáng)，分辨率稍低。水聽器一般由壓電晶體傳感器組成，數(shù)字處理部分由增益、濾波和量程等單元完成。

2淺地層剖面測量典型問題分析

2.1關(guān)于校正淺部地層厚度。激發(fā)和接受的裝置在船上要置于船后的兩側(cè)，這是為了防止機(jī)械噪聲和船只尾流。聲線在實(shí)際的傳播過程中，是以斜角的方式進(jìn)行，這會對判圖階段的深轉(zhuǎn)換精度產(chǎn)生影響。當(dāng)水深合適時，對結(jié)果影響不大，不需要進(jìn)行校正，但是當(dāng)水很淺時，就要進(jìn)行校正，校正后能夠使得偏差縮小很多。舉例說明：當(dāng)水深是3米時，且此時的換能器間距是6米，在水中按照聲速為1500米/秒來計(jì)算，判讀時間剖面結(jié)果顯示是4.24米，和實(shí)際的水深3米相比較，有1.24米的偏差。而當(dāng)水深達(dá)到20米時，仍然采用先前的6米換能器間距，判讀出的最后偏差能縮小0.22米。聲線在傳播的過程中受到物性差異的影響，其路徑并不是直線，而是曲線，因?yàn)槟康膶雍軠\，可以考慮忽略這種偏差。

2.2直達(dá)波。在實(shí)際的作業(yè)中，聲源存在著旁瓣效應(yīng)，換能器的間距很小時，其發(fā)出的信號會直接到達(dá)水聽器而不經(jīng)過界面反射，這樣就會出現(xiàn)直達(dá)波記錄，具體的表現(xiàn)形式為一條或是多條細(xì)而均勻的與零線平行的條紋。直達(dá)波記錄在水深不大于五米時可與海底地層界線混淆，從而使得無法對結(jié)果進(jìn)行判讀或是誤判了結(jié)果。在這種情況下，需要進(jìn)行同步測深工作，同時通過控制時間增益及將拖體位置改變的方式可以消弱和消除直達(dá)波的干擾。

2.3多次波。在淺地層剖面測量中，多次反射也是一個很復(fù)雜的問題，并且是常遇的較嚴(yán)重的干擾問題。多次波在行進(jìn)的過程中能夠進(jìn)行多次的反射，直到能量衰弱為止。它的產(chǎn)生與海水的深度、海底的地層結(jié)構(gòu)等有著直接關(guān)系。通過實(shí)測資料可知，這些多次波在淺水區(qū)中出現(xiàn)的反射比深水區(qū)要強(qiáng)的多，所以在淺地層的剖面測量中會給探測結(jié)果帶來很大的麻煩。在某次的異常實(shí)測過程中，出現(xiàn)了多達(dá)八次的多次反射，這與此地的地理環(huán)境有著很大的關(guān)系，該地的海底表層有一層堅(jiān)硬的鐵板砂。對于這種淺地層剖面測量的多次波數(shù)據(jù)可以采用數(shù)字后處理技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以此來進(jìn)行多次波的壓制和減弱。用預(yù)測反褶積的方法可以對海底鳴震的多次波進(jìn)行預(yù)測，從而消除多次波。用時變?yōu)V波的方式可以來處理海底或地層界面反射信號較弱的多次波。多次波在淺水區(qū)的剖面上，表現(xiàn)形式為平行條帶，這樣使得有效信號和干擾信號無法區(qū)分開來，當(dāng)水深有變化或是海底有坡度時，可以利用坡度和多次波同相軸斜率的關(guān)系，進(jìn)行多次波的消除和分辨。

2.4側(cè)反射。側(cè)反射由于實(shí)測中的岸坡或是水下陡坎的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，在系統(tǒng)的換能器指向性不好時情況更為嚴(yán)重。在反射記錄上出現(xiàn)側(cè)反射時，極易被認(rèn)為是下部地層反射信號。通過實(shí)測記錄知，河道的寬窄和側(cè)反射有著很大的關(guān)系，在河道寬闊的地段，一般不會有側(cè)反射波的出現(xiàn)。同時這種反射波的強(qiáng)弱變化也能很好地反映反射波的來源，當(dāng)從下部地層反射出來時，因?yàn)槠渲械暮艽笠徊糠帜芰恳呀?jīng)被海底的沉積物所吸收，所以能量會有很大的衰減。而當(dāng)反射直接來自于目標(biāo)物本身時，其能量沒有經(jīng)過衰減，強(qiáng)度較大。還有一種情況是來自水下的小而凸顯的目標(biāo)物的側(cè)反射，因?yàn)檫@類目標(biāo)物是在測量船一晃而過的情況下而產(chǎn)生的側(cè)反射，所以其表現(xiàn)形式為一條曲線，且反射同相軸頂點(diǎn)信號強(qiáng)兩側(cè)減弱。

2.5其他的干擾。除了上述的這些干擾外，還有一些比較特殊的干擾出現(xiàn)在淺水區(qū)，比如鳴震和交混回響。其中，鳴震所延續(xù)時間長且其能產(chǎn)生比較穩(wěn)定的波形。除了這兩種，還有一種地波出現(xiàn)在海底淤泥層較厚的地方，其速度和頻率都較低，衰減也較快。還有，低頻船噪聲在淺水區(qū)域也是比較明顯的干擾因素，可能其比混響還要嚴(yán)重。所以，對測量船的需用要慎重，馬力較小的木殼船是較好的選擇。

3小結(jié)

（1）水深條件是除了測區(qū)地震地質(zhì)條件外影響測量結(jié)果的另一個重要因素。當(dāng)淺水層的水深達(dá)不到五米的時候，這種方式在使用時已經(jīng)失去了原先的效果。在實(shí)際的應(yīng)用中，大部分的測量都需要在淺水層進(jìn)行，這就使得對淺水層測量干擾因素的研究工作顯得尤為重要了。

（2）淺水層剖面系統(tǒng)與許多干擾因素的出現(xiàn)有著直接的關(guān)系，很多測量的專門儀器設(shè)計(jì)時都不是專門只為淺水層的工作而設(shè)計(jì)的，這就使得在這些區(qū)域應(yīng)用這些工具時會存在缺陷，這些缺陷的存在會對測量的結(jié)果造成很大的影響。這就需要對測量系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用新材料和新技術(shù)重新改進(jìn)其使用性能。

（3）在淺水區(qū)進(jìn)行地層剖面的測量盡管受到很大的限制，但是只要充分了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸬刭|(zhì)條件，充分了解干擾波的性能，在數(shù)據(jù)的采集階段運(yùn)用合理的抗干擾措施，將干擾信號從數(shù)據(jù)資料中清除掉，判圖的精確度會得到極大的提高。這也是現(xiàn)在很多淺水層地質(zhì)問題解決的必要措施和有效方法。

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