巨厚腐殖質(zhì)層地區(qū)微測井采集方法研究

李 雋

（上?？辈煸O(shè)計研究院（集團）有限公司，上海 200093）

1 問題的提出

東南亞臨赤道某陸上地震勘探項目中，工區(qū)氣候潮濕，常年高溫，植被茂盛，地下水發(fā)育豐富，屬于熱帶雨林地區(qū)。近地表經(jīng)過長期的落葉、死亡植被腐爛和沉積后，形成了一層3～10m的巨厚的腐殖質(zhì)沉積，造成近地表地層松軟、低降速帶巨厚，導(dǎo)致野外地震數(shù)據(jù)采集存在一系列問題，如激發(fā)條件差，高頻激發(fā)能量衰減迅速，反射波振幅衰減嚴(yán)重，地震數(shù)據(jù)信噪比低，地震數(shù)據(jù)初至不清晰，采用常規(guī)檢波器難以接收有效信號等。

松軟的地表對地震波的吸收作用極強，根據(jù)褶積模型理論，地震波的衰減過程可以用式（1）表示。

式中：g（t）為地震記錄；e（t）為脈沖信號；s（t）為近震源區(qū)濾波因子；x（t）為反射因子；d（t）為地下地層濾波因子；nl（t）為近地表低速層濾波因子；r（t）為地下地層反射率；n（t）為噪音。

由于松軟地表的nl（t）數(shù)值極小，因此，接收到的地震波g（t）振幅衰減極快，當(dāng)nl（t）接近0時，地震記錄基本等于噪音n（t），信噪比極低。如果在腐殖質(zhì)下激發(fā)和接收，就能不受nl（t）的影響，從而得到較好的地震記錄?；诖?，在野外地震數(shù)據(jù)采集時，根據(jù)野外條件，利用野外近地表調(diào)查資料結(jié)合激發(fā)接收實驗實施了在腐殖層下激發(fā)和腐殖層下埋置沼澤專用檢波器接收的技術(shù)，解決近地表巨厚腐殖質(zhì)沉積帶來的地震波衰減問題。

針對采集過程中需要實施巨厚腐殖質(zhì)層下激發(fā)和接收的技術(shù)，近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查在項目實施初期為該項目采集技術(shù)成功實施的關(guān)鍵因素，主要目的為調(diào)查出該區(qū)巨厚腐殖質(zhì)層及風(fēng)化層的厚度分布，以確定該區(qū)激發(fā)深度及接收深度。

2 采取的措施

為確保在腐殖質(zhì)下激發(fā)和接收，首先要對腐殖質(zhì)沉積深度進行調(diào)查，即對近地表結(jié)構(gòu)進行調(diào)查。通過對該區(qū)的地表地貌情況的初步調(diào)查，該區(qū)采用井中微測井開展這項工作。

該區(qū)微測井近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的難點是由于松軟腐殖質(zhì)對激發(fā)能量的吸收作用，檢波器在深層接收到的初至振幅小、起跳不干脆，加上環(huán)境噪音的干擾，無法準(zhǔn)確識別初至起跳時。為解決此問題，得到準(zhǔn)確的近地表結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，采集人員在施工前期對微測井施工方法和施工參數(shù)進行了多次試驗對比。

（1）接收檢波器類型試驗。在實施微測井工作之前，試驗了壓電檢波器和沼澤專用檢波器的接收效果。該區(qū)為東南亞熱帶雨林地區(qū)，地下水發(fā)育非常豐富，測井內(nèi)水位高，滿足壓電檢波器在水中接收壓力信號的條件，同時壓電檢波器對地震波引起的壓力變化感應(yīng)非常靈敏，也無接收方向問題。沼澤檢波器為普通動圈式檢波器，接收地震波信號需要利用推靠裝置將檢波器推靠在測井井壁。通過試驗對比，在相同的激發(fā)條件下，壓電檢波器采集的初至信號起跳干脆、明顯，適合進行井中微測井的信號采集，對比情況如圖1所示。

圖1 沼澤專用檢波器和壓電檢波器接收信號對比

（2）激發(fā)震源試驗。針對井中微測井實施方法，該區(qū)對不同激發(fā)方式進行了比對試驗。對同一深處的檢波器（50m）在相同的偏移距（6m）處通過重錘、5發(fā)雷管和0.5kg炸藥進行激發(fā)試驗對比，結(jié)果顯示炸藥激發(fā)得到的初至起跳干脆、振幅大、能量強，可以準(zhǔn)確選擇初至?xí)r間，解釋地層的速度和厚度。由于該地區(qū)為熱帶雨林巨厚腐殖層地區(qū)，地表激發(fā)的地震信號在地表覆蓋的巨厚的、松軟的腐殖質(zhì)層吸收衰減非常嚴(yán)重。在使用重錘激發(fā)時，往往進行上百次疊加也無法取得很好的激發(fā)效果，施工效率非常低，同時也無法滿足精確拾取初至?xí)r間的要求。嘗試使用雷管激發(fā)后，仍然存在激發(fā)信號起跳不干脆，初至前環(huán)境噪音壓制不完全，初至?xí)r間拾取不準(zhǔn)確的問題。考慮到該區(qū)巨厚腐殖層的吸收衰減情況，嘗試使用0.5kg炸藥激發(fā)，在激發(fā)能量能夠保證足夠強的情況下，采集到了良好的初至信號，為采集信號的初至?xí)r間的精確拾取打下了良好的基礎(chǔ)。3種激發(fā)方式的初至對比圖如圖2所示。

圖2 3種不同激發(fā)方式的初至對比圖

通過以上各對比試驗，最終確定使用地表0.5kg炸藥激發(fā)，井中壓電檢波器接收的微測井采集方法。同時為了提高采集效率，采用了5道壓電檢波器同時接收不同深度激發(fā)信號，每道檢波器間隔為2m，實施60m深微測井只需要采集6次，同時在淺部多采集1次，使得淺部為1m采集間隔加密，微測井采集觀測系統(tǒng)如圖3所示。

（3）微測井點位布設(shè)。該區(qū)地表比較平坦，采用規(guī)則布設(shè)微測井點位，既能控制施工區(qū)域內(nèi)近地表結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，又最大限度地降低了野外地表調(diào)查工作量。通過對3D項目網(wǎng)格布設(shè)微測井點位（4km×4km），得到全區(qū)的低降速帶分布圖如圖4所示。通過對微測井?dāng)?shù)據(jù)進行解釋，工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)基本分為三層，即低速層、降速層和高速層。低速層的速度基本為500m/s，厚度為5～10m，微測井時深如圖5所示。

另外，工區(qū)根據(jù)鉆井巖性記錄，地表下0～9m為腐殖質(zhì)層，和近地表結(jié)構(gòu)的低速帶深度吻合，因此工區(qū)內(nèi)的低速帶基本是腐殖質(zhì)層。結(jié)合鉆井、錄井表和微測井調(diào)查結(jié)果，工區(qū)腐殖質(zhì)沉積厚度在5～10m。鉆井巖性記錄表如表1所示。

3 效果

此次研究的主要目的是解決地震數(shù)據(jù)能量吸收衰減嚴(yán)重、信噪比低的問題，需要同時解決該區(qū)在巨厚腐殖質(zhì)層及風(fēng)化層下的激發(fā)和接收問題。

通過前期近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查，認(rèn)為該區(qū)低降速帶厚度在22m左右，采集激發(fā)深度應(yīng)不小于22m。考慮到目的層深度，經(jīng)過激發(fā)藥量的比對試驗，最終確定激發(fā)參數(shù)為藥量2.5kg，井深25m。該區(qū)域的腐殖質(zhì)沉積厚度在5～10m，為滿足在腐殖質(zhì)層下接收地震信號，最終確定了檢波器埋置深度為12m，通過打水井埋置沼澤專用檢波器的方式接收。

圖3 微測井觀測系統(tǒng)示意圖

圖4 工區(qū)低速帶分布圖

圖5 微測井時深解釋圖

表1 鉆井巖性記錄表 單位：m

通過采取以上措施，該區(qū)成功實現(xiàn)了在腐殖質(zhì)層下激發(fā)和接收，采集的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量達到了預(yù)期的效果，目的層的連續(xù)性較好、反映的地質(zhì)構(gòu)造更加清晰。部分測線剖面如圖6所示。

圖6 工區(qū)初疊剖面

4 結(jié)論與建議

（1）通過對微測井激發(fā)的偏移距、接收檢波器類型、激發(fā)方式和激發(fā)深度的對比試驗分析，得到了巨厚、松軟腐殖質(zhì)區(qū)域微測井施工的合適的施工方法和參數(shù)，并獲得了滿意的表層調(diào)查資料。

（2）根據(jù)工區(qū)近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果，通過試驗對比，確定了激發(fā)深度和藥量，確定了檢波器類型和埋置深度，形成了適合該區(qū)的地震資料采集方法。實際資料表明這些方法是可行且有效的。

巨厚、松軟腐殖質(zhì)區(qū)是比較特殊的地表類型，目前檢波器埋置在腐殖質(zhì)下面需要實施打井埋置作業(yè)，工作量相對比較大，對生產(chǎn)效率造成了一定的影響。建議加大這方面的研究，尤其是接收方面的采集方法研究。