試驗(yàn)精確定義觀測系統(tǒng)及施工方法的論述

任廣智，李志偉，趙迪(吉林省煤田地質(zhì)局物探隊(duì)，吉林 長春 130033)

1 觀測系統(tǒng)試驗(yàn)

在新地震勘查區(qū)施工前，首先需要做觀測系統(tǒng)試驗(yàn)，確定區(qū)內(nèi)使用的觀測系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)方法是：設(shè)計(jì)地面布設(shè)排列長度Lx=1.5 L，(如已知區(qū)內(nèi)構(gòu)造走向，可垂直構(gòu)造走向布置排列)其中L為單炮激發(fā)排列長度，預(yù)定試驗(yàn)參數(shù)：道距10 m，炮點(diǎn)距20 m，排列長度為L=950 m，96道接收，0偏移距。記錄和回放長度為1s ,根據(jù)觀測系統(tǒng)原理，觀測系統(tǒng)圖上斜線的投影既為對應(yīng)的地質(zhì)體反射段。激發(fā)時(shí)，使用同一井深，同一藥量，同一檢波組合，通過變換激發(fā)炮點(diǎn)和對應(yīng)的不同排列長度激發(fā)3炮，所獲地震原始記錄分別為S1、S2、S3，且S1，S2，S3分別對應(yīng)小號(hào)、中點(diǎn)和大號(hào)激發(fā)，并且使所獲激發(fā)后的3炮原始地震記錄反射波所對應(yīng)的地質(zhì)體反射段相同，目的為便于對測區(qū)同一地質(zhì)體反射段不同的激發(fā)方式對有效波和干擾波進(jìn)行分析研究。

該區(qū)通過試驗(yàn)所獲3張?jiān)加涗浫鐖D1、圖2、圖3所示，下面對3張?jiān)加涗浄謩e進(jìn)行分析探討和研究。

2 原始記錄分析

2.1 S1原始記錄分析

S1原始記錄主要特征：記錄上背景干凈，有4層反射波，目的層齊全，時(shí)間出現(xiàn)在0.2～0.5s之間，信噪比較高，淺部出現(xiàn)多層折射波，且與有效反射波接近平行，視速度較大，接近有效反射波視速度，可判定為上傾激發(fā)，下傾接收，記錄靠近炮點(diǎn)深部出現(xiàn)一組呈半掃帚狀低頻強(qiáng)面波干擾，該面波對近炮點(diǎn)道深部T4反射有效波1～12道干擾較嚴(yán)重，若要避開該低頻面波對有效波的干擾，則必須采取激發(fā)炮點(diǎn)增大偏移距的方法，分析面波與有效波的不同點(diǎn)，有效波頻率高且傳播速度快，而干擾波(主要是記錄深部的低頻面波)頻率低且傳播速度慢，利用有效波與干擾波的這種速度差異，通過增大排列偏移距的技術(shù)方法，可以控制最近炮點(diǎn)的道不接收，達(dá)到有效波不受干擾的目的。這時(shí)通過S1原始記錄特征分析計(jì)算，其需要增大的偏移距離：d=12×10 m=120 m。即只要激發(fā)炮點(diǎn)的偏移距為120 m，就可避開低頻面波對近炮點(diǎn)深部有效波的干擾，從而取得最佳紀(jì)錄。

該施工方法的短處是炮間距變大后，遠(yuǎn)炮點(diǎn)記錄道能量衰減的快，波形變化大，后續(xù)資料處理疊加時(shí)將影響資料的信噪比，嚴(yán)重時(shí)可引起波形失真。具體施工時(shí)的技術(shù)解決方法是，可在地面增加激發(fā)井深和增加激發(fā)井的藥量(能量)，即通過加大能量的方法，使遠(yuǎn)炮點(diǎn)道有足夠的能量，從而解決和完善該施工方法的不足和缺陷。

2.2 S2原始記錄分析

S2 原始記錄主要特征：該記錄所獲目的層有效波齊全，且能量強(qiáng)，信噪比高，與S1不同的是低頻干擾出現(xiàn)在記錄中間的深部，其原始記錄主要特征，小號(hào)道淺部出現(xiàn)較強(qiáng)高頻折射波，干擾了有效波波，深部出現(xiàn)較弱低頻面波干擾，大號(hào)道淺部折射波相對小號(hào)能量弱，對有效波干擾也較弱，但大號(hào)深部出現(xiàn)了較強(qiáng)低頻干擾，該干擾幅度大，衰減快，且大號(hào)道低頻面波干擾強(qiáng)度大大強(qiáng)于小號(hào)道。大小號(hào)合并后深部呈掃帚狀不對稱低頻面波干擾。

施工時(shí)通過改變觀測系統(tǒng)無法避開中部強(qiáng)干擾，技術(shù)上只能通過計(jì)算干擾波的頻率和波長，利用改變地面檢波組合距來壓制低頻面波干擾，或者根據(jù)干擾波的頻率和波長，利用地面組合井，確定井組合個(gè)數(shù)及間距，來消除或壓制強(qiáng)面波干擾，也可通過加大激發(fā)井深，增加激發(fā)能量(增加激發(fā)藥量)來最大限度地壓制低頻面波，由于大小號(hào)深部面波能量不同，以上措施只能以消除大號(hào)深部強(qiáng)干擾面波為主，小號(hào)深部較弱面波可隨即削弱，采取以上施工措施可取的背景干凈的原始數(shù)據(jù)采集記錄，達(dá)到提高資料采集質(zhì)量的目的。

圖1 S1小號(hào)激發(fā)顯示的原始記錄

圖2 S2中點(diǎn)激發(fā)顯示的原始記

圖3 S3大號(hào)激發(fā)顯示的原始記錄

2.3 S3原始記錄分析

該記錄所獲目的層有效波不全，小號(hào)道有效波被淺層強(qiáng)折射波干涉淹沒而見不到有效波，由于接收方式變?yōu)橄聝A激發(fā)，上傾接收，小號(hào)近炮點(diǎn)的道接收不到淺層有效波，且淺層折射波與有效波成角度相交并干擾有效波，可判定為下傾激發(fā)，上傾接收，與S1、S2不同的是該記錄上小號(hào)道T1有效波有30道接收不到，T4有效波近44道接受不到，即記錄上只有51道接收到有效波。小號(hào)道記錄上有效波的丟失，造成不能滿足后續(xù)資料處理時(shí)的疊加次數(shù)要求，同時(shí)將嚴(yán)重影響資料后續(xù)處理的信噪比和保真度。所以該施工方法在地面上無法用組合檢波、激發(fā)井組合和加大激發(fā)井深等方法，來達(dá)到使記錄上有效波全部接收的目的，該激發(fā)方式的觀測系統(tǒng)不合適本區(qū)施工。

如果利用該觀測方法施工，只能使用半個(gè)排列激發(fā)接收。減少半個(gè)排列后施工，既達(dá)不到設(shè)計(jì)疊加次數(shù)的要求，又將嚴(yán)重影響施工效率，且延長施工期，不符合既能加快生產(chǎn)效率又能提高質(zhì)量的最佳目標(biāo)要求。

3 確定本區(qū)的變觀施工參數(shù)的理論分析計(jì)算

3.1 適合本區(qū)的觀測系統(tǒng)參數(shù)

通過三張記錄分析計(jì)算，可認(rèn)為最佳施工觀測系統(tǒng)為端點(diǎn)(上傾)小號(hào)激發(fā)，下傾大號(hào)接收，且應(yīng)選擇最佳偏移距參數(shù)，即偏移距等于120 m為最佳，其它可按預(yù)定試驗(yàn)參數(shù)不變。使用該觀測系統(tǒng)在野外施工時(shí)，技術(shù)上必須采取，增加激發(fā)井深，以減弱強(qiáng)面波干擾，并適當(dāng)增加激發(fā)井使用的藥量，以增加和突出有效波的能量，使強(qiáng)干擾面波壓制到最低。使野外采集質(zhì)量達(dá)到最佳的目的。

3.2 炮點(diǎn)向小號(hào)變觀時(shí)對偏移距的限制

野外施工時(shí)，當(dāng)炮點(diǎn)遇有障礙物，炮點(diǎn)需避開障礙物激發(fā)，這時(shí)依據(jù)變觀原理，變觀炮必須保證所設(shè)計(jì)的覆蓋次數(shù)不變，達(dá)到填平補(bǔ)齊，這時(shí)變觀炮點(diǎn)既可向測線大號(hào)方向移動(dòng)，也可向測線小號(hào)方向移動(dòng)，但需要變觀炮的反射段與原炮點(diǎn)對應(yīng)不變，變觀炮距離開原炮點(diǎn)的距離計(jì)算公式為：偏移距離= S=20(n-1)+10，(S為變觀炮點(diǎn)離開原炮點(diǎn)的距離，n為變觀的炮數(shù))當(dāng)向小號(hào)變觀時(shí)，理論上只要排列無限長，參數(shù) n可以無窮大，但當(dāng)n太大時(shí)，遠(yuǎn)炮點(diǎn)信號(hào)變?nèi)?，后續(xù)資料處理階段，將使有效波信號(hào)發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響信號(hào)的保真度和信噪比，進(jìn)而影響資料解釋精度。這時(shí)需要對排列長度進(jìn)行限制，根據(jù)有效波的衰減規(guī)律，可按80原則計(jì)算，96×(1-80%)=19.2=19道，即大號(hào)可以增加19道，這時(shí)需增大偏移距到180 m，單側(cè)為90 m，利用公式S=20(n-1)+10計(jì)算，n=5，即該偏移距可以最多連續(xù)向一側(cè)避開5炮障礙物的炮點(diǎn)。即需要向上傾變觀時(shí)，偏移距d=120 m+180 m=300 m(d為變觀炮點(diǎn)偏移距)。

3.3 炮點(diǎn)向大號(hào)變觀時(shí)對移動(dòng)距離的限制

根據(jù)三炮記錄的分析，變觀炮應(yīng)盡量向上傾小號(hào)方向變觀，其極限偏移距離為90 m，但當(dāng)障礙物范圍大于90 m時(shí)(大于5炮距離)，若再向小號(hào)增大變觀炮距離，雖然不會(huì)減少覆蓋次數(shù)，但由于傳播距離過大，遠(yuǎn)距離信號(hào)道將變?nèi)跚野l(fā)生畸變，后續(xù)資料處理時(shí)可引起有效波畸變，不能保證資料處理的高保真度。這時(shí)就要考慮向大號(hào)方向變觀，變觀炮離開原炮點(diǎn)距離則由100 m，間隔20 m到0 m。0偏移距接收變觀時(shí)，從圖3記錄看出，T1有效波大號(hào)僅有51道能接收到。所以排列上大號(hào)道最多保留51道。即向大號(hào)變觀時(shí)，變觀距離由100 m到0 m，接收由單邊小號(hào)96道接收，到0偏移距大號(hào)51道、小號(hào)45道不對稱中點(diǎn)接收為極限。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)變觀炮偏移原炮點(diǎn)的最大距離S=310 m，利用S =20(n-1)+10，計(jì)算n=16，即最多可變觀16炮。

綜上所述，通過試驗(yàn)調(diào)查所獲原始記錄的分析和計(jì)算，可繪制出本區(qū)施工變觀參數(shù)圖表1，由圖表看出，只要確定了障礙物內(nèi)的炮點(diǎn)變觀需要移動(dòng)的距離，就可以通過施工變觀參數(shù)表，迅速查到對應(yīng)的變觀炮的觀測系統(tǒng)類型，由施工變觀參數(shù)表可看出，表中每一炮對應(yīng)一種變觀類型(Pz為正常炮除外)，向小號(hào)最多可變觀5炮，向大號(hào)最多可變觀16炮，最多有21炮的變觀范圍可供避開障礙物選擇，既達(dá)到施工的目的又能保證記錄的疊加次數(shù)。

表1 變觀參數(shù)表

本區(qū)通過對試驗(yàn)記錄的分析計(jì)算編制成變觀參數(shù)表(見表1)，該表可以快速選擇變觀參數(shù)，便于野外施工時(shí)儀器快速選擇變觀參數(shù)使用，給施工帶來極大方便，可大大提高施工生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

通過以上論述可知，要在任何一個(gè)地面障礙物較多，且地震地質(zhì)條件相對較復(fù)雜的新勘查區(qū)，如果既要保證施工效率，又要保證原始資料在淺、中、深層有足夠的疊加次數(shù)，并且使所采集的數(shù)據(jù)資料滿足高信噪比、高分辨率、高保真度。施工前必須首先展開野外觀測系統(tǒng)試驗(yàn)調(diào)查，通過試驗(yàn)調(diào)查對獲取的原始記錄進(jìn)行定性和定量精確分析計(jì)算，并且要充分考慮和兼顧數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量和施工效率兩者之間的關(guān)系，最終確定本區(qū)最佳觀測系統(tǒng)及施工的精確采集參數(shù)，確保達(dá)到技術(shù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，以高質(zhì)量、高效率完成野外原始資料采集的目標(biāo)任務(wù)。