復(fù)雜地形深地震反射數(shù)據(jù)采集參數(shù)優(yōu)化

晏云翔，李 培，智 敏，劉建達(dá)，王子琛，張 穎，裴跟弟，李林元，牟 棋，賈 晉

(1.中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710077；2.福建省地震局，福建 福州 350003)

當(dāng)前，對(duì)地球深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的探測主要依靠電法、磁法、重力、地震等地球物理手段，其中地震探測方法在確定深部地質(zhì)體的分布范圍、埋藏深度、空間位置等方面優(yōu)勢明顯，是探測地球深部結(jié)構(gòu)中最主要的方法之一[1-5]。迄今為止，人類對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，主要來源于地震波的觀察和分析[6]。地震探測是利用采集的地震數(shù)據(jù)對(duì)地震波傳播經(jīng)過的地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，從而達(dá)到直觀地顯示深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的目的，可對(duì)地殼以及上地幔的地層和速度結(jié)構(gòu)和殼內(nèi)物性界面進(jìn)行清晰成像顯示[7]。深地震反射主要針對(duì)地表下3 km?莫霍面范圍內(nèi)地殼的精細(xì)結(jié)構(gòu)和大型斷裂的深淺構(gòu)造關(guān)系等開展探測，具有探測深度大、分辨率高等特點(diǎn)，被公認(rèn)為研究大陸深部構(gòu)造和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種有效方法，在巖石圈的形成和演化、地球動(dòng)力學(xué)過程、深淺構(gòu)造關(guān)系、地震災(zāi)害預(yù)測、礦產(chǎn)資源勘探等方面研究中具有無可替代的優(yōu)勢[8-9]。與常規(guī)的煤炭和石油地震探測相比，深地震反射探測深度更大，需要采用較長的接收長度、大藥量激發(fā)、大偏移距接收等采集參數(shù)，探測成本高，存在測線跨度范圍廣，淺、中、深層地震地質(zhì)條件復(fù)雜、中?深部地殼反射波信噪比低、彎線施工導(dǎo)致共中心點(diǎn)面元離散等探測難點(diǎn)。獲得高品質(zhì)的原始地震數(shù)據(jù)，是對(duì)地殼淺、中、深部區(qū)域精細(xì)成像的關(guān)鍵基礎(chǔ)工作，而采集參數(shù)的優(yōu)化對(duì)提高深地震反射時(shí)間剖面品質(zhì)意義重大，這也是深地震反射探測技術(shù)的發(fā)展方向[10]。

前人在深地震反射探測實(shí)踐中對(duì)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了大量的研究，劉保金等[11]利用可控震源組合激發(fā)，采用道間距40 m、炮點(diǎn)距120 m、240 道接收，中間不對(duì)稱激發(fā)接收的觀測系統(tǒng)，對(duì)天山北緣烏魯木齊坳陷區(qū)地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探測；李洪強(qiáng)等[12]針對(duì)淺、中、深部不同目的層采用大、中、小三種爆破藥量激發(fā)，采用道間距50 m，大炮炮點(diǎn)距25 km，單邊1 000 道接收，中炮炮點(diǎn)距1 km，小炮炮點(diǎn)距250 m，均采用600 道接收，中間對(duì)稱激發(fā)的觀測系統(tǒng)，對(duì)六盤山區(qū)域莫霍面精細(xì)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了探測；P.R.Reddy 等[13]采用道間距80/100 m，炮點(diǎn)距100/200 m 的觀測系統(tǒng)，獲得了印度地盾區(qū)的下地殼及莫霍面結(jié)構(gòu)特征；盧占武等[14]采用大、中、小炮炮點(diǎn)布置方式，大炮炮點(diǎn)距50 km、中炮炮點(diǎn)距1 km、小炮炮點(diǎn)距250 m，道間距50 m，大炮最大偏移距48 km，中、小炮最大偏移距15 km 的觀測系統(tǒng)，10 Hz 低頻檢波器接收，探測了拉薩地體北部到羌塘地體南部的地殼結(jié)構(gòu)，形成了較完善的高原區(qū)深部探測參數(shù)體系；任彥宗等[15]對(duì)節(jié)點(diǎn)式地震儀探測成果進(jìn)行了對(duì)比分析，確定節(jié)點(diǎn)式地震儀能夠獲得高品質(zhì)地震數(shù)據(jù)，是一種主流的地殼結(jié)構(gòu)地震學(xué)探測方法，對(duì)低成本高效率的地震數(shù)據(jù)采集意義重大；王光文等[16]對(duì)近年來國內(nèi)外深地震反射探測技術(shù)新進(jìn)展及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為在深地震數(shù)據(jù)采集中，采用大、中、小炮的組合激發(fā)采集方式，提高覆蓋次數(shù)，深井大藥量激發(fā)可以對(duì)淺、中、深不同層次地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度成像。隨著深地震反射探測工作的深入開展，在復(fù)雜地形以及地表障礙物較多的地震地質(zhì)條件下，激發(fā)點(diǎn)、激發(fā)藥量難以按照理論設(shè)計(jì)布置，導(dǎo)致沿地震測線上覆蓋次數(shù)不均勻，影響了縱向上淺、中、深部以及橫向上不同區(qū)域的信噪比和分辨率。因此，開展復(fù)雜條件下的深地震數(shù)據(jù)采集參數(shù)的優(yōu)化研究具有重要意義。據(jù)此，筆者依據(jù)在福建開展的2 次深地震反射探測工作，通過對(duì)比分析原始單炮數(shù)據(jù)和地震時(shí)間剖面特征，在對(duì)采集參數(shù)效果分析的基礎(chǔ)上，提出了該地區(qū)數(shù)據(jù)采集的優(yōu)化措施及參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)高信噪比的原始地震數(shù)據(jù)及疊加時(shí)間剖面的獲取。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及深地震反射測線位置

自20 世紀(jì)80 年代中期開始，福建省范圍內(nèi)陸續(xù)開展了人工爆破地震探測工作，主要包括寬角反射/折射探測和少量深地震反射探測[17-22]，獲得了地殼P 波速度結(jié)構(gòu)剖面，初步揭示出福建地區(qū)結(jié)晶基底厚度2.0～4.0 km，上地殼?下地殼中分層明顯，在下地殼區(qū)域發(fā)育有低速層，莫霍面形態(tài)總體上顯示東淺西深的特點(diǎn)，在沿海附近約為30.0 km，向西北加深至約33.0 km。福建的深地震反射探測工作開始于21 世紀(jì)初，為了獲得福州盆地和泉州盆地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和主要大斷裂的展布特征，在這兩區(qū)域分別開展了深地震反射探測，剖面長度均不超過50 km，采用的接收排列為150 道，激發(fā)藥量小，10 Hz 低頻檢波器接收，總體上接收排列小。2012 年中國地質(zhì)科學(xué)院部署的Sinoprobe-02華南深地震反射探測剖面穿過福建西南部龍巖市及漳州盆地，在福建范圍內(nèi)測線總長度超過220 km，探測深度超過莫霍面，獲得了沿測線全地殼地震時(shí)間剖面[23-25]，地震數(shù)據(jù)采集采用了大、中、小炮布置方式，大炮炮點(diǎn)距50 km、藥量500 kg，中炮炮點(diǎn)距1 km、藥量100 kg，小炮炮點(diǎn)距250 m、藥量25 kg；道間距50 m，大炮采用1 000 道單邊激發(fā)接收、中炮和小炮采用600 道中間對(duì)稱激發(fā)接收的觀測系統(tǒng)，10 Hz 低頻檢波器接收，探測剖面中深部區(qū)域及莫霍面顯示特征明顯，解釋了福建西南部政和?大埔斷裂東南側(cè)白堊紀(jì)巖漿發(fā)育特征，以及西北側(cè)武夷山地塊多層滑脫體系，推斷了東華夏地塊白堊紀(jì)地殼生長改造過程(表1)。

表1 福建地區(qū)以往深地震反射探測采集參數(shù)Table 1 Data acquisition parameters for previous deep seismic reflection surveys in Fujian

為了進(jìn)一步獲得福建省區(qū)域莫霍面形態(tài)、精細(xì)地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，確定主要斷裂的位置和空間展布，揭示斷裂的深淺構(gòu)造關(guān)系，2020 年福建省地震局聯(lián)合中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司在漳州地區(qū)布置了一條100 km 的深地震反射測線(Z01)，該次深地震探測采用了“大、中、小”炮點(diǎn)布置方式，大炮炮點(diǎn)距25 km、藥量192 kg，中炮炮點(diǎn)距1 300 m、藥量48 kg，小炮炮點(diǎn)距240 m、藥量24 kg；道間距30 m，接收道數(shù)1 200 道，中間不對(duì)稱激發(fā)接收(長邊800 道，短邊400 道)，10 Hz 主頻的節(jié)點(diǎn)式地震儀接收，獲得的深地震反射剖面總體顯示了莫霍面及地殼結(jié)構(gòu)特征，但是主要反射波的信噪比和斷裂構(gòu)造的分辨率還不夠清晰。該次深地震反射探測盡管縮小了道間距，采用了大、中、小炮組合激發(fā)的方式，但由于小炮激發(fā)的原始單炮記錄信噪比較低，對(duì)中、深部區(qū)域貢獻(xiàn)較大的中炮和大炮間距偏大，覆蓋次數(shù)低，總體上對(duì)深部反射波信噪比的提高有限。組合井的間距對(duì)中炮和大炮的激發(fā)能量有直接關(guān)系，但是對(duì)井間距的設(shè)置沒有進(jìn)行定量的分析，部分中、大炮未能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。最大炮檢距為24 km，遠(yuǎn)小于探測區(qū)莫霍面深度，未能獲取到更多深部區(qū)域的反射波。

在該次深地震反射探測的基礎(chǔ)上，2022 年布置了3 條深地震反射探測測線，包括2 條NW 向測線(L1、L2)和1 條NE 向測線(L3)，其中L1 線和Z01 線重疊15 km，目的是將2 條測線進(jìn)行拼接。測線分別穿越了漳州市、龍巖市、泉州市、莆田市、三明市、福州市和寧德市共計(jì)7 個(gè)地級(jí)市，總長度為815 km。探測區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，地表植被茂密，障礙物復(fù)雜，地形起伏大，切割劇烈，探測區(qū)高程為14～1 694 m，相對(duì)高差最大超過600 m；大部分區(qū)域基巖裸露，巖漿巖出露區(qū)占比大，表層風(fēng)化殼厚度從數(shù)米到十?dāng)?shù)米不等，低、降速帶橫向變化大。除志留紀(jì)?早中泥盆世地層缺失、中元古界與古近系未發(fā)現(xiàn)外，自古元古界至第四系均有出露，新近系和第四系厚度小，主要分布在沿海以及部分山間小盆地區(qū)域。前震旦系多為變質(zhì)巖，古生界多為砂巖、泥巖以及碳酸鹽巖等，分布范圍不大。受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，大量的基性?酸性巖漿巖脈、巖體常侵入這些沉積巖中。至中生代，測區(qū)內(nèi)發(fā)育大量的花崗巖，新生代在部分區(qū)域發(fā)育基性巖脈。厚層的沉積地層能夠形成較好的地震反射波，而巖漿巖發(fā)育規(guī)模大而且深，物性差異小，和深部的元古代?太古代深變質(zhì)雜巖及早古生代變質(zhì)巖系都難以形成好的反射波。一般來說，深變質(zhì)的變質(zhì)雜巖體可以作為上覆沉積地層的基底，二者的接觸面能夠形成較好的反射波。另外，地下深部賦存的大型斷裂構(gòu)造的上下盤因構(gòu)造拉伸、擠壓等作用，易產(chǎn)生波阻抗差異，從而形成斷面波，中深部地殼中也會(huì)出現(xiàn)較明顯的地震反射體?？傮w上探測區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜，不利于地震波激發(fā)和接收，野外數(shù)據(jù)采集難度大，較難獲得高品質(zhì)的原始地震資料。

2 數(shù)據(jù)采集參數(shù)及優(yōu)化措施

基于漳州深地震反射探測成果，結(jié)合探測區(qū)地震地質(zhì)條件特點(diǎn)，本次深地震反射探測重點(diǎn)將提高原始單炮信噪比作為采集參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)。對(duì)信噪比提高貢獻(xiàn)最大的無疑是激發(fā)能量，提高每炮的激發(fā)藥量，增加大藥量激發(fā)點(diǎn)的覆蓋次數(shù)是首要方向；為了兼顧不同深度地層反射波的信噪比和分辨率，同時(shí)考慮采集成本最小化，需要對(duì)不同激發(fā)藥量的炮點(diǎn)進(jìn)行合理布置。其次，特別考慮了組合井在深地震反射探測中的作用，對(duì)組合井的間距進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，確保大炮激發(fā)能量達(dá)到最優(yōu)。深部地層及莫霍面區(qū)域因?yàn)樯疃却螅瑢游坏卣鹦畔⒁话爿^難獲得，一般只有更低頻的信號(hào)能夠穿透得更深更遠(yuǎn)，從而將反射信號(hào)傳播回地表被檢波器接收到。為了提高地震數(shù)據(jù)中深部反射層的信息，采用了更低頻的主頻5 Hz 的檢波器。進(jìn)一步增大最大炮檢距，使最大炮檢距超過探測區(qū)莫霍面深度，讓更遠(yuǎn)偏移距及更深部的反射信息能夠被采集到，提高下地殼及莫霍面區(qū)域的成像效果。

2.1 常規(guī)炮和大炮組合模式

福建大部分區(qū)域?yàn)樯降氐匦?，地形?fù)雜，高程高差大，地表沉積物厚度以及物性差異大。為確保激發(fā)的地震波能夠穿透地殼并返回被排列內(nèi)的檢波器接收到，采用大藥量激發(fā)是優(yōu)先考慮的參數(shù)。探測深度大時(shí)需要增大激發(fā)藥量才能使目標(biāo)深度處的反射波清晰成像，探測深度變淺時(shí)則需要降低激發(fā)藥量，以確保目標(biāo)層位的分辨率。因此，在進(jìn)行深地震反射探測時(shí)，為了同時(shí)兼顧淺、中及深部反射波的分辨率和信噪比，采用不同激發(fā)藥量組合布置的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，特別是采用大、中、小炮組合激發(fā)，以及大井深、小道距、高覆蓋次數(shù)的組合采集方式，能夠壓制干擾波，有效拓寬地震反射波的頻帶范圍，并能夠?qū)Φ貧し秶鷥?nèi)淺、中、深部不同層次地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度成像[26-27]。

深地震反射探測區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，“V”字形溝谷發(fā)育，激發(fā)點(diǎn)的布置受地形及障礙物的影響較大，如果設(shè)計(jì)的炮點(diǎn)距較小，大部分區(qū)域的炮點(diǎn)不能按照理論點(diǎn)進(jìn)行布置，導(dǎo)致地震測線上覆蓋次數(shù)極不均勻。另外，在復(fù)雜山區(qū)條件下，小藥量激發(fā)的地震波能量衰減嚴(yán)重，不能很好地獲得高信噪比的反射波，地震時(shí)間剖面成像精度較差，探測深度達(dá)不到預(yù)期。和漳州深地震反射探測相比，本次深地震反射探測在設(shè)計(jì)激發(fā)點(diǎn)時(shí)去掉了小炮，常規(guī)炮藥量和中炮藥量相同，炮間距由1.3 km 優(yōu)化至600 m，另外將大炮炮點(diǎn)距由25 km優(yōu)化至15 km，使一個(gè)接收排列內(nèi)有5 個(gè)大炮，總體上提高淺、中、深部反射波的覆蓋次數(shù)和信噪比。這種炮點(diǎn)布置方式使炮點(diǎn)在復(fù)雜山區(qū)條件下的分布更趨于均勻，獲得的時(shí)間剖面覆蓋次數(shù)也更均勻，同時(shí)加密了大藥量激發(fā)點(diǎn)的密度，提高每炮的激發(fā)藥量，增加了大炮的覆蓋次數(shù)(圖1)。大炮在深地震反射探測中起著重要作用，高信噪比的大炮單獨(dú)疊加處理也能夠獲得較好的深部地層及莫霍面結(jié)構(gòu)信息[28]。

圖1 深地震反射探測觀測系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram showing the observation system of deep seismic reflection surveys

對(duì)原始單炮進(jìn)行了地形靜校正處理后，獲得的小炮原始單炮記錄中在近炮點(diǎn)處可以看到小范圍的莫霍面反射波，向遠(yuǎn)道區(qū)域處干擾波發(fā)育，主要反射波較難識(shí)別(圖2a)；而常規(guī)炮和大炮的有效反射波信噪比高，波組連續(xù)性好，地殼深度范圍內(nèi)淺、中、深部波組結(jié)構(gòu)分明，中?下地殼區(qū)域反射能量強(qiáng)(6～12 s 區(qū)域)，頻帶寬約46 Hz，低頻信息豐富。大炮頻譜分析圖顯示，淺部區(qū)域反射波頻帶范圍在4～46 Hz，主頻約為26 Hz；中深部區(qū)域反射波頻帶范圍在4～40 Hz，主頻范圍約為21 Hz，深部區(qū)域主頻約為12 Hz(圖2b、圖2c)。

圖2 深地震反射原始單炮記錄對(duì)比Fig.2 Comparison of original single-shot records of deep seismic reflections

總體上看，獲得的常規(guī)炮和大炮原始記錄品質(zhì)高，常規(guī)炮初至受噪聲干擾小，深部莫霍面反射波組特征清楚(11～12 s 區(qū)域)，分辨率高，橫向可追蹤的反射波組豐富；大炮淺、中、深部反射波信噪比更高，莫霍面反射在整個(gè)接收排列內(nèi)都比較清晰。

2.2 組合井最佳間距

炸藥震源是地震探測最佳的激發(fā)方式，它激發(fā)的地震波能量強(qiáng)、頻率豐富。地震探測常用的震源藥柱因性能穩(wěn)定、爆速高以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，當(dāng)需要大藥量激發(fā)時(shí)(大炮)，常采用組合井方式，把總激發(fā)藥量分散埋置在數(shù)個(gè)間距不大的鉆井中組合激發(fā)。對(duì)于組合井的布置方式，一般要求井口高度差限制在亞米級(jí)，井間距主要根據(jù)激發(fā)介質(zhì)和激發(fā)環(huán)境的不同，以不造成淺層介質(zhì)破碎為準(zhǔn)，沒有開展定量的數(shù)值分析。組合井的井間距和激發(fā)的藥量有直接關(guān)系。炸藥在鉆井中爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體及沖擊波，在膨脹的過程中壓縮周圍介質(zhì)向各個(gè)方向做功并產(chǎn)生地震波。根據(jù)反射法地震探測原理，地震波在向下方向的傳播才能起到彈性反射的效果，因此，炸藥在起爆后沖擊波中只有垂直向下方做功的能量才是有效能量。采用組合井進(jìn)行激發(fā)時(shí)，各激發(fā)點(diǎn)在水平方向上傳播的沖擊波會(huì)疊加，當(dāng)井間距過小時(shí)沖擊波會(huì)大量破碎周圍巖層做機(jī)械功，降低了沖擊波的整體做功能力；當(dāng)井間距過大時(shí)，整體激發(fā)能量會(huì)過于分散，達(dá)不到聚焦激發(fā)的效果。因此，組合井的間距對(duì)炸藥激發(fā)有效做功有著重要制約作用，合適的組合井間距才能發(fā)揮出炸藥激發(fā)的最大能效。本次深地震反射探測研究中，通過漳州深地震反射實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場試驗(yàn)確定了激發(fā)井深為30 m，該深度在山區(qū)部位大部分處于中風(fēng)化花崗巖層中，單井激發(fā)藥量確定為48 kg。采用ANSYS/LSDYNA 有限元分析軟件進(jìn)行雙井組合爆破數(shù)值建模與分析[29-32]，算法采用Euler-Lagrange 流固耦合算法，巖石本構(gòu)模型采用德國Ernst-Mach 研究所(EMI)提出的RHT 本構(gòu)模型(表2)，炸藥材料模型采用ANSYS/LSDYNA 常用的“MAT_HIGH_ EXPLOSIVE_ BURN”，JWL 裝藥參數(shù)見表3，分別對(duì)井間距為3、4、5 和6 m的爆破效能進(jìn)行了數(shù)值分析。通過模擬分析，在井間距為3 m 時(shí)，兩井之間圍巖有貫通破碎現(xiàn)象；井間距為4 m 時(shí)，兩井之間圍巖在爆破后應(yīng)力波疊加區(qū)有拉伸破壞現(xiàn)象；而當(dāng)井間距為5～6 m 時(shí)，井間巖層沒有出現(xiàn)貫通或破碎，大大減少了炸藥激發(fā)所做的機(jī)械功。圖3a 和圖3b 分別為井間距5 m 爆破時(shí)0 ms 和24 ms的爆破模型圖，圖3c 和圖3d 分別為井間距5 和6 m時(shí)的爆破模型壓力時(shí)距曲線，模擬顯示水平壓應(yīng)力約在24 ms 時(shí)達(dá)到峰值，垂直壓應(yīng)力約在20 ms 時(shí)達(dá)到峰值，因篇幅有限，本文不在此詳細(xì)敘述模擬全部過程。爆破模擬壓力時(shí)距曲線數(shù)值顯示：井間距分別為5、6 m時(shí)，爆破垂直方向單元受到的最大壓應(yīng)力分別為1.140、0.908 MPa，水平方向單元受到的最大壓應(yīng)力分別為6.430、7.640 MPa，垂直壓應(yīng)力在井間距為5 m 時(shí)更大，因此確定井組合間距為5 m(圖3)。

圖3 組合井爆破模型及壓力時(shí)距曲線Fig.3 Combined borehole blasting models and pressure-time curves

表2 圍巖巖石力學(xué)參數(shù)Table 2 Rock mechanical parameters of surrounding rocks

表3 炸藥參數(shù)Table 3 Parameters of explosive

2.3 降低檢波器主頻

檢波器是地震數(shù)據(jù)采集中的一個(gè)重要因素，合理選擇檢波器類型能夠提高地震資料的信噪比和分辨率。深地震反射探測深度大、反射波頻率低，因此，常使用主頻較低的檢波器(10～13 Hz)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[33]。檢波器的主頻以下為檢波器的壓制區(qū)，處于壓制區(qū)內(nèi)成分的能量將受到壓制。檢波器主頻越低，壓制范圍越小，接收到的反射波更豐富，頻率域更寬，且會(huì)保留更多的低頻域成分，因此，能夠?qū)ι畈糠瓷鋵舆M(jìn)行更好的成像。近年來，低頻節(jié)點(diǎn)式地震儀以其頻帶范圍寬和在復(fù)雜山區(qū)布設(shè)方便的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)采集[34-37]，在深地震反射探測中能夠獲得頻率更低的反射數(shù)據(jù)，從而提高中下地殼、莫霍面等深層反射界面的成像精度。漳州深地震反射探測采用10 Hz 主頻節(jié)點(diǎn)式地震儀，本次深地震反射探測采用主頻為5 Hz 的節(jié)點(diǎn)式地震儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從2 次測線重疊區(qū)域的原始單炮頻譜對(duì)比圖(圖4)中可以看出：在同一區(qū)域單炮記錄上兩者淺、中、深部的反射波特征總體一致，但是5 Hz檢波器獲得的原始單炮記錄中反射波頻帶更寬，在6～12 s 的中深部反射層信噪比更高。由此可以看出，檢波器主頻降低至5 Hz 時(shí)獲得的地震資料效果更好。

圖4 不同主頻檢波器原始單炮記錄對(duì)比Fig.4 Comparison of original single-shot records of geophones with different dominant frequencies

2.4 增大炮檢距

接收道數(shù)是重要的地震數(shù)據(jù)采集參數(shù)，在道距保持不變的情況下，增加接收道數(shù)能夠獲得更深部區(qū)域的反射層信息，更大的炮檢距能夠提高深層資料的信噪比[38-39]。深地震反射數(shù)據(jù)處理實(shí)踐表明，采用大偏移距時(shí)縱波穿透深度更深，對(duì)近地表速度結(jié)構(gòu)的反演更準(zhǔn)確，由此可以提高數(shù)據(jù)處理效果和時(shí)間剖面質(zhì)量[40]。另外，炮檢距與動(dòng)校拉伸、速度分析精度以及噪聲和多次波壓制有密切關(guān)系，也是確定最大炮檢距的重要因素。因此，在進(jìn)行深地震反射探測時(shí)，較大的炮檢距是優(yōu)先選擇。一般情況下，最大炮檢距盡量與主要目的層深度相當(dāng)，這樣可以保證入射角度范圍達(dá)到更合適的寬度。地震勘探實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，大的接收排列長度對(duì)深部資料獲取更有利[41]。

本次深地震反射探測采用道間距30 m、2 400 道中間激發(fā)對(duì)稱接收，最大炮檢距為36 km，根據(jù)已知地震地質(zhì)資料，排列長度大于區(qū)域莫霍面深度(30～33 km)，滿足以上分析要求。為了分析該區(qū)炮檢距對(duì)中深部地震資料的影響，對(duì)近、中、遠(yuǎn)炮檢距道集進(jìn)行了分段疊加，處理得到了3 種不同炮檢距的疊加剖面段，圖5為3 種不同炮檢距(距激發(fā)點(diǎn)200～300 道、600～700 道和1 000～1 100 道)的部分疊加剖面。從獲得的地震時(shí)間剖面來看，從近道向遠(yuǎn)道整體反射波振幅有逐漸變小趨勢。淺部區(qū)域(小于5 s)反射波在200～300 道時(shí)信噪比較高，遠(yuǎn)道600～700 道以及1 000～1 100 道區(qū)域處信噪比降低明顯，而中深部區(qū)域(6～11 s)由近及遠(yuǎn)信噪比變化相對(duì)較小。在1 000～1 100 道區(qū)域處(圖5c)，由于淺部區(qū)域反射波振幅的明顯下降而凸顯出中深部區(qū)域反射波分辨率更高。由此可以看出，1 000～1 100道區(qū)域可以獲得信噪比較高的中深部反射波，從而能夠?qū)φw地震時(shí)間剖面高精度成像起到積極作用，增大炮檢距的效果明顯。

圖5 炮檢距分段處理疊加時(shí)間剖面圖Fig.5 Seismic time-stacked sections from the segmented processing of offset

對(duì)最大炮檢距分別為36 km 和18 km 的道集進(jìn)行全地震數(shù)據(jù)疊加處理(圖6)。由圖6 看出，最大炮檢距為36 km 時(shí)的疊加剖面信噪比更高(2～11 s，圖6a)；對(duì)于莫霍面形態(tài)，2 種疊加剖面則顯示的特征一致。在處理工作站上對(duì)2 種剖面3～11 s 區(qū)域的信噪比比值進(jìn)行了提取，將比值進(jìn)行了曲線擬合(圖6c)，總體數(shù)值顯示，2 種炮檢距的疊加剖面信噪比都大于2，最大比值接近5，36 km 偏移距的信噪比值在大部分區(qū)域略高，在矩形對(duì)比區(qū)域差異更大。

圖6 不同炮檢距疊加時(shí)間剖面對(duì)比Fig.6 Comparison of seismic time-stacked sections under different offsets

3 結(jié)論

a.采用常規(guī)炮和大炮組合的炮點(diǎn)布置方式，加大激發(fā)藥量、縮小大炮炮點(diǎn)距、提高中?深部區(qū)域覆蓋次數(shù)，能夠獲得高質(zhì)量的原始單炮記錄和地震時(shí)間剖面。

b.在福建復(fù)雜地形條件下，采用5 m 的組合炮炮點(diǎn)距能夠獲得激發(fā)下傳的最大能量，從而獲得高信噪比的原始地震單炮資料。采用主頻5 Hz 的節(jié)點(diǎn)式地震儀對(duì)提高地殼中?深部區(qū)域反射波的信噪比和分辨率效果明顯。在深地震反射探測中增加接收道數(shù)、增大最大炮檢距對(duì)地殼中?深層區(qū)域反射波信噪比提高明顯。

c.深地震探測采集參數(shù)的優(yōu)化對(duì)剖面品質(zhì)的提高有積極作用，獲得的采集參數(shù)可以對(duì)類似地區(qū)開展深地震探測提供參考。同時(shí)，采集參數(shù)的優(yōu)化還需要和采集成本相結(jié)合才能達(dá)到最佳應(yīng)用效果。