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1、塔克拉玛干沙漠区浅表层对地 震波吸收衰减的影响塔克拉玛干沙漠区浅表层对地震波的吸收衰减调查与研究摘要长期以来，众多专家学者认为疏松沙丘对地震波的吸收衰减是导致塔克拉玛干沙漠区地震资料的信噪 比及分辨率均较低的重要原因，因此，搞清沙漠区近地表对地震波的吸收衰减程度，对野外采集及资料处 理中采取针对性的措施具有重要的指导意义.文中以塔克拉玛干沙漠中的古城地区为例,总结分析了近地 表疏松沙丘的特点，并采用“螺窝状”方法对不同厚度的沙丘进行了吸收衰减调查试验，通过谱比法总结 分析了该区沙漠表层对地震波的吸收衰减规律，得出了疏松沙丘对主频在40Hz以内的地震波的能量和频 率的吸收衰减不严重的结论关键词：
2、沙漠区分辨率吸收衰减谱比法Investigation and Study of Seismic Wave Absorption and Attenuation Causedby Shallow Layer in Taklimakan DesertChen Xueqiang1, Bai WenjieZhou XuLi Jun1Abstract：Absorption and attenuation by loose surface lithology of sand dune has been known by seismologists as one of the main factors wh
3、ich influence S/N ratio and resolution of seismic data in Taklimakan Desert. Therefore, making clear understanding of seismic wave attenuation due to near surface of desert area will be significant for taking appropriate measures in seismic acquisition and data processing. Here we show a study which
4、 made in Gucheng area, Taklimakan Desert. In this study we analyzed the feature of loose desert surface and made absorption and attenuation test for different depth of sand dune using so called Honeycomb method. After summarizing the relationship between surface of desert and absorption and attenuat
5、ion with spectral ratios method, we reached a conclusion that loose surface of desert will not severely distort energy and frequency of seismic wave of which dominant frequency is less than 40Hz. Key words： sand dune; resolution jabsorption and attenuation; spectral ratios method1引日高分辨率勘探是对油气田进行精细勘探
6、的必要手段，而保证较高的地震波频率，是提高分辨率勘探的 基础。众所周知，地震波频率的衰减是受传播介质的性质及传播距离所决定的，这一过程是客观存在的。 提起沙漠区，很容易让人获得感性认识，疏松沙丘对地震波的吸收衰减严重，是影响地宸资料信噪比及分 辨率的重要因素，诸多专家学者在相应的文章中也表达了这样的观点2】.因此，搞清沙漠区近地表对 地震波的吸收衰减程度，对野外采集及资料处理中采取针对性的措施具有重要的指导意义.针对疏松沙丘对地震波的吸收衰减问题，很多专家学者从机制机理及模型计算方面进行了较为深入地 探讨，认识到了表层疏松沙丘吸收衰减问题的宜杂性LL 而对于实际生产过程中，疏松沙丘对地震 波的
7、吸收衰减程度到底是多少，目前仍没有一个理性的认识。大量研究表明，搞清表层疏松沙丘的吸收衰 减规律，最好的的方法就是进行野外调查试验,古城地区位于塔克拉玛干沙漠中南部，是该沙漠具有典型 代表性的区域之一。针对古城地区开展了不同沙丘厚度的野外吸收衰减调查试验，搞清塔克拉玛干沙漠区 疏松沙丘对地震波的吸收衰减情况.2塔克拉玛干沙漠近地表特点塔克拉玛干沙漠表层具有一个稳定的高速层顶面，是一个呈东南高西北低的曲面。与这个稳定的高速 层顶面为界，工区内的近地表结构分为高速层顶面以上和以下的两层结构，高速层顶面以下为含水砂层， 速度分布稳定，为沙漠区近地表结构的高速层；高速层顶面以上为疏松沙层，统称为低速层
8、，受压实作用 影响，低速层具有连续介质性质.低速层厚度整体趋势是从北到南逐渐变厚，最厚可达200m以上，主要 分布在玛山北部、塔东南及古城地区.通过对大量的微测井资料进行分析可知，塔克拉玛干沙漠高速层顶 面以上的近地表的速度与深度基本上是呈1/2次零函数的非线性关系，即塔克拉玛干沙漠区高速层顶面以 上的疏松沙丘的速度随深度的关系式为：(1-1)式中，V为埋深为Z时对应的纵波速度，V0为地表的纵波速度，Z为距地表的深度，B为变化系数通过对古城地区的40 口微测井进行统计分析，进一步研究沙丘性质。古城地区区沙丘在地表面的初 始速度一般在150-400w/s,低速层厚度在25m以内的沙丘，初始速度变
9、化范围大，规律性非常差，低速层 厚度大于25m的沙丘初始速度变化稳定，一般在20LS00m/s之间（见图la）；低速层的底界速度（连续介 顺的终了速度）一般在350-110（Ws,且随厚度的增加呈非线性增加（见图1b）;低速层厚度大于25m的沙 丘，速度变化系数B规律性较好，基本上在0105之间，并随厚度的增加逐渐变小；低速层厚度小于 25nl的沙丘，速度变化系数B规律性较差（见图1c）.调查资料分析显示，该区的低速层的平均速度随厚度 的增加呈非线性增加（见图2a）；高速层速度分布在1600-1900”s之间，其中，沙丘厚度在10m以内的高 速层速度分布在1600-1750m/S,沙丘厚度在1
10、0-55m以内的高速层速度分布在1750-1800m/,沙丘厚度在55 一90m的高速层速度分布在1800-1900m/s （见图2b）。从上述分析可知，古城地区的沙丘连续介质性质受 形成条件和压实作用的影响，厚度在25m以内的沙丘性质差异较大，厚度大于25m的沙丘性侦变化相对较 为稔定.图1古城地区疏松沙层连续介质性质统计a低速层底界速度分布;b近地表初始速度分布;C速度变化系数a- X图2古城地区表层低速及高速统计a低速层平均速度分布;b高速层速度分布3疏松沙丘吸收衰减调查与分析3.1疏松沙丘的吸收衰减调查试验方法大量的研究及试验表明，野外吸收衰被调查试验是分析疏松沙丘对地笈波吸收衰减情况
11、的相对可靠的 途径。调查方法设计的原则要保证分析的地震子波纯净，不受其他波场干扰，使影响因素严格单一，并具 有可预知性.综合考虑，采用蜂窝状调查方法进行沙丘吸收衰减调查较为合理（见图3）。该方法，采用零 偏移距、大深度和大偏移距、高速层中的激发方式，采用距零偏移距激发并尽可小的半径、地表不同深度 的井中单点接收方式，并采用大动态范围地晨仪接收.具体的工作方法如下：a）接收方式野外检波埋置采用蜂窝状井中埋置的方式进行数据采集。地表以下1m以内点距为0.2cm,地表以下 lm-3m点距为0. 5nb地表以下3kl0m点距为1m,地表以下10nr20m点距为2m ,地表以下20m以后点距 为4m,高
12、速层顶面以下0-16m放3-4个检波器，点距为5m.施工中，让这些检波点围成的圆形半径尽可 能小。检波相型号：SN7C图3疏松沙丘吸收衰减调查试验示意图b）激发方式在检波点围成的圆心位置（调查点） 和远偏移距分别各放1炮。调查点位置：1 口X最大钻井深度X l-2kgo偏移距3km位置：1 口 X高速层顶面下 5mX20kg；c）仪器因索仪器型号：SYSTEM IV前放增益：OdB （调查点位置）、36dB（远偏移距）采样率：0. 5ms记状长度：7s3- 2疏松沙丘的吸收衰减分析由于目前塔克拉玛干沙漠的重点勘探区一塔中地区的高速层顶面深度大部分在5-40m之间，因此，主 要针对低速层厚度分别
13、为2.5m、8. 7m. 18.7m、SOni、S5.6m五种沙丘进行了吸收衰减调查试验。为了保证 用于分析的采集数据的真实可靠性，采用基于上行波的数据侦量检波方法，对所有调查数据进行侦量筛选。 由于试验区的单炮信噪比非常低，单点接收的道集上基本上看不到反射波，因此，本次吸收衰减调查仅对 近偏移距的上行波和远偏移距的折射波初至进行了吸收衰减分析.图4a和b为低降速层厚度为35. 6m的沙丘的吸收衰减调查记录（初至拉平后），图4c和d分别为初 至波的均方根振幅（为做图方便，偏移距3km的振幅值放大了 100倍）及主频随检波能埋深的衰减情况。 从图4ad中可以看到，在地表和高速层顶面附近的检波器接
14、收的地震波波形、能量、频率均受地表或高 速层顶面的虚反射的影响严重，振幅得到相干加强，主频降低.从图4c和d中可以看到，偏移距6m激发 的上行波到达高速层顶面附近的主频为65Hz,经琉松沙丘后，到达地表衰减为45Hz,均方根振幅值由450mv 衰减为400mv,而偏移距6km激发的初至波到达高速层顶面附近的主频为35Hz （不考虑虚反射影响），到 达地表后为32Hz左右，均方根振幅值在地表附近受虚反射影响反而得到相干加强。d图4疏松沙丘对地震波吸收衰减分析图（h尸35. 6m）为进一步分析疏松沙丘对地震波频率的吸收衰减情况，通过变步长反褶积消除调查记录上的地表虚反 射的影响后，采用谱比法求取了
15、不同厚度的沙丘的吸收衰减系数。图5ad分别为估算的低降速层厚度为 8.7m. 19m. 30m、35.6m的沙丘的吸收衰减系数。图5表明疏松沙丘主要对40Hz以上的频率成分的吸收严 .重，且在地表以下1-凯内最为严重，频率在40Hz以内时吸收相对较弱。结合前面的初至波的均方根振幅 和主频的衰减分析结果可以获得这样的认识，疏松沙丘对主频在40Hz以内的地震波的能量和频率的吸收 衰减不严重.另外，受其他波场干扰的影响，Q值难以准确求取，从统计分析来看，对于频率为80Hz以内 的地震波，疏松沙丘从浅到深的品质因子基本分布在0.150以内。图5不同厚度的疏松沙丘对地晨波的吸收衰减系数估算 a 8. 7
16、m;b 19m;c 30m;d 35. 6m3. 3高速层顶面下的接收试验为进一步验证深埋检波相的实际应用效果，在哈南地区进行了单个检器波甥分别埋置在高速层顶面下 1m与地表、多个检波器埋置在地表组合接收的试验.图6为该试验线的表层结构图，低速层厚度为 0.4-59.如,平均厚度11.25图7为40Hz高通滤波后的叠加剖面对比。可以看到，单个检波搭、高速层顶 面下接收的高频成分信噪比远低于40个检波器组合地表接收的剖面，说明即使是高速层顶面下不组合接 收仍难以保证沙漠区中深层及高频信号的信噪比.为进一步分析效果，分别选取了不同地表类型的南、北段的浅、中层进行了频谱分析，见图8、9.图 8选取的
17、cap点位于起伏沙丘中部，对应地表的低速层厚度为5-30m,作用道基本上位于起伏沙丘段 (h0=5-60m).可以看到，起伏沙丘段高速层顶面下接收的浅层(1.38-1.46s)反射波主频为33Hz,而单个 地表接收主频为28Hz, 40个组合地表接收主频为26Hz,高速层顶面下接收提高浅层反射波主频5-7Hz;中 层(2.45-2.645)3种接收方式主频均在18-19小，无明显差别.图9选取的c叩点位于沙平地段中部，作 用道基本上位于低速层厚度为5m以内的平坦地段。沙平段3种接收方式浅层反射波主频均在34-S5HZ,中 层均为31Hz,无明显差别.图7不同检波器接收方式的剖面对比(即(30,
18、 40)a地表1个检波器接收；b高速层顶面下1个检波器接收；c地表40个检波器组合接收道集闰须本分析时窗1.381.46s时窗2.452.54s图8起伏沙丘段的频谱对比(h0=5-30m)4811:40个组合地表接收、4812：高速层顶面下接收、4813:革个地表接收IC道集间演率分析-V-Z”C 幺4要累z道梁间演军分行- JfHW-K 4W；-必T哉* *z一镇军也)-HX)时窗1181.23s时窗2.492.56s段试验结果表明，低速层厚度大于51n的起伏沙丘，高速层顶面下接收的地震波主频高于30Hz时，可 以在不同程度上进一步提高地震波主频，一般在5Hz以上；低速层厚度小于5m的沙平地
19、或高速层顶面下 接收的地宸波主频在20Hz以下时，反射波主频能够提高的幅度非常小；同时，不组合接收难以保证中深 层及高频信号的信噪比.上述试验资料说明，受长距离的地层传播过程中的吸收衰减影响，地震波主频较低（2030Hz）,疏 松沙丘的吸收衰减影响相对较小，因此，该因素不是影响地震资料品质的重要原因。4结论通过上述研究工作，主要取得了以下几方面的认识：1）塔克拉玛干沙漠高速层顶面以上的近地表的速度与深度基本上是呈1/2次新函数的非线性关系，沙 丘连续介质性质受形成条件和压实作用的影响，厚度在25m以内的沙丘性质差异较大，厚度大于25nl的沙 丘性质变化相对较为稳定。2）疏松沙丘主要对40Hz以
20、上的频率成分的吸收严重，且在地表以下1-昵内最为严重，频率在40Hz 以内时吸收相对较弱，对于塔中地区深层勘探来说，疏松沙丘的吸收衰减作用不是影响该区地震资料品质 的重要原因。3）段试验结果表明，沙漠区地面组合接收的剖面品质明显好于高速层顶面下方单点接收的剖面，因 此，检波器组合是保证沙漠区地震资料品质的一个非常重要方法上述结论仅是结合少量试验的初步分析结果，因此，这些认识还需要进一步地深入研究分析及实际资 料验证.参考文献1胡中平.塔中地区地震条件分析及采集处理方法探讨J.勘探地球物理进展，2002,（01）2吴长祥，李忠平，丁士平,塔里木盆地卡3区块二维地展采集技术研究J,石油物探，2005,（02）3石战结，田钢，徐白山等,沙漠区低降速带地震波衰减机制研究.笫二届环境与工程地球物理国际会议 论文集,2006年4 14（4）： 3553615 3（3）: 5-86李生杰等,地层衰减数据体的建立.新疆地2001,19（2）:146-14978裴江云等,近地表Q值求取及振幅补偿.地球物理学进展，2001, 16（4）： 18-22