頻散曲線地震勘探論文范文

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1地震勘探面波的頻散特征

在垂向非均勻介質中，瑞雷波的同一頻率分量可以不同的速度傳播，呈現多模式現象，速度最低的模式為基階模式，其它模式為高階模式。地震面波集中在5～20Hz頻帶范圍內，大部分能量都集中于基階模式，頻散曲線高頻分量表征低降速帶的淺層結構信息，低頻部分表征低降速帶的深層結構信息。

2地震面波反演表層結構流程

巨厚戈壁區利用地震面波反演表層結構時，首先需要結合測量資料及數字地質露頭資料，分析地震采集測線的地表類型和巖性特征，預測測線是否適合采用地震面波反演表層結構；然后分析單炮的面波屬性，包括能量、頻譜、信噪比特征，分析面波的發育程度及展布特征。根據面波的屬性特征，使用面波提取程序或處理系統，選取合適的參數，提取面波信號，保證面波的完整性；利用提取的面波信號，選取適當的頻散計算方法，對面波信號進行頻散分析，建立地震面波的f-v頻散曲線；根據頻散曲線的展布特征，采用自適應迭代的加權阻尼最小二乘法[2]，對其進行解釋，得到近地表地層的厚度、速度值；分析解釋結果是否合理，如果不合理，重新建立頻散曲線，如果合理，利用頻散解釋結果反演巨厚戈壁區近地表的表層結構。

3地震單炮面波信息的提取

傳統的地震數據處理技術，普遍將面波作為強干擾進行壓制濾除，處理的原則是在盡量保證反射波面貌的前提下壓制面波，常用的方法有F-K法、拉東變換法等。利用地震面波反演表層結構時，需要盡可能保證面波的完整性，可用小波包變換與F-K變換相結合的方法提取面波信號[3]。在圖4a中，巨厚戈壁區地震單炮的面波與反射波、折射波等信號疊加在一起，提取面波信號后，對面波進行頻譜分析，頻帶為3~20Hz，主頻為12Hz。根據面波的能量、頻譜、信噪比特征，對面波進行選擇性切除，選取適合進行頻散分析的面波區域，如圖4b所示。

4地震面波反演表層結構參數

4.1地震面波頻散計算方法面波頻散有三種常用的計算方法：F-K法、拉東變換法和MASW法。（1）F-K法將時域信號變換到頻率波數域，面波各模式傳播速度存在差異，時間域中疊加在一起的信號被分離開，進而提取頻散曲線。（2）拉東變換法把時間-空間域中的面波記錄進行拉東變換，面波的相速度分量被分離開，對時間截距變量進行Fourier變換，在f-p域獲取每個相速度對應的頻率值，最后，求取面波頻散曲線。（3）MASW法將波場不同偏移距的同相位疊加，極大值點連線對應面波的頻散曲線。三種計算方法的優缺點分析：F-K法計算簡單，F-K域面波能量集中，但在進行石油地震面波頻散計算時，需要空間插值，人為因素較為突出；拉東變換法理論上對地震信號進行拉東變換后，每一個同相軸的面波能量聚焦到一個點，但在實際資料處理中，面波結構比較復雜，能量變換成帶弧度的軸，實用性不強；MASW法綜合了上述兩種方法的優點，計算后面波能量聚焦較好，不同頻率分量的面波較好地分離，但是計算方法較為復雜。對圖4b的面波信號采用MASW法進行頻散計算，如圖6示，不同頻率分量的面波被有效地分離開，速度隨頻率的變化特征即頻散特征突出。面波主要分量分布在3~20Hz，與面波頻譜分析結果相吻合。面波能量集中于基階模式，高階模式的面波分量能量較弱而且分散。圖5中面波頻散譜能量極大值點的連線為頻散曲線，如圖6所示。頻散曲線的形態表征巖性變化趨勢，曲線的拐點表征巖性波阻抗界面，兩個相鄰拐點之間的橫向距離表征一層巖層的厚度。

4.2地震面波頻散曲線的解釋頻散曲線提取后，利用權重自適應迭代阻尼最小二乘法，對頻散曲線進行解釋，得到每一層的厚度和橫波速度，如表1所示。根據橫波與縱波的轉換關系，計算出每層的縱波速度。反演表層結構的參數包括低降速層的厚度、低降速層的速度以及高速層的速度。根據地質調查分析，該區縱波速度2000m/s以上的地層為高速層。將縱波速度在2000m/s以下的N層地層厚度相加，即為低降速層的厚度H=H1+H2+…+HN，其中，HN為第N層地層的厚度。低降速層的速度V=H/(H1/V1+H2/V2+…+HN/VN)，其中VN第N層地層的縱波速度。在圖4a所示單炮激發點位置進行超深微測井調查，采用井中激發地面接收的采集方式，鉆井深度130m，12道單只檢波器接收，激發間距為：井深1~10m時，激發間距為1m，井深10~90m時，激發間距為4m，井深90~130m時，激發間距為2m。解釋結果為：低降速層的總厚度H=104.6m，低降速層的平均速度V=1206m/s，高速層的速度為2328m/s。頻散曲線反演后，將反演結果與微測井解釋成果進行對比分析，計算出低降速層厚度、平均速度、高速層速度的誤差值及誤差百分比如表2所示。

5反演表層結構

選取塔里木盆地庫車山前帶一條二維地震勘探測線，地表類型為戈壁礫石堆積，測線長度為4560m，地表海拔相對高差42m，炮點距120m，接收點距10m，共采集單炮39炮。對每一炮地震數據進行面波頻散分析計算，得到每個炮點位置的表層結構參數，利用所有炮點的表層結構參數，反演整條測線的表層結構，如圖7所示。

6結論

針對巨厚戈壁區表層結構反演難題，提出了利用油氣地震勘探資料的面波信號反演表層結構的方法，對塔里木盆地山前構造帶巨厚戈壁區的地震單炮面波進行提取并頻散計算，解釋出用于反演表層結構的參數值，反演結果與超深微測井解釋成果相吻合。在巨厚戈壁區進行地震勘探時，可以采用面波反演與層析反演相結合的方法建立表層結構，避免打超深微測井增加的巨額成本，又可以約束單一層析反演方法的多解問題，提高靜校正計算精度，具有較好的應用前景。

作者：張向權陳學強呂景峰周小偉單位：中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司