论文部分内容阅读
[摘 要]从以往地震地质资料来看受小清河特殊近地表条件的影响单炮能量弱，频率和信噪比低，成为历年来难以攻克的技术难题，本分分析了小清河附近近地表的特征并利用特征采取了有效技术措施，提高了地震采集质量。
[关键词]地震勘探 红层 小清河 频率 信噪比
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-262-01
前言
近年来在金家东和金家南地区地震资料采集中先后对小清河南部地区进行了技术攻关，提出了深井激发理念，但资料品质改善不大，严重制约地震资料的品质。由于对小清河地区的近地表认识模糊不清，井深设计存在盲目性，缺乏理论依据，井深设计容易产生误区。
一、小清河地区近地表特征
1、近地表沉积环境特征
小清河流域南缘泰鲁沂山地北麓，北界黄河之间的区域，地处黄泛平原和泰鲁沂山地北侧山前倾斜平原的结合部。
从地理位置上看，小清河流域沉积环境主要受泰鲁沂山地和黄河影响，北部为黄河冲积区，新生代以沉降为主；南部为洪积冲积区，新生代（尤其后期）以相对抬升剥蚀为主，第四系之下的新近系、中生界和古生界在南部外围广泛出露，并成为山前冲洪积平原的主要成土物质来源。
在以往对小清河流域晚第四纪沉积物进行调研的过程中，普遍认为小清河流域晚第四纪沉积物主要是河、湖相沉积物，但经过对小清河流域钻孔取心和野外实地考察发现，东营南坡自南到北第四纪浅层沉积依次为风成沉积（小清河以南）、风成沉积与河流沉积混合相带（小清河以北12公里左右）和黄河及其分支与冰期古河道沉积（再向北），沉积环境决定了南北向激发条件差别较大。
2、近地表低降速带分布特征
为清楚了解小清河南北低降速带变化规律，我们在小清河南北各布设一条东西向微测井线，并选取一条南北线，并在小清河南北加密调查点，获取准确的近地表资料。
从速度图可以看出，低速层和降速层速度小清河南北基本无变化，高速层速度在小清河南略有抬升趋势，变化平缓。从厚度图可以看出，小清河南北东西向变化趋势基本一致，自西向东低降速带厚度逐渐增大；从南北向来看，以小清河为界向南低降速带厚度逐渐增大，变化不剧烈，部分区域存在明显抬升。
3、近地表岩性分布特征
为获取准确的地下岩性分布特征，在全区使用岩性探测和岩性取心进行调查。从岩性探测曲线可以看出，小清河以北近地表分层少，粉质粘土层厚度大，分布穩定，连续性好；小清河以南近地表分层多，粉质粘土层较薄，稳定性差，分布不连续。
通过实际调查发现，小清河地区存在一层致密的硬质层，广泛分布于小清河南和小清河以北12km左右，岩屑中存在大量钙质结核，该层硬度大，速度强，对激发能量存在很强的屏蔽作用，影响激发效果。
二、小清河地区最佳激发层优选
1、基于虚反射界面的约束性条件
爆炸半径与虚反射界面关系
虚反射界面是近地表的强反射界面，界面上下波阻抗差异较大，对激发能量有很强的屏蔽作用，造成激发能量的损失。因此，在选取激发深度时必须保证在虚反射界面一下激发。同时，在爆炸过程中震源附近形成一个圆球形破坏带，长药柱震源可以近似看成由一个个点震源组成，向外发出球面波，药柱顶距离虚反射界面距离必须大于爆炸半径，激发能量损失最小。
根据爆炸半径计算公式，可计算出不同炸药量产生的爆炸半径大小，如下：
由于高94小清河采用9kg炸药激发，根据上式计算结果如下：
R=3.12m
因此，高94工区药柱距离虚反射界面高度必须大于3.12m才能避免由于虚反射界面造成的能量损失。
激发频率与虚反射界面关系
根据需要保护的地震信号的最高频率f max，计算药包距虚反射界面的距离：
h ≤v/ 4 f max （v 为激发岩层的速度）
在这个深度上激发能够满足虚反射的影响，这个公式经过变形后得到如下的形式：
f max≥v/4 h
根据虚反射界面的深度和层速度计算得出压制的频率范围。
由高94工区地质任务和浅中深层频率分析，需要保护的最高频率不能低于80Hz-90 Hz，应在虚反射界面下5m内激发较为合适。
综合以上分析，药柱距离虚反射界面距离应在4-5m之间较为合适。
2、基于激发岩性的约束性条件
1、激发岩性对资料的影响
根据岩性取心可知，小清河地区近地表岩性分为粉土、粉质粘土、沙土等，部分区域存在硬质层，随着深度的变化不同岩性层的速度和密度有差异，不同点波阻抗不相同。在硬质层中激发，波阻抗值最大，与炸药波阻抗接近，能量强，频率高。
2、薄互层的叠加损失
根据细长药柱爆炸原理，在理想情况下，爆速和激发介质中地震波的传播速度相同，此时细长药柱从上到下依次爆炸时，每个点都可视作一个独立的震源，每个小震源激发出的地震波在正下方互相叠加增强了能量。
由于震源药柱穿越多层薄互层，存在层间波阻抗差异引起的能量反射和地震波多次叠加引起时间延迟问题，使得地震波能量变弱，频率降低。因此薄互层叠加问题是由波阻抗和层速度差异造成的，我们在选择激发层时尽量选取粉质粘土层较厚的区域，同时考虑上下岩层波阻抗和速度均一性，避开在砂岩中激发。
3、硬质层对资料的影响
由于硬质层的高密度和高速度特性，硬质层的存在激发对能量存在很强的屏蔽作用。由于硬质层在地下大约分布三层，层系薄，依靠微测井曲线解释无法准确分辨速度变化。因此，我们在野外做微测井的过程中记录岩屑变化，分辨出钙质结核，确定深度，并结合岩性探测对全区硬质层深度进行标定，准确实别层位，保证在硬质层一下激发。
三、效果分析与验证
从新老剖面对比分析可以看出，新剖面小清河以南频率和信噪比有了明显提高，整体构造清晰，层间信息丰富，有利于资料解释。
四、认识与建议
1、小清河地区近地表条件复杂，成因多，在今后继续进行小清河地区近地表研究，为今后在该区施工提供准确的近地表依据。
2、地下硬质层在全区分布广泛，成为资料品质的重要制约因素，利用微测井取岩屑和岩性探测曲线进行深度标定。
3、基于岩性的井深设计依然是该区主要井深设计思路，同时要考虑硬质层的制约因素，联合设计井深。
[关键词]地震勘探 红层 小清河 频率 信噪比
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-262-01
前言
近年来在金家东和金家南地区地震资料采集中先后对小清河南部地区进行了技术攻关，提出了深井激发理念，但资料品质改善不大，严重制约地震资料的品质。由于对小清河地区的近地表认识模糊不清，井深设计存在盲目性，缺乏理论依据，井深设计容易产生误区。
一、小清河地区近地表特征
1、近地表沉积环境特征
小清河流域南缘泰鲁沂山地北麓，北界黄河之间的区域，地处黄泛平原和泰鲁沂山地北侧山前倾斜平原的结合部。
从地理位置上看，小清河流域沉积环境主要受泰鲁沂山地和黄河影响，北部为黄河冲积区，新生代以沉降为主；南部为洪积冲积区，新生代（尤其后期）以相对抬升剥蚀为主，第四系之下的新近系、中生界和古生界在南部外围广泛出露，并成为山前冲洪积平原的主要成土物质来源。
在以往对小清河流域晚第四纪沉积物进行调研的过程中，普遍认为小清河流域晚第四纪沉积物主要是河、湖相沉积物，但经过对小清河流域钻孔取心和野外实地考察发现，东营南坡自南到北第四纪浅层沉积依次为风成沉积（小清河以南）、风成沉积与河流沉积混合相带（小清河以北12公里左右）和黄河及其分支与冰期古河道沉积（再向北），沉积环境决定了南北向激发条件差别较大。
2、近地表低降速带分布特征
为清楚了解小清河南北低降速带变化规律，我们在小清河南北各布设一条东西向微测井线，并选取一条南北线，并在小清河南北加密调查点，获取准确的近地表资料。
从速度图可以看出，低速层和降速层速度小清河南北基本无变化，高速层速度在小清河南略有抬升趋势，变化平缓。从厚度图可以看出，小清河南北东西向变化趋势基本一致，自西向东低降速带厚度逐渐增大；从南北向来看，以小清河为界向南低降速带厚度逐渐增大，变化不剧烈，部分区域存在明显抬升。
3、近地表岩性分布特征
为获取准确的地下岩性分布特征，在全区使用岩性探测和岩性取心进行调查。从岩性探测曲线可以看出，小清河以北近地表分层少，粉质粘土层厚度大，分布穩定，连续性好；小清河以南近地表分层多，粉质粘土层较薄，稳定性差，分布不连续。
通过实际调查发现，小清河地区存在一层致密的硬质层，广泛分布于小清河南和小清河以北12km左右，岩屑中存在大量钙质结核，该层硬度大，速度强，对激发能量存在很强的屏蔽作用，影响激发效果。
二、小清河地区最佳激发层优选
1、基于虚反射界面的约束性条件
爆炸半径与虚反射界面关系
虚反射界面是近地表的强反射界面，界面上下波阻抗差异较大，对激发能量有很强的屏蔽作用，造成激发能量的损失。因此，在选取激发深度时必须保证在虚反射界面一下激发。同时，在爆炸过程中震源附近形成一个圆球形破坏带，长药柱震源可以近似看成由一个个点震源组成，向外发出球面波，药柱顶距离虚反射界面距离必须大于爆炸半径，激发能量损失最小。
根据爆炸半径计算公式，可计算出不同炸药量产生的爆炸半径大小，如下：
由于高94小清河采用9kg炸药激发，根据上式计算结果如下：
R=3.12m
因此，高94工区药柱距离虚反射界面高度必须大于3.12m才能避免由于虚反射界面造成的能量损失。
激发频率与虚反射界面关系
根据需要保护的地震信号的最高频率f max，计算药包距虚反射界面的距离：
h ≤v/ 4 f max （v 为激发岩层的速度）
在这个深度上激发能够满足虚反射的影响，这个公式经过变形后得到如下的形式：
f max≥v/4 h
根据虚反射界面的深度和层速度计算得出压制的频率范围。
由高94工区地质任务和浅中深层频率分析，需要保护的最高频率不能低于80Hz-90 Hz，应在虚反射界面下5m内激发较为合适。
综合以上分析，药柱距离虚反射界面距离应在4-5m之间较为合适。
2、基于激发岩性的约束性条件
1、激发岩性对资料的影响
根据岩性取心可知，小清河地区近地表岩性分为粉土、粉质粘土、沙土等，部分区域存在硬质层，随着深度的变化不同岩性层的速度和密度有差异，不同点波阻抗不相同。在硬质层中激发，波阻抗值最大，与炸药波阻抗接近，能量强，频率高。
2、薄互层的叠加损失
根据细长药柱爆炸原理，在理想情况下，爆速和激发介质中地震波的传播速度相同，此时细长药柱从上到下依次爆炸时，每个点都可视作一个独立的震源，每个小震源激发出的地震波在正下方互相叠加增强了能量。
由于震源药柱穿越多层薄互层，存在层间波阻抗差异引起的能量反射和地震波多次叠加引起时间延迟问题，使得地震波能量变弱，频率降低。因此薄互层叠加问题是由波阻抗和层速度差异造成的，我们在选择激发层时尽量选取粉质粘土层较厚的区域，同时考虑上下岩层波阻抗和速度均一性，避开在砂岩中激发。
3、硬质层对资料的影响
由于硬质层的高密度和高速度特性，硬质层的存在激发对能量存在很强的屏蔽作用。由于硬质层在地下大约分布三层，层系薄，依靠微测井曲线解释无法准确分辨速度变化。因此，我们在野外做微测井的过程中记录岩屑变化，分辨出钙质结核，确定深度，并结合岩性探测对全区硬质层深度进行标定，准确实别层位，保证在硬质层一下激发。
三、效果分析与验证
从新老剖面对比分析可以看出，新剖面小清河以南频率和信噪比有了明显提高，整体构造清晰，层间信息丰富，有利于资料解释。
四、认识与建议
1、小清河地区近地表条件复杂，成因多，在今后继续进行小清河地区近地表研究，为今后在该区施工提供准确的近地表依据。
2、地下硬质层在全区分布广泛，成为资料品质的重要制约因素，利用微测井取岩屑和岩性探测曲线进行深度标定。
3、基于岩性的井深设计依然是该区主要井深设计思路，同时要考虑硬质层的制约因素，联合设计井深。