浅析长岭地区冻土层特征及可控震源地震响应

发表时间:2019/3/5   来源:《知识-力量》2019年6月上   作者:谢孝军
[导读] 松辽盆地南部长岭地区,冬季严寒,随着气温下降近表形成厚度在1-2m的季节性冻土层,表现为高速度、致密冻结结构,较上冻之前速度

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司,山东 东营 257000)
摘要:松辽盆地南部长岭地区,冬季严寒,随着气温下降近表形成厚度在1-2m的季节性冻土层,表现为高速度、致密冻结结构,较上冻之前速度、密度和频率等地球物理特征差异较大。本文通过研究季节性冻土层形成条件和过程,通过深入研究分析冻土层调查试验,进而研究其地球物理特性及地震波响应特征。并对冻土层形成前后地震资料进行了对比分析,提出了合适的施工环境,以及采用高覆盖、高密度、小面元、宽频激发接收技术提高成像效果,为类似地区的地震资料采集提供理论及实践依据。
关键词:冻土层;地震资料;可控震源;地震响应

 
        1 冻土层的形成条件
        1.1 研究区地理条件
        (1)高纬度、低海拔:该地区位于松嫩平原的西南部,北纬44°12'-44°21'之间,海拔在149-192m之间,西低东高,相对落差较小。(2)持续高寒气候:该区年平均温度4.9℃,年降雨量462.75mm,1月份温度最低,平均气温约-16.4℃。10月底开始降雪,近几年最低气温为-30℃。(3)草甸草原分布广泛:研究区较低部位主要呈西南-东北向的槽状地形,同时该区域主要分布草甸区。在历史上蕴藏着丰富的草地资源,为蒙古族等民族的游牧地。
        1.2 研究区新构造运动
        松辽盆地属凹陷地块,其基础是震旦纪结晶岩,自第三纪末以来,伴随着东部山地和西部大兴安岭的隆起,松辽地块呈地堑型下陷,接受了第四纪深厚的沉积物而成为冲积湖平原,基本上以垂向升降运动为主。奠定了本区生态环境演化的地质背景,是本区形成特殊水文条件的基础。
        近三个时期岩相古地理主要经历:风积黄土→晚更新世晚期冲湖积→全新世风积沙/晚更新世中期风积黄土/早中全新世冲湖积。
        2 冻土层特征分析
        2.1 冻土层区域特征
        从研究区遥感影像结合古河道情况分析来看,本区紧邻古河道,研究区的湖泡30多个,同样显示了该地区具有区域性分布广泛的特点。
        为了对研究区内冻土层特点进行进一步研究,对研究区地下水位进行调查,据在研究区调查抽水井Q1-Q9,从地下水位埋深来看,Q4抽水井水位埋深在4.14m,由于本区潜水为第四纪孔隙潜水(Q3-Q4),含水层岩性为粉砂、细砂、砂砾石。主要受新构造运动中全新世风积沙过程形成的巨厚沙岗影响。


 
        图1 研究区地下水水位深度立体图
        2.2 冻土层地球物理特征
        (1)冻土层波阻抗特征分析
        冻土层的形成浅表层形成了一组强阻抗层面,出现了强反射界面,分析可知,在浅表层的这套较冻土层波阻抗为之前的5-8倍,影响了地震波的传播规律,降低了地震波的分辨率。
        (2)冻土层地震响应特征分析
        冻土层形成前模型的两个波阻抗界面均能较好成像,地震子波旁瓣小、峰值尖锐,分辨率较高;冻土层的形成使地震波子波分辨率明显降低,同时出现了多次波假象,影响了地震资料分辨率和资料品质。
        浅表层单炮模拟、照明、波场快照分析来看:从浅表层模拟来看,冻土层形成后,地震波波场发散、能量散失严重,由于冻土层强波阻抗反射界面,散射波发育。一方面影响了深层能量,另一方面浅表层散射干扰严重。


 
        图2 冻土层形成前后单炮、照明及波场快照对比
        3 采集技术研究
        基于冻土层特征采用“三高”观测合和宽频激发接收技术系列确保采集效果。确保冻土层不受影响,以完成对小地质体、小断陷的刻画精度,确保复杂构造成像得效果。


 
        图5 高覆盖、高密度、小面元观测系统属性分析
        采用宽频扫描信号设计技术:①低频衰减速率慢;②透射能力强;③提高速度反演精度;④提高分辨力。达到“拓展高低频”:减小子波旁瓣振幅,减小相邻同相轴间干涉。拓展高频端:减小子波主瓣宽度,提高子波分辨率。
        4 认识与建议
        通过本课题研究,得出以下认识及建议:
        1、SJH地区季节性冻土层形成具有新构造形成的水泡和古河道、高纬度、高寒气候、草甸草原和潜水面浅的前提条件。
        2、季节性冻土层主要在浅表层0-2m形成了密度大,速度高的强波阻抗界面,影响了地震波激发和接收,地震响应显示为“高速度、低频率”特征。导致地震子波分辨率降低,地震散射干扰能量强、波场复杂、地震响应分辨率降低。
        3、冻土层形成后原始单炮资料品质稍差,主要表现为原始单炮频带变窄、低频散射能量较强。
        4、在类似具有季节性冻土层地区应该尽可能在其形成前开展野外地震采集工作,或采用高覆盖、高炮点密度、小面元观测方式,并结合宽频带激发、小组合宽频带接收,以规避冻土层影响,提高深层分辨率和小地质体成像效果。
参考文献
[1]陆基孟.地震勘探原理.东营:石油大学出版社,1990.
[2]程卫国.变化条件下吉林西部地下水的模拟与管理[D].吉林大学 2015
[3]刘祥,孙文丽.西辽河水系变迁[J].内蒙古水利,2001
[4]尹喜玲,石战结,田刚.近地表低降速带地震波传播规律初探[J].地球物理学进展,2009,24(2):398-407.
[5]罗金明,邓伟,张晓平,许林书,郑冬梅.春季松嫩平原盐渍土积盐机理探讨.内蒙古大学学报(自然科学版),2007,(38):199~215.

作者简介:谢孝军(1985-),男,工程师,现在中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司从事地震勘探采集技术方法研究。
 
 

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