不同表層介質(zhì)中檢波器尾錐長(zhǎng)度對(duì)接收效果的影響

邱 燕

中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局地球物理勘探開(kāi)發(fā)公司，山東東營(yíng) 257000

0 引言

檢波器與疏松地表、灘涂淤泥地表、城區(qū)、沙漠、戈壁、山地等復(fù)雜地表的耦合問(wèn)題是眾所周知的世界性難題，檢波器與地表的耦合效果直接影響到所采集資料的質(zhì)量和后續(xù)處理解釋結(jié)果的正確性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果，本文系統(tǒng)的分析了檢波器尾錐長(zhǎng)度對(duì)耦合的影響，總結(jié)出了不同表層介質(zhì)條件下怎樣優(yōu)選檢波器尾錐長(zhǎng)度。為今后的野外勘探、檢波器的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)；總結(jié)出的方法可用于指導(dǎo)地震勘探數(shù)據(jù)采集方案的設(shè)計(jì)，確保得到高分辨率的地震資料。

1 尾錐長(zhǎng)度的理論研究

R.E.Sheriff將 “耦合（coupling）” 解釋為：“檢波器和大地的耦合是兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互作用。取決于兩者之間接觸的牢固程度，以及檢波器的重量和接觸面積，是影響能量轉(zhuǎn)換的因素。”從檢波器的運(yùn)動(dòng)方程來(lái)看，一般而言，好的檢波器耦合是由沿檢波器尾錐的切向力決定的；而差的檢波器耦合是由其重力來(lái)決定的。土壤本身性質(zhì)的變化也是主要的影響因素。切向耦合指水平方向上的耦合，增加檢波器與介質(zhì)的接觸面積，能夠提高切向耦合；重力耦合指當(dāng)尾錐和地面沒(méi)有接觸好，耦合作用由檢波器的重量起主要作用(通過(guò)接觸壓力)，通常叫做重力耦合。

從疊加效應(yīng)模型考慮，檢波器尾錐長(zhǎng)度的疊加效應(yīng)具有低通濾波的作用。隨著尾錐長(zhǎng)度的增大，對(duì)高頻地震信號(hào)的壓制越大，壓制的頻率范圍逐漸向低頻移動(dòng)。但從壓制噪音考慮，加長(zhǎng)尾錐能提高資料信噪比。

從耦合諧振頻率模型考慮，改善檢波器耦合的問(wèn)題可以歸結(jié)為提高耦合諧振頻率，使其脫離地震勘探頻帶。這就要求尾錐與大地的接觸面積增大。

介質(zhì)的土壤力學(xué)指標(biāo)對(duì)接收性能影響極大，單純地增加接觸面積、減輕質(zhì)量，對(duì)耦合效果的影響不能簡(jiǎn)單地確定，它與具體的介質(zhì)條件有關(guān)，只能通過(guò)試驗(yàn)確定。為此，在實(shí)驗(yàn)中我們制作了模擬不同表層介質(zhì)的物理模型，測(cè)試具有不同長(zhǎng)度尾錐的檢波器在各表層介質(zhì)中的接收效果。

2 不同表層介質(zhì)中尾錐長(zhǎng)度對(duì)接收地震信號(hào)的影響

從7.5cm尾錐的檢波器在不同介質(zhì)中的頻率響應(yīng)可看出（圖1），在較密實(shí)的介質(zhì)中，如濕沙混合、干沙混合介質(zhì)中高頻成分采集質(zhì)量好；浮土、礫石中能量衰減快，尤其是礫石介質(zhì)。由于礫石介質(zhì)孔隙較大，介質(zhì)與檢波器接觸面積相對(duì)比較小，切向耦合比較弱，這時(shí)起耦合作用的是重力耦合。

從7.5cm尾錐的檢波器在不同地表介質(zhì)下響應(yīng)的能量對(duì)比可看出（圖2），濕沙混合介質(zhì)中的檢波器接收能量最強(qiáng)；在礫石介質(zhì)中，由于介質(zhì)粗糙，耦合面積小，尾錐短，質(zhì)量較輕等原因，造成了采集能量最小；浮土由于表層疏松，接收能量就相對(duì)干實(shí)土中的有所減小。可見(jiàn)短尾錐在密實(shí)的介質(zhì)中有優(yōu)勢(shì)，在疏松的介質(zhì)中不利于地震資料能量提高。

圖1 7.5cm尾錐的檢波器在不同介質(zhì)中的頻率響應(yīng)

圖2 尾錐為7.5cm的檢波器在不同地表介質(zhì)下響應(yīng)的能量對(duì)比

圖3 20cm尾錐的檢波器在不同介質(zhì)中的頻率響應(yīng)

圖4 20cm尾錐的檢波器在不同地表介質(zhì)下響應(yīng)的能量對(duì)比

從20cm尾錐的檢波器在不同介質(zhì)中的頻率響應(yīng)可看出（圖3），與短尾錐一樣，干沙混合和濕沙混合介質(zhì)中資料頻帶最寬；全沙介質(zhì)在中低頻段的振幅得以增強(qiáng)。

相比7.5cm與20cm尾錐頻譜圖可看出（圖1、圖3），長(zhǎng)尾錐能有限提升低頻段振幅能量，但是對(duì)于高頻信號(hào)的壓制很?chē)?yán)重；不管尾錐長(zhǎng)短，總體看干沙混合、濕沙混合介質(zhì)中的耦合效果好與其它介質(zhì)。

相比7.5cm與20cm尾錐檢波器能量圖可看出（圖2、圖4），在濕沙混合、干實(shí)土介質(zhì)中長(zhǎng)、短尾錐檢波器的能量差別不大；在礫石、干沙混合介質(zhì)中，長(zhǎng)尾錐檢波器的能量響應(yīng)有明顯提升。說(shuō)明長(zhǎng)尾錐能改善疏松介質(zhì)的耦合效果。

3 結(jié)論

通過(guò)以上研究取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1）密實(shí)的表層介質(zhì)利于高頻信息獲得；

2）考慮長(zhǎng)尾錐對(duì)中低頻成分的提升、對(duì)高頻成分的壓制，合理使用長(zhǎng)尾錐以提高其與疏松介質(zhì)的耦合效果；

3）礫石表層介質(zhì)的顆粒粗大，與檢波器接觸面積小，建議使用加粗長(zhǎng)尾錐，增加重力耦合和接觸面積。

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