不同表層介質中檢波器尾錐長度對接收效果的影響

邱 燕

中國石化集團勝利石油管理局地球物理勘探開發公司，山東東營 257000

0 引言

檢波器與疏松地表、灘涂淤泥地表、城區、沙漠、戈壁、山地等復雜地表的耦合問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量和后續處理解釋結果的正確性。結合實驗室測試結果，本文系統的分析了檢波器尾錐長度對耦合的影響，總結出了不同表層介質條件下怎樣優選檢波器尾錐長度。為今后的野外勘探、檢波器的設計提供了理論基礎；總結出的方法可用于指導地震勘探數據采集方案的設計，確保得到高分辨率的地震資料。

1 尾錐長度的理論研究

R.E.Sheriff將 “耦合（coupling）” 解釋為：“檢波器和大地的耦合是兩個系統之間的相互作用。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，是影響能量轉換的因素。”從檢波器的運動方程來看，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決定的。土壤本身性質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，增加檢波器與介質的接觸面積，能夠提高切向耦合；重力耦合指當尾錐和地面沒有接觸好，耦合作用由檢波器的重量起主要作用(通過接觸壓力)，通常叫做重力耦合。

從疊加效應模型考慮，檢波器尾錐長度的疊加效應具有低通濾波的作用。隨著尾錐長度的增大，對高頻地震信號的壓制越大，壓制的頻率范圍逐漸向低頻移動。但從壓制噪音考慮，加長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題可以歸結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。

介質的土壤力學指標對接收性能影響極大，單純地增加接觸面積、減輕質量，對耦合效果的影響不能簡單地確定，它與具體的介質條件有關，只能通過試驗確定。為此，在實驗中我們制作了模擬不同表層介質的物理模型，測試具有不同長度尾錐的檢波器在各表層介質中的接收效果。

2 不同表層介質中尾錐長度對接收地震信號的影響

從7.5cm尾錐的檢波器在不同介質中的頻率響應可看出（圖1），在較密實的介質中，如濕沙混合、干沙混合介質中高頻成分采集質量好；浮土、礫石中能量衰減快，尤其是礫石介質。由于礫石介質孔隙較大，介質與檢波器接觸面積相對比較小，切向耦合比較弱，這時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下響應的能量對比可看出（圖2），濕沙混合介質中的檢波器接收能量最強；在礫石介質中，由于介質粗糙，耦合面積小，尾錐短，質量較輕等原因，造成了采集能量最小；浮土由于表層疏松，接收能量就相對干實土中的有所減小。可見短尾錐在密實的介質中有優勢，在疏松的介質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中的頻率響應

圖2 尾錐為7.5cm的檢波器在不同地表介質下響應的能量對比

圖3 20cm尾錐的檢波器在不同介質中的頻率響應

圖4 20cm尾錐的檢波器在不同地表介質下響應的能量對比

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

相比7.5cm與20cm尾錐頻譜圖可看出（圖1、圖3），長尾錐能有限提升低頻段振幅能量，但是對于高頻信號的壓制很嚴重；不管尾錐長短，總體看干沙混合、濕沙混合介質中的耦合效果好與其它介質。

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、干實土介質中長、短尾錐檢波器的能量差別不大；在礫石、干沙混合介質中，長尾錐檢波器的能量響應有明顯提升。說明長尾錐能改善疏松介質的耦合效果。

3 結論

通過以上研究取得以下幾點認識：

1）密實的表層介質利于高頻信息獲得；

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

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

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