水下壓電檢波器在陸上地震采集的適用性探討

2013-08-07 06:06:50劉百紅吳東國

物探化探計算技術(shù) 2013年3期

關(guān)鍵詞：深度

楊恕，劉百紅，項亮，吳東國

（1.中國石油化工集團(tuán)公司西南油氣分公司工程監(jiān)督中心，四川德陽 618000；2.中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京 211103）

0 前言

在陸上地震資料采集中，常常會遇到大面積的水庫、瀉湖、堰塘等水域地段，這時需要同時具有水陸兩種勘探設(shè)備和方法。由于兩種設(shè)備在方法上存在很大差異，導(dǎo)致陸上同一工區(qū)用不同接收設(shè)備采集到的資料品質(zhì)會有明顯的差異，從而制約了地震勘探精度的提高［1、2］，有時甚至干脆丟道，造成覆蓋次數(shù)不均勻，甚至覆蓋次數(shù)低于規(guī)范要求。為了提高在這些地區(qū)地震勘探水平，有必要探索研究解決這類地區(qū)地震勘探采集中的問題。而這些問題可以歸結(jié)為激發(fā)和接收，即震源和檢波器的問題。作者在本文中圍繞水下壓電檢波器在寬水域水庫、窄水域水溝和有水井孔中接收效果分析，并與陸上常規(guī)檢波器20DX－10的接收效果進(jìn)行對比，來探討采用水下壓電檢波器在陸上地震資料采集中的適用范圍和效果，為今后陸上地震資料采集在水域分布面積較廣區(qū)域，使用水下壓電檢波器接收提供一定的參考。

1 水下壓電檢波器的技術(shù)指標(biāo)

本次進(jìn)行適用性試驗分析的水下壓電檢波器工作水深為1.5m～75m，其指標(biāo)如表1所示。

相比常規(guī)陸上檢波器，其指標(biāo)的最大區(qū)別在于靈敏度。水下壓電檢波器是壓電式檢波器，其靈敏度用μV／μbar表示，即一個壓強(qiáng)單位（微巴）時所產(chǎn)生的電壓（微伏）值。而常規(guī)陸上檢波器屬于磁電式檢波器，其靈敏度用V／（m／s）表示，即一個振動速度（m／s）時所產(chǎn)生的電壓（V）值。除了幅值單位不同外，水下壓電檢波器（10Hz自然頻率）加阻尼后，與常規(guī)陸上檢波器（10Hz自然頻率）的頻率響應(yīng)曲線基本相當(dāng)［3、4］。

表1 dB－25－14水下壓電檢波器技術(shù)指標(biāo)Tab.1 The specification of piezoelectric hydrophone dB－25－14

2 頻率響應(yīng)分析

作者此次所采用的水下壓電檢波器，其自然頻率為10Hz，對比的陸上常規(guī)模擬檢波器，自然頻率也為10Hz。從頻率響應(yīng)曲線（見圖1）可以看出，二者的幅頻響應(yīng)特征基本一致，從1 Hz 到10Hz振幅快速增大，10Hz 以上頻率段，其振幅基本為一條恒定不變的直線。

3 與常規(guī)檢波器的相位差

水下壓電檢波器與常規(guī)陸上檢波器通常存在相位差，為了準(zhǔn)確求取該水下壓電檢波器與陸上常規(guī)檢波器20DX－10的相位差，采用了井中灌水不同深度沉放水下壓電檢波器的方法。

作者在對水下壓電檢波器進(jìn)行時差校正后，對第15道～24道的水下壓電檢波器進(jìn)行了－90°和＋90°的相位校正（見圖2）。可以看出，經(jīng)過＋90°的相位校正后，水下壓電檢波器第15道～24道與第14道陸上常規(guī)檢波器20DX－10初至已經(jīng)完全校平，可見該水下壓電檢波器與陸上常規(guī)檢波器20DX－10存在＋90°的相位差。

4 寬水域不同沉放深度接收效果對比

選擇位于四川省羅江縣的白馬水庫作為水下壓電檢波器接收試驗地點，其水域?qū)拸V（長、寬均大于200m），水深最深處達(dá)11m左右，道間距為20m。

水下壓電檢波器沉放深度分別為2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m。作者在炮后進(jìn)行時差校正后分析認(rèn)為，從原始記錄、10Hz～20Hz、20Hz～40Hz、30Hz～60Hz、40Hz～80Hz分頻掃描記錄來看，2m和3m沉放深度的記錄能量相對較弱，信噪比相對較低；4m～11m 沉放深度記錄能量和信噪比相對較好（見圖3）。

在以上分析結(jié)論的基礎(chǔ)上，將11個水下壓電檢波器沉放深度分別為3m、5m、7m，然后在同點采用相同激發(fā)因素放3炮后進(jìn)行重排、時差校正后對比分析如下：沉放深度為5 m 的接收記錄目的層連續(xù)性最好、信噪比較高，7 m 次之，3 m 略差（見圖4）。

由此可見，在水庫等寬水域采用水下壓電檢波器施工，盡管廠家指標(biāo)規(guī)定水深達(dá)到1.5 m 以上就可以，但仍有必要選擇有代表性的位置進(jìn)行水下壓電檢波器的最佳沉放深度試驗。作者本次在水庫試驗的最佳沉放深度為5m。

5 寬水域與常規(guī)檢波器的接收效果對比

作者分別在白馬水庫中按最佳5m 深度、20m道距沉放水下壓電檢波11個點，在岸邊按20m 道距埋置陸上常規(guī)檢波器11個點（20DX－10）進(jìn)行接收效果對比。激發(fā)點與接收段之間的距離為2.06km。

將沉放深度為5m 水下壓電檢波器接收記錄進(jìn)行相位校正后，再與常規(guī)檢波器接收記錄重排、分頻掃描后進(jìn)行對比分析可知（見圖5）：水下壓電檢波器各有效頻段掃描記錄的信噪比及波組連續(xù)性，好于陸上常規(guī)檢波器接收的記錄。

可見水下壓電檢波器相比型號為20DX－10的陸上常規(guī)檢波器，在寬水域水庫有相對較高的信噪比和較好的波組連續(xù)性，頻寬也相對略寬。

6 窄水域與常規(guī)檢波器的接收效果對比

作者為了驗證水下壓電檢波器在窄水域的接收效果，在位于羅江縣柏隆鎮(zhèn)松柏村平壩卵石區(qū)的一條人工挖掘水溝（水深約1m，溝寬1.5m）進(jìn)行了水下壓電檢波器與陸上常規(guī)檢波器20DX－10的對比試驗。水下壓電檢波器和旁邊的陸上常規(guī)檢波器，均按10m 道距進(jìn)行沉放（沉放至水底）和對應(yīng)埋置。

將水下壓電檢波器接收記錄進(jìn)行90°相位校正后，再與陸上常規(guī)檢波器接收記錄進(jìn)行分頻掃描對比，經(jīng)分析可以看出：在窄水域水溝（水深1 m、水寬1.5m）中的水下壓電檢波器接收記錄，與地面陸上常規(guī)檢波器接收記錄的信噪比、波組連續(xù)性差別不大，但水下壓電檢波器對面波的壓制略強(qiáng)（見下頁圖6）。可見在窄水域，水深只有1m 的水溝，水下壓電檢波器能夠取得與陸上常規(guī)檢波器基本相當(dāng)?shù)挠涗浧焚|(zhì)。

7 野外單炮記錄對比

作者最后將兩種檢波器在某工區(qū)進(jìn)行了接收試驗。從20DX－10Hz檢波器采集單炮記錄與壓電檢波器采集單炮記錄（相對振幅10%處，見圖7及下頁圖8）對比可見，在主要目的層處（雷口坡組和馬鞍塘組），二者頻寬基本一致，記錄效果基本相當(dāng)，品質(zhì)匹配，基本能夠滿足實際需求。