黃土覆蓋區斷層反射地震正演模研究及應用

李伊東

（西安石油大學地球與科學工程學院，陜西 西安 710065）

1 地震模擬方法原理

彈性波的波場較聲波的波場相對來說更加復雜，并且存有波形的轉換和能量的交換。因此，通過對彈性波的數值模擬，可以了解相應介質中不同類型波的波特性。本文采用二維彈性波方程的有限差分法模擬了波場響應特性。

在模擬過程中模型的邊界是有限的為防止其影響產生其他噪音，使用進一步改善的邊界吸收條件，地表隱藏表面，使得模擬不受邊界的影響[1-3]。

2 黃土覆蓋區斷層地震波場特征分析

2.1 正演模型構建

本文建立小尺度斷層模型如下，模型長度與高度分別為300m 和150m，斷層傾角45°，性質為正斷層，其中R1代表第一層反射界面，R2代表第二層反射界面，R21和R22分別代表第二上升盤和下降盤對應的層間界面，R3代表第三層反射界面，則R31和R32分別為斷層上升一側的層界面和下降一側的層界面。

2.2 地震波場模擬分析

為了更加全面的分析波場響應特征，分別選取第31 炮和41 炮以及51 炮波場響應記錄進行分析，這三個炮點分別處于斷層的上方左側，正上方和上方右側。

1）炮點位于斷層上升盤O1點。第31 炮的波長快照記錄可以看出當波前面傳播到R1 反射界面并穿過其時開始產生反射波與透射波同時還有轉換波，波前繼續在第二層地層傳播在地層二傳播的的波前快于地層一，因上覆蓋層的速度低于下覆蓋層，其次當波前在第二層繼續傳播到上盤R21產生反射波。

因為R2被斷層錯斷從而不連續，進而反射波在此處也被中斷但是當波傳播到斷點時在斷點處產生繞射波，當波前傳播到R3反射面時也具有一樣的響應特征。

2）炮點位于斷層正上方O2點。第41 炮的波場快照記錄圖與第31 炮波場記錄相比較更加復雜，其主要表現為下：當波前行駛在第一層沒有透過斷層面時現象和圖記錄一致，出現反射波和轉換波，當波前到達斷層時先到達上層斷點，在此形成繞射波，然后在斷層的左側上盤和右側下盤產發生反射產生反射波，繞射波與反射波相連形成一個弧形波前，接著波前面向下傳播由于斷層處兩邊速度相異從而在斷面處產生斷面波，斷面波與上盤的斷點處產生的繞射波相接，和下盤產生的反射波交叉。

3）炮點位于斷層右上方O3點。第51 炮（O3點）的波場快照記錄，當波前面傳播到R1 產生反射波和轉換波，此時波前面繼續向下傳播當波前面傳播到斷層時先在斷層的下盤產生反射波并且該反射波在斷層位置斷開，此時波前面抵達斷點產生繞射波，并且在R21面生成與繞射波連接的反射波，與前面兩個炮點記錄不同的是此處的繞射波和反射波波前相連重疊很難區別開來，當波前面繼續向上傳播過程中形成“v 字形”斷面波，此斷面波與下降盤斷層兩反射界反射波斜交有快照可知再撥不斷傳播過程中還不斷從形成由不同界面形成的多次波。

4）地震正演模擬炮集記錄分析。第31（O1點）炮、41（O2點）炮、51（O3點）炮的炮集記錄。其分別處于斷層頂部的不同方位，可以看到層界面處的直達波、反射波、斷棱繞射波、斷面波、多次波、轉換波，三張記錄中R1反射面連續性較好并且能量較強清晰可見并且都可以看到第一層產生的轉換波，R2、R3地層發生錯斷，并且在R21、R22、R31、R32、處發生同相軸錯斷，并生成繞射波，繞射波生成于斷層的斷點，并且繞射波在斷點左右關于斷點相對稱，該波與R21反射波相連與R22、R32界面反射波斜交，并且穿過上下層多個界面的反射波，這是斷層識別的重要標志由，為斷層上斷點的位置提所在供了明顯的依據。

通過上述綜合研究分析，得到以下結論:

1）在黃土覆蓋區斷層上部放炮所產生的彈性地震波中存在底層反射波、繞射波、斷面波等產生的斷面波與同層位的繞射波相連接，與錯斷層的下盤反射波斜交，并且上下層位的多個反射波被斷面波縱貫，這是辨別斷層最主要的的特征。

2）隨著炮擊點位的不同，斷層的地震波場響應特征也會產生相應的變化，對于工程淺層勘探中，對于地層厚度相對不大較小的斷層而言，當地震炮集記錄在斷層下降盤的一側時斷面波相對更加清晰完整，有利于斷層的識別，當炮擊震源位于斷層頂部時，整個斷層的波場響應特征將被完整的顯示出來。

由上可得，根據斷層的波場響應特征記錄及波的傳播規律，可以對斷層中異常波的識別起指導作用，與此同時根據炮集記錄的改變特點，能夠為斷裂帶的寬度，范圍及埋深等提供參考依據。

3 應用實例

3.1 實際資料的運用

在陜西某地區山前斷裂帶斷層調查中得到一套地質資料，相結合已存在地質學數據資料與前邊數值模擬斷層的波場特征，對實際的炮集地震記錄進行研究分析，然后利用疊加處理剖面進行具體實際資料的檢驗。

3.2 實際資料地震炮集記錄分析

觀測系統采用中間放炮，其參數：采樣率0.2ms；151 道接收其間距2m；51 炮其間距4m；采用100Hz 雷克子波,在ZK-18 測線所接受到的地震記錄經簡單去噪處理后發現一處疑似斷點位置，假設斷點位置為F，根據正演模擬分析的波場記錄，懷疑斷點的地方分別選取出在斷層附近能反映到斷層特征的炮集記錄，再挑出一些沒有收到斷層干擾的炮集記錄作為對比，測線號從小到大排列的炮集記錄，斷層沒有受到影響。

4 結論

本文通過正演數值模擬記錄，分別對斷層相異位點的炮集記錄展開波場特征分析與研究，從而將斷層的波場特征分析廣泛應用于具體實際的地震勘探指導中去，通過與疊加剖面的對比檢驗二者具有較好的相符性，并且獲得了相應的應用效果。1）利用波動方程的有限差分法，建立了相應的斷層模型，并進行了數值模擬。剖析了地震波在表征差別相對較小的地層中的傳播規律，有利于認識地震波在黃土地層斷層中的波場傳播特性。2）經過研究分析相異的炮集記錄分析了斷層的波場響應特征，為深入研究斷層的類型以及傾角及斷裂帶的分部范圍提供了重要依據。3）在淺層地震勘探過程中存在許多問題，如外界的隨機干擾，層間較薄，層間表征地震屬性差異相對較小造成波阻抗較小，反射波信號相對較弱等造成分辨率、信噪比較低等問題，通過正演模擬研究其斷層的波場響應特征，不但可以有效地輔助實際生產中有效觀測系統以及采集參數的設置而且還可以對斷層異常進行有效的判斷以及為地震資料處理提供參考依據為地震處理結果解釋提供驗證性的數據，從而提高工作效率和勘探質量。