可控震源在地震勘探中的應(yīng)用前景與問(wèn)題分析

郝巍

摘要：經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，可控震源已經(jīng)被越來(lái)越多的國(guó)家所選擇，但與炸藥震源相比，可控震源在相位以及頻寬等方面仍然存在許多缺陷。但是，由于炸藥震源在環(huán)境保護(hù)以及安全方面存在的巨大隱患，加之寬方位、高精度以及高密度的地震勘探技術(shù)的不斷應(yīng)用，使得可控震源逐步成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的激發(fā)震源之一，并在地震勘探中取得了成功的應(yīng)用。通過(guò)與炸藥震源進(jìn)行多年的對(duì)比，可控震源在環(huán)境保護(hù)角度、安全角度以及經(jīng)濟(jì)角度等多個(gè)方面巨大優(yōu)勢(shì)，因此可控震源必將成為我國(guó)以及國(guó)際社會(huì)中主要的地震勘探震源。

關(guān)鍵詞：可控震源;地震勘探;應(yīng)用前景;應(yīng)用問(wèn)題

前言：隨著科學(xué)的進(jìn)步，作為新型人工地震波激發(fā)方式的代表，可控震源已經(jīng)逐步的在地震勘探工作中體現(xiàn)出其自身的巨大作用。由于其具有環(huán)保性強(qiáng)，安全性高、應(yīng)用范圍廣以及經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，加之可以大幅提升數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性和有效性，因此在實(shí)際的地震勘探中，相關(guān)的地震勘探人員應(yīng)對(duì)可控震源技術(shù)給與更多的關(guān)注，并不同總結(jié)和分析可控震源技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，從而為其在地震勘探中的成功應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1. 可控震源的工作原理

使用可控震源進(jìn)行地震勘探的原理是依據(jù)電子箱體控制平板引發(fā)的連續(xù)振動(dòng)信號(hào)，促使能量分散可以傳遞給大地，而后結(jié)合有效措施，將分散能源集中到一起，并在接收和疊加下，獲取與井炮記錄一致的地震相關(guān)信息資料。可控震源作為車(chē)裝的機(jī)械設(shè)備，是結(jié)合計(jì)算機(jī)中固定程序，構(gòu)成所需的掃描頻率信號(hào)，依據(jù)管控液壓伺服系統(tǒng)，促使振動(dòng)器向地下發(fā)射持續(xù)的振動(dòng)信號(hào)，以此作為激發(fā)源構(gòu)成地震波。

2.可控震源在地震勘探中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的炸藥震源相比，可控震源在實(shí)際的地震勘探工作中具有更多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是信噪比。在通過(guò)可控震源技術(shù)記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)信息時(shí)，可以有效控制勘探區(qū)域附近的環(huán)境噪聲，從而降低環(huán)境噪聲對(duì)地震勘探工作的影響;其次是激發(fā)地震信號(hào)。使用可控震源技術(shù)可以一定范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)的頻譜和幅度進(jìn)行控制，從而提升地震勘探信息的整體質(zhì)量，對(duì)于當(dāng)前的地震勘探工作具有十分積極的作用。其次是提升勘探效率。在實(shí)際的地震勘探過(guò)程中，如果勘探區(qū)域內(nèi)存在嚴(yán)重的缺水問(wèn)題或鉆井困難等情況時(shí)，通過(guò)使用可控震源技術(shù)可以在大幅降低地震勘探成本的同時(shí)有效提升勘探效率。最后是安全性高。現(xiàn)階段，在進(jìn)行地震勘探工作時(shí)可以對(duì)可控震源的最大輸出作用力進(jìn)行控制。同時(shí)，在進(jìn)行震動(dòng)掃描時(shí)，可控震源所發(fā)射出的巨大部分能量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閭骰氐孛娴膹椥圆āＲ虼耍诘卣鹂碧街袘?yīng)用可控震源可以降低勘探工作對(duì)于周邊生態(tài)環(huán)境的影響，同時(shí)也能夠在最大程度上保證探勘人員的人身安全。

3.可控震源在地震勘探中的應(yīng)用前景

作為激發(fā)波波形可控的主動(dòng)型震源，可控震源在地震勘探領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大作用。通常情況，根據(jù)其驅(qū)動(dòng)方式的不同可將其分為液壓式可控震源、電磁式可控震源以及精密可控震源三種類型。其中針對(duì)液壓可控震源機(jī)理的研究工作起步較早，因此是當(dāng)前最為成熟的可控震源;而對(duì)于電磁式可控震源和精密可控震源的研究工作起步較晚，目前仍處在探索階段，因此還無(wú)法在地震勘探工作中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中液壓式可控震源、電磁式可控震源以及精密可控震源在進(jìn)行振動(dòng)波形輸出時(shí)均會(huì)出現(xiàn)一定的畸變問(wèn)題。對(duì)于液壓可控震源，由于其結(jié)構(gòu)非線性包括主伺服閥非線性、振動(dòng)平板的低剛度等，因此可以通過(guò)提升振動(dòng)平板的整體剛度以及采用抑制諧波算法等方式進(jìn)行改善，而電磁式可控震源以及精密可控震源目前尚無(wú)成熟的應(yīng)對(duì)措施。在應(yīng)用可控震源進(jìn)行地震勘探時(shí)，激發(fā)參數(shù)的設(shè)定也會(huì)對(duì)最終的勘探效果產(chǎn)生一定的影響，因此需要結(jié)合實(shí)際的勘探環(huán)境與勘探經(jīng)驗(yàn)對(duì)激發(fā)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定。目前，隨著陸地勘探、城市勘探以及海洋勘探工作的不斷推進(jìn)，對(duì)于可控震源也提出了新的需求。來(lái)未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)對(duì)加強(qiáng)對(duì)以下幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行深入的研究：首先是研究適用于城市勘探的小型化可控震源;其次是可控震源自動(dòng)化勘探技術(shù);最后是完善電磁式可控震源與精密可控震源的自身結(jié)構(gòu)，使其能夠在地震勘探工作中得以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

4可控震源在地震勘探應(yīng)用中的問(wèn)題

4.1信息采集效率

在應(yīng)用可控震源進(jìn)行地震勘探時(shí)，脈沖震源最為常見(jiàn)的問(wèn)題之一，同時(shí)還存在引用掃描方式所產(chǎn)生的采集效率低下的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于可控震源采集技術(shù)使用情況可知，使用交替掃描雖然不會(huì)對(duì)探勘工作產(chǎn)生任何的不利影響，但是也無(wú)法使得采集效率得到提升;而使用滑動(dòng)掃描方式雖然使得采集效率得到大幅提升，但是需要勘探人員對(duì)諧波產(chǎn)生的偏差進(jìn)行處理。在使用滑動(dòng)掃描對(duì)所需的信息進(jìn)行收集時(shí)，隨著滑動(dòng)時(shí)間隨著掃描程度的增加而縮短，而諧波的影響范圍會(huì)有所提升。通過(guò)上述現(xiàn)象可以證明，在厚層和強(qiáng)反射層的影響下滑動(dòng)掃描方式可以忽略頻率泄漏問(wèn)題，但在薄層和弱反射目標(biāo)中使用使用滑動(dòng)掃描方式仍然存在一定的局限性;變相同步掃描方式是當(dāng)前最為常用的一種掃描方式。變相同步掃描方式同樣可以提升信息的采集效率，但在探勘地區(qū)的地質(zhì)條件過(guò)于復(fù)雜時(shí)可能出現(xiàn)一次震動(dòng)與二次震動(dòng)的相位與振幅出現(xiàn)一定的差異性。如果相位與振幅存在數(shù)據(jù)差，將在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)分離噪聲，從而對(duì)地震勘探的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利的影響。

4.2可控震源成像分辨率

在陸相沉積的條件下，地震勘探對(duì)于橫向分辨率和豎向分辨率的要求會(huì)更高，與炸藥爆炸所產(chǎn)生的脈沖震源頻帶相比，可控震源的頻帶通常會(huì)小于100Hz，也就是說(shuō)可控震源的頻帶范圍更加有限。由于可控震源的成像分辨率只能夠滿足厚度大于70米的地層勘探需要，因此在實(shí)際的地震勘探工作中存在一定的局限性。到目前為止，我國(guó)除在難以鉆井的地區(qū)使用可控震源外，常規(guī)勘探區(qū)域仍然使用炸藥震源激發(fā)的方式進(jìn)行地震勘探，但是炸藥爆炸后產(chǎn)生的脈沖震源同樣難以取得高于80Hz的主頻的成像分辨率。通常情況下，可以使用非線性掃描的方式提升可控震源數(shù)的成像分辨率，但是采用非線性掃描方式后會(huì)大幅增加子波的提取難度，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致近地表區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)子波失穩(wěn)的問(wèn)題。

4.3可控震源的初至拾取問(wèn)題

如實(shí)實(shí)現(xiàn)近地表的靜校正是陸上地震勘探數(shù)據(jù)處理過(guò)程中所需要解決重要問(wèn)題之一。目前，折射波靜校正是較為常用的靜校正方法之一，而折射波靜校正的效率和效果則直接取決于初至拾取的工作量和精度。同時(shí)，考慮到近地表具有吸收衰減的作用，那么可控震源相比炸藥脈沖震源數(shù)據(jù)的初至波的拾取將更加困難。針對(duì)這一問(wèn)題，無(wú)法用常規(guī)的純相位濾波方法來(lái)解決問(wèn)題。通過(guò)可控震源自適應(yīng)地表一致性反褶積處理后所拾取的初至波可以基本滿足靜校正量的計(jì)算要求，近地表吸收衰減取得了很好的補(bǔ)償。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著近些年對(duì)于地震勘探過(guò)程中對(duì)于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和有效性的不斷提升，使得如何解決原始信號(hào)的激發(fā)效果成為當(dāng)前地震勘探人員所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也是未來(lái)幾年內(nèi)需要對(duì)其進(jìn)行不斷研究與探索的關(guān)鍵內(nèi)容。因此，需要對(duì)不同區(qū)域中地震勘探的實(shí)際需求進(jìn)行收集，明確可控震源的使用范圍與應(yīng)用特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際的地震勘探經(jīng)驗(yàn)對(duì)其應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行不斷的分析，從而為促進(jìn)可控震源在地震勘探中的成功運(yùn)用起到積極的助推作用。

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