复杂近地表各向异性对地震资料品质的影响研究

复杂近地表各向异性对地震资料品质的

影响研究

摘要：准噶尔盆地西南缘TYJ三维工区，西南部城区近地表砾石层覆盖，东

西向各向异性强烈，吸收衰减严重等问题导致地震资料信噪比较低，叠加和偏移

的成像质量较差，为厘清该区近地表条件对资料品质的影响机理及规律，展开了

复杂近地表各向异性对地震资料品质的影响研究。依托深井微测井数据，通过正

演模拟不同表层地质模型，分析不同表层结构对资料品质的影响规律，调研并结

合实际资料数据，研究出复杂近地表各向异性对资料品质的影响规律，为类似低

信噪比区域的地震采集提供技术支撑。

关键词：低信噪比；各向异性；近地表；正演模拟；冲积扇;

1.引言

准噶尔盆地西南缘TYJ三维工区,其西南部是障碍物的集中区，分布有三城

五区，上百个厂矿企业，三条铁路，两条高速，两条国道以及城区的生活噪音等

各类干扰密集，该区属于山前洪积扇区，沉积环境复杂，近地表纵横向差异大，

地下资料获取困难。从1984年到2019年的卫星图片资料可以看出，工区南部位

于多个冲积扇交汇处，受山前河流多期冲积的影响，地表多是砾石分布的戈壁滩；历时35年，大面积的垦荒种田由北向南不断推进，工区西南部经不断开发，各

类城市和乡镇工业已规模性发展。因此，受冲积环境的自然影响和人类生产生活

后期改造的影响，该区域近地表条件特别复杂，激发和接收的自然条件很差。

从西南部城区地震采集的的单炮记录和叠后偏移剖面看出，该区的地震资料

信噪比很低，城区资料完成地质任务的困难较大，本文认为资料品质差除受城区

环境噪音严重影响外，主要与该地区的近地表条件密切相关，为了验证这一观点，本文结合实际表层调查数据和相关洪流历史调研资料，通过正演模拟和实际地震

资料分析的方式探究了该区的资料品质变化规律，为该区后续地震资料采集提供

技术论证和技术指导。

2. 近地表调查研究

通过查阅相关文献，该区属于奎屯河山前阶地和山前冲积扇构造带上，工区

范围内共经历过四期洪积历史，奎屯河山前四期冲积扇由南向北呈串珠状发育，

各期冲积扇间存在着相互切割和重叠的现象，工区西南部主要分布在第一期和第

二期洪积扇上，表层是纯砾石或砾石夹杂少量黄土或者是多套黄土层和砾石层交互，深层砾石大小不一。微测井资料显示表层低降速带厚度变化大，由南向北逐

渐变薄；高速层顶面西南高、东北低。工区南部区域东西向低降速带速度和厚度

变化较大。通过浅层反射剖面可以看出该区东西和南北两个方向的表层变化规律，东西方向浅层变化强烈，同相轴连续性较弱，各向异性强。

南北向表层变化稳定，受老河道后期填充，表层由南向北逐渐抬升，仅是沉

积厚度的变化。笔者认为越靠近冲扇体根部堆积厚度越厚，沉积的砾石层状越复杂。因此低降速带厚度与速度变化情况与冲积环境下扇体的沉积规律保持一致，

主要表现为受水流和重力的双重作用，使的在水流方向和垂直水流的方向砾石的

排列结构差异较大，在南北向水流方向砾石的接触紧密，连续性好，地震波传播

速度偏高；垂直水流方向砾石分选差异较大，连续性差，地震波传播速度偏低。

另外通过超深井微测井解释成果可知该区低速砾岩与高速砾岩的分界面为

3000m/s的高速顶界面，埋深在250米左右，波阻抗值大，不利于能量的下传，

尤其对于大炮间距勘探容易产生全反射，因此这种表层特征极不利于地震资料的

优质成像。

3. 正演模拟与实际资料分析研究

为了厘清冲积扇近地表结构对地震资料品质的影响规律，依托超深井微测井

数据资料建立近地表地质模型，针对性的模拟近地表局部异常、沿着冲积扇方向、垂直于冲积扇方向上各向异性对地震资料品质的影响变化情况，对比各种地表激

发的单炮，发现各向异性近地表激发时，线性干扰发育，目的层成像效果减弱，

并伴随近地表的各向异性变化程度，单炮品质变化差异较大；分析c和d两种情

况情况的单炮初至能量可知，随着近地表低降速带厚度递增，能量衰减速度逐渐

变大，低降速带厚度越厚，衰减现象越严重。各向异性近地表激发时，受表层各

向异性的影响，初至能量衰减情况各异，没有规律性。总之复杂的表层结构造成

的浅层折射、反射、多次反射等在记录上形成了强大的背景干扰，直接影响了单

炮记录的信噪比。

为了形象的体现波场受各向异性近地表的影响情况，分别对水平近地表和各

向异性近地表激发的单炮展示地震照明和波场快照记录，地震照明结果显示相同

激发和接收参数时，各向异性的近地表激发，下传到目的层的能量值和能量范围

远小于各向同性的近地表激发，各向异性的近地表对地震能量衰减影响更强烈。

根据M.N.Toksz,D.H.Johnston和A.Timur的实验室研究，这种吸收衰减机制主

要是由于地震波在岩石颗粒之间的界面上以及裂缝的两个表面之间的相对运动而

引起的摩擦损耗。

另外对比水平近地表和各向异性近地表在2.78s处的波长快照发现，各向异

性近地表激发时经目的层1反射的波场在排列远道附近的能量视觉色值小于各向

同性近地表激发，同时目的层2反射的波场到达近地表时经近地表二次吸收衰减，表现为能量值更弱。因此可见各向异性近地表激发能量衰减严重，主要是因为地

震波场在传播过程中，受近地表表层砾石厚度和各向异性的影响，吸收和散射现

象严重，因为冲积扇结构的横纵向差异性，因此受该影响单炮资料品质分选性应

具有区域性差异。

从生产中按顺序抽取的南北向和东西向单炮对比则证实这一现象：城区南北

向单炮品质相差不大，信噪比相当，都比较低，农田区单炮位于洪积扇结构外，

单炮品质优于城区单炮。城区东西向单炮初至传播距离差异较大，单炮信噪比参

差不齐。西南部城区单炮品质低于东部农田区，表现为由东向西信噪比逐渐降低。整体看，冲积扇构造上的城区单炮品质信噪比较差，南北向接收的单炮记录品质

远好于东西向接收的单炮品质。

为进一步摸清单炮品质变化规律与接收方向的关系，在城区展开了激发试验，东西向三条排列接收，东部和北部分别用炸药震源激发，分析相同排列接收不同

方向激发的单炮初至能量，共排列段的初至信息表现为北部激发时初至频率低、