可控震源在城市浅层地震勘探中的应用_李旭东.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.047可控震源在城市浅层地震勘探中的应用李旭东1，2（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230001；2.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230000）摘要 在城市居民区进行地震勘探受限于不能采用炸药震源进行激发，所以采用非炸药震源，而可控震源作为一种非炸药震源近年来广泛应用于城市地震勘探中。在芜湖市南陵县工山镇进行反射波地震勘探，应用可控震源车作为激发震源，通过优化采集参数和处理流程提高了资料信噪比，获得了良好的应用效果。关键词 可控震源；浅层地震勘探；城市地震勘探；资料信噪比中图分类号P631.4文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0153-030引言地震勘探是石油与天然气资源的重要勘查手段。随着地震勘探技术的发展，近年来地震勘探在煤田、工程地质勘查、地震安全评价等领域得到广泛应用。震源是地震勘探技术的重要组成部分，是产生地震信号的源头。震源的信号质量直接影响地震勘查效果1。炸药震源虽然能量强、信噪比高，但是由于具有破坏性和危险性，所以难以在城区使用。随着环保和本质安全性的要求提高，非炸药震源逐渐凸显其优势，在城区内应用越来越广泛。可控震源车是一种液压式可控震源，其运用液压伺服控制、液压传动、自动控制和电子控制等理论，可以产生线性和非线性震动信号传入地下。本文以芜湖市南陵县工山镇浅层地震勘探为例，通过布设 2 条浅层地震勘探测线获得的地震资料，并结合地震测线附近的钻孔资料和区域地质资料，查明了目标区浅层地质特征。1区域地质背景南陵县工山镇地貌特征为河湖相冲积平原地貌，浅表地层由第四系的砂砾石和粘性土组成。河流冲积成因地层，成层性较明显。测区在区域构造上位于南陵盆地西部边缘地带，盆地内第四系之下广泛分布古近系和白垩系地层，两者之间岩性和物性差异不大。考虑到工山镇位于盆地边缘，第四系之下为白垩系基岩地层可能性较大。盆地内白垩系上统红色砂岩至白垩系下统的火山岩，累计厚度大于 3 000 m。岩性以粗砂岩和流纹岩为主，在南陵盆地南部和西部边缘广泛出露。2地震地质条件南陵县工山镇勘探区内布置 2 条测线，测线所处位置地表平坦，地表标高在 1535 m，其中WHNL-2021-QZ01 测线位于乌霞大道、WHNL-2021-QZ02 测线位于籍山西路。道路两侧为夯实土层，便于布设检波器及震源车激发，地表条件较优，人员活动和车辆较少，环境造成的干扰较弱。目标区属河流相冲积成因地层，成层性较明显，自上至下为耕植土、黏土、砂砾层、砂岩风化层和砂岩地层。第四纪（Q）松散地层与白垩系上统亦山组（K2c）红色砂岩地层之间存在明显波阻抗差异，易形成地震 Tq 反射波。白垩系下统（K）地层与三叠系（T）灰岩地层界面之间波阻抗差异也很明显，但由于埋藏较深，可能得不到 Tk 反射波。3资料采集3.1地震勘探仪器（1）震源。采用保定北奥石油物探特种车辆制造有限公司生产的 WTC5060TZY 型纵波可控震源车，最大振动出力 140kN，振动频率范围 10200Hz。（2）采集系统。使用法国 SERCEL 公司生产的428XL数字地震仪。428XL系统主要由中央控制单元、野外采集设备及连接电缆构成。该系统在取得高分辨率、高信噪比资料的基础上，重点突出高保真度，以保持地震信号的相对振幅和反映地层界面特征的动力学特征。3.2观测系统与测线布置（1）观测系统。本次野外现场勘探采用排列中间激发观测系统。采样间隔 0.5 ms；记录长度1 000 ms；接收道数 84 道；道间距 2 m；炮距 4 m；叠能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11532023 年 2 月Feb.,2023李旭东可控震源在城市浅层地震勘探中的应用加次数 21 次；激发方式为中间对称激发；震源出力110 kN；扫频范围 30150 Hz；扫描时长 22 s。（2）测线布置。测线布置如图 1 所示。本次布设地震反射测线 2 条，即 WHNL-2021-QZ01、WHNL-2021-QZ02 测线。WHNL-2021-QZ01 测线位于南陵县工山镇，沿乌霞大道由南向北布设，满覆盖长 1.65 km，主要用来控制测区沿线地带地层厚度变化和断裂构造分布情况。WHNL-2021-QZ02测线位于南陵县工山镇，沿籍山西路由西北向东南方向布设，满覆盖长 2.29 km，主要用来控制测区沿线地带地层厚度变化和断裂构造分布情况。图 1测线布置测线典型单炮原始记录情况如图 2 所示。由图2 可见，测线上各波组发育良好，目的层反射波组能量强且同相轴连续，波组分辨率良好。部分单炮记录中可控震源谐振干扰严重，需要后期进行处理滤除。图 2测线典型单炮原始记录情况4数据处理对于取得的地震资料采取以下数据处理技术：静校正技术；去噪技术；能量补偿技术；速度分析技术；在求取正确速度参数和做好偏移模块及参数试验的前提下，对地震数据同时开展叠后、叠前时间偏移处理2。5资料解释（1）WHNL-2021-QZ01 测线位于南陵县工山镇，沿乌霞大道由南向北布设，其南端起于王家冲，满覆盖长 1.65 km。该测线的反射波时间和地震地质剖面如图 3 所示。图 3WHNL-2021-QZ01 测线的反射波时间和地震地质剖面从图 3 上可以识别出二层反射结构地震相。其中，第四纪（Q）反射地震相清晰，呈近水平形态展布，其反射能量较强、频率高，可见 23 个反射相位，且剖面底界反射比较清晰，与下伏基岩地层地震相差异显著，呈不整合接触关系，能够连续、可靠追踪；白垩系（K）反射地震相整体成层性一般，能量弱、频率低，其底界面反射不明显，难以进行有效连续追踪，地层倾角较缓，白垩系（K）顶界面埋深时间/ms时间/ms道号时间/ms1542023 年 2 月Feb.,2023在测线上变化不大，地层产状近于水平。白垩系（K）地层地震相反射能量比第四纪（Q）反射能量要弱，连续性和信噪比较差，上部能看到一些地层反射波出现；深部基本上看不到层状反射，底界由于埋藏深得不到底界反射。地震地质剖面显示，第四系（Q）底界面埋深为29 m，整体厚度变化不大，中部略有起伏；白垩系（K）底界埋深大于 300 m。由于该地震剖面揭示的第四系底界面反射能量均衡，且具有很好的横向连续性，因此在该测线控制范围不存在第四系断裂。白垩系（K）及以下地层反射波连续，无剖面断层特征反映，因此在该测线控制范围基岩不存在断裂。（2）WHNL-2021-QZ02 测线位于南陵县工山镇，沿籍山西路由西北向东南方向布设，满覆盖长2.29 km。该测线的反射波时间和地震地质剖面如图4 所示。图 4WHNL-2021-QZ02 测线的反射波时间和地震地质剖面从图 4 识别出二层反射结构地震相。其中，第四纪（Q）反射地震相清晰，呈近水平形态展布，其反射能量较强、频率高，可见 23 个反射相位，且在整条剖面底界反射较清晰，与下伏基岩地层地震相差异显著，呈不整合接触关系，能够连续、可靠追踪；白垩系（K）反射地震相整体成层性一般，能量弱、频率低，其底界面反射不明显，难以进行有效连续追踪，地层倾角较缓，白垩系（K）顶界面埋深在测线上变化不大，地层产状近于水平。白垩系（K）地层地震相反射能量相较第四纪（Q）反射能量要弱，连续性和信噪比较差，上部能看到一些地层反射波出现；深部基本上看不到层状反射，因埋藏深得不到底界反射。地震地质剖面显示，第四系（Q）底界面埋深为512 m，整体厚度西薄东厚，中部略有起伏；白垩系（K）底界埋深大于 300 m。地震剖面揭示的第四系底界面反射能量均衡，且具有很好的横向连续性，在该测线点 CDP3135同相轴发生错断，上部同相轴也有错断，推测为第四系断裂，断层两侧基岩埋深为 9.5 m 和 7 m；与其同点白垩系（K）及以下地层反射波同相轴也有错断的断层特征反映，推断测线该点基岩有断裂（F）存在，延伸至新地层，表明该断裂为活断层。除此点以外地段基岩并无断层存在。6结论利用可控震源车完成了浅震 2 条测线的资料采集，共计完成生产炮 888 炮，完成满覆盖长度3.94 km。对测区内构造进行细致地分析，客观地反映了地质现象和构造轮廓，识别出 WHNL-2021-QZ02 测线上一处第四系断裂。这对城市规划建设具有一定的指导意义。在城区地震施工过程中，因人文活动干扰，获得高品质地震资料往往较困难。通过多次覆盖技术、小道距、增加震源扫描时间等手段优化观测系统，并通过提高可控震源扫描时长、增加震源叠加次数等方法获得了较好的地震资料。可控震源在城市浅层地震勘查中勘探精度、工作效率优势明显，在城市活断层等探测中具有良好的应用前景。参考文献1佟训乾，林君，姜弢，等.陆地可控震源发展综述 J.地球物理学进展，2012，27（5）：1912-1921.2陈杰，谭静，郭南舟.浅层地震勘探在城市断层探测中的应用 J.能源技术与管理，2021，46（6）：154-157.作者简介李旭东（1991-），男，工程师，注册安全工程师，合肥工业大学地质工程专业硕士研究生在读，长期从事物探与地质相关研究工作。收稿日期：2022-11-03道号时间/ms能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1155