應(yīng)用VSP觀測(cè)的黃土塬地面地震干擾波研究

閆有平 趙軍才 胡亞?wèn)| 高 峻 譚 勇 王云朋

(中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南鄭州 450000)

0 引言

黃土塬區(qū)大多覆蓋巨厚疏松的黃土，該土層厚度縱、橫向變化劇烈，對(duì)地震波的吸收和衰減嚴(yán)重[1]。而且還因含水性及巖性等差異產(chǎn)生明顯的多次波以及溝塬之間巨大高差形成面波、淺層折射、側(cè)面波、散射等干擾，且其能量強(qiáng)、衰減慢。其中許多干擾波與地震反射信號(hào)具有相似的物理特征，這些干擾波的復(fù)雜多樣性使得對(duì)其在采集現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)進(jìn)行壓制非常困難[2]。因此，加強(qiáng)黃土塬區(qū)地震資料干擾波的分析，有助于地震數(shù)據(jù)采集階段對(duì)其壓制及后續(xù)去除處理。

黃土塬區(qū)地震單炮記錄中常見(jiàn)一種較強(qiáng)的干擾波，在三維地震記錄的非縱測(cè)線近排列呈“八字胡”狀，非縱遠(yuǎn)排列呈雙曲線形態(tài)，俗稱“八字胡”[3]。目前，對(duì)該干擾波的產(chǎn)生機(jī)理有三種主流觀點(diǎn)： ①斯通利波，從非縱測(cè)線近排列單炮記錄看，它出現(xiàn)在面波區(qū)域，只是速度較高，因此有人認(rèn)為該規(guī)則干擾是上覆黃土與潛水層分界面形成的一種瑞利型面波，即斯通利波[4-6]； ②潛水面折射波，由于其速度與潛水面以下地層速度接近，所以也有人認(rèn)為是沿潛水面與上覆介質(zhì)之間傳播的折射波； ③回折波，黃土塬表層速度是隨深度逐漸增加的，而黃土塬(黃土層)與潛水面、潛水面與基巖之間的某一層段可看作連續(xù)介質(zhì)，它具備回折波產(chǎn)生的條件，因此劉寶國(guó)等[3]將其定義為回折波。

還有其他類似③的觀點(diǎn)，如胡自多等[7-8]也認(rèn)為是回折波，并按回折波時(shí)距曲線特征應(yīng)用于黃土塬地震資料靜校正處理。但劉明乾等[9]認(rèn)為是直達(dá)波，并用時(shí)距曲線公式證明直達(dá)波和折射波在非縱測(cè)線地震記錄中表現(xiàn)為彎曲相干噪聲； 陳超群等[10]則認(rèn)為是一種強(qiáng)折射噪聲，采用基于隨機(jī)函數(shù)數(shù)據(jù)重構(gòu)的分頻異常振幅衰減技術(shù)做去噪處理； 楊城增等[11]認(rèn)為是淺層折射，應(yīng)用加減法去噪技術(shù)壓制該線性干擾； 牛中寧等[12]認(rèn)為是線性噪聲中的多次折射波； 竇偉坦等[13]經(jīng)過(guò)黃土塬干擾波調(diào)查，認(rèn)為是一種次生干擾； 李慶忠[14]認(rèn)為是一組側(cè)面次生面波； 張亞斌等[15]認(rèn)為是斜干擾噪聲。

可見(jiàn)，地球物理工作者根據(jù)該干擾波在地面地震資料中表現(xiàn)的部分動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，對(duì)其機(jī)理、類型進(jìn)行分析，得出不同結(jié)論。因缺乏極化特征這一關(guān)鍵信息，故上述結(jié)論可靠性不強(qiáng)。

該干擾波是黃土塬區(qū)地震資料中一種獨(dú)特現(xiàn)象，在其他類型工區(qū)幾乎不存在。本文首先分析了地面地震記錄中“八字胡”干擾波的頻率、時(shí)距關(guān)系及速度比等特征，認(rèn)為它是一種折射波，且波場(chǎng)類型可能是橫波； 其次從激發(fā)及接收環(huán)節(jié)對(duì)其成因進(jìn)行分析，表明縱波地震勘探盡管采用垂直檢波器接收，但也具備采集橫波信息的條件。區(qū)分縱橫波的一個(gè)關(guān)鍵因素是極化特征，而單分量記錄不能進(jìn)行極化分析。因此，文中提出一種基于VSP(垂直地震剖面)觀測(cè)的地面地震記錄干擾波研究方法。

由于該規(guī)則干擾波能量強(qiáng)，地面地震水平觀測(cè)只能記錄其上行傳播過(guò)程。而VSP是在地面激發(fā)、井中不同深度接收地震波[16]，因此，在接收上行波的同時(shí)，還能記錄從震源出發(fā)的所有下行波[17]。同時(shí)，VSP檢波器在井下相對(duì)“安靜”的環(huán)境中，可避免或減少地面上的自然干擾，利于波的記錄和識(shí)別[18]。由于VSP是沿垂直方向觀測(cè)地震波場(chǎng)，可更明顯地觀測(cè)各種波的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特征，也就能更好地研究與各個(gè)界面有關(guān)的對(duì)應(yīng)波場(chǎng)的變化[19-20]。而且，三分量觀測(cè)能對(duì)地震波的極化特征進(jìn)行分析，從而識(shí)別其機(jī)理、類型。

通過(guò)綜合分析多個(gè)工區(qū)的VSP資料，發(fā)現(xiàn)有別于其他工區(qū)，黃土塬區(qū)VSP資料中也存在一種對(duì)應(yīng)的特殊下行波場(chǎng)，筆者傾向認(rèn)為這二者是同一干擾波。因此，利用區(qū)內(nèi)VSP資料的速度模型，通過(guò)正演模擬厘清了VSP記錄中相應(yīng)波場(chǎng)與地面記錄中“八字胡”干擾波的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 再根據(jù)地震波場(chǎng)極化原理，將VSP記錄轉(zhuǎn)換到PRT坐標(biāo)系，進(jìn)行極化分離，并分析VSP記錄中該波場(chǎng)在P、R、T分量中的能量分布，根據(jù)極化特征，確定其波場(chǎng)類型為純橫波； 模擬記錄及實(shí)際資料均驗(yàn)證了該結(jié)論。

1 地面地震“八字胡”干擾波產(chǎn)生機(jī)理及成因分析

1.1 波場(chǎng)特征分析

“八字胡”干擾波在地面地震記錄中有以下主要特征。

(1)時(shí)距曲線：在非縱測(cè)線的近排列為一直線，遠(yuǎn)排列為雙曲線(圖1a)，符合直達(dá)波與折射初至波時(shí)距特征[9]。

(2)能量：在非縱測(cè)線近道甚至強(qiáng)于初至折射波，遠(yuǎn)道弱于初至折射波； 與激發(fā)點(diǎn)位置相關(guān)，溝底激發(fā)能量最強(qiáng)，半坡次之，塬上能量較弱； 同時(shí)與排列所處高程相關(guān)，高部位能量弱，低部位能量強(qiáng)(圖1b)。

圖1 黃土塬區(qū)三維地震單炮記錄

(3)速度：視速度大于面波速度，在2000m/s左右，約為P波折射波的1/2；

(4)頻率：高于面波頻率，非縱測(cè)線遠(yuǎn)排列記錄中，高頻端低于30Hz，在有效反射波頻率范圍內(nèi)(圖2)。

圖2 遠(yuǎn)排單炮分頻掃描記錄

在非縱測(cè)線遠(yuǎn)排列地震記錄中，“八字胡”干擾波出現(xiàn)在有效反射波區(qū)域，且與有效波主頻相近。疊前去噪主要是采用人工拾取局部切除等常規(guī)二維相干噪聲壓制技術(shù)，但這些去噪技術(shù)的效果并不理想，同時(shí)對(duì)有效信號(hào)也會(huì)造成一定損害[9]；若進(jìn)行多次線性去噪處理，則對(duì)有效信號(hào)損傷太大，空間假頻現(xiàn)象嚴(yán)重[10]。因此，研究并厘清其機(jī)理、類型，可為后續(xù)處理階段去噪技術(shù)的選擇提供依據(jù)。

1.2 波場(chǎng)機(jī)理分析

根據(jù)“八字胡”干擾波在非縱測(cè)線近、遠(yuǎn)排列的時(shí)距曲線特征，認(rèn)為它可能是直達(dá)波或折射波。黃土塬區(qū)表層速度結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，干燥黃土速度為300～500m/s，潮濕黃土速度約為900m/s，含水黃土速度大致為1700m/s[1]。直達(dá)波速度與表層速度相關(guān)，而“八字胡”干擾波的速度約為2000m/s。另外，直達(dá)波(或回折波)在低速層中傳播，能量快速衰減，在遠(yuǎn)排列(非縱距1450m)不可能表現(xiàn)強(qiáng)能量特征。“八字胡”干擾波的速度、能量特征都表明不是直達(dá)波，由此可確定它是一種折射波。“八字胡”干擾的非縱測(cè)線近排列時(shí)距曲線不能延伸到原點(diǎn)，只能延伸到P波折射初至波出現(xiàn)的近地震道(圖1a紅線向上的端點(diǎn))，且有時(shí)間延遲。表明它是同一高速層(4170m/s)產(chǎn)生的折射波，其速度比為2.09，符合縱橫波速度比特征。

圖1顯示：“八字胡”干擾波在近排列的遠(yuǎn)道、遠(yuǎn)排列以及排列高部位(圖1b的右半支)的能量弱于初至折射波，說(shuō)明隨傳播距離的增加其能量衰減快于P波折射波，這也符合橫波能量衰減特征。

圖2分頻掃描記錄顯示：縱波初至折射波、反射波及側(cè)面波等次生干擾波的高頻端都超過(guò)50Hz，而“八字胡”干擾的高頻端低于30Hz。若它是縱波折射波，由于速度低于初至折射波，則產(chǎn)生層位淺，傳播路徑短，高頻成分衰減少，不可能呈現(xiàn)如此低頻特征，只有折射橫波才與該低頻特征相符。

總之，綜觀“八字胡”干擾波的時(shí)距曲線、速度、能量、頻率等波場(chǎng)特征，都表明其波場(chǎng)類型極有可能是橫波折射波。

1.3 激發(fā)因素分析

1.3.1 轉(zhuǎn)換橫波

根據(jù)地震波動(dòng)力學(xué)理論，地震波以一定角度入射到地層界面后，不但沿法線方向產(chǎn)生位移，還會(huì)沿切線方向引起位移，因此反射波中包含P波和P-SV波兩種成份。而且在0°～90°范圍內(nèi)還存在兩個(gè)特定入射角，當(dāng)P波以該角度入射時(shí)，反射波中只包含P-SV而無(wú)P波。對(duì)泊松比σ=0.25而言，這兩個(gè)角度為60°和77°13′[21]。因此，炸藥震源激發(fā)時(shí)，向上傳播的P波到達(dá)自由界面，部分能量轉(zhuǎn)化為向下的反射P-SV波，再入射到高速層(P波折射產(chǎn)生地層)，形成P-SV折射波(圖3)。由于激發(fā)井深一般約為10m，激發(fā)點(diǎn)與自由界面反射可視為組合震源，且黃土的泊松比恰好也約為0.25[21]，故“八字胡”干擾很可能是P-SV轉(zhuǎn)換橫波的折射波。

圖3 P-SV轉(zhuǎn)換折射橫波傳播示意圖

1.3.2 純橫波

巖石爆破理論表明，只有點(diǎn)狀炸藥在均勻介質(zhì)中才能激發(fā)出純縱波，其他爆破過(guò)程都會(huì)同時(shí)激發(fā)P、S波。有學(xué)者分析了巖石爆破過(guò)程S波的產(chǎn)生機(jī)制，表明短柱狀藥包、炮孔周?chē)鷰r體的開(kāi)裂與破碎，以及裝藥偏離球形或柱形空腔中心，均可誘發(fā)S波。P波傳播過(guò)程與介質(zhì)界面的相互作用，可產(chǎn)生次生S波(P-SV)[22]； 也有人推導(dǎo)了短柱形空腔的應(yīng)力解，證明短柱狀藥包可同時(shí)激發(fā)P、S波[23]。黃土塬區(qū)一般采用多井組合激發(fā)，單井藥量4kg以上，藥柱長(zhǎng)度超過(guò)1m，而直徑只有8cm； 同時(shí)，黃土塬區(qū)表層巖性變化劇烈，各向異性嚴(yán)重。柱狀藥包及非均質(zhì)圍巖的激發(fā)因素都為誘發(fā)S波提供了條件，這也可從微測(cè)井記錄中得到驗(yàn)證。

圖4a為雙井微測(cè)井波場(chǎng)傳播示意圖，其中P1為下行直達(dá)縱波、P2為自由界面反射縱波、P3為地層界面反射縱波、S1為下行直達(dá)橫波。采用的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)為：井間距5m，井深50m，逐點(diǎn)激發(fā)(0～10m，間距0.5m； 10～30m，間距1m； 30～50m，間距2m)。另一口井采用井底單分量垂直檢波器接收，其井底道觀測(cè)記錄如圖4b所示。由于炮檢距只有5m，相對(duì)于50m的激發(fā)井段，大部分炮—檢連線近似垂直，直達(dá)縱波可視為垂直入射，故不存在轉(zhuǎn)換橫波，但記錄上可見(jiàn)明顯的橫波，說(shuō)明在黃土塬區(qū)獨(dú)特激發(fā)環(huán)境下，同時(shí)存在直達(dá)縱、橫波。

圖4 黃土塬區(qū)雙井微測(cè)井記錄

1.4 接收機(jī)制分析

在縱波地震勘探中，通常采用單分量垂直檢波器接收數(shù)據(jù)，顯然該類檢波器只對(duì)質(zhì)點(diǎn)在垂直方向振動(dòng)的地震波敏感，理論上無(wú)法接收質(zhì)點(diǎn)在水平方向產(chǎn)生位移的地震波。但因炮檢距大多不為零，即地震波入射時(shí)并非完全垂直于地面，因此出射到地表的地震射線也不垂直于地面。在三分量記錄中，z分量上記錄到P波的同時(shí)也能記錄到橫波[24]。由于“八字胡”干擾是折射波，比反射波有更大的入射角，更可能被檢測(cè)到。盡管單個(gè)垂直檢波器接收的橫波信號(hào)能量弱，但多個(gè)檢波器的組合效應(yīng)使規(guī)則的弱信號(hào)得到同相疊加。

圖5為橫波可控震源激發(fā)、縱波觀測(cè)的試驗(yàn)記錄，振子沿測(cè)線方向(X)搓動(dòng)，垂直檢波器接收，但記錄到的S波比P波能量強(qiáng)得多。這就以實(shí)際地震數(shù)據(jù)說(shuō)明，只要能量足夠強(qiáng)，垂直檢波器也能接收到橫波。

圖5 橫波垂直檢波器記錄

1.5 地面地震資料分析結(jié)果

通過(guò)以上對(duì)激發(fā)及接收兩方面因素的分析，說(shuō)明黃土塬地震資料中，盡管是縱波震源激發(fā)、垂直檢波器接收，但也可能記錄到橫波信息，此點(diǎn)可從“八字胡”干擾嚴(yán)重的記錄(圖6)得到驗(yàn)證。該記錄面貌只有在橫波可控震源激發(fā)時(shí)才出現(xiàn)，而實(shí)際是炸藥震源激發(fā)、垂直檢波器接收。這表明黃土塬區(qū)縱波地震勘探有可能同時(shí)記錄到縱、橫波信息。

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圖6 黃土塬區(qū)單炮記錄[3](固定增益)

黃土塬區(qū)單炮地震記錄中，“八字胡”干擾的波場(chǎng)特征表明它可能為橫波折射波。但極化特征才是縱、橫波判別的直接依據(jù)，而針對(duì)地面單分量地震記錄不能進(jìn)行極化分析。因此，本文提出一種基于VSP資料研究地面干擾波機(jī)理、類型的方法。

2 原理及方法

2.1 極化分析原理

三分量地震記錄(x(t)，y(t)，z(t)，t>0)構(gòu)成三階協(xié)方差矩陣。協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量定義了一個(gè)橢球，該橢球是對(duì)應(yīng)協(xié)方差矩陣內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最小平方近似，其特征值從大到小依次為λ1、λ2、λ3。最大特征值λ1及其對(duì)應(yīng)的特征向量u1=(l1，m1，n1)從數(shù)學(xué)上表征了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的主要特征。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)極化特征可用于判別各種各樣的波形。極化特征包括以下三個(gè)主要參數(shù)。

極化度η為

0≤η≤1

若極化度為0，表示質(zhì)點(diǎn)是環(huán)形運(yùn)動(dòng)；若極化度等于l，表示質(zhì)點(diǎn)是完全線性極化，接近于一個(gè)線性運(yùn)動(dòng)。根據(jù)橢圓率、極化度和極化方向，可構(gòu)造不同極化濾波函數(shù)，進(jìn)行縱橫波場(chǎng)的極化分離[25-28]。

2.2 分析方法

2.3 VSP觀測(cè)到的特殊波場(chǎng)與“八字胡”干擾對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3.1 VSP波場(chǎng)分析

圖7a為黃土塬三維工區(qū)內(nèi)B1井非零井源距VSP垂直分量記錄，其井源距為1500m，觀測(cè)井段是860～3640m。圖7b為相鄰黃土塬工區(qū)X1井非零井源距VSP垂直分量記錄，井源距為2127m，觀測(cè)井段為420～3780m。從這兩口井VSP的垂直分量記錄都觀測(cè)到一種特殊波場(chǎng)的同相軸(圖7a、圖7b黃線)，且有以下特點(diǎn)：①頻率低，能量強(qiáng)，衰減比縱波快； ②當(dāng)井源距變大，同相軸發(fā)生時(shí)間反轉(zhuǎn)的接收深度增加，也比初至直達(dá)波時(shí)間反轉(zhuǎn)的接收深度大(圖7b)，表明其速度低于縱波； ③與P波初至不相交。但深部地層出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換橫波，頻率相對(duì)較高，能量弱，可追蹤其產(chǎn)生層位。這與山地地表(圖7c)及沙漠地表(圖7d)條件下的VSP下行轉(zhuǎn)換橫波有相同特征(圖7紅色虛線)。

圖7 不同工區(qū)非零井源距VSP垂直分量記錄

2.3.2對(duì)應(yīng)關(guān)系分析

因B1井VSP在860m深度以上未進(jìn)行觀測(cè)，故無(wú)法追蹤這種特殊波場(chǎng)同相軸向上延伸情況。因此，利用該井的VSP速度模型(表1)得到正演模擬非零井源距VSP垂直分量記錄(圖8)。正演的VSP觀測(cè)井段為0～3500m，級(jí)間距為50m，記錄長(zhǎng)度為4s。從正演模擬記錄可看出，該特殊波場(chǎng)與P波初至波場(chǎng)的相對(duì)時(shí)距特征，與實(shí)際記錄基本一致，表明模擬記錄的合理性。且直達(dá)P波與特殊波在淺層因地層速度低都發(fā)生了時(shí)間反轉(zhuǎn)，下行直達(dá)波在臨界點(diǎn)處逐漸變?yōu)樯闲姓凵洳āＦ渖渚€路徑(圖9藍(lán)線)表明，該波場(chǎng)在折射界面(深度450m)以下為下行直達(dá)波，折射界面以上為上行折射波。

圖8 B1井非零井源距VSP垂直分量模擬記錄

圖9 水平與垂直觀測(cè)射線示意圖

表1 模型數(shù)據(jù)表

正演模擬的第一個(gè)檢波器位于地面，即接收深度為零。因此，可將該波場(chǎng)的同相軸向上連續(xù)追蹤至地面(如圖9中Rc)。通過(guò)對(duì)比它與地面地震相應(yīng)地震道的波場(chǎng)特征，從而建立VSP記錄中特殊波場(chǎng)與地面地震記錄中“八字胡”干擾的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

由于靜校正處理參數(shù)不同，VSP觀測(cè)與地面地震觀測(cè)的同相軸時(shí)間難以直接對(duì)比，但兩種波同相軸的相對(duì)時(shí)差在所觀測(cè)記錄上是固定的。在VSP正演模擬記錄中，P波與特殊波場(chǎng)同相軸時(shí)差為455ms。地面地震實(shí)際記錄中1500m炮檢距的地震道(對(duì)應(yīng)于1500m非零井源距VSP的地面接收道)的時(shí)差為463ms(圖10)。在相同炮檢距或井源距時(shí)，兩種觀測(cè)方式的時(shí)差都約為8ms，基本一致，可確定二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外，這一強(qiáng)干擾波在其他工區(qū)的VSP和地面地震記錄中基本不存在，而黃土塬區(qū)地震在水平及垂直方向觀測(cè)時(shí)都出現(xiàn)了該干擾波，且都具有能量強(qiáng)、頻率低、速度低等相同波組特征。因此，VSP記錄中這一特殊波組就是地面地震資料中的“八字胡”干擾。

圖10 VSP記錄特殊波場(chǎng)與地面地震記錄“八字胡”干擾波的同相軸時(shí)差對(duì)比

地面觀測(cè)只能接收其上行波，井中觀測(cè)則可接收其上行波及下行波(時(shí)間反轉(zhuǎn)深度以下)。因此，可利用VSP資料中該波場(chǎng)的極化特征，判斷“八字胡”波場(chǎng)的類型。

2.4 VSP記錄的特殊波場(chǎng)類型識(shí)別

根據(jù)極化分析原理，對(duì)VSP三分量記錄做極化分離，得到極化坐標(biāo)系中的P、R、T分量(圖11)。其中，P為射線平面內(nèi)的炮檢方向，R為射線平面內(nèi)與P垂直的方向，T為水平面內(nèi)與P、T垂直的方向。由于P波傳播方向與偏振方向一致，而S波傳播方向與偏振方向垂直，因此P分量主要包含下行直達(dá)P波、上行SV波，R分量中包含下行SV、上行P波，T分量在水平面內(nèi)，且與射線平面垂直，只能是SH波。

非零井源距VSP垂直分量中的該特殊下行波，在P分量中幾乎全部衰減，在R、T分量中得到加強(qiáng)(圖11b、圖11c)。因此，在非零井源距VSP記錄中，根據(jù)其偏振特征判斷它在折射界面以下接收的是下行橫波，旅行時(shí)隨深度增加而增大，表現(xiàn)為正的視速度，而在折射界面以上接收的是上行折射橫波，旅行時(shí)隨深度增加而減小，表現(xiàn)為負(fù)視速度。

圖11 B1井VSP記錄中P(a)、R(b)、T(c)分量示意圖

根據(jù)彈性波理論，P波不能轉(zhuǎn)化為SH波，除非地下有HTI介質(zhì)存在，P-SV可分裂為快、慢橫波S1和S2，從而產(chǎn)生P-SV-SH(S2)波。但圖11的R分量中的下行SV波、T分量中的SH波顯示，其能量、時(shí)差(相對(duì)P波初至)特征基本一致，說(shuō)明它不是快、慢橫波，只能是純S波(SV+SH)。若是P-SV波，其能量在T分量中應(yīng)該是大幅度衰減，而不是加強(qiáng)。因此，說(shuō)明它并非轉(zhuǎn)換橫波，而是純橫波。

根據(jù)P-SV波產(chǎn)生機(jī)制可知，它一定是P波到達(dá)地下某一波阻抗界面才能產(chǎn)生。則它能與下行P波初至相交，可追蹤其產(chǎn)生層位。而純橫波由于速度低于縱波，只要炮檢距不為零，它不可能與P波初至相交。它的時(shí)距曲線在垂直及水平觀測(cè)都顯示不能與P波初至相交，也說(shuō)明它是純橫波。

地震波頻率與激發(fā)巖性的速度成正比，而黃土結(jié)構(gòu)疏松、速度低，炸藥爆炸后的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為彈性波所用的時(shí)間較長(zhǎng)，很難激發(fā)出高頻信號(hào)[29]。純橫波在地表震源點(diǎn)直接產(chǎn)生，則具有低頻、強(qiáng)能量特征。而P-SV波在地下速度較高的巖層界面轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，則頻率高、能量弱。黃土塬區(qū)VSP垂直分量記錄中都呈現(xiàn)該共同特征，也說(shuō)明其純橫波的屬性。

總之，根據(jù)以上偏振、源點(diǎn)、頻率等三個(gè)特征分析，可認(rèn)定VSP記錄中特殊波場(chǎng)的類型為純橫波。結(jié)合地面地震記錄分析結(jié)果，表明了“八字胡”是純橫波折射波。

3 驗(yàn)證及進(jìn)一步研究思路

3.1 Walkaway VSP資料驗(yàn)證(非縱測(cè)線遠(yuǎn)排列)

由于Walkaway VSP的觀測(cè)系統(tǒng)是檢波點(diǎn)固定在某一觀測(cè)井段，炮點(diǎn)以一定間距沿穿過(guò)井口的炮線布設(shè)[30]，可得到不同炮檢距的共檢波點(diǎn)道集記錄(圖12a)。根據(jù)炮—檢互換原理，則與地面非縱測(cè)線遠(yuǎn)排列有相同的炮檢關(guān)系。只是Walkaway VSP的“炮點(diǎn)”(實(shí)為檢波點(diǎn)，深度1500m)是垂直方向偏移，而地面非縱遠(yuǎn)排列(非縱距1475m)的炮點(diǎn)為水平方向偏移。二者有相同的時(shí)距曲線特征，只是井中接收時(shí)，初至為下行直達(dá)波，而水平接收時(shí)初至為上行折射波(2.1.2中已說(shuō)明二者為同一波組)。

Walkaway VSP記錄中可見(jiàn)兩組明顯的下行橫波，而且兩組橫波的源點(diǎn)、能量、頻率等波組特征分別與非零井源距VSP中轉(zhuǎn)換橫波、純橫波相對(duì)應(yīng)。說(shuō)明波組Ⅰ為轉(zhuǎn)換橫波，波組Ⅱ?yàn)榧儥M波。由于地面記錄的初至為上行折射波P波，則“八字胡”是上行波折射純橫波(圖12b)。這就從“八字胡”干擾在非縱遠(yuǎn)排列地面地震記錄中的時(shí)距特征，驗(yàn)證它是純橫波折射波的觀點(diǎn)。另外，Walkaway VSP記錄也說(shuō)明縱波激發(fā)時(shí)同時(shí)產(chǎn)生了純橫波。

圖12 非縱測(cè)線實(shí)際記錄

3.2 理論模擬驗(yàn)證(非縱測(cè)線近排列)

利用表1的速度模型及三維地震相同的觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行模型正演，分別得到彈性波及聲波的模擬記錄(圖13)。由于彈性波為全波場(chǎng)，而聲波只有縱波，從二者的對(duì)比可看出，前者出現(xiàn)了橫波，并與實(shí)際單炮記錄有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。綠色虛線波組的視速度為2000m/s，與“八字胡”速度一致，因此從非縱近排列的觀測(cè)方式進(jìn)一步證明了“八字胡”是橫波的折射波。

圖13 非縱近排列單炮模擬記錄

3.3 進(jìn)一步研究思路

黃土源區(qū)干擾波復(fù)雜，“盒子波”、“方形排列”等常規(guī)干擾波調(diào)查方法有其局限性，應(yīng)加強(qiáng)“傾斜法”、“三分量觀測(cè)”等調(diào)查方法研究，才能全面掌握各種干擾波的機(jī)理及類型。后續(xù)擬設(shè)計(jì)一個(gè)小道距(5m)二維觀測(cè)系統(tǒng)，采用三分量檢波器接收(兩線x分量同一位置反向布置，便于極性檢測(cè))，利用實(shí)際資料進(jìn)一步驗(yàn)證文中觀點(diǎn)。同時(shí)，也將從激發(fā)巖性、激發(fā)因素、近地表地層速度結(jié)構(gòu)等方面加強(qiáng)理論研究，探索黃土塬區(qū)地震資料中橫波的形成機(jī)制、接收機(jī)制。只有準(zhǔn)確識(shí)別“八字胡”波場(chǎng)機(jī)理，才能在該類地區(qū)地震數(shù)據(jù)采集時(shí)采取針對(duì)性的措施加于壓制，在后期資料處理中，可采取反演[31-33]、濾波[34]等針對(duì)性的技術(shù)措施，做到多源的壓制、分離，提高地震資料品質(zhì)。

4 結(jié)論

根據(jù)“八字胡”干擾波的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征，人們對(duì)其機(jī)理、類型的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)了不同觀點(diǎn)，甚至存在較大爭(zhēng)議，主要原因是未分析其極化特征。為此，本文提出一種利用井中三分量VSP觀測(cè)方式識(shí)別地面地震資料中“八字胡”干擾波機(jī)理、類型的方法，通過(guò)系統(tǒng)研究并利用理論模擬記錄及實(shí)際資料進(jìn)行驗(yàn)證，表明結(jié)果可靠性強(qiáng)，并形成以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

(1)通過(guò)對(duì)黃土塬區(qū)VSP記錄中特殊波場(chǎng)的極化分析，確定其為純橫波。該波場(chǎng)能量強(qiáng)，便于準(zhǔn)確拾取橫波初至； 同時(shí)其傳播路徑比轉(zhuǎn)換橫波簡(jiǎn)單。因此，可利用該波場(chǎng)獲取更準(zhǔn)確的橫波速度。有利于進(jìn)一步提取地層巖性的剪切模量、壓縮模量、楊氏模量和拉梅系數(shù)等物性參數(shù)，用于巖性解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)等。

(2)基于VSP觀測(cè)的地面地震資料波場(chǎng)研究方法，能較好地識(shí)別黃土塬地震資料中特殊干擾波的機(jī)理、類型，確定“八字胡”是純橫波折射波，為該區(qū)地震數(shù)據(jù)采集干擾波壓制及資料處理去噪技術(shù)的選擇提供依據(jù)，進(jìn)而提高地震資料品質(zhì)。

(3)黃土塬區(qū)縱波勘探地震記錄中存在能量較強(qiáng)的橫波折射波，當(dāng)橫波能量足夠強(qiáng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)反射橫波，在去噪處理時(shí)應(yīng)充分考慮這一因素。