砂岩型铀矿天然微动地震反射波提取研究.pdf
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1、第卷增刊原子能科学技术 ,年月 砂岩型铀矿天然微动地震反射波提取研究乔宝平,刘鑫磊,程纪星,曹成寅,潘自强,黄昱丞(核工业北京地质研究院,北京 ;中国兵器工业试验测试研究院,陕西 渭南 )摘要:天然微动法是一种绿色低成本的地震勘探方法,为实现砂岩型铀矿高精度天然微动地震反射波勘探技术的应用,基于主动源地震反射波勘探成果,建立了砂岩型铀矿地震波速模型,利用具有随机特征的天然微动震源信号和有限差分法地震正演模拟技术,实现了天然微动地震声波波场的正演模拟。基于此,通过地震干涉方法,实现了天然微动地震反射波的提取和成像,并研究了砂岩型铀矿天然微动地震反射波的响应特征。数值模拟结果表明,数据采集时长和地
2、震波速差异是影响天然微动地震反射波提取的关键因素,长时间采集的微动数据和高波速差异的地层介质可改善地震反射波提取和成像的质量,进而为砂岩型铀矿高精度天然微动地震反射波勘探提供依据。关键词:砂岩型铀矿;天然微动;地震干涉;地震反射波;地震成像中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:中核集团“青年英才”项目:,(,;,):,:;天然微动是指在没有地震事件发生的情况下地震仪所记录的震动信息。研究表明,天然微动地震波场主要来源于地球固体潮、海浪和大气扰动等,在常规人工源地震勘探中,天然微动地震波场通常被视为环境噪声,需在数据处理环节进行压制。而实际上,天然微动地震波场经过
3、地下弹性介质的多次散射、透射、反射和折射,携带了大量地下介质的有用信息,这些信息对研究地球浅部至深部的速度结构及物性信息非常有益。在陆地地震勘探中,传统的天然微动地震信号通常被认为是时空随机的过程,且满足宽频稳定的高斯分布,其随机性主要表现在震源的激发强度、触发时间、持续时间和激发位置等方面。因此,如何从随机的天然微动地震波场中提取出地层的有效地震信息是天然微动地震勘探的关键。而地震干涉法是一种数据驱动的地震波场重构方法,其通过不同传感器记录的地震波场的互相关(褶积或互相干)及叠加可实现地层有效地震响应的重构。基于地震干涉法的波场重构,理论上需满足双边照明的假设条件,因此该方法非常适合基于天然
4、微动地震波场的地震面波和反射波等地层响应信息的提取。目前,中国 北 方 砂岩型铀矿主要分 布于 以浅,导致常规以可控震源或炸药为震源的人工源地震反射波勘探面临地表施工难度大、反射波覆盖次数低、噪声干扰大和有效地震响应弱等问题,进而降低了人工源地震勘探的效果。而天然微动地震勘探具有震原子能科学技术第 卷源分布范围广,波场记录时间长和地震频带宽等特点,可在一定程度上弥补常规人工源地震勘探的不足。基于此,本文拟在砂岩型铀矿地震波速模型的基础上,开展天然微动地震波场的正演模拟研究,探究基于地震干涉法的砂岩型铀矿天然微动地震反射波提取及响应特征。图砂岩型铀矿可控震源地震反射波勘探成像剖面 速度建模为验证
5、基于天然微动的地震勘探方法在砂岩型铀矿地震反射波勘探中的适用性和有效性,本文采用松辽盆地可控震源地震反射波勘探的一条 成像剖面作为速度建模的参考剖面,如图所示,剖面中除浅部水平层状地层外,还发育有明显的地层尖灭和倾斜地层等复杂构造。在此基础上,结合声波测井曲线和地震波速度分析结果,建立了如图所示的砂岩型铀矿地震波速模型。从图可见,整个模型的速度从地表的 增加到 深度处的 。其中,浅部 之间为 的常速度层,之间为具有常速度梯度的水平层状地层,其下伏地层代表了一套速度为 的地层尖灭,地层尖灭的顶点位于(,)处,其顶界面呈水平界面展布,底界面为一倾斜界面。该倾斜界面之下,发育有一套厚度达 的倾斜地层
6、,地层速度为 ,该倾斜常速层之下为一套与其平行发育的具有常速度梯度的倾斜层状地层。最底部为 的基底高速层。图砂岩型铀矿地震波速模型及震源、传感器空间分布 天然微动地震波场正演模拟有限差分法是一种稳定、高效的数值模拟方法,可用于实现复杂介质条件下地震波场的正演模拟,目前,该方法已广泛应用于地震监测、波场分析和地震成像等领域。本文采用基于完美匹配层边界条件的交错网格有限差分方法开展天然微动地震波场的正演模拟研究。基于天然微动地震波场的随机性,首先,采用高斯函数生成了 个具有随机空间分布特征的震源激发位置,如图中所示,明显可见,大量震源均匀覆盖了整个二维速度模型,其空间位置具有明显的随机性,可满足天
7、然微动震源信号空间激发位置随机性的要求。其次,利用高斯函数在每个震源位置加载具有随机触发时间、激发强度和持续时间的震源信号,并利用上述震源信号,开展了持续 的天然微动地震波场的正演模拟。地表 等间距分布的 个微动传感器接收的模拟天然微动地震波场如图所示,其中(,)的天然微动地震波形如图所示。同时采用单台微动传感器对二连盆地进行实际采集(时间同为 ),所得天然微动地震波形如图所示。从图可见,整个记录剖面没有明显的异常干扰,天然微动地震信号呈现出能量均匀分布的背景噪声形态。从中提取最左侧(,)处传感器记录的天然微动地震波形,如图所示。由图可见,整个天然微动地震信号的随机性非常显著,仅在能量强度上随
8、时间呈现一定变化。随着记录时间的不断增增刊乔宝平等:砂岩型铀矿天然微动地震反射波提取研究加,之间,天然微动地震信号的能量强度不断增加,整体表现为时变增益的高斯噪声分布,上述现象与随机震源数的不断增加有关。后,虽然随机震源数仍在不断增加,但地表传感器接收的天然微动地震信号能量强度趋于稳定,整体表现为平稳随机的高斯噪声分布,这与不同震源激发波场的相互干涉趋于稳定相关。与二连盆地实际采集的天然微动地震波场(图)对比可知,正演模拟稳定后的天然微动地图 地表传感器记录的 时长天然微动地震波场 图(,)处模拟的 时长天然微动地震波形 (,)震波场与实际记录的天然微动地震波场具有较好的一致性,可用于开展地层
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