黄土覆盖区断层反射地震正演模研究及应用

李伊东

（西安石油大学地球与科学工程学院，陕西 西安 710065）

1 地震模拟方法原理

弹性波的波场较声波的波场相对来说更加复杂，并且存有波形的转换和能量的交换。因此，通过对弹性波的数值模拟，可以了解相应介质中不同类型波的波特性。本文采用二维弹性波方程的有限差分法模拟了波场响应特性。

在模拟过程中模型的边界是有限的为防止其影响产生其他噪音，使用进一步改善的边界吸收条件，地表隐藏表面，使得模拟不受边界的影响[1-3]。

2 黄土覆盖区断层地震波场特征分析

2.1 正演模型构建

本文建立小尺度断层模型如下，模型长度与高度分别为300m 和150m，断层倾角45°，性质为正断层，其中R1代表第一层反射界面，R2代表第二层反射界面，R21和R22分别代表第二上升盘和下降盘对应的层间界面，R3代表第三层反射界面，则R31和R32分别为断层上升一侧的层界面和下降一侧的层界面。

2.2 地震波场模拟分析

为了更加全面的分析波场响应特征，分别选取第31 炮和41 炮以及51 炮波场响应记录进行分析，这三个炮点分别处于断层的上方左侧，正上方和上方右侧。

1）炮点位于断层上升盘O1点。第31 炮的波长快照记录可以看出当波前面传播到R1 反射界面并穿过其时开始产生反射波与透射波同时还有转换波，波前继续在第二层地层传播在地层二传播的的波前快于地层一，因上覆盖层的速度低于下覆盖层，其次当波前在第二层继续传播到上盘R21产生反射波。

因为R2被断层错断从而不连续，进而反射波在此处也被中断但是当波传播到断点时在断点处产生绕射波，当波前传播到R3反射面时也具有一样的响应特征。

2）炮点位于断层正上方O2点。第41 炮的波场快照记录图与第31 炮波场记录相比较更加复杂，其主要表现为下：当波前行驶在第一层没有透过断层面时现象和图记录一致，出现反射波和转换波，当波前到达断层时先到达上层断点，在此形成绕射波，然后在断层的左侧上盘和右侧下盘产发生反射产生反射波，绕射波与反射波相连形成一个弧形波前，接着波前面向下传播由于断层处两边速度相异从而在断面处产生断面波，断面波与上盘的断点处产生的绕射波相接，和下盘产生的反射波交叉。

3）炮点位于断层右上方O3点。第51 炮（O3点）的波场快照记录，当波前面传播到R1 产生反射波和转换波，此时波前面继续向下传播当波前面传播到断层时先在断层的下盘产生反射波并且该反射波在断层位置断开，此时波前面抵达断点产生绕射波，并且在R21面生成与绕射波连接的反射波，与前面两个炮点记录不同的是此处的绕射波和反射波波前相连重叠很难区别开来，当波前面继续向上传播过程中形成“v 字形”断面波，此断面波与下降盘断层两反射界反射波斜交有快照可知再拨不断传播过程中还不断从形成由不同界面形成的多次波。

4）地震正演模拟炮集记录分析。第31（O1点）炮、41（O2点）炮、51（O3点）炮的炮集记录。其分别处于断层顶部的不同方位，可以看到层界面处的直达波、反射波、断棱绕射波、断面波、多次波、转换波，三张记录中R1反射面连续性较好并且能量较强清晰可见并且都可以看到第一层产生的转换波，R2、R3地层发生错断，并且在R21、R22、R31、R32、处发生同相轴错断，并生成绕射波，绕射波生成于断层的断点，并且绕射波在断点左右关于断点相对称，该波与R21反射波相连与R22、R32界面反射波斜交，并且穿过上下层多个界面的反射波，这是断层识别的重要标志由，为断层上断点的位置提所在供了明显的依据。

通过上述综合研究分析，得到以下结论:

1）在黄土覆盖区断层上部放炮所产生的弹性地震波中存在底层反射波、绕射波、断面波等产生的断面波与同层位的绕射波相连接，与错断层的下盘反射波斜交，并且上下层位的多个反射波被断面波纵贯，这是辨别断层最主要的的特征。

2）随着炮击点位的不同，断层的地震波场响应特征也会产生相应的变化，对于工程浅层勘探中，对于地层厚度相对不大较小的断层而言，当地震炮集记录在断层下降盘的一侧时断面波相对更加清晰完整，有利于断层的识别，当炮击震源位于断层顶部时，整个断层的波场响应特征将被完整的显示出来。

由上可得，根据断层的波场响应特征记录及波的传播规律，可以对断层中异常波的识别起指导作用，与此同时根据炮集记录的改变特点，能够为断裂带的宽度，范围及埋深等提供参考依据。

3 应用实例

3.1 实际资料的运用

在陕西某地区山前断裂带断层调查中得到一套地质资料，相结合已存在地质学数据资料与前边数值模拟断层的波场特征，对实际的炮集地震记录进行研究分析，然后利用叠加处理剖面进行具体实际资料的检验。

3.2 实际资料地震炮集记录分析

观测系统采用中间放炮，其参数：采样率0.2ms；151 道接收其间距2m；51 炮其间距4m；采用100Hz 雷克子波,在ZK-18 测线所接受到的地震记录经简单去噪处理后发现一处疑似断点位置，假设断点位置为F，根据正演模拟分析的波场记录，怀疑断点的地方分别选取出在断层附近能反映到断层特征的炮集记录，再挑出一些没有收到断层干扰的炮集记录作为对比，测线号从小到大排列的炮集记录，断层没有受到影响。

4 结论

本文通过正演数值模拟记录，分别对断层相异位点的炮集记录展开波场特征分析与研究，从而将断层的波场特征分析广泛应用于具体实际的地震勘探指导中去，通过与叠加剖面的对比检验二者具有较好的相符性，并且获得了相应的应用效果。1）利用波动方程的有限差分法，建立了相应的断层模型，并进行了数值模拟。剖析了地震波在表征差别相对较小的地层中的传播规律，有利于认识地震波在黄土地层断层中的波场传播特性。2）经过研究分析相异的炮集记录分析了断层的波场响应特征，为深入研究断层的类型以及倾角及断裂带的分部范围提供了重要依据。3）在浅层地震勘探过程中存在许多问题，如外界的随机干扰，层间较薄，层间表征地震属性差异相对较小造成波阻抗较小，反射波信号相对较弱等造成分辨率、信噪比较低等问题，通过正演模拟研究其断层的波场响应特征，不但可以有效地辅助实际生产中有效观测系统以及采集参数的设置而且还可以对断层异常进行有效的判断以及为地震资料处理提供参考依据为地震处理结果解释提供验证性的数据，从而提高工作效率和勘探质量。