石油勘探地震检波及土壤耦合研究成果

Washburn和Wiley（1941）指出，检波器被埋置后与大地构成一个谐振系统，可对地震记录信息的幅度和相位造成严重干扰；检波器的大小尺寸和质量对耦合影响很大。此外，土壤类型、湿度也是必须考虑的因素。

Christine E.Krohn（1984）的研究表明，通过一个谐振系统可以充分模拟耦合现象。她发现：对于小于耦合谐振频率的地震信号，其振幅和相位不受影响；对于较高频率的地震信号，其振幅和相位都受很大影响。同时，耦合谐振对大地介质密度等物性很敏感。在松软和未固结的土壤中，耦合谐振频率会降低到地震信号频带以内，导致地震信号畸变，改变信号中高频成分的幅度和相位。这一现象在沼泽地区的高分辨率勘探和浅层反射勘探中表现得尤为明显。所以当检波器埋置在表土中时，除了表土对地震波有较大的吸收作用外，即使做到“平、稳、正、直、紧”等埋置要求，也会因土质松散、固结程度差以及草与庄稼的根系的影响而难以实现检波器与大地的良好耦合。

T.H.Tan（1987）指出，检波器耦合问题是所测得的检波器速度和没有安插检波器时地表速度之间的差异。他从理论上说明，尾锥密度和土壤密度匹配时可得到最好的耦合。但试验表明，土壤本身物性的变化是主要影响因素，而耦合性能不是由土壤和尾锥之间的特性差异所确定。

Johan Vos等（1995）把检波器耦合现象分为两个不同的问题，即交互作用耦合和接触耦合。交互作用耦合定义为埋置好的检波器运动速度vgeopc和地表运动速度vgro的比，即

接触耦合定义为实际检波器的运动速度vgeo和埋置好的检波器运动速度vgeopc的比，即

其总耦合为

Frederik Rademakers等（1996）进一步研究了耦合的频率特性。在频率域中，交互作用耦合系数可定义为埋置好的检波器运动速度（ω）和地表运动速度（ω）的傅里叶变换之比，即

接触耦合系数定义为实际检波器的运动速度（ω）和埋置好的检波器运动速度（ω）之比，即

总耦合为(www.xing528.com)

笔者认为，耦合系数的定义从频域较时域更为合理，因为耦合响应在频域的表现更为规律，反映了问题的本质。

考虑到检波器的质量和埋置方式直接关系到检波器与大地的耦合情况，从而影响地震数据采集质量，V.Singh等人于1997年做了一个井场试验。他们把耦合情况分为三种：地表插入（尾锥松松地插入地表土层）、复插入（尾锥垂直坠入松洞）、良好插入（尾锥紧紧地插入地下1m坑深）。试验结果发现，地表插入和复插入这两种检波器埋置方式，使检波器与大地之间的连接产生了耦合谐振，改变了所接收数据的相位与振幅；在良好插入的情况下，反射信号分辨率高，无噪声干扰。

D.W.Steeples等（1999）和C.Gschmeissner等（2000）研究发现，把检波器置于地面上的木板或铁框上，对耦合效果有一定的影响。

1994～2000年，Kees Faber和Peter W.Maxwell等对检波器耦合问题也进行了重要的实验测试。他们使用地下埋置的地学声波发生器研究耦合现象，得出了以下结论。①可以在野外直接测量耦合谐振。②检波器-地表耦合严重影响地震数据采集质量。③耦合谐振频率非常容易落入目标频段。④良好的埋置可以避免耦合谐振频率落入目标频段。

笔者认为，Kees Faber等的工作具有非常重要的开创性意义，它使得在野外实际测量检波器-大地耦合响应成为可能，为今后的工业化应用奠定了基础。

Guy G.Drijkoningen等（2006）介绍了另外一种针对带尾锥检波器的、与野外实践更相符的检波器-大地耦合弹性模型。他们的模型更好地表征了基于尾锥与大地之间剪切力的耦合模式，而以往的模型更适于代表将检波器直接置于地表的重力耦合模型。在他们的模型里边，检波器被视为仅包含尾锥部分，而尾锥被认为是刚性的并且与土壤接触良好（防滑模型）。新的模型可以预测检波器-大地耦合响应对尾锥——这一在勘探与检测中常用设备——的影响。质量负载与土壤埋置均对耦合响应具有决定作用；同时，耦合响应的主频反比与尾锥的直径和尾锥的长度。该模型可以预测埋置于土壤中一定深度检波器的行为。

综上所述，国际上对于耦合问题的研究已获得的基本结论如下。①检波器耦合现象可以分为交互作用耦合和接触耦合。②良好的检波器耦合由沿检波器尾锥的切向力决定；较差的检波器耦合特性由其重力耦合确定。③土壤本身性质的变化是主要影响因素。④垂直检波器的耦合谐振频率取决于土壤的坚硬程度，含水以及粉状地表具有低的耦合谐振频率。⑤将检波器插入坑中并填土埋实，可得到较好的耦合效果。