邱 燕

中国石化集团胜利石油管理局地球物理勘探开发公司，山东东营 257000

0 引言

检波器与疏松地表、滩涂淤泥地表、城区、沙漠、戈壁、山地等复杂地表的耦合问题是众所周知的世界性难题，检波器与地表的耦合效果直接影响到所采集资料的质量和后续处理解释结果的正确性。结合实验室测试结果，本文系统的分析了检波器尾锥长度对耦合的影响，总结出了不同表层介质条件下怎样优选检波器尾锥长度。为今后的野外勘探、检波器的设计提供了理论基础；总结出的方法可用于指导地震勘探数据采集方案的设计，确保得到高分辨率的地震资料。

1 尾锥长度的理论研究

R.E.Sheriff将 “耦合（coupling）” 解释为：“检波器和大地的耦合是两个系统之间的相互作用。取决于两者之间接触的牢固程度，以及检波器的重量和接触面积，是影响能量转换的因素。”从检波器的运动方程来看，一般而言，好的检波器耦合是由沿检波器尾锥的切向力决定的；而差的检波器耦合是由其重力来决定的。土壤本身性质的变化也是主要的影响因素。切向耦合指水平方向上的耦合，增加检波器与介质的接触面积，能够提高切向耦合；重力耦合指当尾锥和地面没有接触好，耦合作用由检波器的重量起主要作用(通过接触压力)，通常叫做重力耦合。

从叠加效应模型考虑，检波器尾锥长度的叠加效应具有低通滤波的作用。随着尾锥长度的增大，对高频地震信号的压制越大，压制的频率范围逐渐向低频移动。但从压制噪音考虑，加长尾锥能提高资料信噪比。

从耦合谐振频率模型考虑，改善检波器耦合的问题可以归结为提高耦合谐振频率，使其脱离地震勘探频带。这就要求尾锥与大地的接触面积增大。

介质的土壤力学指标对接收性能影响极大，单纯地增加接触面积、减轻质量，对耦合效果的影响不能简单地确定，它与具体的介质条件有关，只能通过试验确定。为此，在实验中我们制作了模拟不同表层介质的物理模型，测试具有不同长度尾锥的检波器在各表层介质中的接收效果。

2 不同表层介质中尾锥长度对接收地震信号的影响

从7.5cm尾锥的检波器在不同介质中的频率响应可看出（图1），在较密实的介质中，如湿沙混合、干沙混合介质中高频成分采集质量好；浮土、砾石中能量衰减快，尤其是砾石介质。由于砾石介质孔隙较大，介质与检波器接触面积相对比较小，切向耦合比较弱，这时起耦合作用的是重力耦合。

从7.5cm尾锥的检波器在不同地表介质下响应的能量对比可看出（图2），湿沙混合介质中的检波器接收能量最强；在砾石介质中，由于介质粗糙，耦合面积小，尾锥短，质量较轻等原因，造成了采集能量最小；浮土由于表层疏松，接收能量就相对干实土中的有所减小。可见短尾锥在密实的介质中有优势，在疏松的介质中不利于地震资料能量提高。

图1 7.5cm尾锥的检波器在不同介质中的频率响应

图2 尾锥为7.5cm的检波器在不同地表介质下响应的能量对比

图3 20cm尾锥的检波器在不同介质中的频率响应

图4 20cm尾锥的检波器在不同地表介质下响应的能量对比

从20cm尾锥的检波器在不同介质中的频率响应可看出（图3），与短尾锥一样，干沙混合和湿沙混合介质中资料频带最宽；全沙介质在中低频段的振幅得以增强。

相比7.5cm与20cm尾锥频谱图可看出（图1、图3），长尾锥能有限提升低频段振幅能量，但是对于高频信号的压制很严重；不管尾锥长短，总体看干沙混合、湿沙混合介质中的耦合效果好与其它介质。

相比7.5cm与20cm尾锥检波器能量图可看出（图2、图4），在湿沙混合、干实土介质中长、短尾锥检波器的能量差别不大；在砾石、干沙混合介质中，长尾锥检波器的能量响应有明显提升。说明长尾锥能改善疏松介质的耦合效果。

3 结论

通过以上研究取得以下几点认识：

1）密实的表层介质利于高频信息获得；

2）考虑长尾锥对中低频成分的提升、对高频成分的压制，合理使用长尾锥以提高其与疏松介质的耦合效果；

3）砾石表层介质的颗粒粗大，与检波器接触面积小，建议使用加粗长尾锥，增加重力耦合和接触面积。

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