趙秋芳 云美厚* 朱麗波 李曉斌 李偉娜

(①河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454000； ②中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層(頁巖)氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南焦作 454000； ③中國石油集團(tuán)東方地球物理公司大慶物探一公司，黑龍江大慶 163357)

0 引言

隨著地震勘探的不斷深入，它所面臨的近地表地震地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。因此，對復(fù)雜近地表介質(zhì)的非均勻性、各向異性、非完全彈性特性及其對地震勘探的影響的研究備受關(guān)注。為了提高地震勘探精度，著力消除近地表地層的影響已成為現(xiàn)今地震數(shù)據(jù)采集、處理的重要內(nèi)容。

研究表明[1-2]：與深部地層介質(zhì)的吸收衰減效應(yīng)相比，近地表介質(zhì)對地震波高頻成分的吸收衰減是降低地震資料分辨率的重要因素之一； 地表介質(zhì)對地震波高頻成分的吸收約占地層吸收總量的80%。依據(jù)李慶忠[3]構(gòu)建的新生界華北盆地與中生界松遼及二連盆地經(jīng)典吸收模型，經(jīng)筆者初步估算，3s以上地層近地表地震波衰減分貝數(shù)占總衰減分貝數(shù)的變化范圍大致是15%～40%，且探測深度越小，近地表衰減占總衰減的比例越大。

對于沙漠地區(qū)，尤其是巨厚沙丘地表區(qū)，人們普遍認(rèn)同近地表對地震波的吸收非常強(qiáng)烈。宋智強(qiáng)等[4]指出：對于60Hz以上的地震波，當(dāng)它穿過80m厚的沙丘時，地震波衰減大于38dB，能量相對損失可超過90%。但由于沙漠區(qū)勘探目標(biāo)層深度普遍較大，筆者認(rèn)同近地表衰減分貝數(shù)占總衰減分貝數(shù)的最大占比不超過80%的上限值[1]。對于勘探深度在6000m以內(nèi)的情形，初略估算近地表衰減所占比例應(yīng)低于60%。

由此可見，近地表介質(zhì)吸收衰減補(bǔ)償處理已成為高分辨率地震勘探成敗的關(guān)鍵，其核心是構(gòu)建精確近地表Q模型，而近地表Q值估算方法的合理選用無疑是近地表衰減Q模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。

目前近地表Q值估算在算法理論上并無明顯創(chuàng)新，基本上沿用已有的相對成熟的算法理論，且尤以經(jīng)典的譜比法應(yīng)用居多。不過因?qū)嵤㏎值估算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源不同，使Q值估算呈現(xiàn)出自身獨(dú)有的特點?？傮w而言，可用于求取近地表Q值的基本途徑主要包括巖石樣本測定及利用微測井、大炮初至、面波勘探和小折射等現(xiàn)場實測地震數(shù)據(jù)的直接估算或反演成像。因資料來源不同，Q值估算或反演結(jié)果參差不齊，從而造成了研究和應(yīng)用中的困惑，甚至出現(xiàn)了一些錯誤的理解和認(rèn)識。

本文基于調(diào)研文獻(xiàn)成果，重點對現(xiàn)今常用近地表Q值估算方法進(jìn)行梳理、總結(jié)。主要從巖石樣本實驗測試和地層原位測量兩個方面對Q值測量方法進(jìn)行分類研究，著重闡述各種方法的實現(xiàn)過程、應(yīng)用條件、優(yōu)缺點及發(fā)展前景，以期為Q值測試和估算方法的合理利用及近地表Q模型的構(gòu)建等提供借鑒和指導(dǎo)，更好促進(jìn)相關(guān)方法技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

需要指出的是，由于地震波吸收衰減理論方法及補(bǔ)償技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)文獻(xiàn)資料層出不窮，不勝枚舉。評述中難免會掛一漏萬，但旨在拋磚引玉。

1 Q值估算方法概述

迄今為止，可用于地層Q值估算或反演成像的方法有很多。表1按算法原理的不同對Q值估算方法進(jìn)行了初步分類，并給出了相關(guān)代表性方法[5-6]。由于本文論述的重點在于不同來源數(shù)據(jù)近地表Q值估算方法的差異性和互補(bǔ)性，盡管表1對于Q值估算方法理論的總結(jié)可能不夠全面，但足以滿足后續(xù)論述的需要。下面僅就近地表Q值估算中現(xiàn)今常用的譜比法、質(zhì)心頻移法及波場模擬反演、層析反演等部分算法的基本原理做簡要概述。

表1 地層品質(zhì)因子Q值估算方法分類

1.1 譜比法及其改進(jìn)方法

以井中觀測為例，對于深度分別為hi和hi+1的相鄰兩道記錄，若對應(yīng)信號振幅譜分別為Si(f)和Si+1(f)，在常Q值假設(shè)條件下，利用Futterman吸收衰減模型[7]，該相鄰兩道的振幅譜比對數(shù)可表示為

(1)

或用時差表示為

(2)

式中：Gi表示幾何擴(kuò)散效應(yīng)；Pi表示透射損失；V為地層速度； Δhi=hi+1-hi為相鄰兩道記錄深度間隔； Δti=ti+1-ti為相鄰兩道記錄初至波旅行時差。

式(1)和式(2)即為譜比法(SR)估算Q值的理論基礎(chǔ)。應(yīng)用中通過對譜比對數(shù)值和頻率的線性回歸分析可求取擬合曲線斜率p，則品質(zhì)因子為

(3)

由式(3)可見，譜比法Q值估算的精度由速度估算誤差和初至?xí)r間拾取誤差決定。特別是當(dāng)深度間隔很小時，初至?xí)r間拾取誤差對Q值估算的影響非常大，往往會造成Q值估算結(jié)果的劇烈波動。此外，當(dāng)記錄中存在噪聲時，也會造成振幅譜的波動，進(jìn)而降低譜比對數(shù)值的精度，最終導(dǎo)致Q值估算結(jié)果的不穩(wěn)定。

(4)

(5)

假設(shè)入射波頻譜為高斯頻譜，經(jīng)理論推導(dǎo)可得

(6)

從式(4)～式(6)不難看出，因質(zhì)心頻率和方差的求取利用了振幅譜的全頻段積分，使質(zhì)心頻移法Q值估算具有較好的抗噪性。

高靜懷等[9]借鑒質(zhì)心頻移法的基本思想，在假定震源子波近似為Ricker 子波的前提條件下，給出了峰值頻移法，同樣可獲得較好的Q值估算效果。但需指出的是，不論是質(zhì)心頻移法還是峰值頻移法，二者最大的限制都在于實際地震波頻譜是否滿足高斯子波或Ricker 子波的假設(shè)前提。

為了降低噪聲對Q值估算的影響，Wang等[10]基于譜比法原理，通過積分運(yùn)算，提出了對數(shù)譜面積差(LSAD)Q值估算新方法。它在給定頻段 [fL，fH]內(nèi)，定義任意第i道記錄相對于第1道記錄的對數(shù)譜面積差為

(7)

若預(yù)先對資料做幾何擴(kuò)散校正，則相應(yīng)第1道與第i道之間的地層平均品質(zhì)因子Qai的估算表達(dá)式可寫為

(8)

式中： ΔTi為第1道到第i道記錄的旅行時差；Pj為第j個界面的透射系數(shù)，可利用垂直入射透射系數(shù)公式近似由各層段速度計算獲得。

進(jìn)一步，當(dāng)已知第i和第i+1測點的Qai和Qai+1時，相應(yīng)第i層段的品質(zhì)因子可由下式給出

(9)

與譜比法和質(zhì)心頻移法相比，對數(shù)譜面積差法不論是在Q值估算的抗噪性還是穩(wěn)定性方面均具有明顯優(yōu)勢。但迄今為止，尚未見該方法在近地表Q值估算中的具體應(yīng)用。

1.2 波傳播模擬法Q反演

EI Yadari等[11]基于黏彈性聲波方程頻率域有限差分正演模擬方法提出一種波傳播模擬法近地表衰減品質(zhì)因子估算方法。該方法在模型速度、密度及厚度已確定的前提下，采用剝層法思想，從淺到深逐層不斷修改模型參數(shù)Q值，實施黏彈性正演模擬，然后對比合成記錄與實測記錄反射波與折射波能量的一致性，使其逐步逼近或達(dá)到某一門檻值，則模型參數(shù)即為相應(yīng)地層的估算Q值。具體算法流程如圖1所示。

圖1 波傳播模擬法近地表Q值反演流程圖(據(jù)EI Yadari等[11]整理)

由圖1可見，該方法實現(xiàn)過程較為復(fù)雜，計算量大，Q值估算結(jié)果受子波、地表地形、模型結(jié)構(gòu)、速度、厚度等多種因素的影響。不過，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是并行與多進(jìn)程運(yùn)算技術(shù)的出現(xiàn)，計算效率得到極大提高，相關(guān)商業(yè)軟件已基本實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

1.3 Q值層析反演

目前Q值層析反演技術(shù)基本成熟，相關(guān)商業(yè)軟件已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。如中國石油集團(tuán)東方地球物理公司的GeoEast地震數(shù)據(jù)處理解釋一體化軟件系統(tǒng)中的Q值反演模塊，就是采用Q層析反演獲取Q場。Q值層析反演一般有兩種途徑。一是基于射線理論，采用速度層析相同的算法原理，通過拾取初至波旅行時間和振幅，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，再借助聯(lián)立迭代重構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)速度與Q值聯(lián)合層析反演。另一種途徑是以前述直接Q值估算法基本公式(如譜比法、頻移法等)為基礎(chǔ)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)層析反演。下面分別簡述兩類算法原理。

Brzostowski等[12]假定三維地震記錄初至波振幅的幾何擴(kuò)散與散射效應(yīng)已被消除，且非彈性衰減較小，則相應(yīng)射線路徑(ray)k的旅行時間tk和觀測振幅Ak可近似表示為

(10)

(11)

式中：As為震源振幅；ω為角頻率；v為速度。對于確定的頻率f，依據(jù)譜比法原理，式(11)可改寫為

(12)

式(10)和式(12)共同構(gòu)成速度與Q聯(lián)合層析反演基本公式。具體實現(xiàn)過程中，利用上述二式同步反演獲得速度v(x，y，z)和p(x，y，z)=Q(x，y，z)v(x，y，z)的空間分布，進(jìn)一步換算可得Q(x，y，z)分布。顯然，該方法中Q值成像的精度受制于速度成像精度，因此取得可靠的速度分布成像是獲取最佳Q值成像效果的前提。

Xin等[13]基于三維疊前深度偏移數(shù)據(jù)提出三維疊前成像Q反演法，其核心原理仍為譜比法。將三維空間網(wǎng)格化，則三維疊前成像Q反演公式為

(13)

式中：A0為某層反射波參考振幅，可視為未遭吸收衰減影響的振幅或源振幅；A為相應(yīng)層反射衰減振幅；l為波傳播距離；ijk代表某一特定網(wǎng)格單元。

對于某一共成像點道集內(nèi)所有反射層和炮檢距，Q成像反演公式可改寫為

Fm=a

(14)

式中：F為Frechet導(dǎo)數(shù)矩陣；m為包括Q在內(nèi)的衰減擾動向量；a為包含對數(shù)振幅比的向量。

具體實施中，假定已拾取某一層位數(shù)據(jù)，則利用層位上某一未受衰減異常影響位置的參考平均振幅構(gòu)成同一層位各點的振幅比圖。波傳播的射線路徑為從層位拾取點到地面觀測點的路徑。當(dāng)射線穿過網(wǎng)格單元時，記錄射線通過每個單元的傳播距離，則來自該拾取點的信息形成矩陣F的一行或向量a中的一個元素。對于多個拾取點，不同炮檢距和不同層位信息的增加將成為矩陣F中的多行或向量a中的多個元素。最后，利用諸如最小二乘共軛梯度法等標(biāo)準(zhǔn)算法即可求解矩陣方程(式(14))，獲得m值及相關(guān)Q值。

Li等[14]依據(jù)譜比法原理，針對井地聯(lián)合采集多道地震記錄構(gòu)建了層析反演算法。就算法理論看，與Xin等[13]給出的算法在本質(zhì)上大同小異。其他類似的近地表Q值層析反演法參閱文獻(xiàn)[15-17]。

此外，張劍鋒等[18]基于海上拖纜或地面接收反射地震資料，提出了一種疊前三維Q值場建模方法： 將疊前黏彈性偏移成像與Q值掃描等相結(jié)合率先獲得不同深度等效Q值場，類似于前述平均Q值； 再采用與式(9)相同方式由等效Q值獲得層Q值場。與前述成像方法相比，該方法實現(xiàn)過程較為復(fù)雜。限于篇幅，具體算法理論不贅述。

2 近地表 Q值估算方法分類

針對現(xiàn)有近地表Q值測定、觀測及估算方法特點的不同，對其進(jìn)行初步分類(表2)。

由表2可見，近地表Q值的測試與估算主要有兩條途徑： ①通過近地表巖石現(xiàn)場采樣，再在室內(nèi)借助不同方法技術(shù)實施實驗測試以估算巖樣Q值； ②在不破壞原有巖石或地層的基礎(chǔ)上，直接對原狀地層進(jìn)行現(xiàn)場原位觀測，然后借助一定技術(shù)手段，針對觀測數(shù)據(jù)實施Q值估算。根據(jù)兩類測試或觀測方法特點的最大差別，前者可統(tǒng)稱為巖石樣本測試Q值估算或“小樣”Q測試，后者則可統(tǒng)稱為地層原位測量Q值估算，或形象地稱為“大樣”Q值測量。

表2 近地表品質(zhì)因子Q值估算方法分類

對于巖石“小樣”Q值測試方法而言，按照室內(nèi)具體測試方法技術(shù)的不同，可將其進(jìn)一步細(xì)分為應(yīng)力—應(yīng)變法、駐波法和行波法三類。三種方法測量頻率明顯不同，其中應(yīng)力—應(yīng)變法測量頻率低，最貼近地震勘探的頻率范圍；行波法測量頻率最高；駐波法測量頻率基本介于二者之間。

對于地層原位測量Q值估算方法而言，按照觀測數(shù)據(jù)來源不同，可將其細(xì)分為地面觀測(包括：面波勘探、大炮面波、大炮初至波、小折射初至波)、微測井以及井地聯(lián)合觀測或多數(shù)據(jù)源聯(lián)合反演三大類。此類方法測試頻率與地震勘探基本一致，估算結(jié)果通?？芍苯佑糜诘卣鸩ㄋp特性分析和補(bǔ)償處理應(yīng)用，但縱向分辨率存在較大差異。

3 巖石樣本測試 Q值估算方法

巖石樣本Q值實驗測試方法主要有基于應(yīng)力—應(yīng)變測試?yán)碚摰撵o態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)測量法及基于樣本振動和波傳播理論的動態(tài)測量法(包括動態(tài)諧振法和動態(tài)脈沖法)兩大類(表2)。

3.1 應(yīng)力—應(yīng)變法

應(yīng)力—應(yīng)變法Q測試技術(shù)，也稱為應(yīng)力—應(yīng)變曲線法[19]。按照應(yīng)力加載方式的不同可分為經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變法和交變應(yīng)力—應(yīng)變法。該方法基于內(nèi)摩擦理論定義品質(zhì)因子，通過對巖石樣本緩慢的循環(huán)應(yīng)力加載—卸載實驗，測定不同應(yīng)力條件下巖石變形所產(chǎn)生的應(yīng)變值，從而可得到對應(yīng)加載和卸載過程的兩條應(yīng)力—應(yīng)變曲線。理論上應(yīng)力—應(yīng)變曲線所圍成的面積代表了應(yīng)變能。兩條應(yīng)力—應(yīng)變曲線所圍成的面積之差代表了經(jīng)過一個循環(huán)應(yīng)力加載—卸載過程所消耗的能量ΔW，而加載過程中應(yīng)力—應(yīng)變曲線所圍成的面積代表了巖石應(yīng)變達(dá)到極大時所貯存的應(yīng)變能W(圖2)。

圖2 循環(huán)加載實驗確定巖石內(nèi)摩擦特性示意圖[19]

基于內(nèi)摩擦理論，通常定義損耗比ΔW/W以表征巖石的內(nèi)摩擦特性。損耗比與1/Q成正比，有

(15)

式(15)為Q值的基本定義式[20]。地震勘探中有時也將1/Q稱為耗散率或耗散因子。該方法最大的優(yōu)點是整個測量過程不需要對內(nèi)摩擦機(jī)制做任何假設(shè)。存在的主要問題是測量結(jié)果依賴于應(yīng)力變化幅度、循環(huán)速度和樣本過往受力作用歷史等。

當(dāng)采用交變應(yīng)力(如正弦波形或三角波形)實施加載測試時，對應(yīng)每一頻率取一個周期進(jìn)行密集采樣，并求取同一時間周期應(yīng)力與應(yīng)變峰值偏移樣點數(shù)(反映相位差)即可計算Q值，有[19，21]

(16)

式中：n為一個周期總采樣點數(shù)； ΔM為應(yīng)力與應(yīng)變峰值偏移點數(shù)。

需要指出的是，用正弦波和用三角波兩種方式加載所獲得的Q值與頻率關(guān)系很相似，并且三角波加載所測得的Q值普遍高于用正弦波加載測得的Q值。究其原因在于，正弦波循環(huán)加載大大降低了巖石的強(qiáng)度，三角波則對巖石強(qiáng)度降低較少。

Tisato等[21]研發(fā)了一種寬帶衰減器(Broad Band Attenuation Vessel，BBAV)，它通過對樣本加載正弦周期應(yīng)力，然后測量樣本體應(yīng)變的周期變化，并采用經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變曲線法相同的原理通過數(shù)值積分計算一個應(yīng)力—應(yīng)變周期內(nèi)所包圍的面積，獲得耗散能和儲能值，進(jìn)而由式(15)估算Q值。此外，也可通過對應(yīng)力、應(yīng)變測試數(shù)據(jù)的正弦函數(shù)擬合或借助于傅里葉變換兩種途徑求取應(yīng)力與應(yīng)變之間的相位差φ，由下式求取Q值，有

Q-1=tanφ

(17)

BBAV測試系統(tǒng)克服了經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變法測試?yán)щy、效率低下等不足，可在0～25MPa不同圍壓及不同飽和度條件下實現(xiàn)頻率范圍為0.01～100Hz的樣本衰減特性測量和Q值求取。若巖樣滿足線性時不變條件，則當(dāng)相移小于0.1(Q>10)時，采用正弦函數(shù)擬合法和數(shù)值積分求面積方法求取的Q值基本一致，差異一般小于5%； 若巖樣滿足非線性變化條件，則基于面積法的Q值估算方法因不受應(yīng)變狀態(tài)的影響，Q值測量精度更高?，F(xiàn)有的各種交變應(yīng)力—應(yīng)變測試儀器測量原理與BBAV大同小異，均可實現(xiàn)不同壓力條件下的Q值測試，且測量頻率上限可擴(kuò)展到約1kHz。

童立紅等[22]基于非線性彈性理論，由動應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系及應(yīng)變波傳播波動方程出發(fā)，推導(dǎo)了由入射應(yīng)變波和透射應(yīng)變波幅值的比值計算巖石衰減系數(shù)以及由透射諧波應(yīng)變幅值和入射應(yīng)變幅值平方的比值計算巖石非線性系數(shù)的基本公式，發(fā)明了一種聯(lián)合測定、計算巖石衰減系數(shù)及非線性系數(shù)的方法。其測量頻率可達(dá)幾千赫茲，且要求準(zhǔn)確求取應(yīng)力波基階和二次諧波的振幅。

總體而言，經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變法相對較成熟，但測試難度大，效率低，且測量所得靜態(tài)測試結(jié)果與地震波傳播的動態(tài)特性不匹配，直接用于地震勘探存在一定差異性。交變應(yīng)力—應(yīng)變法克服了經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變法諸多缺點和不足，測試方法技術(shù)已基本成熟。目前可實現(xiàn)不同溫壓條件下巖石樣本的彈性模量和衰減特性測試，但測試效率仍較低，且可變溫度范圍多在100℃以下。超低頻測量通常為靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)測量，測量結(jié)果與經(jīng)典應(yīng)力—應(yīng)變法類似不適用于地震勘探。加載頻率處于30Hz以下的測試研究在公路工程應(yīng)用較多，且已被列入公路工程質(zhì)量評價規(guī)范。其大多測量道路的彈性模量或?qū)Ρ确治鰟屿o態(tài)測試結(jié)果，對于衰減特性的測量關(guān)注較少。對于地震勘探而言，交變應(yīng)力—應(yīng)變法可實現(xiàn)與地震頻率相一致的巖石樣本彈性模量和衰減測量。因應(yīng)力波與地震波具有內(nèi)在本質(zhì)的一致性，因此基于中低頻交變應(yīng)力—應(yīng)變法的動態(tài)測量結(jié)果，可較好地反映巖石樣本的中低頻衰減特性，且可直接用于地震勘探。正因如此，在沉寂多年后，隨著測試儀器和工藝的不斷改進(jìn)，目前該方法已成為地震勘探巖石樣本Q值測試的新寵，備受業(yè)界推崇，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展與應(yīng)用前景。

3.2 駐波振動法[23-28]

所謂駐波是指具有相同頻率、相同振幅且振動方向相同的兩列簡諧波在同一直線上沿相反方向等速傳播時，二者相互疊加干涉所形成的一種波動現(xiàn)象。駐波法Q測量主要是測量樣本(通常加工成圓柱狀、棱柱狀或矩形截面板狀)在激振外力作用下發(fā)生彎曲振動(測量縱波品質(zhì)因子)或扭轉(zhuǎn)振動(測量橫波品質(zhì)因子)及其與樣本端面反射振動相互干涉形成的駐波振幅變化，因此，該方法稱為駐波振動法或動態(tài)諧振法[23-24]。其獨(dú)特優(yōu)點在于可用較低的頻率(一般為1～10kHz)測試獲得相對較高精度的Q值。按照樣本激振后觀測方法和原理的不同，駐波法可分為自由振動法和強(qiáng)迫振動法兩種，且尤以強(qiáng)迫振動法應(yīng)用最廣。因測量樣本一般要求加工成柱狀或桿狀，通常形象地稱此類方法為共振桿法或諧振桿法。

3.2.1 自由振動法[28-29]

自由振動法也稱為自由振動阻尼衰減法，是測量巖石樣本激振產(chǎn)生的機(jī)械振動振幅隨時間的衰減變化。測量過程中，首先需激振巖石樣本，并通過調(diào)節(jié)激振頻率讓巖石樣本處于諧振狀態(tài)，使接收駐波振動信號幅值到達(dá)最大值。然后終止激振，讓巖石樣本處于自由振動狀態(tài)。此時，因內(nèi)摩擦作用巖石樣本振動能量不斷損耗、振幅隨時間逐漸減小，相應(yīng)振動曲線見圖3中黑色實線。然后利用不同周期振動信號極大振幅點的連線(振動信號外包絡(luò)線)確定樣本阻尼自由振動衰減曲線(圖3中黑色虛線)。此過程可借助于希爾伯特變換通過求取瞬時振幅實現(xiàn)。進(jìn)一步，利用圖3所示阻尼衰減曲線相繼兩個周期自由振動信號的振幅比值，依據(jù)內(nèi)摩擦理論即可求取樣本Q值。設(shè)相繼兩個自由振動振幅分別為un和un+1，則巖石樣本固有衰減的Q值計算公式為[28]

(18)

上式表明，通過測量相繼兩個周期自由振動的振幅比值，即可很容易地求取樣本Q值。

圖3 阻尼自由振動衰減曲線示意圖[19]

最經(jīng)典的自由振動Q值測試系統(tǒng)為單擺實驗系統(tǒng)(圖4)，其主要由巖石棒和很高慣性的質(zhì)量系統(tǒng)組成。巖石棒經(jīng)高力矩慣性質(zhì)量系統(tǒng)激發(fā)諧振，在一個很短的時間周期內(nèi)達(dá)到共振，然后，在兩個相繼準(zhǔn)周期下測量衰減振幅，利用式(18)即可求得Q值。

圖4 單擺實驗示意圖[19，23-24]

應(yīng)用中難以準(zhǔn)確確定相鄰兩個周期的振幅值，因此常用做法是在阻尼衰減曲線上以不小于一個周期為前提任意選取兩個時間點t1和t2的振幅值u1和u2，則Q值可由下式計算

(19)

式中：f0為巖石樣本阻尼自由振動頻率；Δt=t2-t1，為任意兩個時間點的差值。

目前，自由振動法大多采用與強(qiáng)迫振動法相同的裝置類型測量樣本達(dá)到諧振時的自由振蕩過程，單擺法的測量與應(yīng)用基本上被淘汰。

吳志剛等[30]針對傳統(tǒng)自由振動衰減測試中因激振器與受試樣本連接造成的附加剛度問題，據(jù)電磁學(xué)原理設(shè)計了可實現(xiàn)樣本與激振器自由分離的激振桿，當(dāng)試件(樣本)處于自由衰減狀態(tài)時，激振器可從測試系統(tǒng)輕松剝離，確保衰減測量準(zhǔn)確性。

3.2.2 強(qiáng)迫振動法[19，26，29，31]

強(qiáng)迫振動法也稱為共振法、諧振法、動態(tài)諧振法、共振棒(桿)法、諧振曲線法等。主要是利用巖石棒(桿、板)的強(qiáng)迫振動所形成的駐波諧振效應(yīng)，通過測量駐波諧振振幅隨頻率變化的諧振曲線求取巖石樣本Q值的一種測量方法，可實現(xiàn)縱、橫波Q值的測量。

通常利用外源以基波或諧波頻率在巖石樣本中激發(fā)產(chǎn)生駐波。當(dāng)巖石棒(桿)發(fā)生駐波共振或諧振時，利用共振或諧振頻率ωr與諧振曲線(即駐波諧振振幅譜曲線，圖5)半功率點頻率范圍Δω的比值即可估算巖石樣本Q值。具體計算公式如下[19，23]

(20)

按照目前駐波法Q值測試常用實驗裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)不同，大致可將其劃分為懸線法[29，31]、單或雙支撐點法[26，28，32]等(圖6)。

圖5 駐波諧振曲線示意圖[19]

圖6 幾種常用駐波法示意圖[26，28-34](a)懸線法(自由懸線法)； (b)雙橡膠支撐點法； (c)雙轉(zhuǎn)體固定懸線法； (d)單支撐點法

懸線法Q測量裝置出現(xiàn)最早，整體設(shè)計較為簡單，不過實用中樣本調(diào)平困難，測量效率較低。雙橡膠支撐點法和雙轉(zhuǎn)體固定懸線法均是對傳統(tǒng)懸線的改進(jìn)。森本喜隆等[32]用雙橡膠柱替換雙懸線支撐樣本，并將整個測量裝置放置在一個大的操作平臺上，因而易于調(diào)平樣本，測量更便捷。雙轉(zhuǎn)體固定懸線法設(shè)計思路更加巧妙，其測量系統(tǒng)由兩個可調(diào)整的轉(zhuǎn)動體組成，巖石樣品通過固定在轉(zhuǎn)動體頂?shù)椎拇怪奔?xì)鋼絲被固定在兩個轉(zhuǎn)動體之間，當(dāng)轉(zhuǎn)動體1被激勵時，產(chǎn)生繞銅絲的微小振動，進(jìn)而引起巖石樣本的彎曲振動，并將振動傳遞給轉(zhuǎn)動體2被記錄下來。該方法無需調(diào)平等操作，應(yīng)用更方便。單支撐點法是Winkler[28，34]設(shè)計開發(fā)的全新實驗裝置，它較好地克服了駐波法難以在復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境(如考慮溫度、圍壓的影響等)中實施測量的不足，可實現(xiàn)不同溫壓條件的Q值測量，適用性更強(qiáng)，測量效率更高。需要指出的是，上述所有實驗裝置均可用于自由振動測量。

由于駐波法測量結(jié)果主要為擴(kuò)張波和扭轉(zhuǎn)(剪切，S)波的衰減。而地震波主要為體積壓縮和剪切形變誘發(fā)的壓縮波(P波)和剪切波(S波)，因此，基于駐波法得到的結(jié)論一般難以直接應(yīng)用于現(xiàn)場行波。為此，Winkler[28.34]在線性和弱衰減假設(shè)條件下，推導(dǎo)了駐波衰減與行波衰減品質(zhì)因子之間的相互關(guān)系，有

(21)

如果0≤σ≤0.5，則有

QK>QP>QE>QS

(22)

QK=QP=QE=QS

(23)

或QK

(24)

式中：σ為泊松比；QP為壓縮波品質(zhì)因子；QE為擴(kuò)張波品質(zhì)因子；QS為剪切波品質(zhì)因子；QK為體積壓縮波品質(zhì)因子。

對于式(22)～式(24)，僅當(dāng)泊松比在一定范圍內(nèi)，相應(yīng)彈性模量方程才成立。

總體而言，駐波法可適用于較低頻率的Q值測定，且Q值估算精度較高，但因其測量原理與地震波傳播理論不同，通常無法直接用于地震勘探。此外，當(dāng)測量環(huán)境條件較復(fù)雜(如考慮溫度、壓力變化的影響)時，測量往往難以實現(xiàn)。正因如此，駐波法在地震勘探巖石樣本測試研究和應(yīng)用中具有很大局限性。

3.3 行波法

行波法也稱為動態(tài)脈沖法，是基于平面波假設(shè)和常Q模型假設(shè)，通過測量求取巖石樣本中超聲脈沖波傳播的衰減譜，進(jìn)而采用譜比法換算求取Q值。目前常用測試法主要有脈沖透射波法[19]、脈沖反射波法[27，32]及改進(jìn)法[24，28，34](圖7)。

經(jīng)典脈沖透射波法[19](圖7a)實施過程中，首先需要將標(biāo)準(zhǔn)樣(或稱為參考樣本)和待測巖樣加工成相同幾何形狀和相同體積。通常標(biāo)準(zhǔn)樣采用可視為無衰減的高Q值(Q=50000)鋁樣。然后，采用同一測試系統(tǒng)分兩次先后對標(biāo)準(zhǔn)樣和待測巖樣實施透射波傳播測量。最后，拾取脈沖波在待測巖樣中的傳播時間，并將測量所得透射脈沖信號做頻譜分析獲得振幅譜，進(jìn)一步，利用前述譜比法原理即可直接換算得到待測巖樣的Q值。該方法因需要重復(fù)兩次測量，所以測量效率較低，且受兩次測量環(huán)境的變化影響較大。為此，一種新的同步脈沖透射波測試新方法被提出[24](圖7c)。其將標(biāo)準(zhǔn)樣和巖樣加載到同一測試系統(tǒng)，在相同溫壓條件下，一次測量可同時獲得標(biāo)準(zhǔn)樣和巖樣的透射波脈沖波信號，不僅大大提高了測量效率，而且避免了經(jīng)典脈沖透射波法逐次測量可能出現(xiàn)的測量環(huán)境變化問題。不過，該方法要求兩組測試探頭的材料、諧振頻率等必須要一致。

圖7 行波法Q值測試實驗設(shè)計示意圖[19，24，28，34](a)經(jīng)典脈沖透射波法； (b)經(jīng)典脈沖反射波； (c)同步脈沖透射波法； (d)透射—反射波法； (e)反射—透射波法

經(jīng)典反射波法測試[27，32](圖7b)過程中只需要一個探頭，該探頭既是發(fā)射探頭，也是接收探頭。為了獲得巖樣頂面的反射波，通常在巖樣上部疊合一個截面尺度與巖樣大小相同且Q值足夠大的延遲塊(也稱為緩沖塊)，通常采用鋁塊或有機(jī)玻璃塊。巖樣底面為自由界面或者增加一個緩沖塊。這樣通過測量巖樣頂、底面反射脈沖，采用與透射波法類似的處理方法，由譜比法即可換算得到巖樣Q值。圖7d和圖7e是在經(jīng)典透射波和反射波測試方法基礎(chǔ)上發(fā)展的部分改進(jìn)方法[23-24，34]，筆者分別將其稱為透射—反射波法和反射—透射波法。其Q值測試的基本原理相同，在此不再贅述。

最后，需要指出的是不論是透射波法還是反射波法，在Q值測量過程中脈沖波傳播振幅的變化除了受到樣本本身固有衰減特性的影響外，還會受到幾何擴(kuò)散、界面反射、透射以及巖石內(nèi)部非均勻散射等多種因素的影響，因此，測試過程中設(shè)法消除固有衰減外的其他因素對波傳播振幅影響是關(guān)鍵。譜比法可在一定程度上減少或降低幾何擴(kuò)散、界面反射、透射等因素的影響，因而在超聲波Q值測試中被廣泛應(yīng)用。

總體而言，超聲波Q值測試技術(shù)基本成熟，一般可實現(xiàn)不同溫壓條件下的巖石樣本彈性模量和衰減特性的高效測試，且Q值測試結(jié)果相對較穩(wěn)定。因測量原理與地震波傳播原理相同，且易于實現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣且最為成熟的方法之一。與前兩種測試方法相比，超聲波測試頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地震勘探頻率，是三類樣本測試方法中測量頻率最高的方法。正因如此，當(dāng)?shù)貙悠焚|(zhì)因子不滿足常Q假設(shè)條件或存在頻散時，超聲實驗Q值測試結(jié)果將無法直接用于地震勘探。

4 地層原位測量 Q估算方法

地層原位測量Q估算主要是利用地面測量數(shù)據(jù)和微測井觀測數(shù)據(jù)估算或反演近地表Q值。地面測量數(shù)據(jù)通常包括常規(guī)地面地震觀測數(shù)據(jù)(俗稱大炮記錄)、專門用于近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查的淺層折射波數(shù)據(jù)(俗稱小折射)以及工程地震中的面波勘探數(shù)據(jù)等。因測量數(shù)據(jù)頻率與地震勘探基本一致，Q值估算結(jié)果可直接用于地震波衰減特性分析和補(bǔ)償處理應(yīng)用。不同來源數(shù)據(jù)Q值估算結(jié)果的縱向分辨率和空間采樣率存在較大差異。下面按照地面觀測法和微測井法兩大類分別闡述其方法原理。

4.1 地面觀測法

對于不同來源的地面觀測數(shù)據(jù)，按照可用于近地表Q值估算的地震波特點劃分為：面波、初至直達(dá)波、初至折射波和淺層反射波。因初至直達(dá)波和初至折射波Q值估算原理具有同一性，可將其合并分析，并統(tǒng)稱為初至波法。下面分別就面波法和初至波法Q值估算方法原理加以闡述。利用反射波數(shù)據(jù)反演估算地層Q值的研究盡管很多，但大多集中在深層，真正用于近地表Q值建模的研究則很少[11]。參見4.3節(jié)詳述，此處略。

4.1.1 面波法

目前，面波法在近地表地層結(jié)構(gòu)和速度分析方面已取得較好的應(yīng)用，并已成為工程勘查的重要技術(shù)手段之一?；诿娌ǚ〝?shù)據(jù)的衰減研究和Q值估算最早始于天然地震和工程勘查中，在地震勘探中的研究和應(yīng)用才剛剛起步，尚處于初級階段。面波法Q值估算主要是利用瑞雷面波和勒夫波的衰減特性估算地層縱橫波Q值，且尤以瑞雷面波的應(yīng)用居多[35-44]。對近地表Q值估算而言，瑞雷面波數(shù)據(jù)可由面波勘探獲得，也可通過常規(guī)地面地震勘探資料獲得，如大炮記錄中的面波干擾信息。至于勒夫波通常多見于井間地震數(shù)據(jù)或煤礦井下槽波地震勘探數(shù)據(jù)中。

瑞雷波沿著自由地表傳播時，通常具有高能量、低速度和低頻率的特點[39，42]。在均勻介質(zhì)中，瑞雷波一般呈指數(shù)規(guī)律衰減，相速度與頻率無關(guān)，不存在頻散現(xiàn)象。在非均勻介質(zhì)中，瑞雷波具有頻散特性，不同頻率的諧波成分傳播相速度不同，進(jìn)而會造成面波波形隨傳播距離的變化，而且面波頻散與介質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)有直接的聯(lián)系，這為利用面波估算近地表屬性參數(shù)提供了基礎(chǔ)。Mitchell[35]利用層狀地質(zhì)模型通過反演瑞雷波衰減系數(shù)研究了北美洲上地殼Q的結(jié)構(gòu)。劉學(xué)偉等[41，43]把風(fēng)化層視為黏彈性介質(zhì)，用面波反演風(fēng)化層Q值。胡家富等[44]根據(jù)瑞雷波的群速度和相速度頻散反演剪切波速度，同時計算基階瑞雷波振幅譜，并利用線性回歸得到衰減系數(shù)的頻散曲線。裴江云等[45]利用面波衰減Q模型反演近地表Q值，并通過反Q濾波提高地震資料的分辨率。在常Q模型假設(shè)[46]和Q值為深度函數(shù)的層狀模型假設(shè)[35]前提下，Xia等[36-39]推導(dǎo)了瑞雷波衰減系數(shù)與縱、橫波Q值之間的關(guān)系，探討了反演瑞雷波衰減系數(shù)的可行性，并利用高頻振幅信息求得近地表Q值。在其專著[40]中對利用面波信息估算Q值進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)和闡述。理想情形下，用高頻(≥2Hz)瑞雷面波可估算近地表30m深度范圍內(nèi)Q值[40，42]。具體反演算法如下。

在平面波假設(shè)條件下，瑞雷波隨傳播距離呈指數(shù)衰減[37，40]，與前述Futterman吸收衰減模型相一致。因此基于譜比法原理可由任意兩道面波記錄譜求取瑞雷波頻域衰減系數(shù)αR(f)，有

(25)

式中：W為瑞雷波振幅譜；x為炮檢距； dx為相鄰兩檢波器間距。

在層狀介質(zhì)假設(shè)條件下，瑞雷波衰減系數(shù)和縱橫波耗散因子之間的關(guān)系可表示為[37，40]

(26)

其中

(27)

具體計算中，首先需確定速度頻散曲線CR(f)。目前常用速度頻散曲線確定方法主要有面波譜分析法(SASW)和多道面波分析法(MASW)。前者是在頻率域通過計算兩道檢波器之間的相位差提取頻散曲線，計算效率和精度均較低。后者則是采用帶阻尼的廣義線性迭代反演從多道地震數(shù)據(jù)中提取頻散曲線和反演橫波速度，不僅能夠較好地壓制噪聲，而且計算精度較高。

夏江海等研究表明[37，40]，在已知瑞雷波相速度和表層介質(zhì)縱、橫波速度的前提下，聯(lián)立式(25)、式(26)可反演近地表的縱波和橫波的耗散因子或品質(zhì)因子。但是此反演算法穩(wěn)定性較差，僅當(dāng)VS/VP>0.45時，方可獲得有效Qp反演，且反演誤差近似為衰減系數(shù)誤差的1.0～1.5倍。為了提高反演算法穩(wěn)定性，在式(26)中引入阻尼系數(shù) ，則反演方程可由如下帶阻尼矩陣方程描述，有

(28)

此外，何洋洋等[46]提出了利用單炮瑞雷面波記錄借助于多道面波分析、拉東變換以及模擬退火反演算法理論估算近地表Q值的新方法。因?qū)＠麜胁⑽唇o出Q值估算的實際成果，具體效果如何尚有待進(jìn)一步驗證。

對于勒夫波，其與瑞雷波最大的不同是衰減系數(shù)與P波速度無關(guān)，僅與剪切波速度有關(guān)，且頻散曲線較為簡單[38]。利用勒夫波衰減系數(shù)反演耗散因子的表達(dá)式較瑞雷波衰減系數(shù)參數(shù)更少，表達(dá)式更簡潔，減少了反演的非唯一性，因此，反演結(jié)果較瑞雷波更穩(wěn)定。然而，由于P波能量和隨機(jī)噪聲的影響使衰減系數(shù)求取存在較大誤差，通過衰減系數(shù)反演橫波Q值仍然難以獲得較高的精度。

綜上所述，盡管理論上采用面波法可同時估算縱、橫波Q值，但因面波數(shù)據(jù)處理、信息提取及高精度頻散曲線和衰減系數(shù)求取方法等尚待完善，整體而言，Q值估算精度還較低，相關(guān)算法理論還有待深入研究和不斷完善。此外，由于來自自由地表面波的趨膚效應(yīng)，面波法探測深度有限，僅可反映自由地表附近有限深度地層的衰減特性。

4.1.2 初至波法

初至波法主要利用大炮記錄或淺層折射(即小折射)記錄中的初至直達(dá)波和折射波的振幅或能量差異等信息，基于譜比法或質(zhì)心頻移法等算法直接估算近地表地層平均Q值，或通過層析成像算法反演確定近地表Q值的空間分布[11，47-48]。兩種波Q值估算結(jié)果的唯一差異是探測深度不同。大炮采集通常在潛水面以下高速層中以炸藥激發(fā)[40，42，49]，而小折射采集則多采用淺坑炸藥激發(fā)(坑深一般不大于0.5m)或重錘敲擊激發(fā)，因激發(fā)深度不同，大炮記錄初至波與小折射初至波傳播路徑截然不同(圖8)，因而所反映的近地表衰減特性也不完全相同。

圖8 小折射與大炮初至波射線路徑示意圖

由圖8可見，對于小折射而言，基于初至直達(dá)波的Q值主要反映低速層的衰減特性；基于降速層的初至折射波1的Q值主要反映降速層的衰減特性；基于高速層的初至折射波2的Q值主要反映高速層的衰減特性。相比較而言，基于炸藥震源大炮記錄的初至直達(dá)波的Q值主要反映低、降速層及部分高速層衰減的平均效應(yīng)，相應(yīng)初至折射波則來自于近地表高速層之下的深部高速地層，因此，從嚴(yán)格意義上來講，基于大炮初至折射波的Q值已不再反映通常意義下的近地表衰減特性。這一點很容易被研究者忽略，錯誤地認(rèn)為大炮初至折射波反映的是近地表高速層的衰減特性。不過，當(dāng)采用可控源激發(fā)時，因震源點位于地面，相應(yīng)大炮記錄初至波與小折射初至波均可較好地反映近地表衰減特性。

Jeng等[50]采用VAKIMPAK機(jī)械震源和7kg重錘震源分別激發(fā)，道間距為2.0m的24道三分量檢波器短排列實施二維地面觀測。通過拾取初至直達(dá)波，在假定Q與頻率相關(guān)的前提下，采用譜比法(式(2))依次由具有不同頻率和不同道間時差的譜比對數(shù)值估算近地表縱、橫波Q值，較好地驗證了測區(qū)內(nèi)近地表Q值與頻率相關(guān)這一論斷。

Brzostowski等[12]基于俄克拉荷馬州東南部奧基塔前緣逆沖帶三維地面觀測數(shù)據(jù)，通過拾取初至波旅行時間和振幅，采用速度與Q值聯(lián)合反演方法，成功實現(xiàn)了近地表速度和Q層析成像，且成像結(jié)果與近地表地質(zhì)情況吻合。Gao等[51]利用鄂爾多斯黃土塬區(qū)大炮初至波信息，采用速度與Q值聯(lián)合反演方法獲得了近地表黃土層Q值的良好成像，進(jìn)一步采用基于波動方程的衰減補(bǔ)償實現(xiàn)了近地表吸收衰減的穩(wěn)健補(bǔ)償。

4.2 微測井法

作為近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查最常用方法之一，微測井具有施工簡單、地表適應(yīng)能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣和測量精度高等諸多優(yōu)點。早期微測井主要用于近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查和速度分層，直到高分辨率地震勘探出現(xiàn)，逐漸利用微測井資料估算近地表衰減特性。按照微測井觀測系統(tǒng)的不同，筆者將微測井分為單井微測井[2，52-53]、雙井微測井[54]、多井微測井[2，55]和井地聯(lián)合微測井[14，56-57]，如圖9所示。

單井微測井是目前應(yīng)用最多的微測井觀測方式，其常用觀測系統(tǒng)主要有井中激發(fā)—井口或地面接收[2，52]、井口激發(fā)—井中接收[53，58](圖9a)兩種類型，在鉆井條件便利、激發(fā)條件較好、地表平坦的平原區(qū)大多采用前一種類型。實際施工中通常在井口周圍呈扇形排列或十字交叉狀排列布設(shè)一定數(shù)量檢波器，以便獲得更豐富的試驗區(qū)微測井信息。對于諸如山地等激發(fā)條件較差、鉆井困難的探區(qū)，往往采用井口激發(fā)—井中接收觀測系統(tǒng)。在某些特殊情況下，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析，兩種觀測模式可交替或同時采用。

雙井微測井和多井微測井主要針對復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查或者專門為某一特殊目的而設(shè)計。以多井微測井為例，其大多用于復(fù)雜近地表衰減特性的精細(xì)研究。就現(xiàn)場觀測方式而言，雙井微測井類似于井間地震，通常在一口井中依次激發(fā)，在另一口井中多道接收(圖9b)。多井微測井常用觀測模式有圓形排列觀測[14，55]和直線排列觀測[2]兩種模式。前者通常由位于潛水面之下的井底位置向上每隔一定深度依次激發(fā)，然后以炮井井口為圓心，有限長度為半徑，沿圓弧等間距布設(shè)若干深度漸變的接收井，并在井底布設(shè)檢波器接收(圖9c)。杜增利等[55]稱此為補(bǔ)償微測井。后者則是利用地面地震勘探的炮井在潛水面以下單點激發(fā)，從炮井向外沿測線方向以較小的間距，按一定的間距鉆若干不同深度接收井，并在井底分別埋置檢波器接收(圖9d)。石戰(zhàn)結(jié)等[2]稱此為大炮震源微測井。兩種模式均要求必須保證在低、降速層的頂、底部均有接收點。這類觀測系統(tǒng)的優(yōu)點是能根據(jù)需要得到整個低降速層不同深度的地震記錄，記錄的信噪比高； 缺點是要通過鉆井方式埋置檢波器，在鉆井過程中鉆井液或鉆頭壓力對地層原有彈性特性的改造不可避免。

井地聯(lián)合微測井目前常見觀測系統(tǒng)是在圖9所示單井和多井微測井觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了地面直線排列[14，56-57]。其突出優(yōu)點是可實現(xiàn)井地觀測數(shù)據(jù)的互補(bǔ)。考慮到其Q值估算所涉及地震波場的多樣性，將在后文4.3節(jié)加以詳述。

圖9 微測井觀測系統(tǒng)示意圖[2，52-58](a)單井微測井； (b)雙井微測井； (c)多井微測井—圓形排列觀測； (d)多井微測井—直線排列觀測

目前，基于微測井資料實施Q估算多采用譜比法和頻移法以及Q-V經(jīng)驗公式法等，且以單井微測井近地表衰減Q值估算應(yīng)用居多。云美厚等[59]以微測井速度解釋成果為基礎(chǔ)，借助于Q-V經(jīng)驗公式近似估算Q值，對比、分析了川東北碳酸鹽巖裸露區(qū)近地表不同巖性出露區(qū)段衰減特性差異。張光德等[60]針對柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)鹽巖區(qū)的勘探實際，利用譜模擬譜比法由微測井?dāng)?shù)據(jù)估算了近地表Q值。李偉娜等[58]針對傳統(tǒng)的相鄰道譜比法Q值估算穩(wěn)定性差、精度低等問題，提出了基于速度分層約束的非相鄰道雙線性回歸穩(wěn)定Q值估算新方法。該方法可獲得與近地表速度分層相一致的較為穩(wěn)定的、地質(zhì)意義明確的近地表Q估算值，且對于各種微測井觀測系統(tǒng)均具較好適應(yīng)性。圖10為川東北實測微測井?dāng)?shù)據(jù)近地表速度分析結(jié)果以及傳統(tǒng)相鄰道譜比法與非相鄰道雙線性回歸新方法Q值估算結(jié)果的比較。顯然，新方法Q值估算結(jié)果更穩(wěn)定且與速度分層具有良好的一致性，地質(zhì)意義更明確。

于承業(yè)等[54]通過雙井微測井觀測，由地面和井底檢波器接收的初至波信號峰值頻率利用峰值頻率頻移法獲得了較好的近地表Q估算。杜增利等[55]以塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地試驗區(qū)為靶區(qū)，基于多井微測井圓形觀測模式(圖9c)采用譜比法和上升時間法估算地表疏松沙層的Q值，揭示了在100m深度范圍內(nèi)，沙層Q值分布范圍為7～25。石戰(zhàn)結(jié)等[2]利用多井微測井直線觀測模式(圖9d)，研究西部大沙漠區(qū)近地表地震波衰減規(guī)律，較好地克服了常規(guī)單井微測井Q值估算的不足，實現(xiàn)了近地表巨厚沙層對地震波的吸收衰減的有效補(bǔ)償。

圖10 川東北實測微測井?dāng)?shù)據(jù)近地表速度分析(a)與Q值估算結(jié)果(b)[58]

需要指出的是，在近地表品質(zhì)因子“大樣”測試方法中，當(dāng)實測資料品質(zhì)較好時，基于微測井資料的Q值估算精度最高。通常影響微測井Q值估算精度的主要原因有四個。①因鉆井破壞作用導(dǎo)致井壁附近淺層介質(zhì)的壓實程度和濕度改變，進(jìn)而可能會改變淺層介質(zhì)速度與Q值。②因檢波器埋置條件和耦合效應(yīng)的差異導(dǎo)致所接收初至波波形和振幅差異。對于井中接收微測井，井壁的光滑程度直接影響井中檢波器的耦合效果，特別是對于檢波器與井壁的耦合影響尤為顯著，采用井底檢波器接收耦合效果相對要好一點。③因不同深度激發(fā)條件(巖性、耦合性)差異導(dǎo)致激發(fā)子波波形、能量、頻寬及主頻等差異。對于井中激發(fā)微測井，激發(fā)是主要影響因素，其次為接收因素；對于井中接收微測井而言，檢波器與井壁的耦合效應(yīng)是最大影響因素，其次才是激發(fā)因素。④品質(zhì)因子和旅行時間隨射線路徑變化導(dǎo)致基于常Q模型的Q值估算方法適應(yīng)性變差。由此可見，利用微測井?dāng)?shù)據(jù)估算Q值，設(shè)法降低或消除上述各因素的影響是保證估算精度的關(guān)鍵。

總體而言，基于微測井?dāng)?shù)據(jù)的近地表Q值估算是目前估算精度較高、應(yīng)用最廣的方法之一[54，61]。相關(guān)商業(yè)軟件已基本實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。與單井微測井相比，雙井微測井、多井微測井以及井地聯(lián)合微測井因?qū)嵤┕に嚪彪s、勘探成本高，主要用于復(fù)雜近地表衰減特性的分析研究。

4.3 聯(lián)合 Q值估算與反演

隨著復(fù)雜近地表地震勘探工作量的不斷增加及地震勘探對分辨率的要求不斷提高，對復(fù)雜近地表地層結(jié)構(gòu)和吸收衰減特性的精細(xì)建模要求也越來越迫切。為此，將微測井Q值估算的縱向高分辨率與地面觀測Q值估算的橫向高密度相結(jié)合，采用井地聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)或多源多波場數(shù)據(jù)估算和反演近地表Q值，構(gòu)建精細(xì)近地表Q模型已成為當(dāng)前研究的主旋律。前者被稱為井地聯(lián)合Q值估算，后者則可稱為多源多波場聯(lián)合Q值反演或?qū)游龀上?。二者統(tǒng)稱為聯(lián)合Q值估算與反演。分述如下。

4.3.1 井地聯(lián)合Q值估算

井地聯(lián)合Q值估算主要是利用微測井縱向Q值分層能力強(qiáng)以及地面觀測橫向Q值采樣密度大的優(yōu)點構(gòu)建精細(xì)近地表Q模型。目前主要有兩種實現(xiàn)途徑： 一是通過設(shè)計專門的井地聯(lián)合微測井觀測系統(tǒng)，并基于實測數(shù)據(jù)實現(xiàn)精細(xì)近地表Q值估算； 一是利用單獨(dú)測量的微測井和地面大炮初至波數(shù)據(jù)分別實施Q值估算，然后通過兩種Q值估算結(jié)果的數(shù)據(jù)融合構(gòu)建精細(xì)近地表Q值空變模型，進(jìn)而用于衰減補(bǔ)償處理以提高地震資料分辨率。

翟桐立等[56]以大港油田的滄東凹陷孔店工區(qū)為靶區(qū)，按照2km×2km的網(wǎng)格在工區(qū)內(nèi)多點均勻布設(shè)地面短排列井地一體化觀測系統(tǒng)，并利用譜比法對實測數(shù)據(jù)實施Q值估算，然后通過區(qū)內(nèi)多點Q值估算值內(nèi)插獲得全區(qū)近地表Q模型(圖11)。進(jìn)一步利用此估算結(jié)果實施近地表吸收衰減補(bǔ)償處理，較好地提高了疊加剖面的分辨率。

陳志德等[49]利用大炮初至波振幅的相對變化求取各檢波點的相對Q值，再用基于微測井資料的質(zhì)心頻移法估算的絕對Q值對其標(biāo)定，進(jìn)而可獲得精度較高的空變近地表Q模型(圖12a)。實際應(yīng)用和反Q濾波處理表明補(bǔ)償效果明顯，與常規(guī)處理成果相比，在保持地震低頻成分的前提下可展寬頻帶10Hz以上。宋吉杰等[57]采用同樣的研究思路實現(xiàn)了塔北浮土區(qū)可靠近地表Q模型的構(gòu)建。不同之處是為了提高調(diào)查點Q值估算精度，其在直線排列多井微測井觀測系統(tǒng)(圖9d)基礎(chǔ)上，通過延長地面排列設(shè)計了多井微測井和地面直線排列相結(jié)合的新型井地聯(lián)合微測井觀測系統(tǒng)，以此實現(xiàn)調(diào)查點的精細(xì)Q值估算。然后基于大炮記錄炮檢點初至波數(shù)據(jù)統(tǒng)計、反演全區(qū)相對Q值，進(jìn)一步運(yùn)用信息融合策略由調(diào)查點精細(xì)Q值約束相對Q值，構(gòu)建精確的近地表Q模型(圖12b)。經(jīng)疊前補(bǔ)償處理，目的層的地震反射波頻帶展寬超過20Hz，極大地提高了地震資料分辨率。不過需要指出的是，文中將高速層激發(fā)、地面遠(yuǎn)排列道接收的直達(dá)波稱為折射波是不當(dāng)?shù)?，具體原因見圖8大炮初至直達(dá)波。

圖11 近地表低速層(a)和降速層(b)Q值平面分布[56]

圖12 昌德工區(qū)(a)和塔河工區(qū)(b)近地表Q值平面分布圖[49，57]

Li等[14]在圖9c所示微測井圓形觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，沿地面測線方向增加了一條過微測井中心點的測線，從而構(gòu)建了井地聯(lián)合微測井觀測系統(tǒng)。進(jìn)一步采用前述譜比法層析反演算法對實測數(shù)據(jù)實施了近地表Q值空間分布的反演成像。經(jīng)合成地震記錄數(shù)據(jù)和大慶油田實測數(shù)據(jù)的試用表明，該方法Q值估算結(jié)果具有較好的穩(wěn)定性和可靠性。

4.3.2 多源多波場聯(lián)合Q值反演

所謂多源多波場聯(lián)合Q值反演主要是指將多種來源數(shù)據(jù)(如面波勘探、小折射、大炮記錄、微測井等)的多種波場(如縱、橫波或直達(dá)波、折射波、反射波、面波等)觀測數(shù)據(jù)共同作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實施聯(lián)合Q值反演成像。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是并行與多進(jìn)程運(yùn)算技術(shù)的出現(xiàn)，極大提高了基于波傳播模擬和層析成像等反演算法的計算效率，相關(guān)軟件技術(shù)日趨成熟并投入商業(yè)應(yīng)用，但是，不論是縱橫波聯(lián)合反演還是井地聯(lián)合反演大多用于深層儲層反演成像[14-17，62]。在近地表速度建模和衰減研究中常見大炮初至反演、微測井初至波反演等單一數(shù)據(jù)源或單一波場的反演，真正基于多種數(shù)據(jù)源或多種波場類型的聯(lián)合近地表Q值反演與建模研究則很少?，F(xiàn)有近地表聯(lián)合反演大多以初至波(初至直達(dá)波、折射波)反演最為普遍，將淺層反射波用于近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查或衰減同樣很少。EI Yadari等[11]基于波傳播模擬法開展了反射波法近地表Q值估算方法探索，受計算方法和計算效率等影響，僅僅較準(zhǔn)確地估算了第一層介質(zhì)的Q值。隨著各種反演成像算法和軟件工業(yè)化應(yīng)用程度的提高，基于多源多波場聯(lián)合Q值反演構(gòu)建精細(xì)近地表Q模型無疑具有良好發(fā)展前景。特別是隨著多波多分量觀測技術(shù)在近地表調(diào)查中的推廣應(yīng)用，開展縱、橫波觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋與反演方法研究較單分量、單一波場的分析更具有實際意義。

5 近地表 Q值估算法對不同地表結(jié)構(gòu)類型的實用性分析

對于不同的近地表結(jié)構(gòu)類型，相應(yīng)近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查方法各不相同。因此，可用于近地表Q值估算的方法也不盡相同。鑒于中國陸上近地表結(jié)構(gòu)類型的多樣性，下面針對部分常見近地表結(jié)構(gòu)類型就前述各種Q值估算方法的實用性做粗略分析(表3)。

由表3可見，對于平原區(qū)，現(xiàn)有近地表Q值估 算方法均具有相對較好的實用性，且各種近地表Q值估算方法的應(yīng)用效果均優(yōu)于其他三種表層結(jié)構(gòu)類型。對于沙漠區(qū)，基于地面觀測的面波、初至波Q值估算與反演是實施近地表Q值估算的最佳途徑。盡管基于微測井，特別是多井微測井用于沙漠區(qū)近地表Q值估算不乏一些成功案例[2，55，61]，但由于沙漠區(qū)成井不宜，故基于微測井實施近地表Q值估算盡管可用，但并非普遍實用的方法。與沙漠區(qū)相比，黃土塬區(qū)和山地巖石區(qū)相對容易獲得鉆孔取樣，故三大類巖石樣本測試方法均可用于Q值估算，部分因地層巖石破碎無法取樣的情況除外。在地表相對平坦區(qū)，基于面波法以及小折射和大炮初至波有望獲得較為理想的近地表Q值估算。在地表起伏變化區(qū)，微測井是獲得近地表Q值估算的最佳途徑。因山區(qū)鉆井成本高，實施多井微測井Q值估算盡管可行，但不實用。需要指出的是，近地表Q值精確估算的主要目的在于衰減補(bǔ)償處理，以提高地震資料的分辨率。但對于沙漠區(qū)、黃土塬區(qū)以及山地碳酸鹽巖裸露區(qū)等極低信噪比地區(qū)，盡管低信噪比成因多樣，或因激發(fā)能量不足、或因表層衰減嚴(yán)重、或因干擾波發(fā)育，或者是多種因素的疊加?？傊?，對于此類地區(qū)勘探的重點是大力提升激發(fā)能量，全方位消除和壓制噪聲，進(jìn)而提高資料的構(gòu)造成像質(zhì)量，甚至可不惜犧牲分辨率換取信噪比。

表3 不同近地表結(jié)構(gòu)類型近地表Q值估算方法實用性初步評價

注： ●實用 ○可用 ×不適用(鉆井成本高)

6 問題與展望

綜上所述，盡管可用于估算近地表Q值的方法很多，但就Q值估算或反演結(jié)果的精度和穩(wěn)定性而言，仍存在明顯的不足，在近地表衰減補(bǔ)償處理中的實際應(yīng)用效果也參差不齊。下面就目前近地表Q值反演估算中存在的問題以及未來可能的發(fā)展方向進(jìn)行初步概述。

(1)Q值測試及反演估算精度整體偏低，因此，設(shè)法提高近地表Q值反演估算精度仍然是未來研究和發(fā)展的主旋律。

現(xiàn)有Q值反演估算方法大多是基于常Q模型，即Q值與頻率無關(guān)這一衰減機(jī)制實現(xiàn)的。事實上，所謂“常Q”一般僅僅是對一個不太寬的頻帶而言的，對于不同的頻率范圍，即使是對同一塊樣品所測Q值也常常是不同的。因計算所采用的模型本身具有極大的近似性，不論是巖石物理實驗測試還是地層原位測量，Q值反演法估算精度整體上偏低，即使是對于普遍認(rèn)為測量精度最高的巖石物理測試結(jié)果，Q值測量的相對誤差依然非常大，一般為10%～20%[5]。由此不難想象，基于地層原位測量數(shù)據(jù)的Q值反演精度將更加令人堪憂。通常認(rèn)為利用微測井?dāng)?shù)據(jù)可準(zhǔn)確求取地層Q值，實際情形是由于上、下行波場的干涉效應(yīng)、短程微屈多次反射波以及透射損失等對頻譜的影響，造成利用理論上純直達(dá)下行波(地面激發(fā)—井中接收)或上行波(井中激發(fā)—地面觀測)求取Q值時，反演估算誤差依然會高達(dá)一倍以上。若采用實測數(shù)據(jù)經(jīng)波場分離后的上、下行波估算Q值，再加上時間拾取誤差以及噪聲干擾的影響，Q值估算誤差將會達(dá)到難以容忍的程度[11，53，58]。因此，設(shè)法提高Q值估算精度將會是未來研究的重中之重。開展Q值估算新方法、新技術(shù)探索研究，尋求更加可靠、穩(wěn)定的Q值估算與反演方法依然任重道遠(yuǎn)。那么，如何來提高近地表Q值反演估算精度呢？筆者認(rèn)為可從以下幾個方面加以深入研究。

1)重視近地表衰減方法理論的改進(jìn)與完善。目前，可用于描述地層介質(zhì)吸收衰減特性的基本理論有很多，諸如黏彈性介質(zhì)理論、雙相介質(zhì)理論、噴射流理論等。不同的理論是基于不同的假設(shè)條件提出的，基于不同理論的分析結(jié)果具有明顯的差異性，Q估算或反演結(jié)果也不同。由于近地表地層介質(zhì)的復(fù)雜性和特殊性，單純利用單一衰減機(jī)制或理論很難完全合理地描述其衰減特性。因此，在現(xiàn)有衰減理論基礎(chǔ)上，如何實現(xiàn)多種理論的相互融合與完美統(tǒng)一，構(gòu)建能夠更加準(zhǔn)確描述近地表吸收衰減特性的新理論，為近地表衰減定量分析奠定基礎(chǔ)，對于優(yōu)化反演算法無疑具有重要的意義，這將是衰減理論研究的重要發(fā)展方向之一。

2)尋求最佳反演方法?，F(xiàn)有的反演估算方法大多是基于經(jīng)典的平面波傳播理論和Futtman模型給出，方法的抗噪性、穩(wěn)定性、靈敏度等還存在很大不足。因此，應(yīng)重視多種算法的互補(bǔ)融合以克服單一算法的局限性。從長遠(yuǎn)來看，基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的全波場Q值層析成像，特別是考慮地形起伏變化的全波場層析反演算法研究，可能對提高反演精度具有積極的意義。換言之，基于多源多波場信息的Q值聯(lián)合反演研究值得進(jìn)一步深入。

3)重視波場分離和有效波提取方法研究。由于地震波場的干涉效應(yīng)以及各種噪聲的影響，不論是微測井?dāng)?shù)據(jù)，還是地面測量數(shù)據(jù)都不同程度受到續(xù)至波場和噪聲的影響，因此，尋求最佳的波場分離方法和有效信息提取方法，是改善近地表Q值估算結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。特別是利用大炮面波信息反演近地表Q值時，準(zhǔn)確的面波資料獲取無疑是保障Q值估算精度的根本。

4)應(yīng)重視淺層地震記錄數(shù)據(jù)偏振特性的研究和校正。以常規(guī)單分量垂直檢波器接收為例，通常當(dāng)炮檢距小于目的層埋深一半時，來自目的層的反射波近似垂直地表出射，此時垂直檢波器接收信號以反射縱波為主，相應(yīng)記錄可視為縱波記錄。但是，對于淺層初至波或淺層反射波而言，不論是在小折射記錄中的折射波、還是大炮記錄中的初至直達(dá)波、折射波或反射波，遠(yuǎn)炮檢距道出射角均很大，因縱波偏振方向嚴(yán)重偏離垂直方向而造成的記錄縱波能量變化是不可忽略的。在這種情況下，利用相關(guān)記錄研究或分析近地表速度變化是可行的，若用于研究衰減效應(yīng)或反演Q值時就必須要注意考慮是否需要進(jìn)行偏振校正。

5)應(yīng)分區(qū)域、分類型研究近地表吸收衰減參數(shù)檢測的影響因素及工藝流程。縱觀中國的陸上近地表結(jié)構(gòu)類型，主要包括第四系沉積形成的平原區(qū)、巨厚沉積且干燥的黃土塬沖溝區(qū)、山地巖石區(qū)、呈現(xiàn)連續(xù)介質(zhì)特征的沙漠區(qū)、沉積地層與火山巖互層區(qū)等多種近地表結(jié)構(gòu)類型。近地表結(jié)構(gòu)類型與特征不同，相應(yīng)近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查方法與參數(shù)表征方法也不盡相同，甚至可以說是千差萬別。為此，分區(qū)域研究不同類型近地表結(jié)構(gòu)特征條件下不同近地表調(diào)查方法的影響因素，評估對近地表參數(shù)檢測的影響程度等。與此同時，開展工藝流程的研究，針對性地通過工藝流程的改進(jìn)與完善有效消除不同區(qū)域、不同類型近地表結(jié)構(gòu)吸收衰減參數(shù)檢測的影響，持續(xù)提升參數(shù)檢測及建場精度。

(2)表層松散介質(zhì)Q值測試、測量研究和創(chuàng)新不足，探索松散介質(zhì)Q值測試技術(shù)應(yīng)予以重視。

近地表由于地層風(fēng)化作用的影響，大多為未固結(jié)成巖的疏松介質(zhì)或破碎巖石，特別是沙漠區(qū)、礫石覆蓋區(qū)等完整取樣基本上是不可能的。那么，如何在不改變松散介質(zhì)特性的前提下，對其開展巖石樣本測試，就必須要在測試方法技術(shù)上尋求突破。目前，相關(guān)研究還很少，楊凱[63]曾將來自塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地的松散沙樣放在特制密閉容器內(nèi)，模擬不同深度地質(zhì)條件，實施了不同壓力和不同含水量的沙層速度與品質(zhì)因子Q值的超聲測試，盡管取得了一定的測試結(jié)果，但這種模擬松散介質(zhì)是否能夠真實反映沙層的客觀實際尚無法驗證。孟祥梅等[64]針對海底松散沉積物，設(shè)計制造了一個長和寬端面分別裝有兩組聲發(fā)射與接收探頭的長方形沉積物箱，可實現(xiàn)聲波速度與衰減系數(shù)聯(lián)合測量。本質(zhì)上與文獻(xiàn)[63]的測試裝置大同小異。此外，專利報告中關(guān)于幾何擴(kuò)散損失的理論表述欠合理，對沉積物箱幾何尺度大小及其對測量結(jié)果的影響等也未加以明確說明，實際應(yīng)用效果無法判定。筆者認(rèn)為，借鑒測井原理，開展表層原位“小樣”測試方法技術(shù)研究和儀器開發(fā)值得去嘗試。

就現(xiàn)場觀測方法而言，針對近地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點，開展包括微測井、小折射以及淺層反射波法在內(nèi)的井地聯(lián)合多波觀測技術(shù)研究，充分利用包含面波、初至波甚至反射波信息在內(nèi)的全波場信息實現(xiàn)近地表Q值的聯(lián)合反演，以避免估算結(jié)果的多解性，獲得近地表Q值精細(xì)的空間分布。或者在最佳波場分離技術(shù)研究基礎(chǔ)上，充分利用大炮記錄中的初至波(直達(dá)波、反射波)以及面波等信息，實現(xiàn)近地表Q值多波聯(lián)合估算與層析反演，以實現(xiàn)Q值的相對穩(wěn)定估算，這些構(gòu)想將有可能成為現(xiàn)有條件下改善Q值估算精度的根本出路。

(3)品質(zhì)因子估算精度定量評價方法缺失。探索可作為Q值評價標(biāo)準(zhǔn)的高精度Q值測試、測量方法值得重視。

眾所周知，地震速度反演結(jié)果的好壞可通過與速度測井資料的對比分析進(jìn)行客觀地評價。但是對于Q值反演結(jié)果而言，迄今為止沒有哪一種方法可獲得準(zhǔn)確的Q值并作為衡量或評價其他方法估算精度或可靠性的判據(jù)。這正是為什么目前大多數(shù)關(guān)于Q值估算的算法研究論文中很少進(jìn)行對比法Q值預(yù)測精度定量評價的主要原因。目前常用評價方法主要有基于方法過程每一步統(tǒng)計誤差的自我評價、基于模型分析結(jié)果的評價以及基于Q補(bǔ)償處理效果的間接、定性評價?？梢哉f，這些評價方法僅是一種權(quán)宜之計，并不能對實測數(shù)據(jù)Q值反演結(jié)果的可靠性作出客觀準(zhǔn)確的評定。因此，尋求可作為Q值評價標(biāo)準(zhǔn)的高精度Q值測試、測量方法值得去探索和研究。對于深層儲層Q反演而言，開展Q值測井技術(shù)研究，利用全波聲波測井記錄直接估算縱、橫波Q值，得到Q值隨深度變化曲線，并以此作為Q值評價的基礎(chǔ)不失為一個可行的途徑。但是對于近地表Q反演而言，是否引入淺層全波列測井實施Q反演，或基于測井原理開發(fā)更加便捷的近地表原位Q測試技術(shù)值得人們?nèi)L試和探索。

一般來說，全地層Q值大致可分為三個層段，即500m以下的油氣勘探層段、0～50m(最大為200m)的近地表層段以及200(或50)～500m的中間層段。之所以選取500m作為分界點主要是考慮到500m是目前VSP測井的上限。這樣一來，500m以下可通過全波列測井或VSP等方法獲得相對高精度Q值。對于近地表層段，理論上，基于微測井的Q值估算應(yīng)該是高精度的。事實上，由于震源、檢波器耦合等多種因素影響，實際反演Q值精度尚難以作為Q值精度評價的標(biāo)準(zhǔn)。至于采用淺層全波列測井求取近地表Q值，測井儀器能否有效耦合推靠井壁，測量結(jié)果能否獲得滿意的Q值估算效果目前尚無法定論。此外，實際生產(chǎn)中一般只有電測井和放射性測井偶有從地面開始的全井段測量，聲波全波列測井很少從地面開始測量，煤田勘探中最淺觀測深度也大多起始于基巖頂面，第四系地層聲波測井縱向分層效果并不理想，這也是一個不容忽視的現(xiàn)實問題。

(4)關(guān)于不同來源數(shù)據(jù)估算Q值的同一性與可比性研究不足。開展不同數(shù)據(jù)源Q值測試及估算結(jié)果的關(guān)聯(lián)性研究值得探討。

由于地震波衰減機(jī)制的復(fù)雜性，以及不同觀測方式的差異性，使得影響地震波衰減的因素呈現(xiàn)出多樣性，進(jìn)而導(dǎo)致不同方法估算Q值的同一性或可比性較差。因此，嘗試并構(gòu)建不同來源反演估算數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)模式，以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的優(yōu)勢互補(bǔ)和充分利用無疑具有重要的現(xiàn)實意義。

研究表明[50]，近地表衰減或Q值是隨頻率變化的，即存在衰減頻散效應(yīng)。而現(xiàn)有的Q值估算均是基于常Q假設(shè)獲得的。從巖石樣本測試、到微測井，再到地面觀測，由于觀測數(shù)據(jù)存在頻率差異，源于不同數(shù)據(jù)源的Q值估算結(jié)果是否具有同一性，是否具有頻散特性，其關(guān)聯(lián)模式是怎樣的，如何實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源Q值估算結(jié)果的互補(bǔ)利用，等等，這些問題均值得進(jìn)一步探索和研究。

(5)關(guān)于面波法Q值反演方法的研究和應(yīng)用不足。

對煤、油氣地震勘探而言，面波法Q值估算不失為一個全新的近地表Q值估算方法。利用面波頻散效應(yīng)，不僅可估算近地表30m范圍內(nèi)地層的橫波Q值，而且在條件有利的情況下也可實現(xiàn)縱波Q值的有效估算。常規(guī)地震勘探擁有豐富的面波信息，但目前的研究和應(yīng)用還幾乎是一片空白。因此，如何充分利用常規(guī)勘探記錄中的面波信息，使其變廢為寶，更好地服務(wù)于高分辨率地震勘探的需要，無疑將會成為地震勘探的福音。

(6)應(yīng)重視近地表橫波Q值估算方法研究，著力提高近地表橫波衰減建模的精度。

隨著多波多分量地震勘探技術(shù)的進(jìn)步和推廣應(yīng)用，對近地表橫波速度和衰減建模的要求也日益提高。由于橫波速度受孔隙流體影響很小，這使橫波速度變化較縱波對地層巖性變化更敏感也更穩(wěn)定。換言之，利用橫波速度構(gòu)建近地表結(jié)構(gòu)模型更可靠。與此同時，分析近地表縱橫波的吸收衰減和波前擴(kuò)散效應(yīng)不僅有利于深層目的層反射波和轉(zhuǎn)換波真實動力學(xué)特性的恢復(fù)，而且有利于通過補(bǔ)償處理提高轉(zhuǎn)換波地震資料的分辨率。正因如此，隨著三分量檢波器在常規(guī)地震勘探以及近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查中應(yīng)用的不斷推廣應(yīng)用，近地表橫波速度建模以及橫波衰減研究已引起業(yè)界的廣泛重視。

目前，除利用巖石樣本測試和面波法等手段可估算近地表橫波衰減和Q值外，類似縱波近地表調(diào)查方法的橫波或縱橫波聯(lián)合觀測系統(tǒng)(如橫波微測井[65]、橫波小折射[66]以及多波多分量觀測[67]等)均可用于橫波衰減研究?，F(xiàn)有的橫波數(shù)據(jù)采集主要有兩種模式： ①基于炸藥震源激發(fā)，三分量檢波器接收，實施縱橫波聯(lián)合數(shù)據(jù)采集； ②基于橫波震源激發(fā)(多采用SH波源)，橫波檢波器接收，實施純橫波數(shù)據(jù)采集。就已發(fā)表文獻(xiàn)看，目前關(guān)于近地表橫波速度建模的相關(guān)研究相對較多，而關(guān)于橫波衰減，特別是Q估算的研究，盡管在算法理論上與縱波一致，但因橫波信息提取、偏振處理等多方面問題，實施近地表橫波Q值估算和反演還存在很大不足，相關(guān)研究還有待進(jìn)一步完善和提高。

最后，需要強(qiáng)調(diào)的是，陸上復(fù)雜多變的近地表結(jié)構(gòu)類型與不同區(qū)域的近地表結(jié)構(gòu)特征、多種存在差異的影響因素交織在一起，加上所選用的檢測方法及手段的多樣性，使得陸上近地表結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測技術(shù)的研發(fā)一直在路上，因此更需要一種科學(xué)與寬容的研究態(tài)度。