疊前時(shí)間偏移技術(shù)在煤田高精度三維地震勘探中的應(yīng)用

摘 要：本文從疊前時(shí)間偏移技術(shù)原理入手，分析了疊前時(shí)間偏移技術(shù)自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，指出疊前時(shí)間偏移技術(shù)已成為提高大傾角地層、構(gòu)造復(fù)雜、橫向非均勻介質(zhì)地區(qū)的三維地震數(shù)據(jù)空間歸位效果的一種有效手段。疊前時(shí)間偏移處理應(yīng)作好以下三方面的工作：疊前偏移的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，偏移速度場(chǎng)的建立，合理選取偏移參數(shù)。通過(guò)分析疊前時(shí)間偏移技術(shù)在三個(gè)不同地區(qū)的三維地震勘探中的應(yīng)用情況得，疊前時(shí)間偏移剖面比疊后時(shí)間偏移剖面斷層清晰，斷點(diǎn)可靠，分辨率明顯提高；無(wú)煤區(qū)邊界波形特征明顯；逆斷層斷點(diǎn)歸位準(zhǔn)確，斷層小斷塊清楚，能夠較準(zhǔn)確地識(shí)別邊界。

關(guān)鍵詞：高精度；三維地震勘探；復(fù)雜地質(zhì)條件；疊前時(shí)間偏移；疊后時(shí)間偏移

煤炭作為我國(guó)目前的主要能源，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用；而且在將來(lái)的較長(zhǎng)時(shí)間里，煤炭仍將是不可替代的主要能源。與此同時(shí)，煤炭資源的開(kāi)采也正由淺部上組煤轉(zhuǎn)向深部下組煤，由簡(jiǎn)單地質(zhì)條件區(qū)轉(zhuǎn)向復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)，這就給作為煤炭地質(zhì)勘探工作重要手段的三維地震勘探提出了更高的要求，勢(shì)必走高精度勘探之路。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，疊前時(shí)間偏移技術(shù)正以其固有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)作為解決這類(lèi)復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)數(shù)據(jù)成像較理想的偏移成像處理手段得到推廣應(yīng)用。

1.疊前時(shí)間偏移技術(shù)原理

疊后時(shí)間偏移基于共中心點(diǎn)的疊加技術(shù)是建立在水平層狀、橫向均勻介質(zhì)的簡(jiǎn)單假設(shè)基礎(chǔ)上的，共中心點(diǎn)疊加的結(jié)果等價(jià)于自激自收的零炮檢距剖面。而當(dāng)?shù)叵聵?gòu)造復(fù)雜、橫向速度變化劇烈時(shí)，共中心點(diǎn)道集中的反射波旅行時(shí)已不再是雙曲線形式，共中心點(diǎn)疊加的結(jié)果也不完全等價(jià)于自激自收的零炮檢距剖面，疊后偏移已不能使地下構(gòu)造正確成像，相反會(huì)由于NMO的傾角濾波作用破壞有效信號(hào)，即使采用傾角時(shí)差校正（DMO，也稱(chēng)疊前部分時(shí)間偏移）也難以得到真正零炮檢距剖面。

疊前偏移不受水平層狀介質(zhì)、自激自收的零炮檢距剖面等假設(shè)限制，比疊后偏移技術(shù)更適應(yīng)實(shí)際資料的復(fù)雜情況，更好地適應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造成像，得到地下構(gòu)造正確的空間形態(tài)及位置，諸如：大傾角、逆掩斷層、復(fù)雜斷塊、特殊地質(zhì)體（巖漿巖體）等。疊前時(shí)間偏移處理技術(shù)利用疊前道集，使用均方根速度場(chǎng)將各個(gè)地震數(shù)據(jù)道偏移到真實(shí)的反射點(diǎn)位置，形成共反射點(diǎn)道集并進(jìn)行疊加，提高了偏移成像精度。疊前時(shí)間偏移方法自身迭代過(guò)程也使最終得到的速度場(chǎng)精度比疊后時(shí)間偏移方法高，從而有利于提高構(gòu)造解釋成圖精度。

疊前時(shí)間偏移算法可基本分為三大類(lèi)即：Kirchhoff積分法、有限差分法和Fourier變換方法。目前的商用成像軟件中，疊前時(shí)間偏移算法基本上都是采用的Kirchhoff積分法。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快，具備非常靈活的、可以將任意一組采樣偏移歸位的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)野外不規(guī)則的觀測(cè)系統(tǒng)。Kirchhoff積分法疊前時(shí)間偏移是建立在點(diǎn)繞射的非零炮檢距方程基礎(chǔ)上，并沿非零炮檢距的繞射旅行時(shí)間軌跡對(duì)振幅求和。Kirchhoff積分法疊前時(shí)間偏移在實(shí)現(xiàn)時(shí)包含兩部分：走時(shí)計(jì)算和積分求和。圖1為疊前時(shí)間偏移流程圖。

影響疊前時(shí)間偏移效果的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)包括：走時(shí)計(jì)算方法、偏移孔徑、抗假頻方法等。①走時(shí)計(jì)算方法（如：雙曲線近似計(jì)算法、4階近似計(jì)算法、射線追蹤近似的彎曲射線計(jì)算法等。）的選擇對(duì)運(yùn)算時(shí)間和偏移結(jié)果的精度有很大的影響。雙曲線近似計(jì)算方法基于層狀介質(zhì)，較小炮檢距假設(shè)，4階近似走時(shí)計(jì)算方法考慮到各向異性參數(shù)，而彎曲射線的走時(shí)計(jì)算方法采用層速度面，非均方根速度計(jì)算走時(shí)。②偏移孔徑的選擇直接影響偏移結(jié)果和運(yùn)算時(shí)間，偏移孔徑的大小與地下反射的傾角有關(guān)。偏移孔徑過(guò)小時(shí)，由于不能涵蓋相帶范圍，大傾角的反射波同相軸難以準(zhǔn)確成像；而偏移孔徑過(guò)大時(shí)，反射波的同相軸可能出現(xiàn)連續(xù)性變差、信噪比降低的現(xiàn)象。③為保證在偏移成像過(guò)程中不出現(xiàn)假頻現(xiàn)象，偏移過(guò)程中最大頻率成份必須滿足空間采樣定理，進(jìn)行反假頻處理。

2.疊前時(shí)間偏移處理的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和速度場(chǎng)建立

高質(zhì)量的疊前數(shù)據(jù)是疊前時(shí)間偏移處理的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確合理的疊前時(shí)間偏移速度場(chǎng)是疊前時(shí)間偏移成功的關(guān)鍵。為此需要做好以下工作：

2.1疊前偏移的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（1） 進(jìn)行疊前去噪與異常振幅處理，提高偏移速度分析精度以及在成像道集或偏移后的疊加中壓噪效果，提高成像精度。

（2）數(shù)據(jù)規(guī)則化處理。采用地表一致性振幅處理技術(shù)、疊前道內(nèi)插技術(shù)、炮檢距均化技術(shù)等，消除由地表?xiàng)l件、激發(fā)或接收因素造成的輸入地震數(shù)據(jù)空間能量不均衡、空間采樣不均勻問(wèn)題，造成的疊前時(shí)間偏移剖面上的畫(huà)弧現(xiàn)象，或偏移疊加不成像，信噪比降低。

（3）靜校正。在做精做細(xì)野外表層調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行近地表的處理和成像，包括：①做地表浮動(dòng)基準(zhǔn)面校正和處理；②在浮動(dòng)基準(zhǔn)面校正基礎(chǔ)上做cmp面速度分析和自動(dòng)剩余靜校 正等提高資料品質(zhì)；③以射線替代垂線，做動(dòng)態(tài)校正，或做波動(dòng)方程基準(zhǔn)面校正，完成浮動(dòng)面到偏移基準(zhǔn)面的校正。

2.2 疊前時(shí)間偏移速度場(chǎng)的建立

利用初始RMS速度模型進(jìn)行目標(biāo)線的疊前時(shí)間偏移之后，除產(chǎn)生了偏移疊加數(shù)據(jù)外還產(chǎn)生了時(shí)間偏移后的CRP道集數(shù)據(jù)體。根據(jù)偏移后的CRP道集修改RMS速度，并最終建立疊前時(shí)間體偏移用速度場(chǎng)有兩種方法：基于層位的RMS速度修改和基于垂向延遲的RMS速度修改。在偏移后的CRP道集上，如果偏移速度大于正確值，則出現(xiàn)欠偏移現(xiàn)象，表現(xiàn)為同相軸下拉；如偏移速度小于正確值，則出現(xiàn)過(guò)偏移現(xiàn)象，同相軸上翹；而速度正確時(shí)，同相軸是平的。

3.疊前時(shí)間偏移應(yīng)用實(shí)例及效果分析

2005年10月，我隊(duì)在煤田地質(zhì)系統(tǒng)首次將疊前時(shí)間偏移技應(yīng)用于三維地震資料處理，并獲得了成功。以后又在多個(gè)礦區(qū)開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用實(shí)踐，在技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用效果兩方面取得明顯進(jìn)展。這些項(xiàng)目處理過(guò)程中的每一環(huán)節(jié)，包括功能模塊和使用參數(shù)，都經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題給予修正，保證了測(cè)區(qū)內(nèi)地震資料處理的質(zhì)量和精度。

3.1 青海省魚(yú)卡煤田東部三維地震勘探疊前時(shí)間偏移處理及效果

青海省魚(yú)卡煤田位于青海省海西州大柴旦行委魚(yú)卡鄉(xiāng)境內(nèi)，三維地震工作區(qū)的標(biāo)高3200m以上，最大高差50m，屬高原丘陵區(qū)，其表淺層及深層地震地質(zhì)條件非常復(fù)雜。

本區(qū)主要含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)大煤溝組上含煤段及下含煤段。其中上含煤段含煤5層，下含煤段含煤3層，M5煤層、M7下煤層為主要煤層。經(jīng)過(guò)多次劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)，斷層及褶皺非常發(fā)育，地層傾角大且變化劇烈；主要目的層的埋深和層間距變化非常大，M5煤層底板與M7下煤層底板間距100m～280m；沉積環(huán)境復(fù)雜多變，主要目的層（煤層）的厚度變化大，區(qū)內(nèi)M5煤層平均厚度為2m，煤層穩(wěn)定；M7下煤層厚度為0.5m～40m，平均厚度為12m，區(qū)內(nèi)存在M7下煤層無(wú)煤區(qū)。三維地震工作區(qū)內(nèi)煤層整體呈一單斜構(gòu)造，在單斜構(gòu)造的基礎(chǔ)上發(fā)育幾條比較大的褶曲，地層傾角一般為20°～40°。

常規(guī)疊后時(shí)間偏移處理已不能滿足該區(qū)地震勘探的需要，因此采用了克?；舴蚍e分法疊前時(shí)間偏移處理獲得了三維空間歸位良好，比較真實(shí)反映實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造特征的三維數(shù)據(jù)體。從處理的效果看，主要表現(xiàn)在：疊前時(shí)間偏移剖面比疊后時(shí)間偏移剖面斷層清晰，斷點(diǎn)可靠，分辨率明顯提高；無(wú)煤區(qū)邊界波形特征明顯；逆斷層斷點(diǎn)歸位準(zhǔn)確，斷層小斷塊清楚，能夠較準(zhǔn)確地識(shí)別邊界。見(jiàn)圖2～圖3。

3.2 開(kāi)灤林南倉(cāng)礦三維地震勘探疊前時(shí)間偏移處理及效果

開(kāi)灤林南倉(cāng)礦位于河北省唐山市玉田縣林南倉(cāng)鎮(zhèn)及林西鎮(zhèn)，位于京、津、唐三角地帶中部，測(cè)區(qū)內(nèi)地形較平坦，村莊多而大，房屋密集；區(qū)內(nèi)地層傾角陡，構(gòu)造復(fù)雜，既有正逆斷層發(fā)育，又有巖漿巖侵入和煤層露頭，需要研究目的層多，地震波場(chǎng)復(fù)雜，構(gòu)造識(shí)別難度大。為了更好地完成地質(zhì)任務(wù)，本區(qū)資料處理時(shí)既作了疊后時(shí)間偏移處理又作了疊前時(shí)間偏移處理。通過(guò)采用疊前偏移時(shí)間處理，時(shí)間剖面上煤層反射波成像良好，主要目的層反射波連續(xù)性、橫向?qū)Ρ刃约皵嗔褬?gòu)造的歸位成像均好于疊后時(shí)間偏移剖面，在地層復(fù)雜地帶構(gòu)造合理、斷點(diǎn)清晰，波組特征明顯，便于識(shí)別和追蹤，易于準(zhǔn)確地進(jìn)行精細(xì)的構(gòu)造解釋和落實(shí)斷裂的空間展布和平面組合。同時(shí)也應(yīng)該看到，煤層較淺，勘探區(qū)村莊多，這對(duì)于淺層煤層成像很不利，對(duì)高精度成像的疊前時(shí)間偏移形成不利。（圖5～圖7示）

3.3 山西沁水胡底煤礦大巷和首采區(qū)三維地震勘探疊前時(shí)間偏移處理及效果

胡底煤礦位于山西省沁水縣胡底鄉(xiāng)，測(cè)區(qū)內(nèi)地表?xiàng)l件復(fù)雜，低降速帶厚度變化大，局部煤系地層傾角較大，時(shí)間剖面偏移歸位很重要。為了尋求在復(fù)雜地質(zhì)條件下使地震成果能夠正確反映地下構(gòu)造形態(tài)，資料處理方法采用了疊前偏移和疊后偏移，充分利用已有資料，為后續(xù)工作提供更多參數(shù)，給解釋工作打下良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)比疊前時(shí)間偏移剖面和疊后時(shí)間偏移剖面對(duì)構(gòu)造的反映的清晰程度看，部分疊前時(shí)間偏移剖面好于疊后時(shí)間偏移剖面，大多數(shù)斷陷點(diǎn)在疊前時(shí)間偏移剖面上繞射波收斂的較好、歸位合理且斷點(diǎn)反映較清楚，尤其是15#煤層反射波品質(zhì)有所提高，構(gòu)造形態(tài)及位置疊前時(shí)間偏移剖面和疊后時(shí)間偏移剖面在傾角大的地段有明顯的差別（見(jiàn)圖8～圖12）。疊前時(shí)間偏移比疊后時(shí)間偏移有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）疊前時(shí)間偏移剖面上繞射波收斂的較好

（2）疊前時(shí)間偏移剖面斷點(diǎn)歸位合理

（3）剖面質(zhì)量提高，構(gòu)造清晰，尤其是15#煤層反射波品質(zhì)提高

（4）排除因資料處理造成的假異常

（5）斷陷點(diǎn)顯示更清楚

5.結(jié)論

在障礙物密集、大傾角、構(gòu)造復(fù)雜以及多煤層地區(qū)進(jìn)行高精度三維地震勘探，一方面必須詳細(xì)分析測(cè)區(qū)地質(zhì)條件，在數(shù)據(jù)采集時(shí)合理設(shè)計(jì)使用觀測(cè)系統(tǒng)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及試驗(yàn)確定參數(shù)施工，確保獲得高質(zhì)量的原始資料；另一方面采用疊前時(shí)間偏移處理技術(shù)手段，可獲得三維空間歸位良好，比較真實(shí)反映實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造特征的三維數(shù)據(jù)體，為地震資料的后續(xù)精細(xì)解釋?zhuān)约叭〉每煽康牡刭|(zhì)成果奠定了基礎(chǔ)。

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【作者簡(jiǎn)介】石君華（1972-），男，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，物探高級(jí)工程師，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)勘查地球物理專(zhuān)業(yè)，從事物探工作。

【文章編號(hào)】1006-2688（2016）03-0013-04