疊前時間偏移技術在煤田高精度三維地震勘探中的應用

石君華

摘要：本文從疊前時間偏移技術原理入手，分析了疊前時間偏移技術自身的技術優(yōu)勢，指出疊前時間偏移技術已成為提高大傾角地層、構造復雜、橫向非均勻介質地區(qū)的三維地震數(shù)據(jù)空間歸位效果的一種有效手段。疊前時間偏移處理應作好以下三方面的工作：疊前偏移的數(shù)據(jù)準備，偏移速度場的建立，合理選取偏移參數(shù)。通過分析疊前時間偏移技術在三個不同地區(qū)的三維地震勘探中的應用情況得，疊前時間偏移剖面比疊后時間偏移剖面斷層清晰，斷點可靠，分辨率明顯提高；無煤區(qū)邊界波形特征明顯；逆斷層斷點歸位準確，斷層小斷塊清楚，能夠較準確地識別邊界。

關鍵詞：高精度；三維地震勘探；復雜地質條件；疊前時間偏移；疊后時間偏移

煤炭作為我國目前的主要能源，在經(jīng)濟建設中發(fā)揮了重要的作用；而且在將來的較長時間里，煤炭仍將是不可替代的主要能源。與此同時，煤炭資源的開采也正由淺部上組煤轉向深部下組煤，由簡單地質條件區(qū)轉向復雜地質條件地區(qū)，這就給作為煤炭地質勘探工作重要手段的三維地震勘探提出了更高的要求，勢必走高精度勘探之路。隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展，疊前時間偏移技術正以其固有的技術優(yōu)勢作為解決這類復雜地質條件地區(qū)數(shù)據(jù)成像較理想的偏移成像處理手段得到推廣應用。

1.疊前時間偏移技術原理

疊后時間偏移基于共中心點的疊加技術是建立在水平層狀、橫向均勻介質的簡單假設基礎上的，共中心點疊加的結果等價于自激自收的零炮檢距剖面。而當?shù)叵聵嬙鞆碗s、橫向速度變化劇烈時，共中心點道集中的反射波旅行時已不再是雙曲線形式，共中心點疊加的結果也不完全等價于自激自收的零炮檢距剖面，疊后偏移已不能使地下構造正確成像，相反會由于NMO的傾角濾波作用破壞有效信號，即使采用傾角時差校正（DMO，也稱疊前部分時間偏移）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、自激自收的零炮檢距剖面等假設限制，比疊后偏移技術更適應實際資料的復雜情況，更好地適應復雜構造成像，得到地下構造正確的空間形態(tài)及位置，諸如：大傾角、逆掩斷層、復雜斷塊、特殊地質體（巖漿巖體）等。疊前時間偏移處理技術利用疊前道集，使用均方根速度場將各個地震數(shù)據(jù)道偏移到真實的反射點位置，形成共反射點道集并進行疊加，提高了偏移成像精度。疊前時間偏移方法自身迭代過程也使最終得到的速度場精度比疊后時間偏移方法高，從而有利于提高構造解釋成圖精度。

疊前時間偏移算法可基本分為三大類即：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，疊前時間偏移算法基本上都是采用的Kirchhoff積分法。它的優(yōu)點是運行速度快，具備非常靈活的、可以將任意一組采樣偏移歸位的特點，能夠適應野外不規(guī)則的觀測系統(tǒng)。Kirchhoff積分法疊前時間偏移是建立在點繞射的非零炮檢距方程基礎上，并沿非零炮檢距的繞射旅行時間軌跡對振幅求和。Kirchhoff積分法疊前時間偏移在實現(xiàn)時包含兩部分：走時計算和積分求和。圖1為疊前時間偏移流程圖。

影響疊前時間偏移效果的幾個關鍵參數(shù)包括：走時計算方法、偏移孔徑、抗假頻方法等。①走時計算方法（如：雙曲線近似計算法、4階近似計算法、射線追蹤近似的彎曲射線計算法等。）的選擇對運算時間和偏移結果的精度有很大的影響。雙曲線近似計算方法基于層狀介質，較小炮檢距假設，4階近似走時計算方法考慮到各向異性參數(shù)，而彎曲射線的走時計算方法采用層速度面，非均方根速度計算走時。②偏移孔徑的選擇直接影響偏移結果和運算時間，偏移孔徑的大小與地下反射的傾角有關。偏移孔徑過小時，由于不能涵蓋相帶范圍，大傾角的反射波同相軸難以準確成像；而偏移孔徑過大時，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程中不出現(xiàn)假頻現(xiàn)象，偏移過程中最大頻率成份必須滿足空間采樣定理，進行反假頻處理。

2.疊前時間偏移處理的數(shù)據(jù)準備和速度場建立

高質量的疊前數(shù)據(jù)是疊前時間偏移處理的基礎，準確合理的疊前時間偏移速度場是疊前時間偏移成功的關鍵。為此需要做好以下工作：

2.1疊前偏移的數(shù)據(jù)準備

（1）進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、疊前道內插技術、炮檢距均化技術等，消除由地表條件、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、空間采樣不均勻問題，造成的疊前時間偏移剖面上的畫弧現(xiàn)象，或偏移疊加不成像，信噪比降低。

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

2.2疊前時間偏移速度場的建立

利用初始RMS速度模型進行目標線的疊前時間偏移之后，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，并最終建立疊前時間體偏移用速度場有兩種方法：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)過偏移現(xiàn)象，同相軸上翹；而速度正確時，同相軸是平的。

3.疊前時間偏移應用實例及效果分析

2005年10月，我隊在煤田地質系統(tǒng)首次將疊前時間偏移技應用于三維地震資料處理，并獲得了成功。以后又在多個礦區(qū)開展了該項技術的推廣應用實踐，在技術進步和應用效果兩方面取得明顯進展。這些項目處理過程中的每一環(huán)節(jié)，包括功能模塊和使用參數(shù)，都經(jīng)過反復試驗，對發(fā)現(xiàn)的問題給予修正，保證了測區(qū)內地震資料處理的質量和精度。

3.1青海省魚卡煤田東部三維地震勘探疊前時間偏移處理及效果

青海省魚卡煤田位于青海省海西州大柴旦行委魚卡鄉(xiāng)境內，三維地震工作區(qū)的標高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條件非常復雜。

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)過多次劇烈的地殼運動，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)境復雜多變，主要目的層（煤層）的厚度變化大，區(qū)內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)內存在M7下煤層無煤區(qū)。三維地震工作區(qū)內煤層整體呈一單斜構造，在單斜構造的基礎上發(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分法疊前時間偏移處理獲得了三維空間歸位良好，比較真實反映實際地質構造特征的三維數(shù)據(jù)體。從處理的效果看，主要表現(xiàn)在：疊前時間偏移剖面比疊后時間偏移剖面斷層清晰，斷點可靠，分辨率明顯提高；無煤區(qū)邊界波形特征明顯；逆斷層斷點歸位準確，斷層小斷塊清楚，能夠較準確地識別邊界。見圖2～圖3。

3.2開灤林南倉礦三維地震勘探疊前時間偏移處理及效果

開灤林南倉礦位于河北省唐山市玉田縣林南倉鎮(zhèn)及林西鎮(zhèn)，位于京、津、唐三角地帶中部，測區(qū)內地形較平坦，村莊多而大，房屋密集；區(qū)內地層傾角陡，構造復雜，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，地震波場復雜，構造識別難度大。為了更好地完成地質任務，本區(qū)資料處理時既作了疊后時間偏移處理又作了疊前時間偏移處理。通過采用疊前偏移時間處理，時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、橫向對比性及斷裂構造的歸位成像均好于疊后時間偏移剖面，在地層復雜地帶構造合理、斷點清晰，波組特征明顯，便于識別和追蹤，易于準確地進行精細的構造解釋和落實斷裂的空間展布和平面組合。同時也應該看到，煤層較淺，勘探區(qū)村莊多，這對于淺層煤層成像很不利，對高精度成像的疊前時間偏移形成不利。（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)，測區(qū)內地表條件復雜，低降速帶厚度變化大，局部煤系地層傾角較大，時間剖面偏移歸位很重要。為了尋求在復雜地質條件下使地震成果能夠正確反映地下構造形態(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。

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

（1）疊前時間偏移剖面上繞射波收斂的較好

（2）疊前時間偏移剖面斷點歸位合理

（3）剖面質量提高，構造清晰，尤其是15#煤層反射波品質提高

（4）排除因資料處理造成的假異常

（5）斷陷點顯示更清楚

5.結論

在障礙物密集、大傾角、構造復雜以及多煤層地區(qū)進行高精度三維地震勘探，一方面必須詳細分析測區(qū)地質條件，在數(shù)據(jù)采集時合理設計使用觀測系統(tǒng)，嚴格按設計及試驗確定參數(shù)施工，確保獲得高質量的原始資料；另一方面采用疊前時間偏移處理技術手段，可獲得三維空間歸位良好，比較真實反映實際地質構造特征的三維數(shù)據(jù)體，為地震資料的后續(xù)精細解釋，以及取得可靠的地質成果奠定了基礎。