淺層低信噪比地震數(shù)據(jù)處理方法研究與應(yīng)用

王亞琪 常鎖亮, 趙 興 趙萬書 曹路通

(1. 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 ，山西省太原市，030024；2. 山西山地物探技術(shù)有限公司 ，山西省晉中市，030600)

淺層地震勘探是工程物探主要的一種勘查技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查、構(gòu)造勘查、活斷層勘查、煤層采空區(qū)勘查及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等領(lǐng)域。該方法主要利用淺層地震反射波所攜帶的地層信息來判斷地下構(gòu)造形態(tài)，利用優(yōu)質(zhì)的地震解釋剖面直觀地反映地下構(gòu)造。

隨著淺層地震勘探應(yīng)用愈加廣泛，勘探目標(biāo)愈加復(fù)雜，淺層地震資料卻一直存在著疊加次數(shù)低，波場復(fù)雜，分辨率與信噪比較低等問題，導(dǎo)致解釋所用剖面多為疊加剖面或疊后時間偏移剖面，其成像效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了解釋精度的要求,為得到高信噪比和高分辨率的解釋剖面，需要采取有針對性的地震資料處理技術(shù)。

本文針對淺層地震資料處理難點，研究出具有針對性的處理關(guān)鍵技術(shù)，包括疊前組合去噪技術(shù)、自適應(yīng)預(yù)測反褶積技術(shù)、各向異性高階動校正與高精度速度分析、Kirchhoff疊前時間偏移成像等，建立相應(yīng)的處理技術(shù)流程，以期得到淺層地震資料的較高的信噪比與分辨率的地震成像資料。

1 淺層地震資料處理中關(guān)鍵技術(shù)

1.1 疊前組合去噪技術(shù)

淺層地震資料有其獨有的特殊性，反射層較淺，受環(huán)境與人類活動干擾較大，有效波與線性噪音視速度、頻率等相近，常被較強的淺層多次折射、地表干擾及高頻干擾等噪音掩蓋，淺層識別噪音道數(shù)較少，因此對去噪技術(shù)提出較高的要求。

常規(guī)的去噪手段難以實現(xiàn)有效壓制干擾。本文采用“六分法”壓制技術(shù)進(jìn)行逐步、多域、有針對性地壓制噪音。主要包括以下步驟：

(1)分類。根據(jù)干擾波各自的頻率特征劃分面波、聲波、多次折射、隨機干擾等。

(2)分步。依據(jù)能量強度差異，采取由強到弱、分步衰減噪音。

(3)分頻。依據(jù)干擾波頻率展布不同，在不同的頻帶壓制不同的噪音。

(4)分域。在共炮點、共檢波點、共偏移距、共中心點等域內(nèi)分別進(jìn)行噪音壓制。

(5)分時。針對不同反射時間段采用不同去噪?yún)?shù)。

(6)分布空間。根據(jù)干擾波的空間展布差異特點采用適當(dāng)?shù)膲褐品椒ā?/p>

通過制定出合理的組合去噪技術(shù)，以期達(dá)到提高信噪比的效果，使有效信號較好保留。

疊前組合去噪前后的單炮記錄對比如圖1所示。

圖1 組合去噪前與F-K域組合去噪后單炮記錄對比圖

原始單炮中面波、多次折射波、聲波等線性噪音較發(fā)育，本次主要采用自適應(yīng)面波衰減技術(shù)壓制面波，相干線性噪音壓制技術(shù)來壓制線性規(guī)則噪音等多種去噪方法相結(jié)合。由圖1可以看出，在去噪后的單炮記錄中，面波與線性規(guī)則噪音壓制效果較好，同時有效信號得到較好的保護，分辨率得到進(jìn)一步提高。

1.2 反褶積技術(shù)

淺層地震資料在疊前去噪后雖然信噪比有了大幅度的提升，因反射層較淺，地表結(jié)構(gòu)變化大，有效波與多次波混淆，多次波的存在嚴(yán)重影響了地震成像的真實性與可靠性，降低了資料的分辨率。因此消除多次波是淺層地震資料處理的又一關(guān)鍵點。采用預(yù)測反褶積衰減多次波的方法雖然能有效地衰減多次波，但是存在較多多次波殘留的問題。因此本文通過設(shè)計自適應(yīng)濾波器，用最小均方算法的迭代公式來更新自適應(yīng)預(yù)測反褶積的關(guān)鍵參數(shù)。將預(yù)測因子、預(yù)測步長、因子長度等參數(shù)與多次波的分布周期與分布范圍相結(jié)合，達(dá)到有針對性地設(shè)置反褶積參數(shù)，達(dá)到壓制多次波，提高分辨率的目的。

自適應(yīng)預(yù)測反褶積技術(shù)應(yīng)用前后對比如圖2所示。由圖2可以看出，多次波與殘留的低頻面波將有效波掩蓋，尤其是在近道超淺層時段，有效波同相軸混雜，存在較嚴(yán)重的分辨率的問題。采用自適應(yīng)預(yù)測反褶積技術(shù)后，多次波得到有效壓制，地震子波壓縮效果良好，有效波同相軸連續(xù)清晰，分辨率得到極大提高，為后期的成像效果與解釋精度奠定了重要的基礎(chǔ)。

圖2 自適應(yīng)預(yù)測反褶積技術(shù)應(yīng)用前后單炮記錄對比圖

1.3 各向異性動校正與高精度速度分析

速度分析主要是通過拾取速度譜對反射同相軸進(jìn)行動校正處理，其主要應(yīng)用的仍是動校正的速度，只有在速度譜上準(zhǔn)確地拾取一次波速度時，其反射同相軸才會被校平，否則都會出現(xiàn)下拉或者上拋現(xiàn)象，這些都不利于水平疊加。

淺層地震資料基于目的反射層較淺、覆蓋次數(shù)較低等局限，攜帶有效信息道數(shù)較少，自相關(guān)速度分析道數(shù)較少，振幅的橫向穩(wěn)定性較差，目的層緊鄰低速帶或者本身就為低速帶，速度在時間和空間上差異較大，動校正量受速度的影響較大，速度分析的精度直接影響到動校正拉平等處理效果。動校正不足與動校正過量CMP道集對比如圖3所示。當(dāng)給定試驗速度過高時，則校正不足，經(jīng)校正過后的反射波同相軸向下彎曲；當(dāng)給定的試驗速度過低時，則校正過量，經(jīng)校正后的反射波同相軸向上彎曲。因此根據(jù)速度掃描后反射波同相軸是否被拉平可求取不同t0時刻處反射波的疊加速度。

圖3 動校正不足與動校正過量CMP道集對比圖

動校正的主要目的是為了消除炮檢距對反射波旅行時的影響，校平共深度點反射波時距曲線的軌跡，增強利用疊加技術(shù)壓制干擾的能力，減小疊加過程中引起的反射波同相軸畸變。

常規(guī)動校正與各向異性對比如圖4所示。

圖4 常規(guī)動校正與各向異性高階動校正CMP道集對比圖

常規(guī)動校正是基于雙曲時差分析，在淺層地震資料處理中，由于介質(zhì)的非均勻性、有效接收道數(shù)較少、速度分析的CDP道集較小等原因，遠(yuǎn)偏移距處有動校不平的現(xiàn)象；采用各向異性動校正是基于非雙曲線動校正，能夠有效適用淺層地表介質(zhì)復(fù)雜的情況，增強了動校正后的反射波能量，提高了分辨率，同相軸的連續(xù)性加強，同時遠(yuǎn)偏移距信息加以有效利用，避免了因為遠(yuǎn)偏移距被切除或動校不平造成的剖面質(zhì)量下降，從而為后續(xù)的地震解釋工作創(chuàng)造了有利條件。

1.4 偏移成像技術(shù)

目前常規(guī)淺層資料的處理由于資料信噪比較低、速度分析不準(zhǔn)確等因素通常只做疊后時間偏移處理，所用到的解釋剖面多為疊后時間偏移剖面，雖然能大致反映地下構(gòu)造形態(tài)，但因成像精度不高，常造成小斷層、微幅構(gòu)造等錯解漏解，并且基于水平假設(shè)的原因，忽略傾角時差的影響，在疊后時間偏移剖面中存在著較大的偏移歸位問題。

本文采用的Kirchhoff疊前時間偏移是地震資料處理中的一個全偏移過程，是在疊后時間偏移的基礎(chǔ)上將共中心點道集(CMP)轉(zhuǎn)換為共反射點道集(CRP)，消除了時距曲線中地層傾角因素的影響。將疊加與偏移有效結(jié)合，將常規(guī)動校正(NMO)、傾角時差校正(DMO)、疊后時間偏移綜合應(yīng)用，實現(xiàn)真正的CRP疊加，得到疊前時間偏移剖面來反映斷層、傾斜層等在地下真實存在的構(gòu)造形態(tài)、埋深等，為后期精細(xì)化解釋奠定良好的基礎(chǔ)。

Kirchhoff疊前時間偏移剖面與常規(guī)疊后時間偏移剖面對比如圖5所示。

圖5 Kirchhoff疊前時間偏移剖面與常規(guī)疊后時間偏移剖面對比圖

通過從分辨率、信噪比、波組特征以及成像精度等方面對比研究，分析得出：疊前時間偏移時間剖面的主要標(biāo)志層的波組特征清晰，同相軸連續(xù)明顯易追蹤，偏移歸位較準(zhǔn)確；疊前時間偏移剖面表現(xiàn)為信噪比較高，橫向分辨率較好，地層反映明顯，接觸關(guān)系明顯；疊前時間偏移處理剖面中斷層

的斷面清晰、斷點干脆，成像效果明顯優(yōu)于疊后時間偏移剖面，尤其是針對淺層斷裂帶弱反射成像精度有了較大提高。

2 應(yīng)用效果分析

基于本文處理技術(shù)及方法針對洪洞淺層地震勘探資料進(jìn)行處理，基于疊前時間偏移剖面解釋得到地震解釋剖面，如圖6所示，經(jīng)時深轉(zhuǎn)換后得到測線深度剖面，如圖7所示。由圖6可以看出，同相軸連續(xù)較好、波組特征明顯，斷裂帶斷層清晰、斷面干脆，解釋效果理想，將淺層第四系晚更新世或全更新世各波阻抗界面基本呈現(xiàn)出來，為淺層第四系地層的構(gòu)造分析、界面識別等奠定了良好的基礎(chǔ)。由圖7可以看出，解釋出了T0、T1、T2、T3、T4五個反射層位，并且揭示了7條斷層，均為正斷層，F(xiàn)hd3、Fhd4-1、Fhd4-2、Fhd4-3、Fhd4-4、Fhd4-5斷層傾向南，傾角為50°～60°；Fhd4、Fhd5斷層傾向北，傾角為45°～70°?？傮w構(gòu)造面貌表現(xiàn)為地層受強拉張作用形成主斷層與伴生斷層發(fā)育的斷裂帶，解釋成果經(jīng)鉆孔驗證，處理效果基本上達(dá)到了高信噪比、高分辨率、高保真度的要求。

圖6 測線地震解釋剖面圖

圖7 測線深度剖面圖

3 結(jié)語

針對淺層地震資料目的反射層較淺、覆蓋次數(shù)較低、干擾較嚴(yán)重、分辨率與信噪比較低等處理難點，采用以疊前組合去噪技術(shù)、自適應(yīng)預(yù)測反褶積技術(shù)、各向異性高階動校正

與高精度速度分析、Kirchhoff疊前時間偏移等關(guān)鍵技術(shù)為核心的處理流程，獲得了良好的成像效果，較好地反映了淺層第四系的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征，滿足了淺層地震資料的解釋精度。

[1] 曹孟起,劉占族.疊前時間偏移處理技術(shù)及應(yīng)用[J].石油地球物理勘探，2006(3)

[2] 陳強，常鎖亮，曾維望.復(fù)雜地區(qū)煤田地震資料的疊前時間偏移處理 [J]. 物探與化探，2010(6)

[3] 陳新榮. 疊前時間偏移成像質(zhì)量影響因素探討[J].油氣地球物理，2007(3)

[4] 范益軍，周芝旭.淺談地震資料處理中的提高信噪比處理技術(shù)[J].石油地球物理勘探,2005(2)

[5] 徐曉萌，呂平洋，王菲茵等. 基于WPT-LMD預(yù)處理的震動信號有效辨識方法研究[J].中國煤炭，2016(3)

[6] 孫黨生,焦凱英,唐大榮等.低信噪比的淺層地震勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù) [J]. 物探與化探， 2004(2)

[7] 牛跟彥. 超淺層地震勘探技術(shù)在小煤窯采空區(qū)中的應(yīng)用研究[J].中國煤炭，2012(6)

[8] 王錫文,秦廣勝,劉向東等.疊前偏移技術(shù)在中原復(fù)雜斷塊區(qū)的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005(4)

[9] 金鳳鳴.低品質(zhì)老地震資料的重新處理方法與應(yīng)用[J].中國石油勘探,2014(1)

[10] 李江，李慶春，張向輝等.疊前時間偏移在煤田地震資料處理中的應(yīng)用[J].物探與化探，2017(1)

[11] 唐漢平.復(fù)雜地震地質(zhì)條件下煤礦采空區(qū)三維地震勘探技術(shù)[J].中國煤炭，2013(12)

[12] 楊豪，H·伽德納. 淺層地震勘探技術(shù)的進(jìn)步[J].中國煤炭，1998(1)