戈壁地區(qū)煤田地震資料處理的特點分析

王充，張光躍，喻兵良

（安徽省勘查技術院， 安徽合肥 230031）

0 引言

隨著我國經濟建設的快速發(fā)展，對包括煤炭在內的能源需求越來越大。國內許多單位已將煤炭勘探領域延伸到山區(qū)、沙漠、戈壁和黃土塬等復雜地區(qū)。

戈壁地貌主要分布在我國新疆、甘肅等西部地區(qū)。由于戈壁地區(qū)地表被厚度不均的干燥松散層覆蓋，地震勘探時不僅會產生嚴重的靜校正問題，而且對地震波特別是高頻成分存在吸收和衰減作用。而隱伏在低速層下面的大小不一的礫石對地震波產生強烈的散射、繞射和屏蔽作用，嚴重降低了地震資料的信噪比和主頻。因此，戈壁地區(qū)獨有的地貌特征和表層巖性特征不僅影響正常的激發(fā)和接收，給地震野外數據采集帶來了新的挑戰(zhàn)，同時，復雜的原始地震資料也給室內資料處理提出了特殊的要求。

在分析內蒙古自治區(qū)額濟納旗路井南地區(qū)地震原始資料有效反射波和各種干擾波特點的基礎上，圍繞如何提高成果剖面的精度和信噪比這個問題，對野外靜校正處理、疊前去噪、振幅補償恢復和偏移成像等關鍵的處理步驟進行了測試和對比，探討了資料處理的重點和難點，總結了適合戈壁地區(qū)地震資料處理的關鍵的方法技術。

1 地震地質條件和原始資料概述

1.1 地震地質概述

勘查區(qū)為沙化荒漠地貌，地面高程一般980～1000m，以戈壁地表為主，地表覆蓋有較松軟的砂土，夾有大量小碎石及卵石，部分覆蓋耐旱植被。第四系中更新統(tǒng)—全新統(tǒng)不整合在中生界侏羅系或白堊系之上，第四系巖性、厚度橫向變化較復雜。中更新統(tǒng)主要由礫石、砂礫石組成，成半固結至固結狀態(tài)，一般厚度1.0～20.Om。上更新統(tǒng)由土黃、灰褐、黃褐色礫石、砂礫石、含礫砂夾黏土、砂土及透鏡狀亞砂土組成，厚度一般8.0～85.Om。全新統(tǒng)以沖積、湖積和風積為主，未成巖的礫石和沙礫石膠結程度差，厚度大。

1.2 原始資料概述

地震資料野外采集工作為可控震源激發(fā)，主要的采集參數為炮點距50m,道距25 m，覆蓋次數124次，最大炮檢距6200 m。工區(qū)地形起伏不大，但由于表層地震地質條件復雜，激發(fā)接收條件差異大，造成不同位置原始單炮記錄的初至波的速度有較大差異。另外，不同位置采集的資料受干擾程度也不一樣，信噪比存在較大差異，主要的干擾波為面波、聲波、淺層折射干擾波、工頻干擾波和隨機干擾波。

2 關鍵處理步驟特點分析

2.1 靜校正處理

靜校正處理在資料處理中是一項重要的基礎工作，它對提高疊前道集的信噪比、疊加效果、精確成像有很重要的作用。靜校正效果不僅影響疊加剖面的信噪比和縱向分辨率，同時 也影響速度分析的質量及時深轉換速度的求取。

由于戈壁地區(qū)地形有一定的起伏，加之表層覆蓋的干燥松散層橫向厚度和速度變化較大(圖1)，因此不可避免的存在或大或小的靜校正量。另外，由于淺表層礫石對地震波的散射和繞射，以及地表地層地震波的衰減作用，使得部分原始單炮初至波受到影響而難以辨認?？梢姀碗s的近地表結構及難以辨識的初至導致該地區(qū)的靜校正問題異常突出。如何采取合適的靜校正方法求取正確的野外靜校正量，是資料處理能否正確成像的關鍵步驟。

針對戈壁地區(qū)的突出靜校正問題，應用幾種常規(guī)靜校正方法進行了測試比較，包括高程靜校正、野外模型靜校正、折射靜校正以及層析靜校正等靜校正方法。

圖1 二維測線淺層速度模型Fig.1 Two-dimensional survey line shallow velocity model

高程靜校正只考慮地形校正，而不考慮低降速帶的影響，因此這種靜校正方法精度低、應用效果差，顯然不適合于低速層橫向變化較大的戈壁地區(qū)。野外模型靜校正適用表淺層較簡單的資料處理，而且其應用前提條件是有較密集的低降速帶調查資料，這樣能計算出較正確的表淺層模型和靜校正量，但由于戈壁地區(qū)低降速帶速度和厚度在空間上變化較大，因此在控制點附近可以得到準確的靜校正量，但對于內插的其他物理點靜校正精度較低、效果較差。

折射靜校正和層析靜校正都需要在地震原始記錄上提取初至波走時信息。從圖2可以看出，單炮初至波主要是直達波和多個折射波，但不同地段單炮初至波變化大。折射靜校正要求折射層穩(wěn)定，低降速帶的速度和厚度縱橫向變化不太劇烈[1]，其應用前提條件是來自同一層折射界面的初至折射波清晰，有較多道數能夠連續(xù)追蹤拾取，并已有一個接近實際的低降速帶平均速度，既能計算出正確的表淺層模型和靜校正量。層析靜校正雖然和折射靜校正一樣需要初至波信息，但它對初至波的要求沒有折射靜校正那么嚴格，無需分辨初至波的類型(直達波、反射波、折射波或哪一層的折射波), 初至信息更加豐富[2]，因此它適用范圍廣，計算精度高，對復雜近地表結構具有很好的適應性，靜校正效果優(yōu)于其他幾種方法。因此，層析靜校正方法是戈壁地區(qū)地震資料處理的最佳選擇，其他靜校正方法可以作為質控手段。由于地表條件的復雜性，野外一次靜校正不能完全消除高頻靜校正量的影響，需要在后期進行基于反射信息的剩余靜校正處理（圖3）。

圖2 不同地段野外記錄初至波比較Fig.2 Comparison of initial arrival waves recorded in the field in different locations

圖3 靜校正前（左）后（右）疊加剖面比較Fig.3 Comparison of stack section before (left) and after (right)static correction

2.2 振幅恢復和補償處理

地震波在地層中傳播時，其波前能量不僅隨著傳播距離的增大而衰減、在傳播過程中還被非彈性地層吸收以及在地層界面發(fā)生透射而發(fā)生振幅損失，使得地震波隨著時間的增大快速衰減，導致原始記錄上中深層振幅能量衰減嚴重。為了消除這種與非反射系數無關的能量變化，需要采用振幅恢復技術，選取合適的球面發(fā)散補償參數和彈性波恢復系數對原始記錄進行縱向能量恢復。

戈壁地區(qū)地面幾乎被粗沙、礫石所覆蓋，不同地段的激發(fā)和接收效果相差較大，導致不同位置原始記錄振幅、頻率存在差異，為了消除由于激發(fā)或接收因素及空間位置不同造成的能量差異，處理中對資料進行地表一致性振幅補償，使得地震記錄各反射波能量均衡。為了做到高保真振幅處理，確保振幅在時間與空間的一致性，在地表一致性振幅補償和球面擴散補償的基礎上依據工區(qū)炮檢點關系，采用地表一致性剩余振幅補償技術，均衡振幅處理的過量或不足，進一步提高中深部煤層的反射波能量，較真實的反映地下煤層的分布與變化。

2.3 疊前噪音衰減

戈壁地區(qū)由于其特殊的淺地表地震地質條件，導致原始地震資料噪音干擾比較復雜，除常見的面波和聲波外，散射、折射多次波等干擾波也很發(fā)育。在做好波場分析的基礎上，針對記錄中存在的各種干擾現象和特點，有針對性的采用多種方法組合去噪，按從強至弱逐級去噪的順序，在炮域、共中心點域、共偏移距域以及t-x域、f-k域、radon域對各種噪音進行衰減，保護低頻有效信號，做好迭前去噪處理。

對聲波的壓制處理：根據聲波的頻率相對較高、速度低及單道衰減快的特點，對其進行去除和壓制處理。

對面波的壓制處理：面波干擾主要分布在近偏移距范圍，具有較低的頻率和較低的視速度，部分能量較強。

對散射波的壓制處理：與聲波和面波等純粹的規(guī)則干擾波不一樣，散射波介于規(guī)則干擾和隨機干擾之間，它既有一定長度的同相軸和視速度，在時空域的分布又具有隨機性，所以需要在時空域對其定位后再進行壓制，以免傷害到無干擾區(qū)域的有效信息。

對折射多次波的壓制處理：折射多次波分布在炮集記錄的淺部，與折射初至波平行，其速度特征和頻率特征與初至波相似，采用f-k濾波及相干濾波來去除相干噪音， 本方法采用了多道識別，單道逐點壓制的策略，被濾波的部分主要集中在被干擾波覆蓋的區(qū)域，其它部分不受影響。圖4為對疊前數據進行綜合去噪處理后的疊加剖面與未去噪的疊加剖面比較，可以看到疊加剖面上面的各種干擾波壓制得比較干凈，突出了有效反射信息。

2.4 偏移成像處理

為了使最終的地震資料能真實準確地反映地下地質構造，需要對疊加數據進行疊后偏移或對優(yōu)化后的疊前數據進行疊前偏移處理。

疊后偏移成像方法較多，計算過程比較簡單，而且是在疊后數據上進行偏移，因此計算速度快。在深部煤系地層相對平緩、地下構造相對簡單、速度場不是很復雜的情況下，采用疊前時間偏移即可滿足地質解釋的要求。

疊前偏移與疊后偏移相比，具有較高的偏移精度。如果中深層地震地質條件比較復雜，煤系地層的斷層和陷落柱比較發(fā)育，速度場和地震波場較為復雜的情況下，采用疊前偏移處理，能使最終處理的地震資料真實準確地反映地下地質構造。

圖4 綜合去噪前（左）后（右）疊加剖面比較Fig.4 Comparison of stack section before (left) and after (right)integrated denoising

疊前偏移分為疊前時間偏移和疊前深度偏移。疊前時間偏移的條件是地震資料信噪比比較高且地下速度場橫向變化不是太劇烈[3]，煤田地震資料大部分都符合這個要求，因此目前已經成為煤田地震資料處理的常規(guī)手段，它可以有效地克服常規(guī)NMO疊加、DMO疊加和疊后偏移的缺點，實現真正的共反射點疊加（圖5）。疊前時間偏移消除了地層傾角對速度的影響，避免了疊加速度分析的多解性，可獲得高精度的偏移速度場，提高偏移成像的精度。疊前時間偏移除了需要一個高質量的疊前數據體以外，正確的偏移速度場和偏移參數是影響偏移效果的關鍵。

疊前深度偏移是目前復雜構造地區(qū)成像的最佳選擇，在石油地震勘探中已經得到廣泛使用，在信噪比高、地質構造和速度場都很復雜的地區(qū)，其成像精度優(yōu)于疊前時間偏移。但是其成像結果高度依賴速度模型，而在低信噪比地區(qū)，不容易得到準確的速度模型，所以它對資料的信噪比有比疊前時間偏移更高的要求，不適合低信噪比資料的偏移成像。由于煤田地震資料的煤系地層在構造上比含油構造簡單，而疊前深度偏移計算量很大，計算過程復雜，所以疊前深度偏移尚沒有在煤炭領域的地震資料處理得到廣泛的使用。

圖5 疊加剖面（左）和疊前時間偏移剖面（右）比較Fig.5 Comparison between the stack section (left) and the pre-stack time migration section (right)

3 結語

戈壁地區(qū)的地震資料一般存在較大的靜校正問題和信噪比問題，另外振幅的縱向衰減和橫向的一致性也比較復雜，在進行資料處理時，需要對原始資料進行詳盡的波場和屬性分析，采取合適的靜校正方法和去噪手段對疊前數據進行優(yōu)化處理。在此基礎上，構建符合地下地質構造規(guī)律的速度場對資料進行疊前時間偏移歸為處理，獲取高質量成像剖面，為下一步的地質解釋提供依據。