地震采集處理技術(shù)在黃土塬區(qū)的應(yīng)用

覃雨璐 袁 鐸 朱貝爾

（1.廣東省有色工業(yè)建筑質(zhì)量檢測站有限公司，廣東 廣州 510000；2.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安710043；3.中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

全球陸地表面積10%為黃土覆蓋，我國占比最大，主要分布在陜西北部、甘肅中東部、寧夏南部、山西西部和內(nèi)蒙等鄂爾多斯盆地區(qū)[1-2]，河南、河北和新疆塔里木葉城地區(qū)零星分布。黃土分布區(qū)蘊(yùn)含大量油氣和豐富的煤炭資源，其中煤炭約占全國資源總量的2/3，油氣資源勘探以延長石油為代表獲得重大突破。黃土塬區(qū)作為我國能源的重要儲備基地，具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 工區(qū)概況

川口三維地震工區(qū)位于鄂爾多斯南部鎮(zhèn)原-涇川區(qū)塊內(nèi)，屬于黃土塬區(qū)，地形極其復(fù)雜，具有樹枝狀水系及塬、梁、峁、坡等獨特地貌。地表高程1000m～1500m，一般高差幾十到百米，最大高差為500m。工區(qū)地表普遍分布一層礓石，厚度2m～4m，這些礓石粒徑大小不一，給鉆井工作造成較大麻煩，其對地震波的散射作用也是影響工區(qū)資料品質(zhì)的原因之一。黃土層厚度一般150m～200m，沖溝黃土厚度50m～100m。黃土層下伏第三紀(jì)膠泥和白堊紀(jì)砂巖，深層中生界三疊紀(jì)延長組和侏羅紀(jì)延安組為該勘探的主要目的層。

2 黃土塬勘探方法研究

黃土塬區(qū)地層松散、干燥、彈性差，強(qiáng)烈吸收炸藥震源能量，深部目的層接收到的地震波能量不足；地形變化大、速度不穩(wěn)定使激發(fā)和接收條件受到限制，靜校正問題突出；各向異性嚴(yán)重，產(chǎn)生面波、折射波和多次波等干擾，降低地震資料的信噪比；大地濾波使地震波高頻成分損失嚴(yán)重，降低深層分辨率，難以精細(xì)刻畫目的層。解決這些問題，為精細(xì)解釋提供高品質(zhì)地震剖面，成為該勘探的重點。

2.1 精細(xì)地表調(diào)查

根據(jù)不同工區(qū)微測井、巖芯錄井等調(diào)查方法，黃土塬區(qū)普遍存在干黃土層、濕黃土層和膠泥層，不同地區(qū)厚度不一致，干、濕黃土層位于低速帶，膠泥層位于降速帶。分別選擇濕黃土層和膠泥層作為激發(fā)層，發(fā)現(xiàn)相同藥量條件下，膠泥層激發(fā)比濕黃土層激發(fā)的記錄要好，且膠泥層具有聚能的作用。

川口工區(qū)黃土塬地震勘探分別選取了西部黃土塬區(qū)、中部山坡區(qū)和東部山坡區(qū)作為試驗點。由于小折射適用于地形起伏較小的層狀介質(zhì)，微測井不受地形起伏影響，且不局限于均勻?qū)訝罱橘|(zhì)的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，所以該地表調(diào)查同時采用小折射、單井微測井和巖性錄井的方法進(jìn)行，其中小折射點534個，微測井13個。小折射布置在地形相對平坦地區(qū)，微測井位置與小折射基本一致，兩者同時布置是為了利用微測井驗證小折射數(shù)據(jù)的精度。

西部黃土塬區(qū)解釋了2個層，小折射和微測井低速層速度分別為349m/s和546m/s，兩者降速層速度區(qū)別不大，在1600m/s～1800m/s。小折射解釋的低速層厚度為16m左右，微測井解釋低速層厚度22.54m（表1）。2種方法均未穿透降速層。小折射、微測井低速層速度和厚度差異有可能與干黃土層和濕黃土層間性質(zhì)差異不大，而小折射對界面兩側(cè)速度要求相差較大有關(guān)。

表1 西部黃土塬區(qū)表層調(diào)查速度與厚度

黃土塬區(qū)地層自上而下分別為黃土-紅膠泥-礓石-黃土-紅膠泥-礓石，由巖性錄井結(jié)果顯示自上而下黃土層9m，紅膠泥層4m，礓石位于底部（圖1），潛水面在30m深左右。

圖1 黃土塬區(qū)巖性錄井

2.2 激發(fā)參數(shù)選擇

巨厚黃土層的濾波作用導(dǎo)致單炮頻率低、頻帶窄、信噪比低，可以采用低主頻檢波器、大基距組合、小道距接收和增加覆蓋次數(shù)的方法解決，具體參數(shù)根據(jù)實際情況確定。黃土層中炸藥爆炸的大部分能量消耗在空穴區(qū)和塑性變形區(qū)，大藥量對剖面質(zhì)量的提升作用不明顯，可通過組合井激發(fā)以補(bǔ)償黃土層對炸藥爆炸能量的吸收。據(jù)張萌等（2018）王家?guī)X井組合為3口，王建新等（2011）鄂南黃土塬區(qū)組合井為13口，陳建國等（2019）塔西南組合井為5口，具體組合井?dāng)?shù)以顯示的地震剖面信噪比較高，構(gòu)造形態(tài)清晰為準(zhǔn)[3-6]。

川口工區(qū)黃土塬適合的激發(fā)深度為低速層下1m～3m，施工過程中如遇含有礓石的膠泥層導(dǎo)致成井困難，則在膠泥層下1m深度激發(fā)，根據(jù)巖性調(diào)查試驗結(jié)果定為地表下12m～16m。從試驗結(jié)果看，膠泥層中激發(fā)的，不管是第一層還是第二層，獲得的資料效果均較好。礓石層較厚地段應(yīng)保證在第一層膠泥中激發(fā)，且井深不低于5m安全距離。

黃土塬區(qū)單井藥量為3kg，遇到村莊時減少到1kg或者2kg，井組合數(shù)≧13口，采用主頻為10Hz的低頻檢波器坑埋接收，避免60Hz高頻檢波器壓制有效低頻信號，導(dǎo)致單炮信噪比過低。檢波器沿測線方向線性組合，可根據(jù)地形調(diào)整為矩形，組合圖形為兩串檢波器面積組合，組內(nèi)距3m，行距4m，道間距40m。覆蓋次數(shù)為96次。

2.3 處理方法

黃土塬區(qū)橫向變化大，盡管優(yōu)化采集方法可以減少部分靜校正和干擾波問題，但無法完全解決地形變化、橫向速度變化、地層各項異性等帶來的問題，特別是黃土層對地震波高頻成分的強(qiáng)烈吸收導(dǎo)致有效地震波頻率低、頻帶窄，不能詳細(xì)刻畫地層內(nèi)部詳細(xì)信息。

陳娟等（2012）認(rèn)為在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域采用TOMODLE地表建模和校正系統(tǒng)（圖2），進(jìn)行非線性反演以解決靜校正問題。通過靜校正拉平扭曲的單炮初至，提高疊加剖面質(zhì)量。常速掃描和變速掃描結(jié)合拾取速度，常速掃描可以得到全局速度場趨勢，與實時疊加分析相結(jié)合獲得高精度速度，再與地表一致性剩余靜校正進(jìn)行多次迭代，可有效提高剖面質(zhì)量。

圖2 TOMODEL反演的近地表模型

川口工區(qū)地形起伏大，低降速層的厚度和速度變化大，嚴(yán)重影響剖面的反射主頻、信噪比和疊加效果。該區(qū)主要采用了高程靜校正和層析靜校正相結(jié)合的方法解決靜校正問題。高程靜校正后單炮記錄較原始記錄反射波組的連續(xù)性和初至平滑度較原始記錄有所改善；層析靜校正之后波組連續(xù)性顯著提高，基本消除了初至畸形的問題，初至光滑、起跳干脆（圖3）。經(jīng)過前兩步校正波組仍存在輕微不連續(xù)現(xiàn)象，則進(jìn)一步做短波長靜校正。經(jīng)過三次靜校正，地震疊加剖面品質(zhì)得到極大提升，同相軸連續(xù)，地震波特征突出。

圖3 高程靜校正層析靜校正

單力（2019）指出同一種噪聲在不同區(qū)域會有不一樣的表現(xiàn)形式，需要找出噪聲能量、頻率及空間變化規(guī)律才能找到合適的方法壓制。去噪不宜過度，要在最大限度保持有效波的前提下進(jìn)行。常用措施有剔除異常地震道、KL變換壓制線性噪聲、衰減強(qiáng)振幅干擾和去除共偏移距道集噪聲等方法。

川口工區(qū)干擾波較為發(fā)育，主要有低頻面波、初至多次折射波、線性干擾、工業(yè)電流等（圖4）。這次去噪主要是通過分析有效波的頻率、速度、時空方面的差異，干擾波特征，針對性選擇去噪技術(shù)，采用帶通濾波、切除、頻率均衡等一系列方法進(jìn)行信噪分離（例如50Hz工業(yè)電和面波的分離），突出有效波特征以提高地震記錄的信噪比。

圖4 工區(qū)干擾波

去噪前剖面整體信噪比低，地震同相軸連續(xù)性較差，層間細(xì)節(jié)不清晰，深層同相軸不夠明顯。去噪后剖面中部位置同相軸更為清晰連續(xù)，層間細(xì)節(jié)更明顯，深層同相軸清晰和連續(xù)性也明顯改善。

研究區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地表起伏大，炮點、檢波點地表一致性差，多次波發(fā)育，且地層對地震波的高頻成分具有強(qiáng)烈的吸收作用，地震波的頻帶變窄，應(yīng)用反褶積方法可進(jìn)一步消除這些影響，尤其是補(bǔ)償?shù)卣鸩ǜ哳l成分，拓寬有效記錄頻帶。反褶積前由于地震波高頻成分缺失，地震同相軸較寬緩，經(jīng)過反褶積補(bǔ)償了高頻成分，同相軸波峰波谷分明，地層內(nèi)部信息特征更為明顯。

黃土層對地震波能量衰減作用強(qiáng)，導(dǎo)致深層能量較弱，處理時對資料進(jìn)行能量補(bǔ)償，使振幅變化能真實反應(yīng)地下巖性和流體性質(zhì)的變化。一般采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償和剩余振幅補(bǔ)償?shù)确椒ㄏ穹鶕p失帶來的地震資料品質(zhì)問題。

該工區(qū)采用自動增益恢復(fù)振幅能量，補(bǔ)償?shù)卣鹉芰肯聜鬟^程中的衰減量。通過不同增益時窗時的地震單炮記錄的恢復(fù)對比情況可以看出，400ms時窗的單炮振幅恢復(fù)記錄，空間上由近道到遠(yuǎn)道，時間上由上到下，淺、中、深層次分明，連續(xù)性好。因此在振幅恢復(fù)時窗上，采用了400ms的時窗步長（圖5）。

圖5 能量補(bǔ)償效果

3 結(jié)論

筆者對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合川口三維地震勘探總結(jié)出采集處理的幾個關(guān)鍵點：1） 通過地表精細(xì)調(diào)查，黃土塬低降速帶地層主要包括干黃土、濕黃土、紅色膠泥層。一般選擇聚能作用好的膠泥層作為激發(fā)層，如果沒有則選擇濕黃土。2） 黃土塬激發(fā)深度一般在十幾到二十幾米之間，藥量為2kg～3kg。黃土層中大藥量對剖面質(zhì)量的提升作用不明顯，可以通過多井組合的方法提高單炮記錄的信噪比和分辨率。3） 為了有效壓制干擾波，增強(qiáng)有效信號，采用大基距、小道距組合接收的方法提高覆蓋次數(shù)，解決原始單跑信噪比低的問題。采用主頻為10Hz的低頻檢波器坑埋接收，防止低頻信號受壓制信噪比過低。4） 針對黃土塬地表地質(zhì)情況復(fù)雜導(dǎo)致的靜校正問題，可用高程靜校正、層析靜校正和剩余靜校正等方法，解決初至畸形和不連續(xù)的問題。5） 采用帶通濾波、切除、頻率均衡等一系列方法進(jìn)行信噪分離，將接收到的有效低頻信號做褶積補(bǔ)償高頻成分，拓寬信號的有效頻帶。對振幅做增益，補(bǔ)償損失的能量能有效恢復(fù)振幅，提高地震剖面質(zhì)量。