羌塘盆地天然氣水合物反射地震資料處理關(guān)鍵技術(shù)及效果分析

周海娟，匡朝陽(yáng) ，袁興賦，熊強(qiáng)青

(1.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；2.中國(guó)石化集團(tuán)華東石油局 第六物探大隊(duì)，江蘇 南京 210009)

1 引 言

天然氣水合物是天然氣和水在高壓低溫條件形成的冰態(tài)結(jié)晶化合物，廣泛分布在海洋以及一些陸湖的深水環(huán)境、大陸的永久凍土帶和大陸架邊緣、陸坡沉積物中。天然氣水合物是21世紀(jì)的新能源，俗稱(chēng)“可燃冰”，世界上已經(jīng)有許多國(guó)家對(duì)其高度重視并進(jìn)行研究開(kāi)采。海域天然氣水合物地震勘探開(kāi)展得比較早，其方法技術(shù)相對(duì)較成熟[1,2]。

我國(guó)對(duì)陸域永久凍土區(qū)天然氣水合物勘查研究較晚。2008 年第一次在青海祁連山南緣木里凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物實(shí)物樣品后[3,4]，我國(guó)開(kāi)始通過(guò)地震反射波方法技術(shù)對(duì)永久凍土區(qū)天然氣水合物進(jìn)行研究。反射波地震方法在天然氣水合物勘探中被稱(chēng)為最有效方法，在水合物探測(cè)中取得了很好的應(yīng)用效果[5]。

在羌塘盆地天然氣水合物資源勘查區(qū)，開(kāi)展中深層地震測(cè)量，其目的是研究含天然氣水合物地層的地震屬性及其識(shí)別標(biāo)志，探討地震方法在羌塘盆地尋找天然氣水合物的有效性，為羌塘盆地天然氣水合物勘查提供地球物理依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)地震原始資料仔細(xì)分析，充分掌握到勘探區(qū)地震資料的特點(diǎn)、處理的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)各種干擾波的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的壓制方法，采用多域組合去噪方法、去噪模塊串聯(lián)技術(shù)去除各種干擾波，效果十分明顯，提高了資料的信噪比。對(duì)速度分析的難點(diǎn)進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性處理措施，采用交互式速度譜解釋及速度反復(fù)迭代方式求取疊加速度，獲得了高質(zhì)量的疊加剖面，同時(shí)為解釋提供了準(zhǔn)確的參考速度，在很大程度上提高了解釋的精度。從應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)效果分析可以看出，最終處理的剖面波組特征明顯，地質(zhì)現(xiàn)象清楚；偏移歸位準(zhǔn)確、斷層斷點(diǎn)干脆，基底清晰，認(rèn)為處理的關(guān)鍵技術(shù)在羌塘盆地水合物勘探方面的運(yùn)用適應(yīng)性很強(qiáng)，是可行有效的。

2 勘探區(qū)位置及地震條件

2.1 勘探區(qū)位置

羌塘盆地位于青藏高原北部的那曲地區(qū)、阿里地區(qū)和海西地區(qū)，位于昆侖山、岡底斯山、唐古拉山之間，總的地勢(shì)為南低北高，東低西高，南羌塘平均海拔4 500 m以上，北羌塘平均海拔5 000 m以上，總體上是起伏比較緩的高原，高原形態(tài)完整，地形切割微弱，以低山、丘陵為主，間有寬闊的平地?？碧絽^(qū)位于羌塘盆地中部，構(gòu)造上位于羌塘盆地中央隆起帶北緣，北接羌北坳陷(圖1)。中央隆起帶將羌塘盆地分割成南、北兩個(gè)坳陷，從而形成兩坳夾一隆的構(gòu)造地層單元。

圖1 勘探區(qū)構(gòu)造位置

2.2 地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地表多荒漠、湖泊、沼澤、溪流縱橫，地形起伏相對(duì)高差大，老地層的廣泛出露和近地表凍土層的普遍存在，對(duì)地震波能量的屏蔽、吸收、散射作用嚴(yán)重。工區(qū)內(nèi)表層巖性變化較大，個(gè)別地方有第三系和三疊系、二疊系老地層灰?guī)r出露，測(cè)線(xiàn)上分布的巖性主要有灰?guī)r、砂巖、砂礫巖等。第四系覆蓋區(qū)多位于低洼地帶，且普遍存在永久性?xún)鐾翆?，凍土層下伏有低降速帶。表層結(jié)構(gòu)橫向變化較大，高速層速度不穩(wěn)定。

中深部地層分布不規(guī)則，地層之間多呈斷層接觸，勘探區(qū)地層單元主要有：前二疊變質(zhì)巖系(AnP),二疊系(P)，三疊系(T)，侏羅系(J)，白堊系(K)，第三系(N)，第四系(Q)。二疊紀(jì)地層主要為灰色砂巖、泥巖夾灰?guī)r；三疊紀(jì)地層上部以砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r，灰黑色頁(yè)巖為主，中部是灰色厚層微晶灰?guī)r，下部為砂巖、砂礫巖與與泥灰?guī)r互層；侏羅紀(jì)地層多以灰?guī)r為主；白堊紀(jì)為一套河流相紫紅色粗碎屑巖；第三系以砂巖為主。中深部地層巖性差異明顯，較易形成地震反射，地震地質(zhì)條件相對(duì)較理想。

3 地震資料處理關(guān)鍵技術(shù)

3.1 原始資料的特點(diǎn)

羌塘盆地屬于造山帶內(nèi)部的盆地，地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探區(qū)內(nèi)表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，地形起伏較大，溝壑縱橫，區(qū)內(nèi)為較厚的礫石層、流沙層，地層切割性強(qiáng)，產(chǎn)狀多變，地層傾角較大。區(qū)內(nèi)主要以丘陵山地為主，地形起伏較大，區(qū)內(nèi)河灘發(fā)育，沼澤較多，個(gè)別地方有基巖出露地表；丘陵地帶激發(fā)條件差，炮點(diǎn)能量散失嚴(yán)重，不能集中有效波的下傳，反射波高頻信號(hào)在松散的表層中傳播衰減嚴(yán)重，且由于地表巖性變化較大，沼澤、草地、河流、基巖出露區(qū)交替出現(xiàn)，地震資料存在很強(qiáng)的噪聲干擾[6]，如面波、折射波、聲波、次生干擾波和隨機(jī)噪聲等。

對(duì)原始地震資料不同激發(fā)條件下的記錄抽炮顯示可以看出，低洼平地區(qū)單炮記錄信噪比要稍高于山體基巖出露區(qū)和低降速帶厚度較大的丘陵地區(qū)。圖2(a)是低洼平坦處單炮記錄，從圖中可以明顯地看出低洼處的單炮記錄特點(diǎn)：有效波突出，單炮記錄目的層清晰，反射波組齊全，連續(xù)性好，除炮點(diǎn)附近有較強(qiáng)面波干擾外，資料品質(zhì)好，成層性較好，信噪比較高；圖2(b)是丘陵地區(qū)單炮記錄，地震記錄上干擾波種類(lèi)很多，近偏移距被面波和次生干擾波嚴(yán)重干涉，炮點(diǎn)兩側(cè)分布很強(qiáng)的聲波干擾，單炮記錄淺層折射多次波十分發(fā)育，遠(yuǎn)偏移距反射波頻率低，整張記錄上很難看見(jiàn)有效反射信息。

3.2 疊前去噪

因受各種干擾波的影響，資料的信噪比較低，因此提高資料的信噪比，去除各種干擾波的影響，是此次處理工作的難點(diǎn)之一。干擾波在單炮上表現(xiàn)的特征為具有不同的頻率、速度和能量分布，且通常有多種噪聲疊合在一起。這些噪聲嚴(yán)重地干涉有效波，要提高信噪比，疊前去噪工作就十分重要，做好疊前去噪凈化記錄是提高速度分析精度、保證疊加品質(zhì)的基礎(chǔ)。

疊前去噪前需要對(duì)各種干擾波進(jìn)行分析，全區(qū)干擾波十分發(fā)育，主要的干擾波類(lèi)型為：面波、聲波、折射多次波和隨機(jī)高頻噪聲。其中面波能量強(qiáng)，在區(qū)內(nèi)廣泛分布，頻率范圍在5～32 Hz間，視速度在300～1 630 m/s范圍內(nèi)均有分布。折射多次波主要分布在單炮記錄的淺中層，從低速到高速都有，其以不同方向線(xiàn)性分布，能量強(qiáng)，嚴(yán)重干涉了中遠(yuǎn)偏移距的反射波信息。聲波分布在炮點(diǎn)附近近偏移兩側(cè)，能量強(qiáng)，頻率高，這類(lèi)干擾波會(huì)影響道集間的能量均衡。隨機(jī)噪聲，隨機(jī)性強(qiáng)，頻率高，嚴(yán)重影響原始資料的品質(zhì)。

根據(jù)不同干擾波的特點(diǎn)采用不同去噪方法，具體措施有：①根據(jù)記錄中聲波、猝發(fā)脈沖、強(qiáng)振幅、高頻干擾強(qiáng)振幅、頻率高的特點(diǎn)，采用頻率域相關(guān)噪聲衰減技術(shù)[7]，根據(jù)噪聲分布情況，利用高能壓噪模塊采用時(shí)間空間域變換方式選擇不同衰減系數(shù)衰減強(qiáng)能量干擾；②根據(jù)面波頻率、視速度相對(duì)較低，線(xiàn)性發(fā)散，涉及范圍大的特點(diǎn)，通過(guò)時(shí)頻分析，采用自適應(yīng)面波衰減法[8]在頻率域進(jìn)行衰減，在扇形區(qū)域內(nèi)減去面波噪聲；③根據(jù)折射多次波在速度、傾角與有效波往往存在較大的差異，在單炮記錄往往是線(xiàn)性的，是可以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，在f-x域采用空間濾波衰減線(xiàn)性相干噪聲技術(shù)[9]，壓制折射干擾波取得明顯效果。④針對(duì)隨機(jī)噪聲，根據(jù)其具有統(tǒng)計(jì)特性及相干性，采用f-x域隨機(jī)噪聲衰減模塊進(jìn)行噪聲衰減，需避免衰減系數(shù)過(guò)大造成負(fù)面效應(yīng)。

不同的噪聲有不同的特點(diǎn)，壓制的方法有很多種，在實(shí)際處理中需要形成一個(gè)完整的去噪思路，根據(jù)干擾波的能量、頻率、速度等特征，進(jìn)行多域分析，有針對(duì)性地壓制各種干擾波。各種干擾波的壓制要遵循循序漸進(jìn)的方式，分步處理，先強(qiáng)后弱，先線(xiàn)性后隨機(jī)，多域組合去噪技術(shù)[10]和多個(gè)模塊串聯(lián)方式[11]聯(lián)合使用。疊前去噪過(guò)程需要把握一定尺度，將寧可殘留一些噪聲盡量不損失有效信息作為原則，使疊前去噪真正做到保幅保真處理。圖3(a)為原始單炮記錄，圖3(b)為疊前聯(lián)合去噪后壓制干擾波單炮。從圖3(b)可以看出，單炮記錄上的干擾波得到了很好的壓制，單炮近偏移距由淺到深的有效波凸顯出來(lái)，有效波組更加清晰，記錄的信噪比得到了提高。

圖3 疊前聯(lián)合去噪前后對(duì)比

3.3 速度分析

速度資料在資料處理中具有很重要的作用，速度是否正確不但關(guān)系到水平疊加和資料成像的效果，也直接影響到最終解釋的精度。速度分析是資料處理中的重要環(huán)節(jié)，勘探區(qū)由于地震記錄信噪比較低、表層不均勻等原因，給速度分析帶來(lái)了很大的困難。其主要原因有：①大部分測(cè)線(xiàn)單炮記錄淺部存在多層折射波，這些折射層的同相軸和遠(yuǎn)偏移距的反射同相軸疊合在一起，在速度合適的條件下也能成像，使得速度譜上也會(huì)出現(xiàn)折射波成像的能量團(tuán)，很容易被誤認(rèn)為是反射波速度。②由于折射波的置換、干涉等原因，在沒(méi)有消除折射波的情況下進(jìn)行常規(guī)速度掃描，就有可能錯(cuò)誤地把折射波當(dāng)成反射波在剖面上的成像。③老地層出露區(qū)由于橫向巖性變化大、斷層發(fā)育，資料信噪比較低，道集上反射波同相軸畸變嚴(yán)重，疊加速度在橫向和縱向上變化十分劇烈，速度譜能量團(tuán)分散，很難獲得準(zhǔn)確的疊加速度。

針對(duì)勘探區(qū)速度分析存在的困難，為獲取精確的疊加速度，得到滿(mǎn)意的疊加效果，采取了一系列的針對(duì)性處理措施：

1)多層折射波對(duì)速度能量譜求取及識(shí)別速度影響很大。在速度分析之前，先衰減多層折射波干擾，避免遠(yuǎn)道折射波在速度譜求取時(shí)成像；再選用合適的切除參數(shù)，適當(dāng)切除遠(yuǎn)道折射波，減少雙曲線(xiàn)校正的拉伸畸變，提高速度譜能量團(tuán)成像質(zhì)量。

2)為提高速度譜的精度，利用交互方式進(jìn)行速度譜解釋?zhuān)员氵x取一條接近實(shí)際疊加速度的曲線(xiàn)。步驟為先用速度掃描確定的大致速度作為參考，根據(jù)道集上的動(dòng)校正有效波是否被拉直及疊加段結(jié)果的好壞來(lái)選取疊加速度，同時(shí)需要查看速度譜上的能量團(tuán)是否對(duì)應(yīng)有效波的位置，再用速度分析綜合對(duì)比的方法[12]，精細(xì)選取疊加速度，直到剖面滿(mǎn)意為止。

3)在速度譜上按照一定的網(wǎng)格密度拾取速度。在速度橫向變化大或構(gòu)造比較復(fù)雜的部分，需要加密速度網(wǎng)格精細(xì)選取疊加速度。為提高速度拾取的精度，采用速度分析與剩余靜校正反復(fù)迭達(dá)方式，對(duì)速度資料做橫向和縱向上的反復(fù)調(diào)整，直到剩余靜校正量收斂到某個(gè)固定值范圍內(nèi)，剖面達(dá)到最佳疊加效果。

圖4(a)是成像剖面，圖4(b)是疊加速度剖面。從圖4的對(duì)比圖可以看出，地震剖面的構(gòu)造和速度剖面形態(tài)吻合程度相當(dāng)高，有很好地對(duì)應(yīng)性。成像剖面的層位成層性與速度剖面上速度變化趨勢(shì)相似關(guān)系對(duì)應(yīng)較好。速度剖面上淺部右高左低，幾乎呈“向斜”分布，與成像剖面的構(gòu)造形態(tài)大致相似，且老地層被沖刷剝蝕，與上覆地層形成不整合接觸關(guān)系十分明顯，該結(jié)果驗(yàn)證了此次速度分析的有效性和準(zhǔn)確性。

圖4 成像剖面與疊加速度剖面對(duì)比

4 處理效果分析

通過(guò)大量的處理方法和處理參數(shù)測(cè)試，特別是有針對(duì)性地應(yīng)用了關(guān)鍵技術(shù)：疊前去噪和速度分析，仔細(xì)對(duì)比數(shù)據(jù)，合理選擇處理模塊和參數(shù)，最終取得高質(zhì)量的地震剖面。圖5為疊加剖面效果圖。由圖5可以看出，剖面上干擾波去除干凈，淺、中、深層的反射波組層次分明，反射波能量強(qiáng)，波形突出，同相軸連續(xù)性好；剖面的信噪比、分辨率高，主要目的層波組特征明顯，易于追蹤對(duì)比；剖面上斷層、斷點(diǎn)可靠，地層出露與上覆地層接觸關(guān)系清楚?？v觀(guān)剖面，地震相和構(gòu)造特征明顯，各地層反射特征與地層巖性有比較好的一致性，反映的地質(zhì)現(xiàn)象清楚，較好地完成了對(duì)主要目標(biāo)反射層的特征和構(gòu)造上的描述，為研究天然氣水合物地震屬性特征和識(shí)別標(biāo)志提供了地震學(xué)數(shù)據(jù)。

圖5 最終疊加剖面效果

5 結(jié) 論

1)勘探區(qū)地表結(jié)構(gòu)及地下地震地質(zhì)條件十分復(fù)雜，原始地震資料受各種干擾波影響，資料信噪比低，對(duì)于各種干擾波在頻率、速度、能量等特征上進(jìn)行分析，根據(jù)干擾波的特點(diǎn)，采取針對(duì)性去噪方法，采用多域組合、模塊串聯(lián)、多步處理、循序漸進(jìn)的方式及合理的去噪流程，最終很好地壓制了各種干擾波，突出了有效波信息，提高了資料的信噪比。

2)由于表層不均勻，橫向巖性變化大，資料信噪比低，速度在橫向和縱向上變化劇烈，影響了疊加和偏移效果，以及解釋的精度。為獲得精確的疊加速度，對(duì)速度分析存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，找出了相應(yīng)原因，針對(duì)性地采取合理有效的技術(shù)方法，獲得了準(zhǔn)確的疊加速度，使得疊加達(dá)到最佳效果，為準(zhǔn)確成像歸位提供了重要保障。

3)通過(guò)精細(xì)處理，最終處理的成果剖面具有很高的信噪比和分辨率，目的層波組特征明顯，信息豐富，地質(zhì)構(gòu)造特征清晰。在處理復(fù)雜及特殊地震資料前，需仔細(xì)分析對(duì)比資料，掌握到資料處理的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的技術(shù)方法，形成一套系統(tǒng)的處理思路，方能取得很好的效果和滿(mǎn)意的結(jié)果。