地質構造復雜區(qū)地震資料的精細化處理解釋

張 健

（中國煤炭地質總局 物測隊，河北 邢臺 054000）

1 概 況

地震勘探是一個系統(tǒng)工程，需要資料采集、處理和解釋三個環(huán)節(jié)的密切配合，也是最重要的地球物理勘探方法。目前，煤礦采區(qū)三維地震勘探技術已經(jīng)成為構造勘探的首選技術，在全國各大煤礦得到了廣泛的推廣應用。隨著計算機技術飛速發(fā)展，地震資料處理解釋軟件不斷升級，技術人員的解釋經(jīng)驗不斷積累提高，尤其是地震資料處理方法的更新，針對不同的地質條件，處理技術手段、方法越來越多。在這種情況下，通過對以往地震資料的二次精細化處理解釋，能夠獲得新東西、新發(fā)現(xiàn)，使復雜地區(qū)、復雜地質情況、復雜問題得以解決。

本次處理區(qū)域位于魯西南濟寧礦區(qū)的濟寧斷層和嘉祥斷層之間，共劃分為3 個采區(qū)，如圖1 所示。Ⅰ采區(qū)和Ⅲ采區(qū)局部為2002 年和2003 年采集，Ⅱ采區(qū)和Ⅲ采區(qū)剩余部分為2012 年采集。

2 原始資料分析

地震原始記錄質量較好，信噪比較高，目的層反映清楚，同相軸特征突出，能量較強。但存在以下問題：①區(qū)內有村莊、工廠、縱橫交錯的公路和河流，地下有水管、光纜、電纜及水井及空中密集的高壓線等障礙物，為保證資料完整性和施工過程的安全性，對于障礙物段不得不大量采用變觀和特觀的方式，使部份接收點、炮點嚴重偏離設計位置，造成面元疊加次數(shù)分布不均勻，反射點離散程度增加等敝端，同時各種雜亂噪音干擾增加，影響了記錄質量；②激發(fā)層位不穩(wěn)定，局部受流沙影響，致使部分單炮記錄面波干擾大，信噪比降低，再加上該區(qū)構造運動劇烈，斷層發(fā)育，構造復雜，地質反射條件變差，目的層反射復雜多變。

2.1 干擾波類型

研究區(qū)主要的干擾波有異常道干擾、工業(yè)電干擾、面波干擾和聲波干擾等。

2.2 頻譜分析

由圖2 可以看出，研究區(qū)區(qū)單炮中波的淺、中、深部主要頻譜為20～260 Hz、25～160 Hz、5～115 Hz。

圖2 原始單炮分層頻譜分析Fig.2 Stratified spectrum analysis of original single gun

2.3 信噪比分析

總體記錄面貌良好，信噪比、分辨率較高，目的層層次較清楚，同相軸連續(xù)性好、能量強、特征突出。但由于該區(qū)內村莊、建筑物較多，尤其是受占地面積較大的村莊影響，部分區(qū)域壞道、雜亂干擾大；激發(fā)層位不穩(wěn)定，致使部分單炮記錄面波干擾較大，目的層信噪比及分辨率降低。受煤層上部巖漿巖的屏蔽作用的影響，下部煤層局部地段反射波能量變弱。另外，該區(qū)構造運動劇烈，斷層發(fā)育，給資料處理增加了難度。

2.4 子波一致性分析

2 次地震資料采集年度跨度較大，采集參數(shù)（面元方向、激發(fā)接收參數(shù)、儀器因素等） 存在較大差異，造成地震子波形狀、地震波時差等存在差異，如圖3 所示。要實現(xiàn)疊前拼接處理，須采用子波匹配技術消除這些差異的影響。

圖3 Ⅱ、Ⅲ采區(qū)地震疊加剖面Fig.3 Seismic superimposed section of Ⅱand Ⅲ mining area

3 技術難點分析

此次地震資料處理的主要問題有3 點：①兩次地震資料子波如何進行匹配；②地質構造復雜，如何準確地三維歸位成像；③如何解決局部區(qū)域煤層反射波資料信噪比低的問題，在資料處理中，保證地震波的“三高”處理（高信噪比、高保真度、高分辨率） 很重要。

本區(qū)局部煤層信噪比偏低，如何使最終資料準確歸位成像以及如何提高局部煤層反射波信噪比是該區(qū)處理中的主要技術難點，為此在處理中要做好以下技術環(huán)節(jié)：①做好疊前子波的統(tǒng)計工作，消除2 次地震采集帶來的在振幅、頻率、相位等方面存在的差異，實現(xiàn)疊前無縫拼接；②做好疊前規(guī)則干擾和面波衰減消除工作，做好三維地表一致性振幅補償；③做好反褶積測試，在兼顧信噪比的前提下，最大限度地提高地震資料的分辨率；④做好靜校正，完全消除炮點、 檢波點及儀器等產生的靜校正量的影響；⑤在做好常規(guī)速度分析的前提下，做好三維疊前時間偏移速度分析，準確有效地建立三維疊前時間偏移速度場；⑥綜合本區(qū)地質任務及地質構造特征，重點分析做疊前時間偏移的條件，做好疊前時間偏移的每一步關鍵工作，解決復雜區(qū)的構造成像問題。

4 處理中的關鍵技術

（1） 地震子波的匹配處理，做到疊前地震資料無縫拼接。采用局部統(tǒng)計的方法，分別獲?、?、Ⅱ、Ⅲ采區(qū)的地震子波（圖4），采用全局尋優(yōu)的方法，獲取期望輸出子波，得到各個采區(qū)的子波整形濾波算子（圖5），利用得到的子波整形濾波算子分別對各個采區(qū)的地震數(shù)據(jù)資料進行子波整形濾波，完成地震資料的疊前子波匹配處理。

圖4 地震子波對比Fig.4 Comparison of seismic wavelet

圖5 地震子波整形效果對比Fig.5 Comparison of seismic wavelet shaping effect

圖6 為匹配前后疊加剖面效果對比，可以看出匹配前地震剖面在頻率、相位、振幅等存在差異，經(jīng)匹配濾波后，疊加剖面在拼接點做到了頻率、相位、振幅的高度統(tǒng)一。

圖6 疊加剖面效果對比Fig.6 Comparison of superimposed section effect

（2） 采用疊前保幅綜合去噪，提高疊前道集數(shù)據(jù)的信噪比。主要技術方法有：①自適應面波衰減技術；②線性干擾波壓制技術；③工業(yè)電干擾濾除技術；④手工剔出壞道、壞炮?？傮w原則是分離減去法，不損失資料的有效信息。

（3） 采用地表一致性和相對剩余振幅補償，提高中深層反射能量。采用地表一致性振幅補償，對其補償因子做掃描測試，并對地震波球面擴散與吸收進行補償，使地震波能量真正體現(xiàn)煤層介質的真實情況，為地震波的對比及巖性的綜合解釋提供依據(jù)。

（4） 三維折射靜校正技術。應用合適的靜校正模塊和參數(shù)，消除由于地表高程、地表低（降）速帶厚度和速度存在橫向變化而產生的地震波旅行時差，確保疊加剖面的總體質量。

（5） 反褶積，突出中深層優(yōu)勢頻帶和波組特征。本次處理選用地表一致性反褶積，起到了消除面波、短周期鳴震和多次波等干擾波，壓縮地震子波、提高分辨率的作用。

（6） 嚴細的三維切除處理。本次處理采用了時變、空變，網(wǎng)度為200 m×200 m 切除函數(shù)處理，反褶積切除采用假切，在不影響計算反濾波因子的前提下，給后面動校切除留有足夠余地，做動校切除時還要特別注意拉伸畸變帶，最大限度地保留淺層信息，扎實有效地做好切除處理工作。

（7） 三維高精度速度分析。本次處理采用了交互速度分析工具進行疊加速度分析：①選用適合的預測速度和偏移距計算速度譜，提高速度譜的質量；②采用交互速度分析方法，分析每個譜點的疊加能量團，前后左右多方位對比，利用共中心CDP道集、疊加段、DL 曲線，結合常速掃描來檢驗疊加速度的準確性，保證速度拾取的精度。

（8） 三維地表一致性剩余靜校正。本次處理采用了剩余靜校正的多次迭代，逐步優(yōu)化了模型道，提高了速度譜的精度，拾取了精確的剩余靜校正量，使得有效波同相軸信噪比、連續(xù)性得到了明顯提高，剖面質量有了明顯改善。

（9） 精細疊前時間偏移參數(shù)試驗及速度建模，提高偏移成像精度。采用疊前時間偏移的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①兩次地震資料實現(xiàn)了疊前無縫拼接，效果良好，改善了分別處理造成的區(qū)內構造的邊界效應問題；②反映的地質構造特征更清楚，斷層斷點更加可靠，剖面上各煤系地層關系也更加清楚；③信噪比明顯提高，地質構造特征更清楚；④偏移歸位更加準確、合理。

（10） 調諧反褶積。調諧反褶積提高了有效波的主頻和頻寬，增強對薄層的分辨能力。

5 地質解釋成果

地震資料構造解釋的核心是通過地震勘探提供的時間剖面和其他物探資料，以及鉆井地質資料，結合構造學的基本規(guī)律，解決有關構造地質方面的問題，本次構造解釋的重點是斷層的解釋。利用精細化處理后的偏移數(shù)據(jù)體進行了資料的精心解釋，共解釋出發(fā)育于當前主采煤層中斷層251 條，其中新發(fā)現(xiàn)斷層201 條，修改原斷層50 條，否定原斷層22 條，斷層密度達到22.8 條/km2。新發(fā)現(xiàn)斷層中落差大于5 m 的有57 條，落差最大33 m。

本次三維地震資料精細化處理、解釋，斷層斷點更加清晰可靠，主要斷層得到進一步控制，其展布形態(tài)更趨準確合理，也理順了斷層之間的關系，對煤礦的采面設計、煤層采掘均有積極的地質指導作用。

6 結 論

（1） 二次處理解釋技術具有成本低、解釋精度高、成果內容豐富的特點，非常適合在做過三維地震勘探而沒有開采或部分開采的礦區(qū)使用。地震勘探的經(jīng)濟成本主要在資料的野外采集（約占勘探費用的60%～75%），由于人們的環(huán)保健康意識的增強、人力及相應材料成本的增加，野外采集所占的成本比例會越來越高，難度也會越來越大，處理解釋技術的逐步提高，煤礦企業(yè)對地震資料的精度要求日漸提高，對原有地震資料的處理解釋的必要性日益顯現(xiàn)。

（2） 目前國內大多數(shù)煤企均進行過不同程度的采區(qū)三維地震勘探，且主要集中在20 世紀末和21 世紀初進行的，限于當時的處理解釋軟件和技術條件的制約，其地質成果精度不盡如預期要求，況且多數(shù)礦區(qū)上組煤都沒有開采完畢，即使個別礦區(qū)上組煤開采完畢，在對下組煤層開采時更應展開對下組煤層的特殊目標處理的二次處理解釋，以達到更高的產出投入比。

（3） 本次地震資料的二次處理、解釋成果說明原有地震資料處理解釋有很大的提升空間，同時用較少的經(jīng)濟成本取得了較好的地質效果，對原地震資料二次處理、解釋的成功經(jīng)驗完全能夠在煤礦采區(qū)地震勘探中推廣應用。