高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)在煤田中的應(yīng)用及效果分析

宋琳

（山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，濟(jì)南 250104）

1 引言

近幾年，伴隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，煤田三維地震勘探技術(shù)在煤田生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，勘探精度也在持續(xù)提高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦小構(gòu)造的準(zhǔn)確探測(cè)。但是，伴隨著煤礦綜合機(jī)械化水平的提高，常規(guī)的地震勘探技術(shù)已經(jīng)無法很好地滿足實(shí)際需求，在面對(duì)地形和構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域時(shí)，無法取得準(zhǔn)確的勘探成果。對(duì)此，可以將高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)應(yīng)用到煤田勘探中，對(duì)存在的問題進(jìn)行解決。

2 高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)概述

高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)的基礎(chǔ)是PCS 公司在2000年對(duì)海上地震勘探技術(shù)的研究和應(yīng)用。之后，為了能夠?qū)υ囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，我國(guó)開展了一系列的高密度三維地震試驗(yàn)，推動(dòng)了高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)的發(fā)展，使其在煤田、石油等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于勘探區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的準(zhǔn)確勘察，也可以為煤田和油田后續(xù)開采作業(yè)面的設(shè)計(jì)規(guī)劃提供參考，促進(jìn)開采效率提高。

對(duì)比常規(guī)地震勘探技術(shù)，高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用的是數(shù)字檢波器，其本身具有大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度、無相位畸變等特點(diǎn)，能夠確保原始記錄具備較高的分辨率和保真度。但是，數(shù)字檢波器采集記錄的原始地震資料信噪比相對(duì)較低，會(huì)影響分辨率的提高，如何適當(dāng)提高信噪比，將高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)所具備的高保真、高分辨率優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，是技術(shù)人員需要關(guān)注的核心問題[1]。

高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)具備幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

1）覆蓋次數(shù)高。在使用數(shù)字檢波器進(jìn)行勘探的過程中，信噪比會(huì)對(duì)信息采集產(chǎn)生直接影響，也是決定信息保真率及分辨率的關(guān)鍵指標(biāo)，而信噪比會(huì)隨著覆蓋次數(shù)的變化產(chǎn)生相應(yīng)變化，例如，當(dāng)覆蓋次數(shù)增加時(shí)，信噪比表現(xiàn)為非線性增長(zhǎng)，而當(dāng)覆蓋次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，信噪比增長(zhǎng)的速度會(huì)變慢?；诖耍诳碧焦ぷ髦?，可以通過增加覆蓋次數(shù)來對(duì)低信噪比區(qū)域的構(gòu)造假象進(jìn)行改善，促進(jìn)識(shí)別能力的提高。

2）采樣方式特殊。高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采樣使用的是高密度、小面元的方式，能夠顯著提高勘探區(qū)域總體的信息分辨率，保證地質(zhì)成像圖清晰準(zhǔn)確，借助數(shù)字檢波器在采樣過程中具備的高密度特點(diǎn)，能夠有效避免電磁干擾問題，將信號(hào)和噪聲分離。

3）疊前時(shí)間偏移。在面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，或者構(gòu)造速度橫向變化不明顯的區(qū)域，可以借助疊前時(shí)間偏移技術(shù)進(jìn)行處理，其能夠得到較高的地震剖面，不僅反射波具備更好的連續(xù)性，還可以保證地質(zhì)構(gòu)造成像的清晰度，將勘探區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的現(xiàn)實(shí)情況精準(zhǔn)地反映出來[2]。

3 高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)在煤田中的應(yīng)用

以某煤田為例，運(yùn)用高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)對(duì)煤層進(jìn)行勘探，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息對(duì)比可以明確，數(shù)字檢波器采集的數(shù)據(jù)信噪比更低，從單炮的角度無法準(zhǔn)確識(shí)別深層有效信號(hào)。

對(duì)此，抽取共炮點(diǎn)數(shù)據(jù)后，構(gòu)筑十字排列道集，于十字排列域采用三維錐形濾波法進(jìn)行濾波處理，要求工作人員能夠?qū)⒏蓴_波的頻率、視速度、空間分布特征等充分考慮在內(nèi)，就干擾和噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，能夠?qū)⒊Ｒ?guī)方法難以處理的遠(yuǎn)排列端雙曲型干擾波以及面波頂端存在的強(qiáng)能量有效去除，也不會(huì)對(duì)有效波造成損傷，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻有效信號(hào)的保留。同時(shí)，可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)回到共炮集，運(yùn)用矢量中值濾波的方式，將數(shù)據(jù)中存在的隨機(jī)噪聲去除[3]。依照剖面的實(shí)際情況，可以進(jìn)一步實(shí)施異常振幅壓制以及地表一致性振幅補(bǔ)償，針對(duì)噪聲去除后的記錄進(jìn)行振幅一致性處理，再借助曲波變化，使數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)入曲波域，針對(duì)高密度的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分解，依照不同尺度和不同方向下的曲波系數(shù)的差異性，實(shí)現(xiàn)對(duì)于有效信號(hào)的快速檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，保留有效信號(hào)系數(shù)，壓制噪聲信號(hào)系數(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別弱信號(hào)，支噪后數(shù)字檢波器信噪比曲線如圖1 所示。

圖1 去噪后數(shù)字檢波器信噪比曲線

在經(jīng)過相應(yīng)的去噪以及有效信號(hào)增強(qiáng)后，數(shù)字檢波器的單炮隨機(jī)噪聲明顯減弱，原本具備較強(qiáng)能量的面波信號(hào)遭到壓制，原本反射波特征模糊的情況得到了改善，其連續(xù)性顯著增強(qiáng)，在淹沒弱反射的隨機(jī)噪聲被去除后，弱反射得到了加強(qiáng)，其在數(shù)字檢波器單炮記錄深層部分表現(xiàn)尤其明顯[4]。

對(duì)單點(diǎn)高密度數(shù)字資料實(shí)施多次去噪操作以提升其信噪比，然后運(yùn)用地表一致性振幅，對(duì)地表變化引發(fā)的能量不均衡問題進(jìn)行校正和消除，運(yùn)用球面擴(kuò)散校正和反Q 濾波對(duì)地層吸收和地震波傳輸過程中的能量衰減進(jìn)行恢復(fù)，促進(jìn)高頻反射能量的提高。之后，利用地表一致性反褶積，就地表濾波作用實(shí)施反濾波處理，對(duì)子波的頻率、相位等進(jìn)行補(bǔ)償，將存在的差異消除，同時(shí)，拓展地表和地層吸收引發(fā)的頻率變窄問題，促進(jìn)分辨率的提高。數(shù)字資料的信噪比提升后，再經(jīng)過上述處理，配合相應(yīng)的動(dòng)校正處理和速度分析，能夠獲取單點(diǎn)高密度數(shù)字單炮疊加剖面頻譜。

數(shù)字檢波器原始資料有更強(qiáng)的噪聲和更低的信噪比，對(duì)其進(jìn)行去噪、振幅恢復(fù)以及疊加等處理后，可以得到較模擬檢波器更高的分辨率。而且因?yàn)閿?shù)字檢波器本身具有較寬的頻帶寬度，目的層煤層波的反射能量更加集中，有著更好的波阻特征。

高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)在煤田勘探領(lǐng)域取得了較為理想的應(yīng)用效果，具體體現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）能夠提高覆蓋次數(shù)，將覆蓋次數(shù)控制在了60 次作用內(nèi)；（2）保證了炮檢距的均勻性，有效避免了電磁信號(hào)和干擾波的干擾，促進(jìn)了信號(hào)傳輸精度和準(zhǔn)確度的提升，避免了傾斜信號(hào)的出現(xiàn)；（3）較寬方位角分布的均勻性，可以幫助技術(shù)人員更好地對(duì)數(shù)據(jù)偏移進(jìn)行分析，促進(jìn)成像分辨率和清晰度的提高[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)相比常規(guī)地震勘探技術(shù)更加先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單點(diǎn)高密度數(shù)據(jù)信息的接收，也可以對(duì)煤層中存在的小構(gòu)造（如斷層、陷落柱等）進(jìn)行有效識(shí)別，而且信號(hào)在傳輸和接收的過程中，有著非常強(qiáng)大的抗干擾能力，可以對(duì)各種干擾波進(jìn)行壓制，保證數(shù)據(jù)信息采集準(zhǔn)確性的同時(shí)，能夠有效實(shí)現(xiàn)信噪分離，促進(jìn)煤田整體勘探精準(zhǔn)性的提高。在新的發(fā)展環(huán)境下，伴隨著煤田開發(fā)的持續(xù)，高密度全數(shù)字地震勘探技術(shù)也必然能夠得到更進(jìn)一步的發(fā)展。