基于疊前時(shí)間偏移技術(shù)的煤礦三維地震精細(xì)處理應(yīng)用

孫新博，梁 哲，崔煥玉，徐毅東

（1.河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，河北 邢臺(tái) 054035；2.河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000；3.河北煤炭科學(xué)研究院，河北 邢臺(tái) 054000）

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，煤炭作為我國(guó)儲(chǔ)量最豐富的能源也經(jīng)歷了一個(gè)產(chǎn)能高速飛漲的過(guò)程。由于淺部煤炭資源逐漸枯竭，開(kāi)采向縱深發(fā)展，煤礦的下組煤已成為主力開(kāi)采煤層。深部地層地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)了新挑戰(zhàn)，煤礦企業(yè)對(duì)影響生產(chǎn)效率和安全的小構(gòu)造越加重視。受煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下滑影響，煤礦投入資金做高精度地面勘探壓力較大。而早期采區(qū)三維地震的勘探成果受限于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)資料處理解釋手段的局限或者對(duì)處理結(jié)果未能充分挖掘蘊(yùn)含的豐富信息，逐漸不能滿(mǎn)足煤礦生產(chǎn)控制精度的需求。因此對(duì)前期采集的三維地震勘探數(shù)據(jù)，運(yùn)用疊前時(shí)間偏移特殊處理技術(shù)進(jìn)行二次精細(xì)處理解釋?zhuān)蔀槊旱V采區(qū)三維地震提高勘探精度的一種新思路。

常規(guī)疊后時(shí)間偏移從爆炸反射面的思路出發(fā)，假設(shè)地震波在水平層狀介質(zhì)中傳播。在此假設(shè)下，疊后時(shí)間偏移對(duì)速度不同的同深度傾斜地層難以做到恰當(dāng)歸位，對(duì)空間速度突變的地質(zhì)體也做不到正確成像。疊前時(shí)間偏移是一種射線(xiàn)成像，對(duì)偏移速度場(chǎng)不敏感，能夠避免疊后時(shí)間偏移處理產(chǎn)生的問(wèn)題，對(duì)各種地質(zhì)構(gòu)造的處理結(jié)果具有較好的成像效果，能達(dá)到地震資料高精度處理解釋效果[2]。在此背景下，本文基于疊前時(shí)間偏移特殊處理技術(shù)，以河北省某礦揭露X3 陷落柱為靶向，以煤礦前期采區(qū)三維地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以提高三維地震處理解釋精度為目標(biāo)，提出了一種新的三維地震精細(xì)解釋思路。

一、疊前時(shí)間偏移原理

疊前時(shí)間偏移是對(duì)共偏移距道集資料動(dòng)校正后，將多次覆蓋中偏移距不同的反射波，通過(guò)相應(yīng)的波動(dòng)方程法及坐標(biāo)變換外推波場(chǎng)，使之一次偏移到各自的反射點(diǎn)上，而后疊加，得到最終偏移結(jié)果。這種處理方法可以有效克服常規(guī)疊后時(shí)間偏移、DMO 和NMO 的缺點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)共反射點(diǎn)疊加，真實(shí)定位反射點(diǎn)的位置，達(dá)到提高測(cè)區(qū)（尤其是構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜區(qū)域）地震剖面分辨率的效果[1]，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造準(zhǔn)確成像。疊前時(shí)間偏移產(chǎn)生的共反射點(diǎn)CRP 道集，能消除因位置和傾角不同產(chǎn)生的反射波造成的影響，可用于優(yōu)化速度分析，同時(shí)也是開(kāi)展地震AVO 反演的基礎(chǔ)[3]。

在疊前時(shí)間偏移處理方法中，克希霍夫疊前時(shí)間偏移方法的計(jì)算效率高，能有效解決復(fù)雜構(gòu)造成像問(wèn)題。本次處理工作采用克?；舴虔B前時(shí)間偏移處理方法開(kāi)展。

二、應(yīng)用實(shí)例及效果

（一）勘探區(qū)地震地質(zhì)條件

1.表層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)屬于華北型煤田，位于太行山東麓，傾斜的沖洪積平原區(qū)，地表平坦，高程范圍為85～95 m，屬于石炭—二疊系煤田，區(qū)內(nèi)地表以農(nóng)田為主，村莊及煤場(chǎng)分布較多且面積較大，這些地表情況對(duì)測(cè)網(wǎng)布置及地震施工造成了一定困難。測(cè)區(qū)潛水位一般在20 m 左右，淺表層大部分為礫石、砂質(zhì)粘土和黃土，礫石的存在給激發(fā)孔成孔造成一定的困難，同時(shí)沉積層松散對(duì)地震波散射作用較強(qiáng)，地震波能量衰減同時(shí)降低了有效波主頻。故表淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

2.深層地震地質(zhì)條件

本區(qū)為石炭-二疊系含煤地層，賦存發(fā)育6 層煤。其中2 煤、9 煤沉積穩(wěn)定，賦存條件較好，煤層與圍巖波阻抗差異大，反射波發(fā)育。3 煤、6 煤、7 煤、8 煤煤層較薄，沉積不穩(wěn)定，較難形成可連續(xù)追蹤的發(fā)射波。本區(qū)主要有4 套標(biāo)準(zhǔn)反射層，其反射特征如下：

圖1 工區(qū)典型剖面

（1）TQ：來(lái)自新生界底界面的反射波，與下伏煤系地層呈角度不整合接觸，波形時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，形成的TQ 反射波大部分地區(qū)可以連續(xù)追蹤。

（2）T2：來(lái)自山西組底界面的反射波，即為2 煤層與其圍巖形成的反射波，由于受采空區(qū)影響反射波質(zhì)量較差，部分地區(qū)不可連續(xù)追蹤。

（3）T9：來(lái)自太原組底界面的反射波，即9 煤層的反射波，波形特征明顯、信噪比較高、能量強(qiáng)，同相軸連續(xù)性較好，可以連續(xù)追蹤。

（4）TO：來(lái)自?shī)W陶系頂界面的反射波，波形特征一般、能量弱、信噪比一般，同相軸連續(xù)性較差，在全區(qū)不能連續(xù)追蹤。

（二）疊前時(shí)間偏移處理的優(yōu)選性

通過(guò)偏移處理能夠?qū)崿F(xiàn)勘探區(qū)地下介質(zhì)的成像。當(dāng)?shù)叵路瓷鋵觾A角較大時(shí)，正常時(shí)差校正（NMO）后的共中心點(diǎn)（CMP）道集疊加不能真正反映共反射點(diǎn)疊加。為此一般疊前部分偏移，經(jīng)修正后稱(chēng)為傾角時(shí)差校正（DMO）。由此實(shí)現(xiàn)共中心點(diǎn)道集向共反射點(diǎn)道集的轉(zhuǎn)換[4]，以此改善CMP 疊加效果，消除時(shí)距曲線(xiàn)中地層傾角影響。在常速介質(zhì)時(shí)，NMO、DMO、CMP 疊加結(jié)合疊后時(shí)間偏移等價(jià)于疊前時(shí)間偏移。由于DMO 是部分疊加，速度分析點(diǎn)正下方附近傾斜反射層會(huì)影響DMO 后的CMP 道集速度分析。只有用疊前時(shí)間偏移后共成像點(diǎn)（CIP）道集疊加的構(gòu)造最佳成像，確定成像速度與反射界面位置才是可信的[5]，因此復(fù)雜構(gòu)造成像首選疊前時(shí)間偏移方法。

疊前時(shí)間偏移基于的非水平任意層狀介質(zhì)模型，取消了輸入數(shù)據(jù)為零炮檢距的假設(shè)，避免了NMO 校正疊加所產(chǎn)生的畸變，能保存更多的疊前地震信息，最終實(shí)現(xiàn)共反射點(diǎn)反射波的疊加，從而準(zhǔn)確勾畫(huà)偏移后的圖像在空間上的位置[6]。

將勘探區(qū)三維地震原始單炮資料分別通過(guò)常規(guī)疊后時(shí)間偏移移和疊前時(shí)間偏處理后，得到的時(shí)間偏移剖面對(duì)比如圖2 所示。

圖2 疊后時(shí)間偏移（上）與疊前時(shí)間偏移（下）對(duì)比

從地震時(shí)間剖面的波組特征、分辨率以及信噪比對(duì)疊后時(shí)間偏移剖面及疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)比分析如下：

局部分析：圖2 中方框中所標(biāo)記的范圍內(nèi)，疊后時(shí)間偏移成果反射信息模糊，同相軸斷斷續(xù)續(xù)，而在疊前時(shí)間偏移剖面里反射波同相軸連續(xù)，背景干凈，干擾少，反射信息更清楚，波組特征更明顯。

整體分析：圖2 中疊前時(shí)間偏移目標(biāo)層的波組特征比疊后時(shí)間偏移剖面連續(xù)性更好，更加清晰，提供給反演處理更好的剖面數(shù)據(jù)，有利于構(gòu)造的精細(xì)解釋?zhuān)黄浯委B前時(shí)間偏移剖面信噪比更高，反射層信息更豐富，反射層增多，提高了地震剖面的橫向分辨率；疊前時(shí)間偏移剖面的對(duì)構(gòu)造接觸關(guān)系勾畫(huà)的更清楚，成像結(jié)果明顯好于疊后時(shí)間偏移剖面，并且能量弱的反射界面區(qū)域，清晰度也得到了大大提升。

（三）基于屬性分析的資料解釋

資料解釋是將地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地質(zhì)成果的過(guò)程，處理后的數(shù)據(jù)體包含了該區(qū)豐富的地質(zhì)信息?；跀?shù)據(jù)處理后的三維數(shù)據(jù)體，結(jié)合區(qū)內(nèi)已知的鉆孔柱狀、煤層底板形態(tài)、測(cè)井及構(gòu)造發(fā)育情況等地質(zhì)信息，開(kāi)展解釋工作。

三維地震數(shù)據(jù)體反映了一個(gè)地下規(guī)則網(wǎng)格的反射情況，包含有豐富的地質(zhì)信息。當(dāng)煤層中存在構(gòu)造、采空區(qū)或煤層厚度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使得彈性參量、速度、密度等產(chǎn)生差異，這些差異造成地震波的頻率、相位、傳播時(shí)間、振幅發(fā)生異常現(xiàn)象。地震屬性分析即基于此類(lèi)隱藏的地震信息異常，多角度分析地震信息在頻率域、時(shí)間、空間的變化，獲取不同的屬性圖件，這些都為陷落柱解釋工作奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)不同地震屬性的綜合分析可以降低單一解釋的不確定性，從而提高解釋的精度。

從目標(biāo)層中提取了多種地震屬性，對(duì)比各屬性對(duì)地質(zhì)目標(biāo)反應(yīng)敏感的強(qiáng)弱，優(yōu)選能較好反映陷落柱形態(tài)較好的屬性，開(kāi)展解釋工作。

結(jié)果表明：地震層間屬性（方差體、瞬時(shí)相位、吸收衰減、瞬時(shí)頻率）對(duì)發(fā)育于煤層中的陷落柱成像清晰。

如圖3、圖4 所示，完成疊前時(shí)間偏移后，基于方差體及吸收系數(shù)屬性，陷落柱在水平方向上的展布變化。

圖3 陷落柱吸收系數(shù)對(duì)比分析

圖4 陷落柱方差體對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)比可以觀(guān)察到，從水平方向看，采用常規(guī)疊后時(shí)間偏移處理，提取屬性體圈定異常區(qū)范圍較大，異常區(qū)內(nèi)外對(duì)比差異性不明顯，邊界界定困難，異常區(qū)成像不清楚。經(jīng)過(guò)疊前時(shí)間偏移處理后，提取的屬性體對(duì)陷落柱邊界勾畫(huà)清晰，范圍變小，邊界內(nèi)外差異性顯著，成像更加清楚明了。從實(shí)際效果上分析，x3 陷落柱長(zhǎng)軸120 m 不變，短軸由98 m 縮短至80 m，2 煤陷落面積較于常規(guī)解釋大大縮小。結(jié)合生產(chǎn)對(duì)x3 陷落柱揭露情況，經(jīng)過(guò)疊前時(shí)間偏移處理后，陷落柱解釋情況更接近于實(shí)際揭露，但圈定異常區(qū)范圍依然大于實(shí)際揭露范圍。

如圖5 所示，從縱向角度看，兩次處理結(jié)果對(duì)比，對(duì)陷落柱勾畫(huà)范圍變化性不大。

圖5 疊前時(shí)間偏移處理后陷落柱縱向展布

綜合分析，經(jīng)過(guò)疊前時(shí)間偏移處理后的解釋成果，較之常規(guī)疊后時(shí)間偏移處理，對(duì)陷落柱展現(xiàn)的結(jié)果更為直觀(guān)，范圍縮小，精度提高，異常形態(tài)及位置更加明顯。但依然比生產(chǎn)揭露的范圍大，這應(yīng)該是陷落柱周邊圍巖破碎或小斷裂發(fā)育，導(dǎo)致發(fā)射波干涉造成的。

疊前時(shí)間偏移處理后，較于疊后時(shí)間偏移地震剖面反射層信息更加豐富，信噪比更高，保存了更多的疊前地震信息，疊前時(shí)間偏移的圖像比疊后時(shí)間偏移在空間位置上更準(zhǔn)確，精度更高。

通過(guò)疊前時(shí)間偏移處理，對(duì)x3 陷落柱解釋的精度提高，能更清晰的指示出陷落柱的形態(tài)及位置。

以生產(chǎn)實(shí)際揭露的陷落柱為靶體，運(yùn)用疊前時(shí)間偏移處理技術(shù)處理識(shí)別陷落柱，優(yōu)于常規(guī)疊后時(shí)間偏移處理識(shí)別，結(jié)果精度提高，方法可行、有效，為以后煤礦三維地震陷落柱精細(xì)解釋提供了指導(dǎo)方法。