串聯(lián)反褶積在提高下組煤層成像效果上的應(yīng)用

解潔清

(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州，072750)

0 引言

煤田資料中煤層賦存狀態(tài)都是多層疊置的，上組煤層對(duì)下組煤層的反射波存在屏蔽作用，尤其是上組煤層是多層或較厚煤層的情況，直接影響下組煤層的成像效果。隨著煤田進(jìn)一步開發(fā)利用，礦方越來越重視摸清下組煤層的賦存情況?；谝陨显?，如何在資料處理中找到一種提高下組煤層成像質(zhì)量的有效處理方法，成為解決此需求的關(guān)鍵所在。本文立足于改善資料處理流程，利用反褶積技術(shù)的應(yīng)用來提高下組煤層成像質(zhì)量，處理中采用定性分析與定量分析相結(jié)合的手段，使用地表一致性反褶積與預(yù)測(cè)反褶積串聯(lián)的方法，最終使得下組煤層成像效果明顯提高，從而滿足對(duì)下組煤層的解釋需求。

1 地震資料處理中的反褶積方法

1.1 地表一致性反褶積技術(shù)

在地表起伏、表層結(jié)構(gòu)多變的地區(qū)，當(dāng)震源和接收點(diǎn)位置變化時(shí)，激發(fā)條件、接收條件等都發(fā)生變化，不僅造成地震反射波的靜態(tài)延遲，而且會(huì)影響地震記錄的振幅和頻率，使地震反射波波形發(fā)生畸變，最終導(dǎo)致地震反射剖面的分辨率下降，這種近地表?xiàng)l件變化對(duì)地震波的影響可以視為一種線性的濾波作用。針對(duì)這一問題，就必須對(duì)地表的濾波作用進(jìn)行反濾波，在相位、頻率等方面進(jìn)行多方位的補(bǔ)償[1]。研究者們相繼嘗試了不同的地表一致性反褶積校正方法，取得了較好的效果[2-6]。

地表一致性反褶積是一種多道計(jì)算的反褶積，這種反褶積方法是基于地震波可以被分解為共炮點(diǎn)、共接收點(diǎn)、共偏移距等多種成份的思想，消除了炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)、共反射點(diǎn)和炮檢距幾個(gè)方向上濾波器的混合效應(yīng)，求出的反褶積因子比較平穩(wěn)，褶積效果消除了地表變化引起的頻率和相位差異，使得地震記錄的振幅、頻率、相位一致性更好，有利于提高疊加效果，使地震剖面真正反映地下介質(zhì)變化。

1.2 預(yù)測(cè)反褶積技術(shù)

預(yù)測(cè)反褶積方法是由Peacock和Treitel在1969年提出的，該方法在地震資料處理中得到廣泛應(yīng)用[7]。其核心是根據(jù)從實(shí)踐與理論中總結(jié)出來的規(guī)律，求得預(yù)測(cè)濾波因子。使預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的平方和最小的預(yù)測(cè)濾波因子為最終結(jié)果[8]。針對(duì)地震記錄不同頻帶范圍內(nèi)信噪比有差異的問題，對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行分頻段的預(yù)測(cè)反褶積處理，以具有較高信噪比的低頻段反褶積結(jié)果對(duì)高頻段反褶積結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)或修正，消除噪聲對(duì)反褶積的影響，并且選擇性地改變輸入數(shù)據(jù)的頻譜來拓寬地震資料的頻帶寬度，從而滿足高精度地震勘探的需求[9-10]。

1.3 串聯(lián)反褶積技術(shù)

實(shí)際勘探中地表激發(fā)接收條件必然存在差異，由于表層介質(zhì)的吸收不盡相同，激發(fā)后向下傳播子波的差異導(dǎo)致了地震資料的波形、能量不一致，降低資料分辨率[11]。地表一致性反褶積具有對(duì)子波在縱橫向一致性校正的功能，但它主要目標(biāo)是校正子波的振幅譜，并不著重拓寬頻帶，對(duì)高頻成分損失嚴(yán)重的深部資料，并不能達(dá)到提高成像質(zhì)量的目的[12-13]。而現(xiàn)階段在多煤層賦存地區(qū)，要求資料處理成果中淺、中、深部的煤層均呈現(xiàn)較好的成像效果，尤其對(duì)下組煤層的成像需求與日俱增，這就需要對(duì)地震記錄中低頻段信息加以利用，來滿足深部煤層的成像需求。因此，常規(guī)的單一反褶積方法已不能滿足要求。串聯(lián)反褶積技術(shù)是利用地表一致性反褶積來統(tǒng)一地震子波，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)反褶積處理工作，以達(dá)到進(jìn)一步壓縮地震子波，拓寬頻帶的目的[14-15]。

2 串聯(lián)反褶積應(yīng)用效果分析

以提高下組煤層成像效果為目標(biāo)的處理流程為：首先在保留原始資料低頻信息的基礎(chǔ)上，做好噪音衰減與振幅補(bǔ)償，保證資料信噪比。隨后在共炮(CSP)域應(yīng)用第一步地表一致性反褶積技術(shù)，然后在共反射點(diǎn)(CRP)域進(jìn)行速度分析與剩余靜校正的多次迭代，使疊加速度與靜校正量逐步優(yōu)化。最后在共檢波點(diǎn)域應(yīng)用第二步預(yù)測(cè)反褶積技術(shù)，具體過程如圖1所示。

圖1 串聯(lián)反褶積應(yīng)用流程Figure 1 Cascaded deconvolution work flow

根據(jù)不同目標(biāo)區(qū)塊處理要求，兩步反褶積技術(shù)應(yīng)用過程中需分析資料實(shí)際特點(diǎn)，通過優(yōu)選對(duì)比來選取合適的反褶積參數(shù)。反褶積處理效果直接與預(yù)測(cè)步長(zhǎng)、預(yù)測(cè)白噪百分比以及算子長(zhǎng)度等數(shù)值息息相關(guān)[9]。調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)值可控制反褶積的輸出頻率，預(yù)測(cè)步長(zhǎng)越小，輸出頻率越高，但信噪比越低，反之亦然。所以，實(shí)際處理時(shí)，要兼顧輸出頻率與信噪比，根據(jù)實(shí)際資料選擇合理的參數(shù)。表1為處理過程中兩種反褶積方法需要測(cè)試的關(guān)鍵參數(shù)表。

表1 反褶積試驗(yàn)參數(shù)

2.1 上覆多煤層的下組煤成像效果

為了驗(yàn)證提高上覆多煤層的下組煤的成像效果，試驗(yàn)選取山西某礦實(shí)際地震勘探資料，處理目標(biāo)為提高3#煤層與9#煤層下伏15#煤層成像效果。該區(qū)內(nèi)3#煤相對(duì)較厚，9#煤相對(duì)薄，15#煤受上覆兩層煤屏蔽影響，難以形成可連續(xù)追蹤同相軸，無法滿足解釋需求。

在資料處理的過程中，充分保留地震記錄中低頻信息，經(jīng)上述串聯(lián)反褶積流程處理后，15#煤層成像效果顯著提高，區(qū)內(nèi)可連續(xù)追蹤，為資料解釋提供了高質(zhì)量的成果數(shù)據(jù)體，圓滿完成地質(zhì)任務(wù)。圖2為串聯(lián)反褶積提高下組15#煤成像效果的展示圖，目標(biāo)煤層15#煤逐步由無法辨認(rèn)到可連續(xù)追蹤，改善效果顯著；圖3為串聯(lián)反褶積過程中疊加剖面頻譜分析，很明顯該方法使資料的頻帶逐步展寬，低頻段能量逐步增強(qiáng)。圖4為串聯(lián)反褶積應(yīng)用過程中壓縮子波的效果展示，這是通過目標(biāo)煤層自相關(guān)來實(shí)現(xiàn)質(zhì)控的，可以看出子波壓縮效果逐步增強(qiáng)，子波一致性逐步提高。各方面質(zhì)控均體現(xiàn)出地表一致性反褶積后資料頻帶展寬，子波壓縮，子波一致性變好，再次串聯(lián)應(yīng)用預(yù)測(cè)反褶積后頻帶進(jìn)一步展寬，子波得到進(jìn)一步壓縮[11]。

圖2 串聯(lián)反褶積提高某區(qū)下組15#煤成像效果Figure 2 Effect on improving the imaging result for No.15 coal seam at lower by cascaded deconvolution

圖3 串聯(lián)反褶積頻譜拓寬效果Figure 3 Effect on broadening spectrum by cascaded deconvolution

圖4 串聯(lián)反褶積壓縮子波效果Figure 4 Effect on compacting wavelet by cascaded deconvolution

2.2 上覆近距離厚煤層的下組煤成像效果

為了測(cè)試上覆近距離厚煤層的下組煤層的成像效果，試驗(yàn)基于安徽某礦精細(xì)處理項(xiàng)目，處理目標(biāo)為獲取厚煤層7#煤層下20m深處8#煤層的賦存狀態(tài)。由于上組煤層7#煤厚度大且距離很近，8#煤層受其屏蔽影響嚴(yán)重，在原成果剖面中難以辨識(shí)，無法進(jìn)行資料解釋。應(yīng)用本方法流程后，疊加剖面顯示8#煤層反射波同相軸易于分辨，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)追蹤，滿足解釋需求。圖5為該項(xiàng)目應(yīng)用串聯(lián)反褶積技術(shù)逐步提高8#煤成像效果展示， 8#煤在反褶積之前無法辨識(shí)，應(yīng)用一步反褶積后成像質(zhì)量略有提高，但仍難以實(shí)現(xiàn)全區(qū)連續(xù)追蹤，應(yīng)用串聯(lián)反褶積后疊加同相軸可清晰分辨，易于追蹤解釋。

圖5 串聯(lián)反褶積提高某區(qū)下組8#煤成像效果Figure 5 Effect on improving the imaging result for No.8 coal at lower by cascaded deconvolution

3 結(jié)論

在資料處理過程中，充分利用原始資料的低頻信號(hào)，調(diào)整常規(guī)串聯(lián)反褶積應(yīng)用流程，并選取合理的兩步反褶積參數(shù)，可以達(dá)到提高下組煤層成像效果的目的。本文研究?jī)?nèi)容為解決厚煤層下組可采煤層成像問題提供了切實(shí)可行的技術(shù)對(duì)策，進(jìn)而為礦方省去為得到下組煤層分布信息開展二次地震勘探施工的成本，具有一定的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用時(shí)需注意兩點(diǎn)：一是地表一致性反褶積是基于經(jīng)過噪音衰減、振幅補(bǔ)償后的地震記錄，其效果依賴于所輸入的原始記錄與所采用反褶積模型的符合程度。因此在反褶積應(yīng)用之前，應(yīng)盡可能地對(duì)原始資料進(jìn)行合理的預(yù)處理，以最大限度地符合褶積模型；二是無論是地表一致性反褶積還是預(yù)測(cè)反褶積，不只是根據(jù)輸入輸出結(jié)果來分析它們的效果，而且還要使用頻譜分析和自相關(guān)函數(shù)來監(jiān)控處理效果，這在低信噪比的子波形態(tài)不一致地區(qū)尤為重要。