曾愛(ài)平，孫立新，杜賢軍

(1.山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安 271021；2.山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊(duì)，山東 泰安 271021)

技術(shù)與方法

地震勘探中多次反射折射波的影響分析及應(yīng)對(duì)措施
——以滕縣煤田某煤礦地震勘探為例

曾愛(ài)平1，孫立新1，杜賢軍2

(1.山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安 271021；2.山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊(duì)，山東 泰安 271021)

多次反射折射波影響地下地質(zhì)目標(biāo)體的地震成像。在魯西南某礦地震勘探區(qū)內(nèi)，由于第四系與侏羅系底礫巖直接接觸，且第四系厚度薄，反射系數(shù)大，產(chǎn)生了多次反射折射波。該研究分析了多次反射折射波產(chǎn)生的機(jī)理，優(yōu)化調(diào)整了勘探設(shè)計(jì)，采取規(guī)則噪音濾波、疊前多道預(yù)測(cè)反褶積、精確的速度等針對(duì)性的處理措施，有效消除了多次反射折射波對(duì)有效波成像的影響，提高了資料信噪比，取得了較好的效果。

多次反射折射波；反褶積；覆蓋次數(shù)；速度分析;滕縣煤田

0 引言

我國(guó)東部煤礦區(qū)由于低速層與降速層較厚，在地震單炮記錄上很少看到多次反射折射波現(xiàn)象[1-4]。但在滕縣煤田微山湖某礦區(qū)地震勘探項(xiàng)目中，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單炮記錄上存在較強(qiáng)的多次反射折射波，對(duì)主要煤層反射波有較強(qiáng)的干涉作用，并導(dǎo)致煤層反射波能量變?nèi)?，信噪比較低[5-7]。

地震多次反射折射波作為一種噪聲，給地震資料處理、解釋帶來(lái)了較大困難。以往西北或沙漠的煤田地震勘探中，由于目的層深度較深，多次反射折射波對(duì)目的層干涉作用不明顯，往往采用切除等手段進(jìn)行處理。該次在設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)上采取了多項(xiàng)措施，達(dá)到消除多次反射折射波影響的目的。

1 多次反射折射波的產(chǎn)生機(jī)理

多次反射折射波是復(fù)雜地區(qū)地震勘探中常見(jiàn)的復(fù)雜波動(dòng)現(xiàn)象，與折射波理論上有聯(lián)系，但與折射波具有不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。一般而言，多次反射折射波的產(chǎn)生條件是：存在相對(duì)平行的2個(gè)界面，且反射界面的反射系數(shù)足夠大，就會(huì)產(chǎn)生多次反射折射波現(xiàn)象[8-11]。多次反射折射波的產(chǎn)生機(jī)理為地震波從上覆低速層入射到下覆高速層頂面時(shí)產(chǎn)生反射，當(dāng)?shù)卣鸩◤纳细驳退賹尤肷涞较赂哺咚賹禹斆鏁r(shí)，產(chǎn)生多次反射，當(dāng)入射角與臨界角相等時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沿高速層頂面的滑行波，從而形成了多次反射折射波。

2 測(cè)區(qū)地質(zhì)與地球物理特征

2.1 地質(zhì)概況

區(qū)域斷裂構(gòu)造主要有近EW和近SN向2組。前者自北而南有汶泗、鄆城、鳧山、韓臺(tái)等斷層；后者自東而西有嶧山、孫氏店、嘉祥、巨野、田橋等斷層。多為走向相同，傾向相反的共生斷層，常呈地塹、地壘或階梯狀，構(gòu)成整個(gè)煤田縱橫方向上的地塹和地壘相間排列的格局。

測(cè)區(qū)內(nèi)均被第四系覆蓋，厚度較薄，約為50～80m，為黃褐色、棕、灰等雜色粘土、砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)砂；侏羅系與第四系不整合接觸，由紫紅色粉砂巖、膠結(jié)緊密的鈣質(zhì)泥質(zhì)砂巖，平均厚度約220m。主要含煤地層為山西組和太原組，主采煤層為3煤層(局部分叉成3上、3下兩層)，總厚度約8m，埋深約450m(圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造示意圖

2.2 地球物理特征

測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊村莊、廠房稠密，一較大河流從測(cè)區(qū)中間穿過(guò)，沙河北面是大片搬遷村莊廢墟，以南多個(gè)村莊幾乎連片，地表施工條件十分復(fù)雜，表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

第四系與侏羅系底礫巖直接接觸，在沉積環(huán)境、巖石物理力學(xué)性質(zhì)等方面都有很大的差異，理論上其底界面是一良好的反射界面，反射系數(shù)大，滿足多次反射折射波產(chǎn)生的客觀條件[12]，在野外試驗(yàn)單炮中出現(xiàn)多次反射折射波的干涉作用，導(dǎo)致淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

勘探主要目的層(3煤)厚度穩(wěn)定，與圍巖波阻抗差異較大，有利于反射波勘探。由于埋深較淺，受多次反射折射波干擾，導(dǎo)致目的層反射波能量較差。因此深層地震地質(zhì)條件一般。由以上分析得知，該區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

3 多次反射折射波的特征分析

根據(jù)鉆孔和地震資料分析，第四系速度較低，一般為1600m/s，密度一般在1.5～1.8g/cm3，而下伏的侏羅系底礫巖速度較高，可達(dá)4000m/s以上，密度也較大，一般可達(dá)2.2～3.3g/cm3，因此第四系底界面反射系數(shù)可達(dá)0.60左右，滿足多次反射折射波產(chǎn)生的條件。多次反射折射波對(duì)較淺目的層反射波將產(chǎn)生較強(qiáng)的干涉作用，同時(shí)屏蔽了激發(fā)地震波能量的下傳，造成深部目的層反射波能量弱、信噪比低。

在原始記錄上(圖2)，多次反射折射波視速度在3100m/s左右，能量較強(qiáng)，目的層反射波受到較強(qiáng)的干涉影響，近道有效觀測(cè)窗口內(nèi)的目的層反射波能量弱、信噪比低。在F-K譜上可以看到多組基本平行的強(qiáng)能量帶，多次反射折射波頻帶較寬，能量較強(qiáng)。

圖2 勘探區(qū)內(nèi)單炮記錄

多次反射折射波對(duì)目的層的干擾嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：①多次反射折射波能量較強(qiáng)，直達(dá)波和初至折射波續(xù)至相位增多，給目的層造成較強(qiáng)的干涉作用。②減少了有效波的下傳能量，造成目的層反射波能量較弱，信噪比低。③炮井干擾較強(qiáng)，近道目的層反射波難以識(shí)別，信噪比更低。因此，多次反射折射波是與復(fù)雜表層結(jié)構(gòu)相關(guān)的一類特殊的波動(dòng)現(xiàn)象。

4 消除多次反射折射波效應(yīng)的措施

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于多次反射折射波對(duì)勘探目的層反射波干涉作用強(qiáng)烈，資料信噪比降低，常規(guī)的切除處理中，目的層反射波往往會(huì)遭到切除，導(dǎo)致有效覆蓋次數(shù)降低。因此，在優(yōu)化勘探設(shè)計(jì)，將原道距為20m優(yōu)化為5m，40m炮距優(yōu)化為20m，24次覆蓋優(yōu)化為60次覆蓋。結(jié)合試驗(yàn)資料，盡量消除多次反射折射波對(duì)目的層位的干涉，在實(shí)際生產(chǎn)中采用小道距、小炮距的高密度、高覆蓋地震勘探技術(shù)，可以最大地消除這種特殊地層結(jié)構(gòu)造成的不利影響，取得較好的勘探效果。圖3所示為提高覆蓋次數(shù)前后對(duì)比圖，圖3a時(shí)間剖面覆蓋次數(shù)為24次，圖3b時(shí)間剖面覆蓋次數(shù)為60次，資料分辨率和信噪比大大提高。

圖3 測(cè)區(qū)內(nèi)覆蓋次數(shù)提高前后時(shí)間剖面圖

4.2 資料處理措施

根據(jù)地震原始數(shù)據(jù)多次反射折射波的特點(diǎn)，采用疊前去噪處理、凈化單炮并做好疊前多道預(yù)測(cè)反褶積等方法，提高目的層分辨率[13-19]，并保持煤層反射波的特征。該區(qū)重點(diǎn)的技術(shù)步驟如下：

4.2.1 規(guī)則噪音濾波

F-K譜為分析和衰減地震噪聲提供了定量的依據(jù)，對(duì)指導(dǎo)野外采集和資料處理，提高地震資料的信噪比和分辨率有一定的參考價(jià)值[20]。根據(jù)多次反射折射波產(chǎn)生機(jī)理和特征，采用疊前去噪處理，消除多次反射折射波對(duì)目的層反射波的干擾，保證了煤層反射波的特征；使用低頻面波濾除軟件，經(jīng)測(cè)試后選擇頻率參數(shù)(F1=1，F(xiàn)2=25)、速度參數(shù)1200m/s進(jìn)行濾波處理后，規(guī)則的低頻干擾波得到了有效地壓制。圖4中，a圖為原始單炮，c圖為a圖對(duì)應(yīng)的F-K譜，b圖為a圖濾波后的單炮，d圖為b圖的F-K譜。從a，b圖中可以看出原始單炮信噪比得到提高；從c，d圖中可以看出，原始單炮噪聲干擾大，經(jīng)過(guò)規(guī)則噪音濾波后，提高了資料的信噪比。

圖4 濾除規(guī)則干擾前后效果及濾出的噪音

4.2.2 疊前多道預(yù)測(cè)反褶積

反褶積是基于地震記錄與子波的相關(guān)性從而提取子波，壓縮子波從而提高地震資料的分辨率[20]。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)分析，疊前多道預(yù)測(cè)反褶積達(dá)到提高分辨率的要求。多道預(yù)測(cè)反褶積系統(tǒng)為輸入、輸出均為多道，與單道預(yù)測(cè)比較，受隨機(jī)誤差的干擾減少，能夠更真實(shí)地反應(yīng)地震道的空變特性。其測(cè)試參數(shù)為：預(yù)測(cè)步長(zhǎng)2,4,8,10,12,16ms;因子長(zhǎng)度51,71,91,121ms。最終采用(8/71)ms的最佳效果。圖5(a)圖框中多次反射折射波對(duì)目的反射層的干涉，通過(guò)疊前多道預(yù)測(cè)反褶積，很大程度上消除了多次反射折射波的干擾，如圖5(b)圖。

圖5 多道預(yù)測(cè)反褶積效果對(duì)比圖

4.2.3 高精度速度分析

速度是地震資料處理的重要參數(shù)之一[21-22]，其精度直接影響著疊加成像效果，只有速度參數(shù)分析準(zhǔn)確，資料處理質(zhì)量才有可靠保障。

在處理每條測(cè)線時(shí)進(jìn)行了3次速度分析，第1次速度分析用于求取第1次剩余靜校正量，第2次速度分析用于求取第2次剩余靜校正量，在2次剩校基礎(chǔ)上，對(duì)照時(shí)間剖面作了第3次速度分析。根據(jù)施工區(qū)速度特點(diǎn)測(cè)區(qū)速度譜點(diǎn)間距選擇為200m，多次迭代速度分析保證了速度分析準(zhǔn)確性，圖6為剩余靜校正前后速度分析對(duì)比圖。

a—剩余靜校正前速度譜；b—剩余靜校正后速度譜圖6 速度分析示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)該區(qū)特殊的地震地質(zhì)條件，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用小道距、高覆蓋二維地震勘探技術(shù)，提高了資料的有效覆蓋次數(shù)，提高了資料的信噪比；通過(guò)特殊的處理措施，有效地消除了多次反射折射波對(duì)目的層反射波的干擾，獲得的時(shí)間剖面信噪比、分辨率較高，為資料解釋奠定了可靠基礎(chǔ)。根據(jù)已經(jīng)揭露的巷道顯示，解釋成果解決了特殊表層結(jié)構(gòu)引起多次反射折射波帶來(lái)的難題，提高了地震勘探的針對(duì)性。

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Effect Analysis on Multiple Reflection Refraction in Seismic Exploration and Countermeasures——Setting Seismic Exploration in a Coal Mine in Tengxian Coalfield as an example

ZENG Aiping1, SUN Lixin1, DU Xianjun2

(1. Geophysical Survey Brigade of Shandong Coal Geological Bureau, Shandong, Tai'an 271021, China; 2. No.5 Prospecting Brigade of Shandong Coal Geological Bureau, Shandong Tai'an 271021, China)

Multiple reflection and refraction waves will effect seismic image of underground geological targets. In seismic exploration in a coal mine in southwest of Shandong province, due to direct contact of Jurassic and Quaternary bottom conglomerate and thin Quaternary strata, the reflection coefficient was large and caused multiple reflected refraction. After analyzing generation mechanism of multiple reflected refraction, exploration design has been optimized and adjusted. Relative countermeasures have been carried out, such as regular noise filtering, prestack multichannel predictive deconvolution and accurate speed. It effectively eliminated the multiple reflected refraction effect on effective wave imaging, improved the signal-to-noise ratio, and achieved good effect.

Multiple reflected refraction; deconvolution; coverage; velocity analysis; Tengxian coalfield

2016-01-13；

2016-02-17；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

曾愛(ài)平(1983—)，男，江西都昌人，工程師，從事地球物理勘查工作；E-mail:zaip626@sohu.com

P631.4

B

曾愛(ài)平，孫立新，杜賢軍.地震勘探中多次反射折射波的影響分析及應(yīng)對(duì)措施——以滕縣煤田某煤礦地震勘探為例[J].山東國(guó)土資源，2017,33(1)：71-75.ZENG Aiping, SUN Lixin, DU Xianjun.[J].Effect Analysis on Multiple Reflection Refraction in Seismic Exploration and Countermeasures——Setting Seismic Exploration in a Coal Mine in Tengxian Coalfield as an example.Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：71-75.