趙沉雷　萬光南

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院)

老撾北部山區(qū)地處東南亞，與越南接壤，為貧煤地區(qū)，在該區(qū)發(fā)現(xiàn)小型煤田實(shí)屬罕見。但勘查區(qū)內(nèi)地表起伏劇烈，高差較大，靜校正問題突出；近地表巖性變化大，第四系覆蓋層結(jié)構(gòu)較為松散，卵、礫石層發(fā)育，地震激發(fā)條件差，原始資料信噪比低；煤層發(fā)育多、不穩(wěn)定，煤層埋深變化大、傾角大。該區(qū)復(fù)雜的地形特征給地震勘探資料處理和解譯帶來了較大難度[1]。本研究以老撾北部山區(qū)某勘探區(qū)(研究區(qū))為例，針對(duì)復(fù)雜山區(qū)原始資料靜校正問題突出、信噪比低的問題，通過綜合采用層析反演成像法和疊前多域多系統(tǒng)組合去噪法，對(duì)該區(qū)地震資料處理方法進(jìn)行研究。

1　研究區(qū)地震勘探難點(diǎn)

復(fù)雜地質(zhì)條件山區(qū)大多地形起伏劇烈，近地表巖性變化大，煤層多、埋深淺且不穩(wěn)定。研究區(qū)為一不規(guī)則小型斷陷盆地，地形起伏劇烈，海拔為1 000～1 400 m，相對(duì)高差超過300 m。區(qū)內(nèi)含煤地層為新近系，煤層發(fā)育多且賦存狀態(tài)不穩(wěn)定，煤層分叉合并現(xiàn)象普遍，煤厚變化大，煤層埋深普遍為0～400 m，煤層傾角變化大，最大傾角超過30°。因區(qū)內(nèi)淺層巖系主要有黃土夾雜礫石、卵石，成孔困難，難以選擇最佳的激發(fā)層位進(jìn)行激發(fā)，導(dǎo)致原始資料信噪比較低(圖1)[2]。由于受區(qū)內(nèi)地形起伏的影響，初至波和反射波發(fā)生明顯扭曲，靜校正問題比較突出[3]。因此，有效解決靜校正問題以及提高信噪比是該區(qū)地震資料處理的關(guān)鍵[4-5]。

圖1　區(qū)內(nèi)典型單炮記錄

研究地震地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探施工中在基巖出露區(qū)采用風(fēng)鉆成孔，孔深3 m，激發(fā)藥量0.6 kg；在黃土覆蓋較厚且含礫石、卵石較少區(qū)域采用洛陽鏟成孔，井深至基巖面或潛水面以下為止，井深3 m以上采用單井激發(fā)，激發(fā)藥量0.6 kg，小于3 m采用雙井組合激發(fā)，激發(fā)藥量0.8 kg；在黃土覆蓋較薄且發(fā)育礫石、卵石層地段采用洛陽鏟與風(fēng)鉆組合成孔至3 m，激發(fā)藥量0.6 kg。激發(fā)前采取封井措施以減少干擾，使用主頻60 Hz檢波器，兩串兩并扎堆埋置，并清除檢波器周圍的浮土和雜草。采用加拿大ARAM公司ARIES多道遙測數(shù)字地震儀，采樣間隔1 ms，記錄長度2 s，全頻帶接收，接收排列160道，道距5 m，炮點(diǎn)距10 m，中點(diǎn)激發(fā)，覆蓋次數(shù)為40次。

2　地震勘探資料處理方法

針對(duì)研究區(qū)地震原始資料靜校正問題突出、信噪比低的問題，采用基于大炮初至走時(shí)反演近地表模型的層析靜校正法，解決區(qū)內(nèi)近地表巖性變化大、靜校正嚴(yán)重的問題；采用疊前多域多系統(tǒng)組合去噪思路壓制噪聲、提高信噪比(圖2)。

2.1　層析靜校正

研究區(qū)地表高程及地表低降速帶厚度、速度存在劇烈橫向變化現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的地震波旅行時(shí)差使得反射信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)同相疊加，導(dǎo)致疊加成像效果變差。由于區(qū)內(nèi)近地表巖性橫向變化大，不存在連續(xù)、可追蹤的折射界面，傳統(tǒng)折射法無法適應(yīng)該區(qū)地震勘探資料靜校正要求，而層析成像法適用于地表復(fù)雜區(qū)的資料處理，尤其適用于地表起伏較大、表層速度變化比較劇烈，折射界面無法連續(xù)追蹤、存在較嚴(yán)重的長波長靜校正的地區(qū)。本研究采用層析靜校正方法，首先利用大炮初至波走時(shí)，通過正、反演迭代方法得到近地表速度模型(圖3)；然后給出高速層頂界、基準(zhǔn)面以及替換速度等參數(shù)，即可計(jì)算出炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的靜校正量。

圖2　地震勘探資料處理流程

圖3　反演近地表速度模型

通過試驗(yàn)最終選擇的層析參數(shù)為偏移距20～600 m，迭代次數(shù)20次，層析網(wǎng)格5 m×2.5 m。當(dāng)計(jì)算殘差基本控制在15 ms以內(nèi)時(shí)，層析模型合成的初至值與實(shí)際初至值吻合良好。靜校正量計(jì)算的基準(zhǔn)面采用1 300 m，替換速度2 500 m/s。靜校正處理結(jié)果如圖4所示。

圖4　靜校正前后單炮效果對(duì)比

2.2　疊前多域多系統(tǒng)組合去噪

研究區(qū)原始資料的干擾波主要有面波、聲波、線性噪聲、工頻以及隨機(jī)環(huán)境噪聲等。針對(duì)該類噪聲的發(fā)育特征，本研究采用不同方法進(jìn)行噪聲壓制。采用“先強(qiáng)后弱，先低頻后高頻，多域聯(lián)合”的組合去噪手段，先對(duì)強(qiáng)能量的低頻干擾進(jìn)行壓制，延后再壓制高頻強(qiáng)能量干擾，分別在共炮點(diǎn)域、共中心點(diǎn)域、共偏移距域以及τ-p域內(nèi)對(duì)噪聲進(jìn)行壓制[6-7]。疊前在共炮點(diǎn)域，采用自適應(yīng)低頻干擾壓制方法壓制面波，在共炮點(diǎn)域和共中點(diǎn)心點(diǎn)域采用分頻去噪方法壓制野值與異常大值干擾，在τ-p域壓制各類線性噪聲，在共偏移距域內(nèi)采用f-x域投影濾波方法壓制隨機(jī)噪聲，疊后則采用f-x域預(yù)測濾波方法壓制隨機(jī)噪聲[8]。

2.2.1自適應(yīng)低頻干擾壓制

低頻噪聲一般在局部范圍存在，單道上表現(xiàn)為時(shí)間方向，多道上表現(xiàn)為空間方向，其主頻范圍、能量衰減特性等方面均有別于有效波，因此，可以通過在時(shí)間域、頻率域以及空間域上從統(tǒng)計(jì)角度對(duì)其進(jìn)行識(shí)別與壓制[9-10]。研究區(qū)地震勘探資料中的強(qiáng)能量低頻干擾主要為面波，針對(duì)面波的頻率(10～30 Hz)以及視速度(1 000 m/s)的特征，首先通過時(shí)頻分析技術(shù)確定面波的分布范圍以及規(guī)律，然后在頻率域?qū)τ行Рㄅc面波的能量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后采用能量自適應(yīng)加權(quán)衰減法對(duì)面波進(jìn)行壓制，處理軟件采用Grisys系統(tǒng)的ATTGRO模塊(圖5)。

圖5　面波壓制前后單炮效果對(duì)比

2.2.2τ-p域去噪

τ-p變換的物理意義是將球面波場分解為具有不同射線參數(shù)p的平面波場[11]。波場分解可以通過對(duì)道集應(yīng)用線性動(dòng)校正方法處理后，將道集內(nèi)各道的振幅沿偏移距軸進(jìn)行疊加來實(shí)現(xiàn)，該過程即為傾斜疊加。傾斜疊加通常是在CSP或CMP道集上進(jìn)行，將數(shù)據(jù)首先從t-x域轉(zhuǎn)換至τ-p域，然后在τ-p域內(nèi)根據(jù)信號(hào)與噪聲的分布特征進(jìn)行各種處理，去除噪聲，尤其是規(guī)則噪聲，從而提高疊前資料的信噪比。τ-p域去噪流程如圖6所示。

圖6　τ-p域去噪流程

研究區(qū)原始地震勘探資料中發(fā)育視速度為1 000～1 300 m/s的線性干擾波，其與煤層反射波相干涉，對(duì)最終剖面的疊加效果影響較大，故需在疊前將其能量進(jìn)行壓制。線性干擾波在τ-p域內(nèi)分布于1個(gè)點(diǎn)狀區(qū)域，而反射波在τ-p域內(nèi)則呈橢圓分布，據(jù)此本研究選擇合適的p值參數(shù)，對(duì)該線性干擾能量進(jìn)行壓制。處理軟件采用CGG的LINTP模塊，p值取-1/1 500～ 1/1 500，去噪效果較好(圖7)。

圖7　線性干擾波壓制前后單炮效果對(duì)比

2.2.3共偏移距域壓制隨機(jī)噪聲

在低頻面波、線性干擾、工業(yè)電干擾以及異常大值壓制后，單炮記錄中仍存在較重的隨機(jī)噪聲，對(duì)于后續(xù)速度掃描工作的影響較大。因此，本研究在偏移距域內(nèi)采用f-x投影濾波方法[11-12]對(duì)隨機(jī)噪聲進(jìn)行壓制，提高資料的信噪比，改善速度分析質(zhì)量以及最終疊加剖面的成像效果(圖8)。

3　結(jié)　語

為有效處理復(fù)雜地質(zhì)條件山區(qū)的煤田地震勘探資料，以老撾北部山區(qū)為例，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件山區(qū)地震資料處理思路與方法進(jìn)行了分析。采用層析反演成像法解決該區(qū)地質(zhì)勘探資料靜校正問題，采用“先強(qiáng)后弱，先低頻后高頻，多域聯(lián)合”的疊前多域多系統(tǒng)組合去噪思路壓制噪聲，提高原始資料信噪比，成效顯著，為后續(xù)反褶積、速度分析提供了保障。

圖8　疊前隨機(jī)去噪前后剖面對(duì)比

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