楊光明，金學(xué)良，張憲旭，智 敏，單 蕊

寬頻寬方位處理技術(shù)在淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探中的應(yīng)用

楊光明1，金學(xué)良2，張憲旭1，智 敏1，單 蕊1

(1. 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2.淮北礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000)

與常規(guī)三維地震勘探相比，全數(shù)字高密度地震勘探采用高橫縱比、寬方位觀測(cè)系統(tǒng)，使用單點(diǎn)數(shù)字檢波器接收。寬方位地震勘探有利于高陡構(gòu)造和復(fù)雜斷塊成像，但存在各向異性問題，而單點(diǎn)數(shù)字檢波器地震信號(hào)頻帶寬、保幅性好、噪聲強(qiáng)。為了充分發(fā)揮全數(shù)字高密度地震資料優(yōu)勢(shì)，克服其缺點(diǎn)，必須將寬頻、寬方位處理技術(shù)運(yùn)用到煤炭高密度三維地震數(shù)據(jù)處理中，以提升數(shù)據(jù)處理效果。以淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料為基礎(chǔ)，針對(duì)淮北礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜特點(diǎn)，以疊前保幅去噪、振幅補(bǔ)償、OVT處理技術(shù)以及全方位角偏移成像技術(shù)為重點(diǎn)，開展了煤炭全數(shù)字高密度地震資料的寬頻、寬方位處理技術(shù)研究。結(jié)果表明：保幅去噪在幾乎不損傷有效信號(hào)的前提下實(shí)現(xiàn)了對(duì)噪聲的有效壓制，振幅補(bǔ)償恢復(fù)了地震信號(hào)高低頻能量的損失，寬方位處理不僅消除了各向異性影響，改善了成像效果，還獲得了豐富的疊前數(shù)據(jù)。寬頻寬方位處理技術(shù)是全數(shù)字高密度地震資料處理的必要手段，其處理成果比常規(guī)處理成果頻帶更寬，對(duì)復(fù)雜構(gòu)造成像更好，分辨率更高，能夠?qū)崿F(xiàn)煤田復(fù)雜地質(zhì)條件地震資料精細(xì)成像。

數(shù)字檢波器；高密度三維地震；寬頻；寬方位；分頻去噪

淮北煤田煤層傾角大，斷層發(fā)育，底板灰?guī)r含水層嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)，對(duì)地震勘探提出了更高的地質(zhì)任務(wù)要求。同時(shí)，淮北礦區(qū)地表起伏小，潛水面僅為4～5 m，煤層與圍巖波阻抗差異大，有利于開展三維地震勘探。近20年來淮北礦區(qū)開展了超過500 km2的三維地震勘探，隨著地震勘探儀器的快速發(fā)展，全數(shù)字高密度地震勘探已經(jīng)廣泛應(yīng)用于油氣勘探，在煤炭系統(tǒng)，也已開展了很多的應(yīng)用，取得了一定的效果[1]。自2014年以來，淮北礦區(qū)陸續(xù)開展了超過120 km2的全數(shù)字高密度地震勘探[2]，獲得了豐富的煤炭全數(shù)字高密度地震勘探數(shù)據(jù)與驗(yàn)證資料，為研究煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

全數(shù)字高密度地震勘探與常規(guī)地震勘探主要區(qū)別于采用了數(shù)字檢波器接收，實(shí)現(xiàn)了小面元、高覆蓋次數(shù)與寬方位采集[3]。相對(duì)于模擬檢波器，數(shù)字檢波器采用MEMS加速度傳感器技術(shù)，具有動(dòng)態(tài)范圍大、信號(hào)畸變小、沒有相位延遲的優(yōu)勢(shì)[4-5]。但是由于數(shù)字檢波器采用單點(diǎn)接收，對(duì)高低頻信號(hào)均有良好響應(yīng)，因此，其對(duì)噪聲也更為敏感，導(dǎo)致其單炮記錄較常規(guī)模擬檢波器組合接收單炮記錄更“臟”(噪聲)，對(duì)后續(xù)去噪處理提出了更高要求[6]。隨著高密度勘探橫向覆蓋次數(shù)的顯著增加，接收排列橫縱比超過0.5，實(shí)現(xiàn)了寬方位采集[7]，有利于改善地下目標(biāo)的照明度，提高復(fù)雜構(gòu)造的成像效果[8-9]，更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶[10]。高密度勘探采用小面元有利于提高縱橫向分辨率，同時(shí)高覆蓋次數(shù)也改善了地震剖面的信噪比。

在煤炭全數(shù)字高密度地震資料處理方面，對(duì)于保護(hù)低頻并未得到重視和充分的研究，往往忽略了數(shù)字檢波器接收到的豐富信息。而對(duì)于寬方位采集的高密度地震資料，依然采用了常規(guī)窄方位處理技術(shù)，未能發(fā)揮寬方位數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，難以體現(xiàn)出全數(shù)字高密度地震勘探的優(yōu)點(diǎn)。因此，研究寬頻、寬方位處理技術(shù)在煤炭全數(shù)字高密度地震資料處理中的應(yīng)用很有意義。基于此，筆者以淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料為基礎(chǔ)，對(duì)煤炭全數(shù)字高密度地震資料寬頻、寬方位處理技術(shù)進(jìn)行了探討，總結(jié)了疊前保幅去噪、振幅補(bǔ)償、OVT處理技術(shù)以及全方位角偏移成像技術(shù)的適用性，以期形成煤炭高密度三維地震數(shù)據(jù)處理相應(yīng)的寬頻、寬方位處理技術(shù)流程。

1 淮北煤田全數(shù)字高密度地震勘探采集參數(shù)及資料特點(diǎn)

1.1 采集參數(shù)

由于地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，淮北煤田大部分采區(qū)開展了常規(guī)三維地震勘探，部分重點(diǎn)采區(qū)在常規(guī)勘探的基礎(chǔ)上又開展了全數(shù)字高密度地震勘探。淮北礦區(qū)常規(guī)地震勘探采集觀測(cè)系統(tǒng)大多采用8線8炮(圖1a)、8線10炮的束狀觀測(cè)系統(tǒng)，面元大小為10 m×10 m，是典型的窄方位觀測(cè)系統(tǒng)。而近5年來開展的全數(shù)字高密度地震勘探，觀測(cè)系統(tǒng)由16線10炮160道接收逐步發(fā)展為24線4炮96～160道接收(圖1b)，面元大小為5 m×5 m，甚至在某些勘探區(qū)采用了40線2炮80道接收200次覆蓋的全三維觀測(cè)系統(tǒng)(圖1c)。由圖1可知，隨著橫向采樣密度的不斷增加，橫縱比由0.4增大為0.8～1.0。同時(shí)高密度勘探觀測(cè)系統(tǒng)炮檢距近、中、遠(yuǎn)分布均勻，能夠提高速度分析精度，改善偏移成像質(zhì)量，減小采集腳印影響，小面元不僅能提高縱橫向分辨率，也避免了空間假頻的發(fā)生[11]。

圖1 常規(guī)及高密度觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)比

1.2 地震資料特點(diǎn)

數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收單炮較常規(guī)模擬檢波器組合接收單炮干擾更強(qiáng)，對(duì)低視速度面波壓制只能通過室內(nèi)衰減。圖2為某勘探區(qū)相近位置采集的常規(guī)模擬檢波器接收單炮與全數(shù)字高密度勘探單炮記錄，高密度勘探排列長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于常規(guī)勘探，可以明顯看出數(shù)字檢波器接收單炮面波遠(yuǎn)強(qiáng)于模擬檢波器單炮，紅框所示目的層反射波也顯示出了低頻復(fù)合波的特點(diǎn)，面波與目的層反射波在近道大范圍重疊。圖3b是對(duì)圖3a所示全數(shù)字高密度地震典型單炮紅框范圍內(nèi)的面波進(jìn)行了頻譜分析，面波視速度低，主頻低于20 Hz，而煤層有效反射波主頻在25~80 Hz，與面波差異較大。除了面波干擾，全數(shù)字高密度地震勘探普遍存在異常振幅干擾，這些干擾能量強(qiáng)，頻帶寬(圖4)，嚴(yán)重影響后續(xù)的振幅補(bǔ)償、反褶積、偏移成像等處理。因此，疊前保幅保頻去噪是淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度資料寬頻處理的重點(diǎn)。

圖2 模擬檢波器與數(shù)字檢波器單炮記錄

圖3 面波頻譜分析

圖4 淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震純波疊加剖面

2 寬頻處理關(guān)鍵技術(shù)

地震數(shù)據(jù)低頻信號(hào)在數(shù)據(jù)處理和解釋中有重要意義，低頻信號(hào)能夠提高分辨率與成像精度、改善反演質(zhì)量。同時(shí)低頻成分穿透力強(qiáng)，比高頻穩(wěn)定、傳播距離遠(yuǎn)，在巖性識(shí)別，薄煤層成像和全波形反演中起到至關(guān)重要的作用，能夠有效提升煤層下部奧灰等地層成像效果。寬頻處理工作的重點(diǎn)是拓寬頻帶，尤其是保護(hù)低頻，寬頻處理更應(yīng)該重視提高倍頻程，通常要求倍頻程能夠達(dá)到3～5，而增強(qiáng)低頻成分是確保頻帶寬度和提高倍頻程數(shù)的最有效做法[12]?；幢钡V區(qū)全數(shù)字高密度勘探使用數(shù)字檢波器保證了低頻信號(hào)的高質(zhì)量接收，因此，必須通過寬頻處理盡可能挖掘地震資料的解釋潛力，提供更豐富可靠的地震解釋成果，保證煤礦的安全生產(chǎn)。寬頻處理的重點(diǎn)是采用對(duì)低頻及高頻有效信號(hào)損傷小的保幅去噪手段，并綜合應(yīng)用振幅補(bǔ)償、反Q濾波、反褶積等方法補(bǔ)償高低頻信號(hào)損失、拓寬頻帶。

2.1 疊前保幅綜合去噪

由圖3及圖4分析可知，淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震數(shù)據(jù)處理疊前去噪的重點(diǎn)是壓制面波及異常振幅干擾，該區(qū)地震資料面波普遍具有低頻特征，而異常振幅干擾頻帶寬，能量強(qiáng)。在常規(guī)處理中常使用帶通濾波壓制面波及高頻的異常振幅干擾，必然損傷了地震資料的高低頻有效信號(hào)，因此，在寬頻處理中是不可取的。

由于面波與有效反射信號(hào)之間在分布范圍、頻率及視速度等方面有較大差異，因此，對(duì)于淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料，可以采用自適應(yīng)面波衰減和十字交叉排列去噪技術(shù)壓制面波。這2種方法都能很好壓制面波，且對(duì)有效信號(hào)損傷小。由于寬方位觀測(cè)系統(tǒng)橫向采樣更充足，因此，更有利于十字排列域壓制面波。對(duì)于障礙物少的勘探區(qū)，推薦使用十字交叉排列法去面波。

和有效反射波相比異常振幅干擾能量通常遠(yuǎn)大于有效反射能量，大部分異常振幅噪聲在空間和時(shí)間上具有隨機(jī)性特征，其能量強(qiáng)，頻帶寬，且與有效波在空間和時(shí)間上重疊，難以區(qū)分。基于異常振幅噪聲以上特點(diǎn)，在選取去噪方法時(shí)，采用“多道識(shí)別，分頻單道處理”的思想對(duì)疊前的異常強(qiáng)能量進(jìn)行壓制，這種分頻處理方法具有較好的保真性。

2.2 振幅補(bǔ)償

能夠引起地震波衰減的不確定因素有很多[13]，但主要是球面擴(kuò)散及地層吸收，此外就是由于激發(fā)接收條件的差異造成的炮間、道間的振幅不均衡。淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料振幅補(bǔ)償重點(diǎn)是球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償及反Q濾波。

球面擴(kuò)散和地層吸收是引起地震波能量衰減的最主要因素，會(huì)導(dǎo)致地震波能量從淺到深，從近到遠(yuǎn)不斷減弱。球面擴(kuò)散補(bǔ)償以速度和時(shí)間為參數(shù)計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，對(duì)地震道各采樣點(diǎn)的振幅進(jìn)行加權(quán)補(bǔ)償。

地表一致性振幅補(bǔ)償在給定的時(shí)窗內(nèi)計(jì)算全部地震道的能量，采用統(tǒng)計(jì)方法求出各炮集、各接收道集、各炮檢距道集上的補(bǔ)償系數(shù)，然后將不同道集補(bǔ)償系數(shù)同時(shí)應(yīng)用于各數(shù)據(jù)道完成補(bǔ)償處理。地表一致性振幅補(bǔ)償在多域進(jìn)行多道統(tǒng)計(jì)，保幅效果好，能較好解決空間上由于激發(fā)和接收條件的差異引起的能量差異，有效補(bǔ)償由于炮檢距變化所引起的能量衰減。淮北礦區(qū)全數(shù)字地震資料存在較強(qiáng)異常振幅及面波干擾，會(huì)嚴(yán)重影響振幅統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此，地表一致性振幅補(bǔ)償應(yīng)在去噪及球面擴(kuò)散補(bǔ)償后進(jìn)行。

反Q濾波是補(bǔ)償大地吸收作用的一種有效方法，可以補(bǔ)償?shù)卣鸩ǖ恼穹p和頻率損失，還可改善地震記錄的相位特性，從而改善同相軸的連續(xù)性，增強(qiáng)弱反射波的能量，進(jìn)而提高地震資料的信噪比和分辨率。反Q濾波方法可分為級(jí)數(shù)展開作近似高頻補(bǔ)償?shù)姆碤濾波、基于波場(chǎng)延拓的反Q濾波和其他類型的反Q濾波等三大類[14]。目前，Q補(bǔ)償最大的難點(diǎn)在于求取準(zhǔn)確的Q值，雖然很多處理軟件中提供了各種Q值估算工具，但是Q補(bǔ)償依然要進(jìn)行大量的測(cè)試，才有可能取得良好的補(bǔ)償效果。

2.3 拓頻處理

在振幅補(bǔ)償后，需要在疊前應(yīng)用反褶積技術(shù)壓縮子波，在疊后使用譜白化、藍(lán)色濾波等技術(shù)進(jìn)一步拓寬頻帶，拓頻往往會(huì)造成高頻噪聲能量增強(qiáng)，可以采用俞氏濾波進(jìn)行拓頻后的改善處理[15]。

反褶積通常應(yīng)用于疊前資料，也可廣泛用于疊后資料。反褶積不僅能夠壓縮子波，它也能從記錄上消除大部分的短周期多次波，通過反褶積處理，能夠提高縱向分辨率。目前應(yīng)用比較廣泛的有脈沖反褶積、地表一致性反褶積和預(yù)測(cè)反褶積。地表一致性反褶積能夠消除由于近地表?xiàng)l件的變化對(duì)地震子波波形的影響。脈沖反褶積應(yīng)用于野外資料通常難以取得預(yù)期效果[16]，在大部分情況下尖脈沖反褶積提起來的主要是高頻的噪聲能量，因此，在常規(guī)處理中，預(yù)測(cè)反褶積應(yīng)用更為廣泛。

淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探的目標(biāo)不僅包含高主頻的新生界各地層、中高主頻的煤層反射波，也要對(duì)低頻為主的煤層下伏太灰、奧灰頂成像，因此在淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料處理中，往往會(huì)采用不同預(yù)測(cè)步長(zhǎng)的時(shí)變預(yù)測(cè)反褶積進(jìn)行疊前反褶積處理。圖5是淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料在應(yīng)用了地表一致性預(yù)測(cè)反褶積前后單炮(圖5a)、自相關(guān)(圖5b)以及頻譜對(duì)比圖(圖5c)，地表一致性反褶積消除了子波的橫向差異，預(yù)測(cè)反褶積壓制了交混回響并提高了分辨率，反褶積后頻譜(藍(lán)色線)明顯拓寬，反射波波組特征明顯改善。

圖5 地表一致性預(yù)測(cè)反褶積效果對(duì)比

3 寬方位處理技術(shù)

如前所述，寬方位采集相對(duì)窄方位有很多優(yōu)勢(shì)，但是如果采用常規(guī)窄方位的地震資料處理技術(shù)，勢(shì)必浪費(fèi)了寬方位采集帶來的很多有效信息。寬方位地震資料的速度、旅行時(shí)差會(huì)隨著觀測(cè)方位角的變化而有一定差異，存在各向異性問題[17]。2002年A. Cordsen認(rèn)為由于地下介質(zhì)的非均質(zhì)性和方位各向異性等原因，導(dǎo)致地震波在地下傳播時(shí)在不同的方向上速度不同，僅采用過去的單一速度難以解決不同方位的偏移成像問題，因而要考慮基于方位的速度分析[18]。國(guó)內(nèi)石油地震勘探最早使用分方位處理技術(shù)進(jìn)行寬方位資料的處理，取得了較好的效果[10,19]。分方位處理首先按照一定的角度范圍將地震數(shù)據(jù)劃分為分方位道集，扇區(qū)劃分要保證各個(gè)方位上的覆蓋次數(shù)均勻分布，速度分析工作也需要在分方位道集上分別進(jìn)行，以獲得各個(gè)方位的最佳速度。偏移后的分方位道集可繼續(xù)做資料解釋，如通過方位切片和地震屬性分析等來判斷地層變化或者裂縫的發(fā)育情況[20]。分方位技術(shù)減小了速度的方位各向異性對(duì)處理效果的影響，但各自偏移后的分方位數(shù)據(jù)體無法重構(gòu)為一個(gè)統(tǒng)一的成果，只能在各個(gè)分方位數(shù)據(jù)體上進(jìn)行綜合性解釋，其本質(zhì)還是窄方位處理。近年來，已經(jīng)發(fā)展出了OVT、全方位角偏移成像等寬方位處理技術(shù)，這些技術(shù)能更好的對(duì)寬方位地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.1 OVT處理技術(shù)

段文勝等[21]在2013年首次將炮檢距向量片(Offset Vector Tiles，簡(jiǎn)稱OVT)技術(shù)應(yīng)用到國(guó)內(nèi)塔里木油田，提高了碳酸鹽巖縫洞體成像和裂縫預(yù)測(cè)精度。OVT道集是對(duì)十字排列道集按照炮線距和檢波線距等距離劃分得到的子道集，十字排列道集是以相同炮線和檢波線抽取的道集，因此，其個(gè)數(shù)與炮線和檢波線交點(diǎn)的數(shù)目一致；對(duì)每個(gè)十字排列道集矩形按照炮線距和檢波線距等距離劃分，得到的小矩形就是一個(gè)OVT，其大小由炮線距和檢波線距決定，每個(gè)十字排列中OVT的個(gè)數(shù)等于覆蓋次數(shù)。將每個(gè)十字排列道集中相同位置的OVT抽取出來，就形成了一個(gè)覆蓋全區(qū)的單次覆蓋OVT道集，這些單次覆蓋的OVT道集具有相近的炮檢距和方位角。

在獲得OVT道集之后，可以在OVT域?qū)崿F(xiàn)插值、疊前偏移等處理，相對(duì)于常規(guī)共炮點(diǎn)域、共炮檢距域有很多優(yōu)勢(shì)。常規(guī)窄方位地震資料由于各向異性影響小，在共炮檢距域進(jìn)行插值問題不大，但是寬方位采集數(shù)據(jù)可能會(huì)存在嚴(yán)重各向異性問題，在處理中必須考慮各向異性問題，而OVT道集具有相近方位角，消除了各向異性影響，因此，OVT域的插值更適應(yīng)寬方位的地震資料規(guī)則化處理。應(yīng)用OVT道集進(jìn)行疊前時(shí)間/深度偏移，獲得的CRP道集保留了炮檢距和方位角信息，可用于各向異性分析、疊前反演和裂縫預(yù)測(cè)。OVT域偏移后的道集可抽選成“蝸?！钡兰M(jìn)行各項(xiàng)異性分析和校正，能夠有效消除全數(shù)字高密度地震資料寬方位采集帶來的各向異性問題，改善成像效果[22]。

3.2 基于地下局部角度域的全方位角偏移技術(shù)

全方位角成像技術(shù)是基于地下局部角度域的成像方法，是針對(duì)寬方位資料處理的一種新思路，OVT道集的方位角是建立在地表觀測(cè)系統(tǒng)之上的，而全方位角度域輸出的方位角、傾角和反射角均為地下反射點(diǎn)的角度，精度更高。全方位角成像技術(shù)是將地面采集的地震數(shù)據(jù)映射到地下局部角度域系統(tǒng)中進(jìn)行偏移成像，每個(gè)地下成像點(diǎn)處的射線都包含開角、開方位角、傾角和方位角坐標(biāo)分量，這4個(gè)量形成了一個(gè)4D局部角度域系統(tǒng)，可以對(duì)成像點(diǎn)處的射線進(jìn)行準(zhǔn)確的描述[23]。通過全方位角偏移成像處理，可以產(chǎn)生傾角道集和反射角道集。傾角道集通過加權(quán)疊加能夠改善斷面等非連續(xù)目標(biāo)的成像效果，而反射角道集可以用于層析速度反演，有利于深度域速度建模和疊前反演。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

青東礦位于淮北礦區(qū)北部，區(qū)內(nèi)地下構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造主體表現(xiàn)為一走向NW，局部略有轉(zhuǎn)折，向北傾斜的單斜。該區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)采用16線8炮160道接收64次覆蓋線束狀觀測(cè)系統(tǒng)，面元大小5 m×5 m，線距80 m。

4.1 處理流程

該礦區(qū)地表起伏較小，低降速帶橫向有變化，存在一定的靜校正問題。全數(shù)字高密度地震資料目的層段信噪比較低，面波和異常振幅是主要干擾波。由于激發(fā)因素、接收條件影響，炮/道間能量有一定差異，受煤層等上覆地層屏蔽影響，煤層下部奧灰頂、太灰等目的層反射波能量弱。根據(jù)地震資料特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)，確定寬頻、寬方位處理流程如圖6所示，寬頻處理的重點(diǎn)是疊前保幅去噪和拓頻處理，而寬方位處理采用了全方位角偏移成像技術(shù)。

圖6 處理流程

4.2 寬頻處理

寬頻處理重點(diǎn)是疊前保頻噪聲壓制、振幅補(bǔ)償及反褶積處理。圖7是疊前應(yīng)用自適應(yīng)面波壓制及分頻去噪技術(shù)前后純波疊加剖面對(duì)比，面波及高頻強(qiáng)能量異常噪聲得到顯著壓制，去噪過程未使用帶通濾波，有效保護(hù)了低頻信號(hào)。振幅補(bǔ)償采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，消除了縱橫向能量差異。

圖7 疊前保幅去噪前后剖面對(duì)比

疊前反褶積處理重點(diǎn)對(duì)比了脈沖反褶積、單道預(yù)測(cè)反褶積、多道預(yù)測(cè)反褶積，處理效果如圖8所示。由圖8可知：反褶積前剖面存在明顯短周期多次，剖面波組特征差，頻率低；而脈沖反褶積剖面雖然主頻提高，但部分目的層同相軸連續(xù)性變差；多道預(yù)測(cè)反褶積在400 ms處目的層反射波依然存在明顯復(fù)合波特征，其分辨率較低，不利于后續(xù)解釋；而單道預(yù)測(cè)反褶積分辨率更高、同相軸連續(xù)性以及波組特征更好。

圖8 反褶積方法對(duì)比

為了兼顧淺部及深部目的層成像，對(duì)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)(8、12、16、20、24、28 ms)進(jìn)行了測(cè)試(圖9)，淺部使用12 ms預(yù)測(cè)步長(zhǎng)時(shí)600 ms反射波分辨率最高、連續(xù)性好，而深部使用20 ms步長(zhǎng)時(shí)700 ms反射波成像效果好。

4.3 全方位角偏移

全方位角疊前深度偏移核心是速度模型的精確求取。如圖10a所示，首先在疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)體上進(jìn)行構(gòu)造解釋，拾取9個(gè)主要反射層位建立地質(zhì)模型，在層析反演時(shí)作為射線追蹤點(diǎn)。圖10b是構(gòu)建的地質(zhì)模型，該模型縱向?qū)游幻芏群侠?，橫向變化與區(qū)域構(gòu)造特征吻合，縱橫向測(cè)線解釋方案閉合，層位解釋滿足后續(xù)處理要求。

其次，以構(gòu)造模型為約束條件，通過網(wǎng)格層析成像技術(shù)進(jìn)行速度模型迭代，直到CRP道集拉平，剩余延遲為零。最后，結(jié)合鉆井?dāng)?shù)據(jù)，應(yīng)用基于模型的層析成像技術(shù)，獲得較準(zhǔn)確的各向異性深度域速度體。

圖9 預(yù)測(cè)步長(zhǎng)測(cè)試

最終，選擇合理偏移參數(shù)應(yīng)用全方位角疊前深度偏移，獲得了全方位角深度域偏移數(shù)據(jù)體。通過與原處理剖面對(duì)比(圖11)可見，資料頻帶由原來的40～78 Hz拓寬到25～85 Hz(圖11c)，尤其是20～40 Hz低頻成分得到保留和加強(qiáng)，采用針對(duì)寬方位資料的全方位角疊前深度偏移處理技術(shù)，改善了復(fù)雜斷塊資料的成像效果，斷層反映更為清晰，更有利于構(gòu)造解釋，寬頻寬方位處理成果400 ms振幅切片(圖12)分辨率更高。

5 結(jié)論

a. 寬頻寬方位處理技術(shù)是淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震資料處理的關(guān)鍵技術(shù)，通過寬頻、寬方位處理，能夠提高地震數(shù)據(jù)的縱橫向分辨率和復(fù)雜構(gòu)造解釋可靠程度，改善煤層下伏太灰、奧灰頂成像效果，更有利于開展后續(xù)反演、屬性分析。

b. 寬頻處理的重點(diǎn)在于疊前疊后的保幅保頻處理，尤其是在疊前去噪、振幅補(bǔ)償以及反褶積處理環(huán)節(jié)。疊前去噪必須采用不損傷有效信號(hào)的去噪手段，對(duì)于低頻面波宜采用自適應(yīng)面波壓制或十字排列去噪方法進(jìn)行去除，對(duì)于高頻異常振幅干擾，可采用多道分頻分時(shí)去噪技術(shù)壓制。疊前地表一致性預(yù)測(cè)反褶積是寬頻處理重要的拓頻手段，應(yīng)根據(jù)資料特點(diǎn)確定適當(dāng)反褶積參數(shù)。為了保證不同深度目的層的分辨率和信噪比，可以采用時(shí)變步長(zhǎng)預(yù)測(cè)反褶積。疊后還可靈活使用譜白化、藍(lán)色濾波、Q補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，進(jìn)一步拓寬頻帶。

c.寬方位采集數(shù)據(jù)包含豐富的地質(zhì)信息，但是也帶來了方位各向異性問題，OVT和全方位角處理技術(shù)，可以較好地解決方位各向異性問題，能夠提高復(fù)雜構(gòu)造成像效果和縱橫向分辨率，是煤炭全數(shù)字高密度地震資料寬方位處理的關(guān)鍵技術(shù)。

圖11 常規(guī)與寬頻寬方位處理剖面

圖12 常規(guī)與寬頻寬方位處理水平振幅切片(400 ms)

[1] 程建遠(yuǎn)，聶愛蘭，張鵬. 煤炭物探技術(shù)的主要進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2016，44(6)：136–141. CHENG Jianyuan，NIE Ailan，ZHANG Peng. Outstanding progress and development trend of coal geophysics[J]. Coal Geology & Exploration，2016，44(6)：136–141.

[2] 王琦. 全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)在淮北礦區(qū)的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2018，46(增刊1)：41–45. WANG Qi. Application of all digital high density 3D seismic exploration technology in Huaibei mining area[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(Sup.1)：41–45.

[3] 趙鐠，武喜尊. 高密度采集技術(shù)在西部煤炭資源勘探中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008，20(6)：11–14. ZHAO Pu，WU Xizun. High density acquisition technology and it’s application in Western China coal resource exploration[J]. Coal Geology of China，2008，20(6)：11–14.

[4] 張宏樂，曹金棟. 用于地球物理勘探的MEMS加速度傳感器[J]. 石油儀器，2002，16(4)：1–4.ZHANG Hongle，CAO Jindong. MEMS acceleration sensor for geophysical prospecting[J]. Petroleum Instruments，2002，16(2)：1–4.

[5] 王喜雙，董世泰，王梅生. 全數(shù)字地震勘探技術(shù)應(yīng)用效果及展望[J]. 中國(guó)石油勘探，2007，12(6)：32–36. WANG Xishuang，DONG Shitai，WANG Meisheng. Application and prospect of full digital seismic exploration technology[J]. China Petroleum Exploration，2007，12(6)：32–36.

[6] 金丹，程建遠(yuǎn)，張憲旭. 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[J]. 煤炭技術(shù)，2015，34(8)：89–92.JIN Dan，CHENG Jianyuan，ZHANG Xianxu. Application and effect analysis of single-point high-density digital seismic exploration in coal seismic exploration[J]. Coal Technology，2015，34(8)：89–92.

[7] 張曉江. 寬、窄方位角三維地震勘探采集方法研究與應(yīng)用[D]. 北京：中國(guó)石油大學(xué)，2007. ZHANG Xiaojiang. The research and application of wide and narrow azimuth 3D survey[D]. Beijing：China University of Petroleum，2007.

[8] 劉依謀，印興耀，張三元，等．寬方位地震勘探技術(shù)新進(jìn)展[J]. 石油地球物理勘探，2014，49(3)：596–610. LIU Yimou，YIN Xingyao，ZHANG Sanyuan，et al. Recent advances in wide-azimuth seismic exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting，2014，49(3)：596–610.

[9] 王華忠．“兩寬一高”油氣地震勘探中的關(guān)鍵問題分析[J]. 石油物探，2019，58(3)：313–324. WANG Huazhong. Key problem analysis in seismic exploration based on wide-azimuth，high-density，and broadband seismic data[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum，2019，58(3)：313–324.

[10] 夏常亮，張紅軍，郝建波，等. K區(qū)塊寬方位角地震資料處理[J]. 石油地球物理勘探，2010，45(增刊1)：74–79. XIA Changliang，ZHANG Hongjun，HAO Jianbo，et al. Wide azimuth seismic data processing for K block[J]. Oil Geophysical Prospecting，2010，45(Sup.1)：74–79.

[11] 劉勝，程增慶，代鳳紅，等. 煤炭高密度三維地震勘探方法及應(yīng)用[J]. 煤炭工程，2009(3)：67–68. LIU Sheng，CHENG Zengqing，DAI Fenghong，et al. Method and application of high density 3D seismic coal exploration[J]. Coal Engineering，2009(3)：67–68.

[12] 李慶忠. 走向精確勘探的道路[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1993. LI Qingzhong. The way to obtain a better resolution in seismic prospecting[M]. Beijing：Petroleum Industry Press，1993.

[13] 李振春，王清振. 地震波衰減機(jī)理及能量補(bǔ)償研究綜述[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22(4)：1147–1152. LI Zhenchun，WANG Qingzhen. A review of research on mechanism of seismic attenuation and energy compensation[J]. Progress in Geophysics，2007，22(4)：1147–1152.

[14] 張瑾. 地震波能量補(bǔ)償反Q濾波方法研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.ZHANG Jin. Study on the inverse Q filtering method for seismic wave energy compensation[D]. Changchun：Jilin University，2013.

[15] 蔡希玲. 俞氏子波在地震數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用研究[J]. 石油地球物理勘探，2000，35(4)：497–507. CAI Xiling. Application of Yu wavelet to seismic data processing[J]. Oil Geophysical Prospecting，2000，35(4)：497–507.

[16] 渥·伊爾馬滋. 地震資料分析[M]．劉懷山，王克斌，童思友，等，譯. 北京：石油工業(yè)出版社，2006．ILMAZW. Seismic data analysis[M]. LIU Huaishan，WANG Kebin，TONG Siyou，et al，Translate. Beijing：Petroleum Industry Press，2006.

[17] 寧宏曉，唐東磊，皮紅梅，等. 國(guó)內(nèi)陸上“兩寬一高”地震勘探技術(shù)及發(fā)展[J]. 石油物探，2019，58(5)：645–653. NING Hongxiao，TANG Donglei，PI Hongmei，et al. The technology and development of “WBH” seismic exploration in land，China[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum，2019，2019，58(5)：645–653.

[18] CORDSEN A. Narrow-versus wide-azimuth land 3D seismic surveys[J]. Leading Edge，2002，21(8)：764–770.

[19] 張保慶，周輝，左黃金，等. 寬方位地震資料處理技術(shù)及應(yīng)用效果[J]. 石油地球物理勘探，2011，46(3)：396–400. ZHANG Baoqing，ZHOU Hui，ZUO Huangjin，et al. Wide azimuth data processing techniques and their applications[J]. Oil Geophysical Prospecting，2011，46(3)：396–400.

[20] 張公社，馬國(guó)光，宋玉龍，等. 利用全三維縱波資料進(jìn)行裂縫檢測(cè)[J]. 石油地球物理勘探，2004，39(1)：41–44. ZHANG Gongshe，MA Guoguang，SONG Yulong，et al. Fracture detection by using full 3-D P-wave data[J]. Oil Geophysical Prospecting，2004，39(1)：41–44.

[21] 段文勝，李飛，王彥春，等. 面向?qū)挿轿坏卣鹛幚淼呐跈z距向量片技術(shù)[J]. 石油地球物理勘探，2013，48(2)：206–213. DUAN Wensheng，LI Fei，WANG Yanchun，et al. Offset vector tile for wide-azimuth seismic processing[J]. Oil Geophysical Prospecting，2013，48(2)：206–213.

[22] 馬淵明，楊雪霖，張麗梅，等. GeoEast-OVT寬方位處理技術(shù)[J]. 石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，26(2/3/4)：31–34. MA Yuanming，YANG Xuelin，ZHANG Limei，et al. GeoEast-OVT wide azimuth processing technology[J]. Computer Applications of Petroleum，2018，26(2/3/4)：31–34.

[23] 龔翟韶. 全方位角成像技術(shù)在躍滿三維中的應(yīng)用研究[D]. 北京：中國(guó)石油大學(xué)(北京)，2017. GONG Zhaishao. The Applied research of Full-azimuth imaging in Yueman 3D[D]. Beijing：China University of Petroleum(Beijing)，2017.

Application of broadband and wide azimuth processing technology in full digital high density seismic exploration in Huaibei mining area

YANG Guangming1, JIN Xueliang2, ZHANG Xianxu1, ZHI Min1, SHAN Rui1

(1. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp.,Xi’an 710077, China; 2. Huaibei Mining(Group)Co.,Ltd.,Huaibei 235000, China)

Compared with conventional 3D seismic exploration, full-digital high density seismic exploration adopts high horizontal and vertical ratio, wide azimuth observation system and single-point digital detectors .Wide azimuth seismic exploration is beneficial to high and steep structure and complex fault block imaging, but there are anisotropy problems, while single-point digital geophone seismic signal has wide frequency band, good amplitude preservation and strong noise. In order to give full play to the advantages of the full digital high-density seismic data and overcome its disadvantages, broadband and wide azimuth processing technology must be applied to high density 3D seismic data processing in coal mining districts to improve the data processing effect. Based on the full digital high density seismic data of Huaibei mining area, this paper studies the broadband and wide-azimuth processing technology of the full digital high-density seismic data of coal mining districts, focusing on pre-stack amplitude preservation denoising, amplitude compensation, OVT processing technology and omni-directional angular migration imaging technology according to the complex geological structure characteristics of Huaibei mining area. The actual digital high density seismic data processing in Huaibei mining area shows that the image denoising in almost no damage under the premise of effective signals to realize the effective suppression of noise, restore the seismic amplitude compensation signal of high frequency energy loss, wide azimuth processing not only eliminates the anisotropy effect to improve the imaging effect, but also obtains rich prestack data. Broadband azimuth processing technology is a necessary means for processing full digital high density seismic data. Its processing results are wider in frequency band than conventional processing results, better in imaging complex structures, higher in resolution, and able to achieve fine imaging of seismic data of complex geological conditions in coal mining districts.

digital detector; high density 3D seismic exploration; broadband; wide azimuth; frequency division denoising

請(qǐng)聽作者語音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

P631

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.06.008

1001-1986(2020)06-0055-09

2020-10-25；

2020-11-08

淮北礦業(yè)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2019-45，2019-46)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2018YFC0807804)

Research Project of Huaibei Mining(Group) Co.，Ltd. (2019-45，2019-46)；National Key R&D Program of China (2018YFC0807804)

楊光明，1979年生，甘肅天水人，高級(jí)工程師，從事地震數(shù)據(jù)處理工作. E-mail：yangguangming@cctegxian.com

楊光明，金學(xué)良，張憲旭，等. 寬頻寬方位處理技術(shù)在淮北礦區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(6)：55–63.

YANG Guangming，JIN Xueliang，ZHANG Xianxu，et al. Application of broadband and wide azimuth processing technology in full digital high density seismic exploration in Huaibei mining area[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：55–63.

(責(zé)任編輯 聶愛蘭)