老挝北部复杂地质条件山区煤田地震勘探资料处理技术

赵沉雷　万光南

(河南省煤炭地质勘察研究总院)

老挝北部山区地处东南亚，与越南接壤，为贫煤地区，在该区发现小型煤田实属罕见。但勘查区内地表起伏剧烈，高差较大，静校正问题突出；近地表岩性变化大，第四系覆盖层结构较为松散，卵、砾石层发育，地震激发条件差，原始资料信噪比低；煤层发育多、不稳定，煤层埋深变化大、倾角大。该区复杂的地形特征给地震勘探资料处理和解译带来了较大难度[1]。本研究以老挝北部山区某勘探区(研究区)为例，针对复杂山区原始资料静校正问题突出、信噪比低的问题，通过综合采用层析反演成像法和叠前多域多系统组合去噪法，对该区地震资料处理方法进行研究。

1　研究区地震勘探难点

复杂地质条件山区大多地形起伏剧烈，近地表岩性变化大，煤层多、埋深浅且不稳定。研究区为一不规则小型断陷盆地，地形起伏剧烈，海拔为1 000～1 400 m，相对高差超过300 m。区内含煤地层为新近系，煤层发育多且赋存状态不稳定，煤层分叉合并现象普遍，煤厚变化大，煤层埋深普遍为0～400 m，煤层倾角变化大，最大倾角超过30°。因区内浅层岩系主要有黄土夹杂砾石、卵石，成孔困难，难以选择最佳的激发层位进行激发，导致原始资料信噪比较低(图1)[2]。由于受区内地形起伏的影响，初至波和反射波发生明显扭曲，静校正问题比较突出[3]。因此，有效解决静校正问题以及提高信噪比是该区地震资料处理的关键[4-5]。

图1　区内典型单炮记录

研究地震地质条件复杂，勘探施工中在基岩出露区采用风钻成孔，孔深3 m，激发药量0.6 kg；在黄土覆盖较厚且含砾石、卵石较少区域采用洛阳铲成孔，井深至基岩面或潜水面以下为止，井深3 m以上采用单井激发，激发药量0.6 kg，小于3 m采用双井组合激发，激发药量0.8 kg；在黄土覆盖较薄且发育砾石、卵石层地段采用洛阳铲与风钻组合成孔至3 m，激发药量0.6 kg。激发前采取封井措施以减少干扰，使用主频60 Hz检波器，两串两并扎堆埋置，并清除检波器周围的浮土和杂草。采用加拿大ARAM公司ARIES多道遥测数字地震仪，采样间隔1 ms，记录长度2 s，全频带接收，接收排列160道，道距5 m，炮点距10 m，中点激发，覆盖次数为40次。

2　地震勘探资料处理方法

针对研究区地震原始资料静校正问题突出、信噪比低的问题，采用基于大炮初至走时反演近地表模型的层析静校正法，解决区内近地表岩性变化大、静校正严重的问题；采用叠前多域多系统组合去噪思路压制噪声、提高信噪比(图2)。

2.1　层析静校正

研究区地表高程及地表低降速带厚度、速度存在剧烈横向变化现象，由此产生的地震波旅行时差使得反射信号无法实现同相叠加，导致叠加成像效果变差。由于区内近地表岩性横向变化大，不存在连续、可追踪的折射界面，传统折射法无法适应该区地震勘探资料静校正要求，而层析成像法适用于地表复杂区的资料处理，尤其适用于地表起伏较大、表层速度变化比较剧烈，折射界面无法连续追踪、存在较严重的长波长静校正的地区。本研究采用层析静校正方法，首先利用大炮初至波走时，通过正、反演迭代方法得到近地表速度模型(图3)；然后给出高速层顶界、基准面以及替换速度等参数，即可计算出炮点、检波点的静校正量。

图2　地震勘探资料处理流程

图3　反演近地表速度模型

通过试验最终选择的层析参数为偏移距20～600 m，迭代次数20次，层析网格5 m×2.5 m。当计算残差基本控制在15 ms以内时，层析模型合成的初至值与实际初至值吻合良好。静校正量计算的基准面采用1 300 m，替换速度2 500 m/s。静校正处理结果如图4所示。

图4　静校正前后单炮效果对比

2.2　叠前多域多系统组合去噪

研究区原始资料的干扰波主要有面波、声波、线性噪声、工频以及随机环境噪声等。针对该类噪声的发育特征，本研究采用不同方法进行噪声压制。采用“先强后弱，先低频后高频，多域联合”的组合去噪手段，先对强能量的低频干扰进行压制，延后再压制高频强能量干扰，分别在共炮点域、共中心点域、共偏移距域以及τ-p域内对噪声进行压制[6-7]。叠前在共炮点域，采用自适应低频干扰压制方法压制面波，在共炮点域和共中点心点域采用分频去噪方法压制野值与异常大值干扰，在τ-p域压制各类线性噪声，在共偏移距域内采用f-x域投影滤波方法压制随机噪声，叠后则采用f-x域预测滤波方法压制随机噪声[8]。

2.2.1自适应低频干扰压制

低频噪声一般在局部范围存在，单道上表现为时间方向，多道上表现为空间方向，其主频范围、能量衰减特性等方面均有别于有效波，因此，可以通过在时间域、频率域以及空间域上从统计角度对其进行识别与压制[9-10]。研究区地震勘探资料中的强能量低频干扰主要为面波，针对面波的频率(10～30 Hz)以及视速度(1 000 m/s)的特征，首先通过时频分析技术确定面波的分布范围以及规律，然后在频率域对有效波与面波的能量进行统计分析，最后采用能量自适应加权衰减法对面波进行压制，处理软件采用Grisys系统的ATTGRO模块(图5)。

图5　面波压制前后单炮效果对比

2.2.2τ-p域去噪

τ-p变换的物理意义是将球面波场分解为具有不同射线参数p的平面波场[11]。波场分解可以通过对道集应用线性动校正方法处理后，将道集内各道的振幅沿偏移距轴进行叠加来实现，该过程即为倾斜叠加。倾斜叠加通常是在CSP或CMP道集上进行，将数据首先从t-x域转换至τ-p域，然后在τ-p域内根据信号与噪声的分布特征进行各种处理，去除噪声，尤其是规则噪声，从而提高叠前资料的信噪比。τ-p域去噪流程如图6所示。

图6　τ-p域去噪流程

研究区原始地震勘探资料中发育视速度为1 000～1 300 m/s的线性干扰波，其与煤层反射波相干涉，对最终剖面的叠加效果影响较大，故需在叠前将其能量进行压制。线性干扰波在τ-p域内分布于1个点状区域，而反射波在τ-p域内则呈椭圆分布，据此本研究选择合适的p值参数，对该线性干扰能量进行压制。处理软件采用CGG的LINTP模块，p值取-1/1 500～ 1/1 500，去噪效果较好(图7)。

图7　线性干扰波压制前后单炮效果对比

2.2.3共偏移距域压制随机噪声

在低频面波、线性干扰、工业电干扰以及异常大值压制后，单炮记录中仍存在较重的随机噪声，对于后续速度扫描工作的影响较大。因此，本研究在偏移距域内采用f-x投影滤波方法[11-12]对随机噪声进行压制，提高资料的信噪比，改善速度分析质量以及最终叠加剖面的成像效果(图8)。

3　结　语

为有效处理复杂地质条件山区的煤田地震勘探资料，以老挝北部山区为例，对复杂地质条件山区地震资料处理思路与方法进行了分析。采用层析反演成像法解决该区地质勘探资料静校正问题，采用“先强后弱，先低频后高频，多域联合”的叠前多域多系统组合去噪思路压制噪声，提高原始资料信噪比，成效显著，为后续反褶积、速度分析提供了保障。

图8　叠前随机去噪前后剖面对比

[1]杨光明.复杂山区地震勘探资料精细处理技术探析[J].中州煤炭，2011(4)：41-42.

[2]熊翥.复杂地区地震数据处理思路[M].北京：石油工业出版社，2002.

[3]沃·伊尔马兹.地震资料分析——地震资料处理、反演和解释

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