陡傾角煤層勘探區的地震數據處理研究＊

湯紅偉

（中煤科工集團西安研究院，陜西省西安市，710077）

陡傾角煤層勘探區的地震數據處理研究＊

湯紅偉

（中煤科工集團西安研究院，陜西省西安市，710077）

以煤層傾角變化范圍30～60°的王家山礦區為例，選擇疊前時間偏移、疊前深度偏移及疊后時間偏移3種方法進行資料處理。實際處理結果表明：疊后時間偏移適用于地震地質條件相對簡單的區域；疊前時間偏移能解決共反射點疊加的問題，不能解決地下繞射點與成像點不重合的問題，主要適用于地下速度橫向變化不太復雜的地區；當地震地質條件非常復雜時，只有疊前深度偏移能夠同時實現共反射點的疊加和繞射點的歸位。

陡傾角 疊后時間偏移 疊前時間偏移 疊前深度偏移

陡傾角地震勘探區因在數據處理時不能保證資料的準確歸位，進而不能獲得準確的高質量地震勘探成果，因此成為地震數據處理中的難點。地震偏移技術是實現反射界面的空間歸位和恢復發射界面的特征、振幅變化和反射系數，提高地震空間分辨率和保真度的重要手段。根據偏移方法的不同，偏移可分為時間域和深度域兩類。時間偏移技術是基于橫向速度變化弱的水平層狀介質模型產生的，而深度偏移技術是基于橫向速度變化的真實地質模型發展而來。兩種偏移方法各有所長，而根據不同的地震地質條件選擇適宜的處理方法是提高勘探精度的重要保證。本文以煤層傾角變化范圍較大的王家山礦區為例，選擇疊前時間偏移、疊前深度偏移及疊后時間偏移3種方法進行對比處理。

1 偏移原理及實現方法

偏移歸位處理是將各個地震數據元素歸位到產生這些波形的反射或繞射點相應位置，只有將地震數據偏移歸位之后才能得到真實的構造圖像。水平疊加所獲得的時間剖面，相當于自激自收記錄，當界面水平時，由于共中心點和共反射點的位置都在同一鉛垂線上，則時間剖面的幾何形態和相對位置與反射界面是基本一致的。但當界面傾斜時，共中心點和共反射點就不在同一鉛垂線上，而彼此有一定的偏離。這時，時間剖面上的同相軸和傾斜界面段之間在位置、長度、傾角等方面都不一致，而且隨界面傾角和埋深的加大而差別更大。必須對水平疊加時間剖面進行偏移歸位處理，偏移是將水平疊加時間剖面上的同相軸從最初不正確的共中心點位置校正到正確位置，分解干涉波，收斂繞射波，進而改善時間剖面的橫向分辨率處理手段。

1.1 疊后時間偏移

疊后時間偏移是煤田地震勘探中目前使用較為廣泛的處理方法，此方法主要是對共中心點水平疊加時間剖面進行偏移，在這種近似于自激自收的時間剖面上，各個地震道代表了地面接收點接收到的沿反射界面法線傳播的地震波，進行解釋時，把它們垂直顯示在地面接收點的正下方。

1.2 疊前時間偏移

當地層幾何形狀比較復雜時，應用常規的疊后時間偏移技術難以得到理想的成像效果，而疊前時間偏移處理技術是利用疊前道集及均方根速度場，故能夠將各個地震數據道偏移到真實的反射點位置，形成共反射點道集，在此基礎上再進行疊加，可提高偏移成像精度；此外，疊前時間偏移方法的迭代過程也能使最終得到的速度場精度與振幅保真度優于疊后時間偏移，這樣不僅有利于進一步提高構造解釋精度，而且可確保疊前屬性提取與疊后地震數據反演結果的真實可靠。疊前時間偏移雖然仍無法從根本上解決地下構造成像問題（成像點與繞射點的偏移），但它基于繞射疊加或者克拉伯特（Claerbout）反射成像原則，是一種射線成像（DMO是法向射線成像），適用于υ（z）介質和橫向速度中等變化的介質，且對偏移速度場不敏感，從理論上取消了輸入數據為零炮檢距的假設，避免了正常時差校正（NMO）后的共中心點（CMP）道集疊加所產生的畸變，比疊后時間偏移保存了更多的疊前地震信息；疊前時間偏移后的疊加是共反射點的疊加，依據的模型是任意的非水平層狀介質，因此疊前偏移的圖像比疊后偏移在空間位置上更準確。

疊前時間偏移從實現目標分類上有兩類：用于準確構造成像的疊前時間偏移和振幅保持疊前時間偏移。每一類方法都有兩種實現方式：基爾霍夫（Kirchhoff）型和波動方程型。目前常用的疊前時間偏移方法是基爾霍夫積分法疊前時間偏移，與波動方程疊前時間偏移相比，基爾霍夫積分法能夠適應不同的觀測系統，對輸入地震數據沒有特殊要求，處理方便靈活，非常適用于作目標成像且計算效率較高。基爾霍夫積分法疊前時間偏移的主要特征之一是它能夠基于地震記錄，選擇激發源和相應地震射線束的密度對某一項預定目標進行偏移成像，它的精度可達到不受地層傾角限制的程度。

疊前時間偏移只能解決共反射點疊加的問題，不能解決地下繞射點與成像點不重合的問題，所以主要適用于地下速度橫向變化不太復雜的地區。

1.3 疊前深度偏移

深度偏移技術是基于橫向速度變化的真實地質模型發展而來。同疊前時間偏移相比，疊前深度偏移的主要方法有基爾霍夫積分法、（單程）波動方程有限差分（FD）法、相移（PS）法及逆時法。目前廣泛應用的是基爾霍夫積分法、波動方程有限差分法。基爾霍夫積分法的特點是計算效率高，便于目標處理，對陡傾角地層較為適應，但它不是保幅的偏移成像方法，通常不能適應強橫向速度變化；波動方程有限差分法的特點是利用有限差分方法解近似方程，對地震波向下延拓成像，成像過程中具有在低信噪比的地方比較有效、偏移結果噪聲小、適應強橫向速度變化等優點，但其偏移的地層傾角最大為60°，計算效率較低。疊前深度偏移的實現過程主要包括速度－深度模型的建立與深度偏移成像處理兩部分。

典型的波動方程偏移方法有兩類：一類是單平方根方程偏移，如炮集偏移和合成面炮偏移。在其偏移過程中，上行波和下行波基于各自的單程波方程分別進行延拓，并通過2個延拓波場的互相關（零時間條件）來提取成像值。另一類是基于沉降觀測概念的雙平方根（DSR）偏移。在其偏移過程中，只對上行波場進行延拓，相當于向地下延拓（沉降）震源與接收點，當二者重合時（零偏移距），零時間的波場值就作為該空間點的成像值。

炮域疊前深度偏移是將炮點和檢波點分別向下外推。檢波點外推輸入數據為地表接收的共炮點道集，采用上行波方程外推地下波場。對于炮點外推，需要人為給定一個地震子波作為震源函數，采用下行波方程外推地下波場，得到單炮傳播波場。在同一物理點上，根據成像條件二者互相關疊加求和，實現炮集的疊前深度偏移成像。

2 實際應用

王家山礦區地形跌宕起伏，有多個直立陡坎和沖溝，地表相對高差最大為132m，區內地表條件十分復雜。區內煤層埋深變化在400～1000m，地層傾角變化較大，在勘探區西部煤層傾角為30～40°，東部煤層傾角為50～60°，資料處理分別應用了疊后時間偏移、疊前時間偏移、疊前深度偏移。得到的成果數據體有7個，其中疊加數據體1個，疊后偏移數據體4個（偏移速度分別為疊加速度的80%、85%、90%、95%），疊前時間偏移數據體1個，疊前深度偏移數據體2個（1個深度域數據體，1個時間域數據體）。

從疊加數據體看，除勘探區北部邊界局部（受淺部塌陷區影響）、勘探區東部（第11束）及勘探區西部（第1束）外，其余地段的地震時間剖面波形特征明顯，同相軸連續性較好，疊加剖面圖見圖1。總體來說，疊加數據體質量較高，為完成地質任務奠定了處理基礎。

圖1 疊加剖面

綜合對比疊后偏移得到的4個數據體，認為85%的疊加速度的疊后偏移數據體處理效果相對較好。但局部地段剖面仍然無法正確解釋，斷點是否正確歸位也無法確定。

從疊加速度上看，本區速度橫向變化較為劇烈，而疊前時間偏移要求速度的橫向不變或平緩變化。故疊前時間偏移所得的數據體也不能用于最終資料解釋。

疊前深度偏移應用的是剩余曲率速度分析方法進行速度分析，它是現在應用最為廣泛的偏移速度分析方法，垂向速度延遲就是利用偏移后的聚焦能量信息，而能量的聚焦主要由走時決定，所以此方法只能得到宏觀的背景速度場。本方法既可與基爾霍夫偏移，也可以和波動方程偏移相結合形成統一的成像流程。當速度接近于正確時，此類速度分析方法不受構造的影響。因此可以在橫向變速的情況下作速度分析。同時，它還可以和速度模型建立直接聯系，分析層速度高低是判斷速度準確與否的最有效工具。

圖2（a）、圖2（b）、圖2（c）和圖2（d）分別為過306孔的疊加、疊后時間偏移、疊前時間偏移和疊前深度偏移剖面，圖3為306孔的合成記錄。經比較，疊前深度偏移所得的時間剖面與合成記錄對應較好。故應用疊前深度偏移所得到的時間域數據體進行最終資料解釋。

3 結論

通過疊后時間偏移、疊前時間偏移、疊前深度偏移3種方法處理效果對比，說明了復雜條件下陡傾角地層資料處理中，疊前時間偏移成像得不到精確的地下構造形態，疊前深度偏移能夠同時實現共反射點的疊加和繞射點的歸位，在解決復雜地質構造成像問題的同時能夠提高資料的信噪比和分辨率。不僅如此，與傳統的時間域地震剖面相比，深度域成像的地震剖面更具地質意義。疊前深度偏移的廣泛研究應用，對于在 復雜地質環境中提高地震勘探的能力將是極大的促進。

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Research on earthquake data processing of high dip coal seam exploration area

Tang Hongwei

（Xi＇an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corporation，Xi＇an，Shannxi 710077，China）

For the coal seam in Wangjiashan mining area，whose dip angle varies in the range of 30～60°，the data could be processed by pre－stack time migration，pre－stack depth migration and post－stack time migration.The results of data processing showed that post－stack migration technique is suitable for the areas in the simple earthquake geological conditions.Pre－stack time migration technique could solve the problems from common reflection point stacking，but could not solve such problem as misalignment of underground diffraction points and image points，mainly suitable for the areas where the horizontal change of underground speed is not complex.Once the earthquake geological conditions are too complex，only pre－stack depth migration could achieve the common reflection point stacking and the diffraction point homing.

high dip angle，post－stack time migration，pre－stack time migration，pre－stack depth migration

TD628

B

＊中煤科工集團西安研究院創新基金項目（2011XAYCX020）

湯紅偉（1980－），女，博士，河南信陽人，現在中國煤炭科工集團西安研究院從事地震勘探技術研究工作。

（責任編輯 張艷華）