淺層低信噪比地震數據處理方法研究與應用

2018-03-22 02:45:09王亞琪常鎖亮趙萬書曹路通

中國煤炭 2018年2期

王亞琪常鎖亮, 趙興趙萬書曹路通

(1. 太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024；2. 山西山地物探技術有限公司，山西省晉中市，030600)

淺層地震勘探是工程物探主要的一種勘查技術手段，廣泛應用于地質勘查、構造勘查、活斷層勘查、煤層采空區勘查及地質災害調查等領域。該方法主要利用淺層地震反射波所攜帶的地層信息來判斷地下構造形態，利用優質的地震解釋剖面直觀地反映地下構造。

隨著淺層地震勘探應用愈加廣泛，勘探目標愈加復雜，淺層地震資料卻一直存在著疊加次數低，波場復雜，分辨率與信噪比較低等問題，導致解釋所用剖面多為疊加剖面或疊后時間偏移剖面，其成像效果遠遠滿足不了解釋精度的要求,為得到高信噪比和高分辨率的解釋剖面，需要采取有針對性的地震資料處理技術。

本文針對淺層地震資料處理難點，研究出具有針對性的處理關鍵技術，包括疊前組合去噪技術、自適應預測反褶積技術、各向異性高階動校正與高精度速度分析、Kirchhoff疊前時間偏移成像等，建立相應的處理技術流程，以期得到淺層地震資料的較高的信噪比與分辨率的地震成像資料。

1 淺層地震資料處理中關鍵技術

1.1 疊前組合去噪技術

淺層地震資料有其獨有的特殊性，反射層較淺，受環境與人類活動干擾較大，有效波與線性噪音視速度、頻率等相近，常被較強的淺層多次折射、地表干擾及高頻干擾等噪音掩蓋，淺層識別噪音道數較少，因此對去噪技術提出較高的要求。

常規的去噪手段難以實現有效壓制干擾。本文采用“六分法”壓制技術進行逐步、多域、有針對性地壓制噪音。主要包括以下步驟：

(1)分類。根據干擾波各自的頻率特征劃分面波、聲波、多次折射、隨機干擾等。

(2)分步。依據能量強度差異，采取由強到弱、分步衰減噪音。

(3)分頻。依據干擾波頻率展布不同，在不同的頻帶壓制不同的噪音。

(4)分域。在共炮點、共檢波點、共偏移距、共中心點等域內分別進行噪音壓制。

(5)分時。針對不同反射時間段采用不同去噪參數。

(6)分布空間。根據干擾波的空間展布差異特點采用適當的壓制方法。

通過制定出合理的組合去噪技術，以期達到提高信噪比的效果，使有效信號較好保留。

疊前組合去噪前后的單炮記錄對比如圖1所示。

圖1 組合去噪前與F-K域組合去噪后單炮記錄對比圖

原始單炮中面波、多次折射波、聲波等線性噪音較發育，本次主要采用自適應面波衰減技術壓制面波，相干線性噪音壓制技術來壓制線性規則噪音等多種去噪方法相結合。由圖1可以看出，在去噪后的單炮記錄中，面波與線性規則噪音壓制效果較好，同時有效信號得到較好的保護，分辨率得到進一步提高。

1.2 反褶積技術

淺層地震資料在疊前去噪后雖然信噪比有了大幅度的提升，因反射層較淺，地表結構變化大，有效波與多次波混淆，多次波的存在嚴重影響了地震成像的真實性與可靠性，降低了資料的分辨率。因此消除多次波是淺層地震資料處理的又一關鍵點。采用預測反褶積衰減多次波的方法雖然能有效地衰減多次波，但是存在較多多次波殘留的問題。因此本文通過設計自適應濾波器，用最小均方算法的迭代公式來更新自適應預測反褶積的關鍵參數。將預測因子、預測步長、因子長度等參數與多次波的分布周期與分布范圍相結合，達到有針對性地設置反褶積參數，達到壓制多次波，提高分辨率的目的。

自適應預測反褶積技術應用前后對比如圖2所示。由圖2可以看出，多次波與殘留的低頻面波將有效波掩蓋，尤其是在近道超淺層時段，有效波同相軸混雜，存在較嚴重的分辨率的問題。采用自適應預測反褶積技術后，多次波得到有效壓制，地震子波壓縮效果良好，有效波同相軸連續清晰，分辨率得到極大提高，為后期的成像效果與解釋精度奠定了重要的基礎。

圖2 自適應預測反褶積技術應用前后單炮記錄對比圖

1.3 各向異性動校正與高精度速度分析

速度分析主要是通過拾取速度譜對反射同相軸進行動校正處理，其主要應用的仍是動校正的速度，只有在速度譜上準確地拾取一次波速度時，其反射同相軸才會被校平，否則都會出現下拉或者上拋現象，這些都不利于水平疊加。

淺層地震資料基于目的反射層較淺、覆蓋次數較低等局限，攜帶有效信息道數較少，自相關速度分析道數較少，振幅的橫向穩定性較差，目的層緊鄰低速帶或者本身就為低速帶，速度在時間和空間上差異較大，動校正量受速度的影響較大，速度分析的精度直接影響到動校正拉平等處理效果。動校正不足與動校正過量CMP道集對比如圖3所示。當給定試驗速度過高時，則校正不足，經校正過后的反射波同相軸向下彎曲；當給定的試驗速度過低時，則校正過量，經校正后的反射波同相軸向上彎曲。因此根據速度掃描后反射波同相軸是否被拉平可求取不同t0時刻處反射波的疊加速度。

圖3 動校正不足與動校正過量CMP道集對比圖

動校正的主要目的是為了消除炮檢距對反射波旅行時的影響，校平共深度點反射波時距曲線的軌跡，增強利用疊加技術壓制干擾的能力，減小疊加過程中引起的反射波同相軸畸變。

常規動校正與各向異性對比如圖4所示。

圖4 常規動校正與各向異性高階動校正CMP道集對比圖

常規動校正是基于雙曲時差分析，在淺層地震資料處理中，由于介質的非均勻性、有效接收道數較少、速度分析的CDP道集較小等原因，遠偏移距處有動校不平的現象；采用各向異性動校正是基于非雙曲線動校正，能夠有效適用淺層地表介質復雜的情況，增強了動校正后的反射波能量，提高了分辨率，同相軸的連續性加強，同時遠偏移距信息加以有效利用，避免了因為遠偏移距被切除或動校不平造成的剖面質量下降，從而為后續的地震解釋工作創造了有利條件。

1.4 偏移成像技術

目前常規淺層資料的處理由于資料信噪比較低、速度分析不準確等因素通常只做疊后時間偏移處理，所用到的解釋剖面多為疊后時間偏移剖面，雖然能大致反映地下構造形態，但因成像精度不高，常造成小斷層、微幅構造等錯解漏解，并且基于水平假設的原因，忽略傾角時差的影響，在疊后時間偏移剖面中存在著較大的偏移歸位問題。

本文采用的Kirchhoff疊前時間偏移是地震資料處理中的一個全偏移過程，是在疊后時間偏移的基礎上將共中心點道集(CMP)轉換為共反射點道集(CRP)，消除了時距曲線中地層傾角因素的影響。將疊加與偏移有效結合，將常規動校正(NMO)、傾角時差校正(DMO)、疊后時間偏移綜合應用，實現真正的CRP疊加，得到疊前時間偏移剖面來反映斷層、傾斜層等在地下真實存在的構造形態、埋深等，為后期精細化解釋奠定良好的基礎。

Kirchhoff疊前時間偏移剖面與常規疊后時間偏移剖面對比如圖5所示。

圖5 Kirchhoff疊前時間偏移剖面與常規疊后時間偏移剖面對比圖

通過從分辨率、信噪比、波組特征以及成像精度等方面對比研究，分析得出：疊前時間偏移時間剖面的主要標志層的波組特征清晰，同相軸連續明顯易追蹤，偏移歸位較準確；疊前時間偏移剖面表現為信噪比較高，橫向分辨率較好，地層反映明顯，接觸關系明顯；疊前時間偏移處理剖面中斷層

的斷面清晰、斷點干脆，成像效果明顯優于疊后時間偏移剖面，尤其是針對淺層斷裂帶弱反射成像精度有了較大提高。

2 應用效果分析

基于本文處理技術及方法針對洪洞淺層地震勘探資料進行處理，基于疊前時間偏移剖面解釋得到地震解釋剖面，如圖6所示，經時深轉換后得到測線深度剖面，如圖7所示。由圖6可以看出，同相軸連續較好、波組特征明顯，斷裂帶斷層清晰、斷面干脆，解釋效果理想，將淺層第四系晚更新世或全更新世各波阻抗界面基本呈現出來，為淺層第四系地層的構造分析、界面識別等奠定了良好的基礎。由圖7可以看出，解釋出了T0、T1、T2、T3、T4五個反射層位，并且揭示了7條斷層，均為正斷層，Fhd3、Fhd4-1、Fhd4-2、Fhd4-3、Fhd4-4、Fhd4-5斷層傾向南，傾角為50°～60°；Fhd4、Fhd5斷層傾向北，傾角為45°～70°。總體構造面貌表現為地層受強拉張作用形成主斷層與伴生斷層發育的斷裂帶，解釋成果經鉆孔驗證，處理效果基本上達到了高信噪比、高分辨率、高保真度的要求。