老撾北部復雜地質條件山區(qū)煤田地震勘探資料處理技術

趙沉雷　萬光南

(河南省煤炭地質勘察研究總院)

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)小型煤田實屬罕見。但勘查區(qū)內地表起伏劇烈，高差較大，靜校正問題突出；近地表巖性變化大，第四系覆蓋層結構較為松散，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，針對復雜山區(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，對該區(qū)地震資料處理方法進行研究。

1　研究區(qū)地震勘探難點

復雜地質條件山區(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，相對高差超過300 m。區(qū)內含煤地層為新近系，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)層位進行激發(fā)，導致原始資料信噪比較低(圖1)[2]。由于受區(qū)內地形起伏的影響，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)地震資料處理的關鍵[4-5]。

圖1　區(qū)內典型單炮記錄

研究地震地質條件復雜，勘探施工中在基巖出露區(qū)采用風鉆成孔，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，炮點距10 m，中點激發(fā)，覆蓋次數(shù)為40次。

2　地震勘探資料處理方法

針對研究區(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反演近地表模型的層析靜校正法，解決區(qū)內近地表巖性變化大、靜校正嚴重的問題；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，由此產生的地震波旅行時差使得反射信號無法實現(xiàn)同相疊加，導致疊加成像效果變差。由于區(qū)內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，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、基準面以及替換速度等參數(shù)，即可計算出炮點、檢波點的靜校正量。

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，層析網格5 m×2.5 m。當計算殘差基本控制在15 ms以內時，層析模型合成的初至值與實際初至值吻合良好。靜校正量計算的基準面采用1 300 m，替換速度2 500 m/s。靜校正處理結果如圖4所示。

圖4　靜校正前后單炮效果對比

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、工頻以及隨機環(huán)境噪聲等。針對該類噪聲的發(fā)育特征，本研究采用不同方法進行噪聲壓制。采用“先強后弱，先低頻后高頻，多域聯(lián)合”的組合去噪手段，先對強能量的低頻干擾進行壓制，延后再壓制高頻強能量干擾，分別在共炮點域、共中心點域、共偏移距域以及τ-p域內對噪聲進行壓制[6-7]。疊前在共炮點域，采用自適應低頻干擾壓制方法壓制面波，在共炮點域和共中點心點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，在共偏移距域內采用f-x域投影濾波方法壓制隨機噪聲，疊后則采用f-x域預測濾波方法壓制隨機噪聲[8]。

2.2.1自適應低頻干擾壓制

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，可以通過在時間域、頻率域以及空間域上從統(tǒng)計角度對其進行識別與壓制[9-10]。研究區(qū)地震勘探資料中的強能量低頻干擾主要為面波，針對面波的頻率(10～30 Hz)以及視速度(1 000 m/s)的特征，首先通過時頻分析技術確定面波的分布范圍以及規(guī)律，然后在頻率域對有效波與面波的能量進行統(tǒng)計分析，最后采用能量自適應加權衰減法對面波進行壓制，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道集應用線性動校正方法處理后，將道集內各道的振幅沿偏移距軸進行疊加來實現(xiàn)，該過程即為傾斜疊加。傾斜疊加通常是在CSP或CMP道集上進行，將數(shù)據首先從t-x域轉換至τ-p域，然后在τ-p域內根據信號與噪聲的分布特征進行各種處理，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，對最終剖面的疊加效果影響較大，故需在疊前將其能量進行壓制。線性干擾波在τ-p域內分布于1個點狀區(qū)域，而反射波在τ-p域內則呈橢圓分布，據此本研究選擇合適的p值參數(shù)，對該線性干擾能量進行壓制。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比

2.2.3共偏移距域壓制隨機噪聲

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噪聲，對于后續(xù)速度掃描工作的影響較大。因此，本研究在偏移距域內采用f-x投影濾波方法[11-12]對隨機噪聲進行壓制，提高資料的信噪比，改善速度分析質量以及最終疊加剖面的成像效果(圖8)。

3　結　語

為有效處理復雜地質條件山區(qū)的煤田地震勘探資料，以老撾北部山區(qū)為例，對復雜地質條件山區(qū)地震資料處理思路與方法進行了分析。采用層析反演成像法解決該區(qū)地質勘探資料靜校正問題，采用“先強后弱，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　疊前隨機去噪前后剖面對比

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