陡倾角煤层勘探区的地震数据处理研究＊

汤红伟

（中煤科工集团西安研究院，陕西省西安市，710077）

陡倾角煤层勘探区的地震数据处理研究＊

汤红伟

（中煤科工集团西安研究院，陕西省西安市，710077）

以煤层倾角变化范围30～60°的王家山矿区为例，选择叠前时间偏移、叠前深度偏移及叠后时间偏移3种方法进行资料处理。实际处理结果表明：叠后时间偏移适用于地震地质条件相对简单的区域；叠前时间偏移能解决共反射点叠加的问题，不能解决地下绕射点与成像点不重合的问题，主要适用于地下速度横向变化不太复杂的地区；当地震地质条件非常复杂时，只有叠前深度偏移能够同时实现共反射点的叠加和绕射点的归位。

陡倾角 叠后时间偏移 叠前时间偏移 叠前深度偏移

陡倾角地震勘探区因在数据处理时不能保证资料的准确归位，进而不能获得准确的高质量地震勘探成果，因此成为地震数据处理中的难点。地震偏移技术是实现反射界面的空间归位和恢复发射界面的特征、振幅变化和反射系数，提高地震空间分辨率和保真度的重要手段。根据偏移方法的不同，偏移可分为时间域和深度域两类。时间偏移技术是基于横向速度变化弱的水平层状介质模型产生的，而深度偏移技术是基于横向速度变化的真实地质模型发展而来。两种偏移方法各有所长，而根据不同的地震地质条件选择适宜的处理方法是提高勘探精度的重要保证。本文以煤层倾角变化范围较大的王家山矿区为例，选择叠前时间偏移、叠前深度偏移及叠后时间偏移3种方法进行对比处理。

1 偏移原理及实现方法

偏移归位处理是将各个地震数据元素归位到产生这些波形的反射或绕射点相应位置，只有将地震数据偏移归位之后才能得到真实的构造图像。水平叠加所获得的时间剖面，相当于自激自收记录，当界面水平时，由于共中心点和共反射点的位置都在同一铅垂线上，则时间剖面的几何形态和相对位置与反射界面是基本一致的。但当界面倾斜时，共中心点和共反射点就不在同一铅垂线上，而彼此有一定的偏离。这时，时间剖面上的同相轴和倾斜界面段之间在位置、长度、倾角等方面都不一致，而且随界面倾角和埋深的加大而差别更大。必须对水平叠加时间剖面进行偏移归位处理，偏移是将水平叠加时间剖面上的同相轴从最初不正确的共中心点位置校正到正确位置，分解干涉波，收敛绕射波，进而改善时间剖面的横向分辨率处理手段。

1.1 叠后时间偏移

叠后时间偏移是煤田地震勘探中目前使用较为广泛的处理方法，此方法主要是对共中心点水平叠加时间剖面进行偏移，在这种近似于自激自收的时间剖面上，各个地震道代表了地面接收点接收到的沿反射界面法线传播的地震波，进行解释时，把它们垂直显示在地面接收点的正下方。

1.2 叠前时间偏移

当地层几何形状比较复杂时，应用常规的叠后时间偏移技术难以得到理想的成像效果，而叠前时间偏移处理技术是利用叠前道集及均方根速度场，故能够将各个地震数据道偏移到真实的反射点位置，形成共反射点道集，在此基础上再进行叠加，可提高偏移成像精度；此外，叠前时间偏移方法的迭代过程也能使最终得到的速度场精度与振幅保真度优于叠后时间偏移，这样不仅有利于进一步提高构造解释精度，而且可确保叠前属性提取与叠后地震数据反演结果的真实可靠。叠前时间偏移虽然仍无法从根本上解决地下构造成像问题（成像点与绕射点的偏移），但它基于绕射叠加或者克拉伯特（Claerbout）反射成像原则，是一种射线成像（DMO是法向射线成像），适用于υ（z）介质和横向速度中等变化的介质，且对偏移速度场不敏感，从理论上取消了输入数据为零炮检距的假设，避免了正常时差校正（NMO）后的共中心点（CMP）道集叠加所产生的畸变，比叠后时间偏移保存了更多的叠前地震信息；叠前时间偏移后的叠加是共反射点的叠加，依据的模型是任意的非水平层状介质，因此叠前偏移的图像比叠后偏移在空间位置上更准确。

叠前时间偏移从实现目标分类上有两类：用于准确构造成像的叠前时间偏移和振幅保持叠前时间偏移。每一类方法都有两种实现方式：基尔霍夫（Kirchhoff）型和波动方程型。目前常用的叠前时间偏移方法是基尔霍夫积分法叠前时间偏移，与波动方程叠前时间偏移相比，基尔霍夫积分法能够适应不同的观测系统，对输入地震数据没有特殊要求，处理方便灵活，非常适用于作目标成像且计算效率较高。基尔霍夫积分法叠前时间偏移的主要特征之一是它能够基于地震记录，选择激发源和相应地震射线束的密度对某一项预定目标进行偏移成像，它的精度可达到不受地层倾角限制的程度。

叠前时间偏移只能解决共反射点叠加的问题，不能解决地下绕射点与成像点不重合的问题，所以主要适用于地下速度横向变化不太复杂的地区。

1.3 叠前深度偏移

深度偏移技术是基于横向速度变化的真实地质模型发展而来。同叠前时间偏移相比，叠前深度偏移的主要方法有基尔霍夫积分法、（单程）波动方程有限差分（FD）法、相移（PS）法及逆时法。目前广泛应用的是基尔霍夫积分法、波动方程有限差分法。基尔霍夫积分法的特点是计算效率高，便于目标处理，对陡倾角地层较为适应，但它不是保幅的偏移成像方法，通常不能适应强横向速度变化；波动方程有限差分法的特点是利用有限差分方法解近似方程，对地震波向下延拓成像，成像过程中具有在低信噪比的地方比较有效、偏移结果噪声小、适应强横向速度变化等优点，但其偏移的地层倾角最大为60°，计算效率较低。叠前深度偏移的实现过程主要包括速度－深度模型的建立与深度偏移成像处理两部分。

典型的波动方程偏移方法有两类：一类是单平方根方程偏移，如炮集偏移和合成面炮偏移。在其偏移过程中，上行波和下行波基于各自的单程波方程分别进行延拓，并通过2个延拓波场的互相关（零时间条件）来提取成像值。另一类是基于沉降观测概念的双平方根（DSR）偏移。在其偏移过程中，只对上行波场进行延拓，相当于向地下延拓（沉降）震源与接收点，当二者重合时（零偏移距），零时间的波场值就作为该空间点的成像值。

炮域叠前深度偏移是将炮点和检波点分别向下外推。检波点外推输入数据为地表接收的共炮点道集，采用上行波方程外推地下波场。对于炮点外推，需要人为给定一个地震子波作为震源函数，采用下行波方程外推地下波场，得到单炮传播波场。在同一物理点上，根据成像条件二者互相关叠加求和，实现炮集的叠前深度偏移成像。

2 实际应用

王家山矿区地形跌宕起伏，有多个直立陡坎和冲沟，地表相对高差最大为132m，区内地表条件十分复杂。区内煤层埋深变化在400～1000m，地层倾角变化较大，在勘探区西部煤层倾角为30～40°，东部煤层倾角为50～60°，资料处理分别应用了叠后时间偏移、叠前时间偏移、叠前深度偏移。得到的成果数据体有7个，其中叠加数据体1个，叠后偏移数据体4个（偏移速度分别为叠加速度的80%、85%、90%、95%），叠前时间偏移数据体1个，叠前深度偏移数据体2个（1个深度域数据体，1个时间域数据体）。

从叠加数据体看，除勘探区北部边界局部（受浅部塌陷区影响）、勘探区东部（第11束）及勘探区西部（第1束）外，其余地段的地震时间剖面波形特征明显，同相轴连续性较好，叠加剖面图见图1。总体来说，叠加数据体质量较高，为完成地质任务奠定了处理基础。

图1 叠加剖面

综合对比叠后偏移得到的4个数据体，认为85%的叠加速度的叠后偏移数据体处理效果相对较好。但局部地段剖面仍然无法正确解释，断点是否正确归位也无法确定。

从叠加速度上看，本区速度横向变化较为剧烈，而叠前时间偏移要求速度的横向不变或平缓变化。故叠前时间偏移所得的数据体也不能用于最终资料解释。

叠前深度偏移应用的是剩余曲率速度分析方法进行速度分析，它是现在应用最为广泛的偏移速度分析方法，垂向速度延迟就是利用偏移后的聚焦能量信息，而能量的聚焦主要由走时决定，所以此方法只能得到宏观的背景速度场。本方法既可与基尔霍夫偏移，也可以和波动方程偏移相结合形成统一的成像流程。当速度接近于正确时，此类速度分析方法不受构造的影响。因此可以在横向变速的情况下作速度分析。同时，它还可以和速度模型建立直接联系，分析层速度高低是判断速度准确与否的最有效工具。

图2（a）、图2（b）、图2（c）和图2（d）分别为过306孔的叠加、叠后时间偏移、叠前时间偏移和叠前深度偏移剖面，图3为306孔的合成记录。经比较，叠前深度偏移所得的时间剖面与合成记录对应较好。故应用叠前深度偏移所得到的时间域数据体进行最终资料解释。

3 结论

通过叠后时间偏移、叠前时间偏移、叠前深度偏移3种方法处理效果对比，说明了复杂条件下陡倾角地层资料处理中，叠前时间偏移成像得不到精确的地下构造形态，叠前深度偏移能够同时实现共反射点的叠加和绕射点的归位，在解决复杂地质构造成像问题的同时能够提高资料的信噪比和分辨率。不仅如此，与传统的时间域地震剖面相比，深度域成像的地震剖面更具地质意义。叠前深度偏移的广泛研究应用，对于在 复杂地质环境中提高地震勘探的能力将是极大的促进。

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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

＊中煤科工集团西安研究院创新基金项目（2011XAYCX020）

汤红伟（1980－），女，博士，河南信阳人，现在中国煤炭科工集团西安研究院从事地震勘探技术研究工作。

（责任编辑 张艳华）