戈壁地区煤田地震资料处理的特点分析

王充，张光跃，喻兵良

（安徽省勘查技术院， 安徽合肥 230031）

0 引言

随着我国经济建设的快速发展，对包括煤炭在内的能源需求越来越大。国内许多单位已将煤炭勘探领域延伸到山区、沙漠、戈壁和黄土塬等复杂地区。

戈壁地貌主要分布在我国新疆、甘肃等西部地区。由于戈壁地区地表被厚度不均的干燥松散层覆盖，地震勘探时不仅会产生严重的静校正问题，而且对地震波特别是高频成分存在吸收和衰减作用。而隐伏在低速层下面的大小不一的砾石对地震波产生强烈的散射、绕射和屏蔽作用，严重降低了地震资料的信噪比和主频。因此，戈壁地区独有的地貌特征和表层岩性特征不仅影响正常的激发和接收，给地震野外数据采集带来了新的挑战，同时，复杂的原始地震资料也给室内资料处理提出了特殊的要求。

在分析内蒙古自治区额济纳旗路井南地区地震原始资料有效反射波和各种干扰波特点的基础上，围绕如何提高成果剖面的精度和信噪比这个问题，对野外静校正处理、叠前去噪、振幅补偿恢复和偏移成像等关键的处理步骤进行了测试和对比，探讨了资料处理的重点和难点，总结了适合戈壁地区地震资料处理的关键的方法技术。

1 地震地质条件和原始资料概述

1.1 地震地质概述

勘查区为沙化荒漠地貌，地面高程一般980～1000m，以戈壁地表为主，地表覆盖有较松软的砂土，夹有大量小碎石及卵石，部分覆盖耐旱植被。第四系中更新统—全新统不整合在中生界侏罗系或白垩系之上，第四系岩性、厚度横向变化较复杂。中更新统主要由砾石、砂砾石组成，成半固结至固结状态，一般厚度1.0～20.Om。上更新统由土黄、灰褐、黄褐色砾石、砂砾石、含砾砂夹黏土、砂土及透镜状亚砂土组成，厚度一般8.0～85.Om。全新统以冲积、湖积和风积为主，未成岩的砾石和沙砾石胶结程度差，厚度大。

1.2 原始资料概述

地震资料野外采集工作为可控震源激发，主要的采集参数为炮点距50m,道距25 m，覆盖次数124次，最大炮检距6200 m。工区地形起伏不大，但由于表层地震地质条件复杂，激发接收条件差异大，造成不同位置原始单炮记录的初至波的速度有较大差异。另外，不同位置采集的资料受干扰程度也不一样，信噪比存在较大差异，主要的干扰波为面波、声波、浅层折射干扰波、工频干扰波和随机干扰波。

2 关键处理步骤特点分析

2.1 静校正处理

静校正处理在资料处理中是一项重要的基础工作，它对提高叠前道集的信噪比、叠加效果、精确成像有很重要的作用。静校正效果不仅影响叠加剖面的信噪比和纵向分辨率，同时 也影响速度分析的质量及时深转换速度的求取。

由于戈壁地区地形有一定的起伏，加之表层覆盖的干燥松散层横向厚度和速度变化较大(图1)，因此不可避免的存在或大或小的静校正量。另外，由于浅表层砾石对地震波的散射和绕射，以及地表地层地震波的衰减作用，使得部分原始单炮初至波受到影响而难以辨认。可见复杂的近地表结构及难以辨识的初至导致该地区的静校正问题异常突出。如何采取合适的静校正方法求取正确的野外静校正量，是资料处理能否正确成像的关键步骤。

针对戈壁地区的突出静校正问题，应用几种常规静校正方法进行了测试比较，包括高程静校正、野外模型静校正、折射静校正以及层析静校正等静校正方法。

图1 二维测线浅层速度模型Fig.1 Two-dimensional survey line shallow velocity model

高程静校正只考虑地形校正，而不考虑低降速带的影响，因此这种静校正方法精度低、应用效果差，显然不适合于低速层横向变化较大的戈壁地区。野外模型静校正适用表浅层较简单的资料处理，而且其应用前提条件是有较密集的低降速带调查资料，这样能计算出较正确的表浅层模型和静校正量，但由于戈壁地区低降速带速度和厚度在空间上变化较大，因此在控制点附近可以得到准确的静校正量，但对于内插的其他物理点静校正精度较低、效果较差。

折射静校正和层析静校正都需要在地震原始记录上提取初至波走时信息。从图2可以看出，单炮初至波主要是直达波和多个折射波，但不同地段单炮初至波变化大。折射静校正要求折射层稳定，低降速带的速度和厚度纵横向变化不太剧烈[1]，其应用前提条件是来自同一层折射界面的初至折射波清晰，有较多道数能够连续追踪拾取，并已有一个接近实际的低降速带平均速度，既能计算出正确的表浅层模型和静校正量。层析静校正虽然和折射静校正一样需要初至波信息，但它对初至波的要求没有折射静校正那么严格，无需分辨初至波的类型(直达波、反射波、折射波或哪一层的折射波), 初至信息更加丰富[2]，因此它适用范围广，计算精度高，对复杂近地表结构具有很好的适应性，静校正效果优于其他几种方法。因此，层析静校正方法是戈壁地区地震资料处理的最佳选择，其他静校正方法可以作为质控手段。由于地表条件的复杂性，野外一次静校正不能完全消除高频静校正量的影响，需要在后期进行基于反射信息的剩余静校正处理（图3）。

图2 不同地段野外记录初至波比较Fig.2 Comparison of initial arrival waves recorded in the field in different locations

图3 静校正前（左）后（右）叠加剖面比较Fig.3 Comparison of stack section before (left) and after (right)static correction

2.2 振幅恢复和补偿处理

地震波在地层中传播时，其波前能量不仅随着传播距离的增大而衰减、在传播过程中还被非弹性地层吸收以及在地层界面发生透射而发生振幅损失，使得地震波随着时间的增大快速衰减，导致原始记录上中深层振幅能量衰减严重。为了消除这种与非反射系数无关的能量变化，需要采用振幅恢复技术，选取合适的球面发散补偿参数和弹性波恢复系数对原始记录进行纵向能量恢复。

戈壁地区地面几乎被粗沙、砾石所覆盖，不同地段的激发和接收效果相差较大，导致不同位置原始记录振幅、频率存在差异，为了消除由于激发或接收因素及空间位置不同造成的能量差异，处理中对资料进行地表一致性振幅补偿，使得地震记录各反射波能量均衡。为了做到高保真振幅处理，确保振幅在时间与空间的一致性，在地表一致性振幅补偿和球面扩散补偿的基础上依据工区炮检点关系，采用地表一致性剩余振幅补偿技术，均衡振幅处理的过量或不足，进一步提高中深部煤层的反射波能量，较真实的反映地下煤层的分布与变化。

2.3 叠前噪音衰减

戈壁地区由于其特殊的浅地表地震地质条件，导致原始地震资料噪音干扰比较复杂，除常见的面波和声波外，散射、折射多次波等干扰波也很发育。在做好波场分析的基础上，针对记录中存在的各种干扰现象和特点，有针对性的采用多种方法组合去噪，按从强至弱逐级去噪的顺序，在炮域、共中心点域、共偏移距域以及t-x域、f-k域、radon域对各种噪音进行衰减，保护低频有效信号，做好迭前去噪处理。

对声波的压制处理：根据声波的频率相对较高、速度低及单道衰减快的特点，对其进行去除和压制处理。

对面波的压制处理：面波干扰主要分布在近偏移距范围，具有较低的频率和较低的视速度，部分能量较强。

对散射波的压制处理：与声波和面波等纯粹的规则干扰波不一样，散射波介于规则干扰和随机干扰之间，它既有一定长度的同相轴和视速度，在时空域的分布又具有随机性，所以需要在时空域对其定位后再进行压制，以免伤害到无干扰区域的有效信息。

对折射多次波的压制处理：折射多次波分布在炮集记录的浅部，与折射初至波平行，其速度特征和频率特征与初至波相似，采用f-k滤波及相干滤波来去除相干噪音， 本方法采用了多道识别，单道逐点压制的策略，被滤波的部分主要集中在被干扰波覆盖的区域，其它部分不受影响。图4为对叠前数据进行综合去噪处理后的叠加剖面与未去噪的叠加剖面比较，可以看到叠加剖面上面的各种干扰波压制得比较干净，突出了有效反射信息。

2.4 偏移成像处理

为了使最终的地震资料能真实准确地反映地下地质构造，需要对叠加数据进行叠后偏移或对优化后的叠前数据进行叠前偏移处理。

叠后偏移成像方法较多，计算过程比较简单，而且是在叠后数据上进行偏移，因此计算速度快。在深部煤系地层相对平缓、地下构造相对简单、速度场不是很复杂的情况下，采用叠前时间偏移即可满足地质解释的要求。

叠前偏移与叠后偏移相比，具有较高的偏移精度。如果中深层地震地质条件比较复杂，煤系地层的断层和陷落柱比较发育，速度场和地震波场较为复杂的情况下，采用叠前偏移处理，能使最终处理的地震资料真实准确地反映地下地质构造。

图4 综合去噪前（左）后（右）叠加剖面比较Fig.4 Comparison of stack section before (left) and after (right)integrated denoising

叠前偏移分为叠前时间偏移和叠前深度偏移。叠前时间偏移的条件是地震资料信噪比比较高且地下速度场横向变化不是太剧烈[3]，煤田地震资料大部分都符合这个要求，因此目前已经成为煤田地震资料处理的常规手段，它可以有效地克服常规NMO叠加、DMO叠加和叠后偏移的缺点，实现真正的共反射点叠加（图5）。叠前时间偏移消除了地层倾角对速度的影响，避免了叠加速度分析的多解性，可获得高精度的偏移速度场，提高偏移成像的精度。叠前时间偏移除了需要一个高质量的叠前数据体以外，正确的偏移速度场和偏移参数是影响偏移效果的关键。

叠前深度偏移是目前复杂构造地区成像的最佳选择，在石油地震勘探中已经得到广泛使用，在信噪比高、地质构造和速度场都很复杂的地区，其成像精度优于叠前时间偏移。但是其成像结果高度依赖速度模型，而在低信噪比地区，不容易得到准确的速度模型，所以它对资料的信噪比有比叠前时间偏移更高的要求，不适合低信噪比资料的偏移成像。由于煤田地震资料的煤系地层在构造上比含油构造简单，而叠前深度偏移计算量很大，计算过程复杂，所以叠前深度偏移尚没有在煤炭领域的地震资料处理得到广泛的使用。

图5 叠加剖面（左）和叠前时间偏移剖面（右）比较Fig.5 Comparison between the stack section (left) and the pre-stack time migration section (right)

3 结语

戈壁地区的地震资料一般存在较大的静校正问题和信噪比问题，另外振幅的纵向衰减和横向的一致性也比较复杂，在进行资料处理时，需要对原始资料进行详尽的波场和属性分析，采取合适的静校正方法和去噪手段对叠前数据进行优化处理。在此基础上，构建符合地下地质构造规律的速度场对资料进行叠前时间偏移归为处理，获取高质量成像剖面，为下一步的地质解释提供依据。