山區(qū)煤層氣三維地震成像關(guān)鍵技術(shù)研究

黃素荷 張 凱 袁興賦

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

鄭莊D區(qū)塊位于沁水煤層氣田西部的主體部位，地震地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地形起伏大，表層巖性橫向變化，部分地段煤層埋深淺，致使有效覆蓋次數(shù)低，小斷層及陷落柱發(fā)育。種種因素造成全區(qū)資料存在嚴(yán)重靜校正問題，局部地段信噪比低以及偏移成像難度大，加上煤層氣開發(fā)對(duì)地震成像精度要求高，需要進(jìn)行煤儲(chǔ)層的裂縫預(yù)測(cè)和含氣性檢測(cè)等[1]，給該區(qū)三維地震資料處理帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，需要采用不同的地震數(shù)據(jù)處理措施，形成有效的針對(duì)性的配套技術(shù)，才能達(dá)到提高地震成像品質(zhì)的目的。

1 高精度靜校正聯(lián)合

D區(qū)塊地形高差大，以中低山為主，總體呈兩山夾一河的地勢(shì)，海拔高程在600～1150m之間，平均海拔標(biāo)高在900m左右。表層巖性變化大，主要激發(fā)巖性有砂巖、泥巖、礫石、膠泥、黃土等五類。地形起伏及地表巖性變化等因素造成原始資料靜校正問題非常嚴(yán)重，靜校正問題是需要優(yōu)先解決的問題。本次解決靜校正問題的配套技術(shù)：初至波拾取修改→初至波折射靜校正→地表一次性剩余靜校正→非地表一次性靜校正。首先應(yīng)用折射靜校正解決長波長及中波長靜校正問題，其次應(yīng)用地表一次性剩余靜校正解決短波長靜校正問題，最后應(yīng)用非地表一次性靜校正進(jìn)一步解決局部殘余短波長靜校正問題。

1.1 初至波折射靜校正

D區(qū)塊大多地段為基巖出露，雖然地形起伏大及表層巖性變化，但基本能夠拾取同一折射層的初至波。初至波拾取的質(zhì)量直接影響靜校正的計(jì)算結(jié)果，由于本區(qū)塊覆蓋次數(shù)不高，設(shè)計(jì)為30次，拾取初至波按照程序計(jì)算、手工逐道修改的辦法，并約束初至波的拾取：

（1）在全區(qū)進(jìn)行初至波極性調(diào)查，判斷采用何種極性進(jìn)行初至波拾取。

（2）在初至波清楚的單炮上拾取初至參考線，影射到其他單炮，指導(dǎo)初至拾取。

（3）調(diào)出地形線，判斷拐曲位置的初至是否與地形起伏對(duì)應(yīng)。

（4）加濾波、動(dòng)平衡等處理使得初至波變得比較清楚，利于正確拾取。

（5）同時(shí)調(diào)出多個(gè)單炮，互相比較，保證所拾取的初至波是同一個(gè)相位。

（6）對(duì)實(shí)在不好辨認(rèn)的初至舍棄，保證參與計(jì)算初至波時(shí)間的準(zhǔn)確率。

（7）拾取多個(gè)初至文件進(jìn)行靜校正，比較靜校正效果，并及時(shí)修改初至波。

利用拾取的初至波時(shí)間信息反演近地表模型，然后求解靜校正量。靜校正量需要分解成低頻分量和高頻分量，先進(jìn)行高頻分量的校正，疊前時(shí)間偏移后的CRP道集在疊加后再進(jìn)行低頻分量的校正。

D區(qū)塊應(yīng)用初至波折射靜校正后，圖1（a）顯示單炮記錄畸變的同相軸連續(xù)性得到改善，地形和低速層引起的同相軸錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象基本消除。圖1（ b）顯示疊加剖面信噪比明顯提高，煤層反射波組特征突出，影響構(gòu)造的中長波長靜校正問題得到了較好的解決。

圖1 折射靜校正前后單炮記錄及疊加剖面對(duì)比

1.2 地表一致性剩余靜校正

D區(qū)塊采用地表一致性最大能量剩余靜校正來消除殘余短波長靜態(tài)時(shí)差的影響。該方法的主要參數(shù)是相關(guān)時(shí)窗和最大校正量，相關(guān)時(shí)窗應(yīng)選反射波能量強(qiáng)、波形穩(wěn)定、連續(xù)性好的層段；最大校正量選取小于相關(guān)時(shí)窗內(nèi)主周期的一半，剩余靜校正后的疊加剖面不應(yīng)有串相位現(xiàn)象。將剩余靜校正與速度分析迭代進(jìn)行，直到90%以上的校正量小于一個(gè)采樣間隔。圖2（a）顯示通過剩余靜校正后，速度分析的監(jiān)控道集和疊加段有效波相位更加連續(xù)，速度譜的能量團(tuán)更集中，速度分析的精度得到改善，從而拾取的速度更真實(shí)準(zhǔn)確。圖2（b）顯示通過剩余靜校正后，剖面同相軸的連續(xù)性明顯變好。

圖2 剩余靜校正前后速度分析及疊加剖面對(duì)比

1.3 非地表一致性靜校正

D區(qū)塊由于基巖出露、地形起伏、低降速帶速度及厚度變化等因素的影響，造成實(shí)際情況與地表一致性假設(shè)的條件存在偏差。經(jīng)過折射靜校正和多次地表一致性剩余靜校正后，雖然靜校正問題已基本解決，但局部資料還有殘余短波長時(shí)差的影響，非地表一致性靜校正能夠較好地解決這類殘余靜態(tài)時(shí)差的影響。

在一些地表?xiàng)l件復(fù)雜地區(qū)，平滑靜校正能夠作為進(jìn)一步解決靜校正問題的補(bǔ)充。使用平滑靜校正一定要對(duì)計(jì)算時(shí)窗、相關(guān)道數(shù)和校正時(shí)差進(jìn)行充分的試驗(yàn)，一定要對(duì)疊加結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保疊加剖面只是相位的連續(xù)性有所改善而構(gòu)造形態(tài)沒有明顯的異常變化，只能在靜校正問題基本解決的情況下使用[2]。

在D區(qū)塊處理中，平滑靜校正采用大時(shí)窗、小相關(guān)道數(shù)、小校正時(shí)差。時(shí)窗為500ms，相關(guān)道數(shù)為11道，校正時(shí)差很小為1ms，并對(duì)疊加剖面進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。圖3顯示疊加剖面除波組的連續(xù)性略有改善外，構(gòu)造形態(tài)沒有明顯異常變化，說明參數(shù)選取合理。

圖3 平滑靜校正前（左）后（右）疊加剖面對(duì)比

2 疊前多域“遞進(jìn)”去噪

針對(duì)干擾波類型與特點(diǎn)，采用先強(qiáng)后弱、先規(guī)則后隨機(jī)的去噪順序在多域“遞進(jìn)”去噪。噪聲壓制過程為：強(qiáng)能量干擾波衰減→線性干擾波衰減→殘余強(qiáng)能量干擾波衰減→隨機(jī)干擾波衰減→疊后殘余干擾波衰減。單炮上的強(qiáng)振幅干擾如聲波干擾、猝發(fā)脈動(dòng)、異常擾動(dòng)、工業(yè)干擾、環(huán)境干擾及低速低頻面波等強(qiáng)能量干擾采用地表一致性分頻壓噪技術(shù)在炮域、檢波點(diǎn)域、CMP域進(jìn)行壓制。

針對(duì)具有線性特征的噪聲，在炮域采用相干噪音衰減進(jìn)行壓制。基本思路是根據(jù)線性干擾波與有效波之間在視速度、頻率、位置和能量上的差異，在T-X域采用線性預(yù)測(cè)方法確定線性干擾的視速度、分布范圍及規(guī)律，將規(guī)則干擾自動(dòng)識(shí)別出來，從原始數(shù)據(jù)中減去，實(shí)現(xiàn)線性干擾波的濾除，被濾波的部分主要集中在被干擾波覆蓋的區(qū)域，其他部分不受影響。

隨機(jī)干擾噪音在記錄上普遍存在，根據(jù)隨機(jī)性特點(diǎn)與有效波相干性特點(diǎn)的區(qū)別，選用隨機(jī)噪音衰減技術(shù)有效地壓制。反褶積之前在炮域采用“噪音自動(dòng)識(shí)別與壓制技術(shù)”進(jìn)行一次隨機(jī)噪音衰減，以保證反褶積的處理效果；反褶積后在炮域和共偏移距域再次進(jìn)行隨機(jī)噪音衰減，有效地提高疊前資料的信噪比，為后續(xù)的疊前時(shí)間偏移奠定良好的基礎(chǔ)。

圖4顯示，單炮記錄經(jīng)過綜合去噪后，各種干擾波被壓制，反射信息突出。

圖4 干擾波綜合去除前（上）后（下）單炮記錄對(duì)比

3 疊前時(shí)間偏移

疊前時(shí)間偏移輸入為水平疊加之前的非零炮檢距CMP道集數(shù)據(jù)，比疊后偏移更適用于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，在地層速度橫向變化不是很顯著的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)能夠取得很好的成像效果[3]。D區(qū)塊兩套含煤地層基本為層狀介質(zhì)，速度場(chǎng)橫向變化不大，采用“漸進(jìn)+迭代”方式速度建模，提高了小斷層和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造成像的準(zhǔn)確性。

3.1 “漸進(jìn)+迭代”偏移速度建模

（1）在資料預(yù)處理的主要階段都要進(jìn)行速度分析，利用速度分析與剩余靜校正迭代來逐步提高速度場(chǎng)質(zhì)量。

（2）將用于疊前時(shí)間偏移的道集進(jìn)行DMO速度分析，進(jìn)一步改善速度場(chǎng)質(zhì)量。

（3）DMO疊加速度作為初始速度場(chǎng)進(jìn)行偏移處理，輸出CRP道集。

（4）根據(jù)CRP道集校平與否來判斷速度的合理性，采用目標(biāo)線剩余速度分析與偏移的迭代求出較正確的偏移速度，直到獲得滿意的偏移效果，才得到最終的偏移速度場(chǎng)。

3.2 偏移參數(shù)的選擇

GEODEPTH系統(tǒng)中克?；舴蚍e分疊前時(shí)間偏移的重要參數(shù)即為偏移孔徑、拉伸因子及反假頻因子。

（1）偏移孔徑的選擇。偏移孔徑大小主要與地層傾角、目的層深度和速度有關(guān)。過小會(huì)出現(xiàn)假頻，大傾角地層不能正確成像；過大深部會(huì)帶來大量的偏移噪聲，延長偏移時(shí)間。

（2）拉伸因子的選擇。過大產(chǎn)生弧狀噪聲，淺部地層成像效果信噪比變差；過小產(chǎn)生假頻，模糊構(gòu)造，傾斜地層不能成像。

（3）反假頻因子的選擇。過大傾斜構(gòu)造不能成像，產(chǎn)生假頻；過小產(chǎn)生弧狀噪聲，成像效果變差，淺部地層反映特別明顯。

4 處理效果分析

配套處理技術(shù)對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，較好地解決了靜校正問題，提高了剖面的信噪比，資料的成像品質(zhì)獲得了不錯(cuò)的效果。最終成果剖面信噪比高，保真度高，分辨率適中；反射波組層次清晰，波組特征明顯，易于追蹤對(duì)比；斷裂刻畫清晰，斷點(diǎn)干脆，斷裂的交互關(guān)系和結(jié)構(gòu)清楚，如圖5（a）；主要勘探目的層內(nèi)幕反射清晰，剖面揭示的構(gòu)造形態(tài)可靠，陷落柱特征明顯，如圖5（b）。

圖5 疊前時(shí)間偏移效果

5 結(jié)論

（1）初至?xí)r間的拾取質(zhì)量是影響初至折射波靜校正效果的關(guān)鍵因素，多步驟多方法的有機(jī)聯(lián)合能夠較好地解決山區(qū)煤層氣三維地震勘探中靜校正的影響。

（2）小斷層及陷落柱等構(gòu)造成像需要疊前資料有較好的保幅性，疊前噪聲壓制要分類別、分階段“遞進(jìn)”式進(jìn)行。

（3）在疊前時(shí)間偏移中，采用“漸進(jìn)+迭代”模式建立偏移速度模型，能夠改善速度模型質(zhì)量，提高成像精度，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造有較好的成像效果。