地震采集處理技術在黃土塬區的應用

覃雨璐 袁 鐸 朱貝爾

（1.廣東省有色工業建筑質量檢測站有限公司，廣東 廣州 510000；2.機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安710043；3.中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

全球陸地表面積10%為黃土覆蓋，我國占比最大，主要分布在陜西北部、甘肅中東部、寧夏南部、山西西部和內蒙等鄂爾多斯盆地區[1-2]，河南、河北和新疆塔里木葉城地區零星分布。黃土分布區蘊含大量油氣和豐富的煤炭資源，其中煤炭約占全國資源總量的2/3，油氣資源勘探以延長石油為代表獲得重大突破。黃土塬區作為我國能源的重要儲備基地，具有重要的戰略意義。

1 工區概況

川口三維地震工區位于鄂爾多斯南部鎮原-涇川區塊內，屬于黃土塬區，地形極其復雜，具有樹枝狀水系及塬、梁、峁、坡等獨特地貌。地表高程1000m～1500m，一般高差幾十到百米，最大高差為500m。工區地表普遍分布一層礓石，厚度2m～4m，這些礓石粒徑大小不一，給鉆井工作造成較大麻煩，其對地震波的散射作用也是影響工區資料品質的原因之一。黃土層厚度一般150m～200m，沖溝黃土厚度50m～100m。黃土層下伏第三紀膠泥和白堊紀砂巖，深層中生界三疊紀延長組和侏羅紀延安組為該勘探的主要目的層。

2 黃土塬勘探方法研究

黃土塬區地層松散、干燥、彈性差，強烈吸收炸藥震源能量，深部目的層接收到的地震波能量不足；地形變化大、速度不穩定使激發和接收條件受到限制，靜校正問題突出；各向異性嚴重，產生面波、折射波和多次波等干擾，降低地震資料的信噪比；大地濾波使地震波高頻成分損失嚴重，降低深層分辨率，難以精細刻畫目的層。解決這些問題，為精細解釋提供高品質地震剖面，成為該勘探的重點。

2.1 精細地表調查

根據不同工區微測井、巖芯錄井等調查方法，黃土塬區普遍存在干黃土層、濕黃土層和膠泥層，不同地區厚度不一致，干、濕黃土層位于低速帶，膠泥層位于降速帶。分別選擇濕黃土層和膠泥層作為激發層，發現相同藥量條件下，膠泥層激發比濕黃土層激發的記錄要好，且膠泥層具有聚能的作用。

川口工區黃土塬地震勘探分別選取了西部黃土塬區、中部山坡區和東部山坡區作為試驗點。由于小折射適用于地形起伏較小的層狀介質，微測井不受地形起伏影響，且不局限于均勻層狀介質的表層結構調查，所以該地表調查同時采用小折射、單井微測井和巖性錄井的方法進行，其中小折射點534個，微測井13個。小折射布置在地形相對平坦地區，微測井位置與小折射基本一致，兩者同時布置是為了利用微測井驗證小折射數據的精度。

西部黃土塬區解釋了2個層，小折射和微測井低速層速度分別為349m/s和546m/s，兩者降速層速度區別不大，在1600m/s～1800m/s。小折射解釋的低速層厚度為16m左右，微測井解釋低速層厚度22.54m（表1）。2種方法均未穿透降速層。小折射、微測井低速層速度和厚度差異有可能與干黃土層和濕黃土層間性質差異不大，而小折射對界面兩側速度要求相差較大有關。

表1 西部黃土塬區表層調查速度與厚度

黃土塬區地層自上而下分別為黃土-紅膠泥-礓石-黃土-紅膠泥-礓石，由巖性錄井結果顯示自上而下黃土層9m，紅膠泥層4m，礓石位于底部（圖1），潛水面在30m深左右。

圖1 黃土塬區巖性錄井

2.2 激發參數選擇

巨厚黃土層的濾波作用導致單炮頻率低、頻帶窄、信噪比低，可以采用低主頻檢波器、大基距組合、小道距接收和增加覆蓋次數的方法解決，具體參數根據實際情況確定。黃土層中炸藥爆炸的大部分能量消耗在空穴區和塑性變形區，大藥量對剖面質量的提升作用不明顯，可通過組合井激發以補償黃土層對炸藥爆炸能量的吸收。據張萌等（2018）王家嶺井組合為3口，王建新等（2011）鄂南黃土塬區組合井為13口，陳建國等（2019）塔西南組合井為5口，具體組合井數以顯示的地震剖面信噪比較高，構造形態清晰為準[3-6]。

川口工區黃土塬適合的激發深度為低速層下1m～3m，施工過程中如遇含有礓石的膠泥層導致成井困難，則在膠泥層下1m深度激發，根據巖性調查試驗結果定為地表下12m～16m。從試驗結果看，膠泥層中激發的，不管是第一層還是第二層，獲得的資料效果均較好。礓石層較厚地段應保證在第一層膠泥中激發，且井深不低于5m安全距離。

黃土塬區單井藥量為3kg，遇到村莊時減少到1kg或者2kg，井組合數≧13口，采用主頻為10Hz的低頻檢波器坑埋接收，避免60Hz高頻檢波器壓制有效低頻信號，導致單炮信噪比過低。檢波器沿測線方向線性組合，可根據地形調整為矩形，組合圖形為兩串檢波器面積組合，組內距3m，行距4m，道間距40m。覆蓋次數為96次。

2.3 處理方法

黃土塬區橫向變化大，盡管優化采集方法可以減少部分靜校正和干擾波問題，但無法完全解決地形變化、橫向速度變化、地層各項異性等帶來的問題，特別是黃土層對地震波高頻成分的強烈吸收導致有效地震波頻率低、頻帶窄，不能詳細刻畫地層內部詳細信息。

陳娟等（2012）認為在地質條件復雜區域采用TOMODLE地表建模和校正系統（圖2），進行非線性反演以解決靜校正問題。通過靜校正拉平扭曲的單炮初至，提高疊加剖面質量。常速掃描和變速掃描結合拾取速度，常速掃描可以得到全局速度場趨勢，與實時疊加分析相結合獲得高精度速度，再與地表一致性剩余靜校正進行多次迭代，可有效提高剖面質量。

圖2 TOMODEL反演的近地表模型

川口工區地形起伏大，低降速層的厚度和速度變化大，嚴重影響剖面的反射主頻、信噪比和疊加效果。該區主要采用了高程靜校正和層析靜校正相結合的方法解決靜校正問題。高程靜校正后單炮記錄較原始記錄反射波組的連續性和初至平滑度較原始記錄有所改善；層析靜校正之后波組連續性顯著提高，基本消除了初至畸形的問題，初至光滑、起跳干脆（圖3）。經過前兩步校正波組仍存在輕微不連續現象，則進一步做短波長靜校正。經過三次靜校正，地震疊加剖面品質得到極大提升，同相軸連續，地震波特征突出。

圖3 高程靜校正層析靜校正

單力（2019）指出同一種噪聲在不同區域會有不一樣的表現形式，需要找出噪聲能量、頻率及空間變化規律才能找到合適的方法壓制。去噪不宜過度，要在最大限度保持有效波的前提下進行。常用措施有剔除異常地震道、KL變換壓制線性噪聲、衰減強振幅干擾和去除共偏移距道集噪聲等方法。

川口工區干擾波較為發育，主要有低頻面波、初至多次折射波、線性干擾、工業電流等（圖4）。這次去噪主要是通過分析有效波的頻率、速度、時空方面的差異，干擾波特征，針對性選擇去噪技術，采用帶通濾波、切除、頻率均衡等一系列方法進行信噪分離（例如50Hz工業電和面波的分離），突出有效波特征以提高地震記錄的信噪比。

圖4 工區干擾波

去噪前剖面整體信噪比低，地震同相軸連續性較差，層間細節不清晰，深層同相軸不夠明顯。去噪后剖面中部位置同相軸更為清晰連續，層間細節更明顯，深層同相軸清晰和連續性也明顯改善。

研究區地質條件復雜，地表起伏大，炮點、檢波點地表一致性差，多次波發育，且地層對地震波的高頻成分具有強烈的吸收作用，地震波的頻帶變窄，應用反褶積方法可進一步消除這些影響，尤其是補償地震波高頻成分，拓寬有效記錄頻帶。反褶積前由于地震波高頻成分缺失，地震同相軸較寬緩，經過反褶積補償了高頻成分，同相軸波峰波谷分明，地層內部信息特征更為明顯。

黃土層對地震波能量衰減作用強，導致深層能量較弱，處理時對資料進行能量補償，使振幅變化能真實反應地下巖性和流體性質的變化。一般采用球面擴散補償、地表一致性振幅補償和剩余振幅補償等方法消除振幅損失帶來的地震資料品質問題。

該工區采用自動增益恢復振幅能量，補償地震能量下傳過程中的衰減量。通過不同增益時窗時的地震單炮記錄的恢復對比情況可以看出，400ms時窗的單炮振幅恢復記錄，空間上由近道到遠道，時間上由上到下，淺、中、深層次分明，連續性好。因此在振幅恢復時窗上，采用了400ms的時窗步長（圖5）。

圖5 能量補償效果

3 結論

筆者對以往的數據進行分析，綜合川口三維地震勘探總結出采集處理的幾個關鍵點：1） 通過地表精細調查，黃土塬低降速帶地層主要包括干黃土、濕黃土、紅色膠泥層。一般選擇聚能作用好的膠泥層作為激發層，如果沒有則選擇濕黃土。2） 黃土塬激發深度一般在十幾到二十幾米之間，藥量為2kg～3kg。黃土層中大藥量對剖面質量的提升作用不明顯，可以通過多井組合的方法提高單炮記錄的信噪比和分辨率。3） 為了有效壓制干擾波，增強有效信號，采用大基距、小道距組合接收的方法提高覆蓋次數，解決原始單跑信噪比低的問題。采用主頻為10Hz的低頻檢波器坑埋接收，防止低頻信號受壓制信噪比過低。4） 針對黃土塬地表地質情況復雜導致的靜校正問題，可用高程靜校正、層析靜校正和剩余靜校正等方法，解決初至畸形和不連續的問題。5） 采用帶通濾波、切除、頻率均衡等一系列方法進行信噪分離，將接收到的有效低頻信號做褶積補償高頻成分，拓寬信號的有效頻帶。對振幅做增益，補償損失的能量能有效恢復振幅，提高地震剖面質量。