高密度全數(shù)字地震勘探技術在煤田中的應用及效果分析

宋琳

（山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊，濟南 250104）

1 引言

近幾年，伴隨著信息化技術的快速發(fā)展，煤田三維地震勘探技術在煤田生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，勘探精度也在持續(xù)提高，能夠實現(xiàn)對煤礦小構造的準確探測。但是，伴隨著煤礦綜合機械化水平的提高，常規(guī)的地震勘探技術已經(jīng)無法很好地滿足實際需求，在面對地形和構造復雜的區(qū)域時，無法取得準確的勘探成果。對此，可以將高密度全數(shù)字地震勘探技術應用到煤田勘探中，對存在的問題進行解決。

2 高密度全數(shù)字地震勘探技術概述

高密度全數(shù)字地震勘探技術的基礎是PCS 公司在2000年對海上地震勘探技術的研究和應用。之后，為了能夠對試驗結果進行深入分析，我國開展了一系列的高密度三維地震試驗，推動了高密度全數(shù)字地震勘探技術的發(fā)展，使其在煤田、石油等領域得到了一定的應用，能夠實現(xiàn)對于勘探區(qū)域地質(zhì)構造的準確勘察，也可以為煤田和油田后續(xù)開采作業(yè)面的設計規(guī)劃提供參考，促進開采效率提高。

對比常規(guī)地震勘探技術，高密度全數(shù)字地震勘探技術的數(shù)據(jù)采集設備采用的是數(shù)字檢波器，其本身具有大動態(tài)范圍、高靈敏度、無相位畸變等特點，能夠確保原始記錄具備較高的分辨率和保真度。但是，數(shù)字檢波器采集記錄的原始地震資料信噪比相對較低，會影響分辨率的提高，如何適當提高信噪比，將高密度全數(shù)字地震勘探技術所具備的高保真、高分辨率優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，是技術人員需要關注的核心問題[1]。

高密度全數(shù)字地震勘探技術具備幾個顯著特點：

1）覆蓋次數(shù)高。在使用數(shù)字檢波器進行勘探的過程中，信噪比會對信息采集產(chǎn)生直接影響，也是決定信息保真率及分辨率的關鍵指標，而信噪比會隨著覆蓋次數(shù)的變化產(chǎn)生相應變化，例如，當覆蓋次數(shù)增加時，信噪比表現(xiàn)為非線性增長，而當覆蓋次數(shù)達到一定數(shù)量后，信噪比增長的速度會變慢。基于此，在勘探工作中，可以通過增加覆蓋次數(shù)來對低信噪比區(qū)域的構造假象進行改善，促進識別能力的提高。

2）采樣方式特殊。高密度全數(shù)字地震勘探技術應用中，數(shù)據(jù)采樣使用的是高密度、小面元的方式，能夠顯著提高勘探區(qū)域總體的信息分辨率，保證地質(zhì)成像圖清晰準確，借助數(shù)字檢波器在采樣過程中具備的高密度特點，能夠有效避免電磁干擾問題，將信號和噪聲分離。

3）疊前時間偏移。在面對復雜地質(zhì)構造，或者構造速度橫向變化不明顯的區(qū)域，可以借助疊前時間偏移技術進行處理，其能夠得到較高的地震剖面，不僅反射波具備更好的連續(xù)性，還可以保證地質(zhì)構造成像的清晰度，將勘探區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構造的現(xiàn)實情況精準地反映出來[2]。

3 高密度全數(shù)字地震勘探技術在煤田中的應用

以某煤田為例，運用高密度全數(shù)字地震勘探技術對煤層進行勘探，結合相應的數(shù)據(jù)信息對比可以明確，數(shù)字檢波器采集的數(shù)據(jù)信噪比更低，從單炮的角度無法準確識別深層有效信號。

對此，抽取共炮點數(shù)據(jù)后，構筑十字排列道集，于十字排列域采用三維錐形濾波法進行濾波處理，要求工作人員能夠將干擾波的頻率、視速度、空間分布特征等充分考慮在內(nèi)，就干擾和噪聲進行準確區(qū)分，能夠將常規(guī)方法難以處理的遠排列端雙曲型干擾波以及面波頂端存在的強能量有效去除，也不會對有效波造成損傷，可以實現(xiàn)對低頻有效信號的保留。同時，可以將數(shù)據(jù)轉回到共炮集，運用矢量中值濾波的方式，將數(shù)據(jù)中存在的隨機噪聲去除[3]。依照剖面的實際情況，可以進一步實施異常振幅壓制以及地表一致性振幅補償，針對噪聲去除后的記錄進行振幅一致性處理，再借助曲波變化，使數(shù)據(jù)可以轉入曲波域，針對高密度的地震數(shù)據(jù)進行多尺度分解，依照不同尺度和不同方向下的曲波系數(shù)的差異性，實現(xiàn)對于有效信號的快速檢測。根據(jù)檢測結果，保留有效信號系數(shù)，壓制噪聲信號系數(shù)，準確識別弱信號，支噪后數(shù)字檢波器信噪比曲線如圖1 所示。

圖1 去噪后數(shù)字檢波器信噪比曲線

在經(jīng)過相應的去噪以及有效信號增強后，數(shù)字檢波器的單炮隨機噪聲明顯減弱，原本具備較強能量的面波信號遭到壓制，原本反射波特征模糊的情況得到了改善，其連續(xù)性顯著增強，在淹沒弱反射的隨機噪聲被去除后，弱反射得到了加強，其在數(shù)字檢波器單炮記錄深層部分表現(xiàn)尤其明顯[4]。

對單點高密度數(shù)字資料實施多次去噪操作以提升其信噪比，然后運用地表一致性振幅，對地表變化引發(fā)的能量不均衡問題進行校正和消除，運用球面擴散校正和反Q 濾波對地層吸收和地震波傳輸過程中的能量衰減進行恢復，促進高頻反射能量的提高。之后，利用地表一致性反褶積，就地表濾波作用實施反濾波處理，對子波的頻率、相位等進行補償，將存在的差異消除，同時，拓展地表和地層吸收引發(fā)的頻率變窄問題，促進分辨率的提高。數(shù)字資料的信噪比提升后，再經(jīng)過上述處理，配合相應的動校正處理和速度分析，能夠獲取單點高密度數(shù)字單炮疊加剖面頻譜。

數(shù)字檢波器原始資料有更強的噪聲和更低的信噪比，對其進行去噪、振幅恢復以及疊加等處理后，可以得到較模擬檢波器更高的分辨率。而且因為數(shù)字檢波器本身具有較寬的頻帶寬度，目的層煤層波的反射能量更加集中，有著更好的波阻特征。

高密度全數(shù)字地震勘探技術在煤田勘探領域取得了較為理想的應用效果，具體體現(xiàn)在幾個方面：（1）能夠提高覆蓋次數(shù)，將覆蓋次數(shù)控制在了60 次作用內(nèi)；（2）保證了炮檢距的均勻性，有效避免了電磁信號和干擾波的干擾，促進了信號傳輸精度和準確度的提升，避免了傾斜信號的出現(xiàn)；（3）較寬方位角分布的均勻性，可以幫助技術人員更好地對數(shù)據(jù)偏移進行分析，促進成像分辨率和清晰度的提高[5]。

4 結語

高密度全數(shù)字地震勘探技術相比常規(guī)地震勘探技術更加先進，能夠實現(xiàn)對單點高密度數(shù)據(jù)信息的接收，也可以對煤層中存在的小構造（如斷層、陷落柱等）進行有效識別，而且信號在傳輸和接收的過程中，有著非常強大的抗干擾能力，可以對各種干擾波進行壓制，保證數(shù)據(jù)信息采集準確性的同時，能夠有效實現(xiàn)信噪分離，促進煤田整體勘探精準性的提高。在新的發(fā)展環(huán)境下，伴隨著煤田開發(fā)的持續(xù)，高密度全數(shù)字地震勘探技術也必然能夠得到更進一步的發(fā)展。