沙漠地區(qū)提高煤田地震資料信噪比的方法

劉玉紅何黃生喻兵良

（1.安徽省勘查技術(shù)院（安徽省地礦局能源勘查中心），安徽 合肥 233001；2.江蘇省煤炭地質(zhì)物測隊，江蘇 南京 210046）

由于沙漠地區(qū)地表松散干燥的砂土層對地震波能量具有強(qiáng)烈的吸收作用，致使炮井激發(fā)的地震波通過松散地層時會發(fā)生嚴(yán)重衰減；檢波器埋置在砂土層，由于耦合性差，使之接收到的反射信號能量弱。因此，在沙漠地區(qū)開展地震勘探，采集的地震數(shù)據(jù)面臨信噪比低的風(fēng)險。為探明位于毛烏素沙漠西北邊緣的鷹駿煤田可采煤層的賦存狀況及構(gòu)造情況，開展了三維地震勘探。通過對低速層的調(diào)查和激發(fā)、接收因素的試驗論證后，采用合理的采集方法，獲取了具有一定反射能量的地震原始資料；在數(shù)據(jù)處理階段，通過對提高信噪比的處理模塊和參數(shù)的測試，選擇有針對性的處理流程，達(dá)到消除靜校正量的影響，壓制各種噪音，突出目的層反射波組信號，提高成像剖面信噪比的目的。

1 地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地表屬高原侵蝕性低緩丘陵地貌，為固定、半固定沙丘，第四系淺部砂層基本不含水。新生界地層由粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)亞沙土及沖積沙、風(fēng)積沙組成，含水性差，不利于地震波的激發(fā)、傳播和接收，淺層地震地質(zhì)條件差。

含煤地層為侏羅系延安組，總體呈自西向東逐漸變深的單斜形態(tài)，埋深在600～1000 m 之間，煤層厚度一般在4～7 m 之間，其頂?shù)装鍘r性主要為砂巖和泥巖，與煤層之間的界面有一定的波阻抗差異，能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的反射波，勘探目的層具有良好的地震地質(zhì)條件。

2 數(shù)據(jù)采集階段提高地震數(shù)據(jù)信噪比

（1）做好調(diào)查試驗，提高激發(fā)效果

本區(qū)布置了21 個低速帶調(diào)查點，采用40 道不等間隔道距、對稱排列111 m 接收的小折射方法。通過低速帶資料分析可知，全區(qū)的低速層厚度是北厚南薄，西厚東薄，與試驗點揭露的淺層松散層的厚度基本一致。

激發(fā)點試驗進(jìn)行了井深和藥量試驗。開展了四個點的井深試驗，均采用2.0 kg 藥量激發(fā)，進(jìn)行了10～30（2）m 的不同井深的激發(fā)效果測試對比。當(dāng)井深達(dá)到20 m 的時候，四個試驗點均能獲得目的層反射波，對低頻面波、高頻聲波等干擾波的壓制也較好。藥量試驗采用24 m 井深，進(jìn)行了1～5（1）kg 的不同藥量試驗。試驗結(jié)果表明，藥量小，反射能量較弱；藥量大，反射能量增強(qiáng)了，但相應(yīng)的面波對反射波的干涉也隨之增強(qiáng)。綜合考慮，選定激發(fā)藥量為3 kg。

（2）改善激發(fā)條件，提高下傳能量

當(dāng)炮井深度（激發(fā)層位）確定后，激發(fā)效果與幾何耦合（藥柱直徑與井孔直徑之比）有關(guān)，當(dāng)藥柱半徑和炮井半徑接近時激發(fā)效果最佳[1]。因此，在設(shè)計成孔和炸藥選擇上，選用了直徑接近孔徑的乳膠成型藥柱進(jìn)行激發(fā)。

由于淺層存在多層砂礫層，鉆掘炮井時容易塌孔。為了提高成孔質(zhì)量和生產(chǎn)效率，采用大型機(jī)械鉆機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)，保證每個炮孔都能達(dá)到設(shè)計深度。所有炮孔均采用潮濕的粘土對藥包進(jìn)行填埋，達(dá)到既減小幾何耦合，提高下傳能量，同時壓制聲波和面波，提高激發(fā)效果的目的。

（3） 改進(jìn)接收因素，提高接收效果

檢波器與大地耦合越好，其接收效果越好。由于沙土地比較松散，因此將檢波器埋置在地下，并適當(dāng)進(jìn)行壓實，增加檢波器與大地的耦合程度。

在地表條件復(fù)雜的低信噪比地區(qū)，利用檢波器組合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是提高資料信噪比的有效手段[2]。組合檢波不僅可以利用有效波與干擾波的傳播方向或振動方向的不同壓制部分面波，而且可以使反射信號產(chǎn)生同相疊加效應(yīng)，提升反射信號能量。實施組合檢波，既要考慮提高信噪比，同時也要考慮高頻信號的損傷。通過綜合論證，采用了三個檢波器串聯(lián)組合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（4）優(yōu)化觀測系統(tǒng)，提高接收效果

基于提高資料信噪比的目的，設(shè)計觀測系統(tǒng)的時候，重點考慮以下幾點：一是根據(jù)目的層的深度、動校拉伸率、速度分析精度、反射系數(shù)穩(wěn)定性和遠(yuǎn)偏移距直達(dá)波干涉情況來確定最大炮檢距；二是近、中、遠(yuǎn)炮檢距分布均勻，以利于精確的速度分析和偏移成像；三是采用高密度采集方式，提高縱、橫向分辨率，確保小構(gòu)造精確成像；四是采用寬方位接收方式，使地震數(shù)據(jù)有合理的炮檢距、方位角，提高速度分析精度和偏移歸位的準(zhǔn)確性；五是采用全頻帶接收方式，保障接收到各個頻段的反射信號。

圖1 為野外單炮監(jiān)視記錄，深部出現(xiàn)明顯反射信號，但能量較弱。

圖1 野外單炮監(jiān)視記錄

3 數(shù)據(jù)處理階段提高成像資料信噪比

重點加強(qiáng)三項針對提高成像資料信噪比的處理工作，一是消除靜校正量高頻分量對地震波走時的影響，實現(xiàn)動校正后反射相位的同相疊加，提高成像剖面反射波組能量；二是在不損傷微弱反射信號的前提下，在疊前和疊后數(shù)據(jù)上對各種線性干擾波進(jìn)行充分壓制；三是做好目的層反射波振幅補(bǔ)償工作，恢復(fù)非反射系數(shù)因素造成的能量損失。

3.1 利用靜校正技術(shù)解決高頻靜校正問題

沙漠地區(qū)地震資料存在嚴(yán)重的靜校正問題。其中高頻部分將影響動校正后的CMP 道集反射信號的同相性，降低疊后反射信號能量，從而影響疊加和偏移成像剖面信噪比。

利用初至波折射靜校正、層析靜校正和高程靜校正對資料進(jìn)行了測試，通過對單炮效果、速度譜效果和疊加效果進(jìn)行了對比。層析靜校正因為具有對初至波的要求不高，不需要有穩(wěn)定的折射層等特點，因而對包括沙漠地貌在內(nèi)的復(fù)雜地表條件更具適應(yīng)性[3]。層析靜校正通過利用初至波走時，反演出近地表低速層速度模型，從而求取靜校正量，其處理效果明顯優(yōu)于其他兩種靜校正方法。

用基于反射波信息的地表一致性剩余靜校正技術(shù)來消除殘余的短波長靜態(tài)時差的影響，改善疊加成像，提高資料的信噪比。圖2 為靜校正處理前后的疊加剖面對比，經(jīng)過靜校正處理后，反射波同相軸連續(xù)性增強(qiáng)，目的層波組特征更加突出。

圖2 靜校正前（上）后（下）疊加剖面比較

3.2 利用綜合去噪技術(shù)壓制各類干擾波

沙漠地區(qū)地震資料最大的特點是反射信號弱，干擾波能量相對較強(qiáng)，地震資料信噪比偏低。資料處理階段，對干擾波進(jìn)行了充分壓制，突出有效反射信號。

在兩個階段開展噪音壓制工作，一是在疊前道集（炮集、接收道集、共偏移距道集等）上進(jìn)行噪音壓制，二是在疊后剖面（疊加剖面或偏移剖面）進(jìn)行噪音壓制。

利用疊前道集干擾波的視速度、頻率、振幅、走時等特性，壓制各種線性干擾波。基于干擾波與反射波的頻率差異，采用頻率濾波進(jìn)行噪音衰減；利用干擾波與反射波的視速度差異，在FK 域進(jìn)行頻率--波數(shù)二維濾波；利用動校正后的多次波與一次波的時差，在Radon 域壓制多次反射波；利用設(shè)定振幅門檻值和掃描時窗措施，壓制包括聲波和脈沖在內(nèi)的短時強(qiáng)振幅的噪音。圖3 為去噪前后的單炮對比，進(jìn)行去噪處理的單炮，反射信號得以突出。

圖3 去噪前（上）后（下）單炮對比

疊后去噪主要是壓制殘余的規(guī)則干擾波以及沒有固定視速度和頻率的隨機(jī)干擾波。對于規(guī)則干擾波，在包含該干擾波的時窗內(nèi)采用F-K 濾波進(jìn)行壓制；對于隨機(jī)噪音，最有效的方法是采用f-xy 域預(yù)測技術(shù)進(jìn)行壓制[4]，該方法能較好地壓制隨機(jī)噪聲，起到突出反射波等相干信號的作用。

3.3 利用振幅恢復(fù)技術(shù)提高目的層反射信號能量

沙漠地區(qū)開展地震勘探，大地濾波（球面擴(kuò)散、地層吸收、界面透射損失）作用非常嚴(yán)重，地震波隨著傳播時間的增加，地震波能量快速衰減，目的層反射信號非常微弱。因此消除非反射系數(shù)因素對反射波振幅影響的振幅補(bǔ)償處理顯得尤其重要。圖4 為振幅恢復(fù)處理前后的疊加剖面對比，處理后，中深部反射能量明顯增強(qiáng)。

圖4 振幅恢復(fù)處理前（上）后（下）的疊加剖面對比

4 效果分析

由于野外數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)合理，激發(fā)、接收的質(zhì)量保障措施到位，因此獲得了來自深部目標(biāo)層具有一定反射能量的原始地震信數(shù)據(jù)。把保護(hù)和提高成像資料信噪比作為數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)，對影響反射波能量和資料信噪比的靜校正處理、振幅恢復(fù)處理和噪音壓制處理等關(guān)鍵處理步驟進(jìn)行重點監(jiān)控，確保資料信噪比得到逐步提升，最終獲得了具有較高信噪比的偏移成像數(shù)據(jù)體（圖5）。

圖5 偏移成像剖面效果

5 結(jié)語

在沙漠地區(qū)開展以煤系地層為目標(biāo)層的地震勘探，資料的信噪比是首要考慮的問題。數(shù)據(jù)采集時，須優(yōu)化激發(fā)和接收方式，采用“兩寬一高”觀測系統(tǒng)，獲取有一定能量的反射信號的地震數(shù)據(jù)。開展以實現(xiàn)同相疊加為目的的靜校正處理、以恢復(fù)目的層反射能量為目的的振幅補(bǔ)償處理，以及以噪聲衰減為目的的綜合去噪處理，從而提高成像剖面的信噪比。