基于疊前時間偏移技術的煤礦三維地震精細處理應用

孫新博，梁 哲，崔煥玉，徐毅東

（1.河北科技工程職業技術大學，河北 邢臺 054035；2.河北省煤田地質局物測地質隊，河北 邢臺 054000；3.河北煤炭科學研究院，河北 邢臺 054000）

伴隨著我國經濟的飛速發展，煤炭作為我國儲量最豐富的能源也經歷了一個產能高速飛漲的過程。由于淺部煤炭資源逐漸枯竭，開采向縱深發展，煤礦的下組煤已成為主力開采煤層。深部地層地質構造的復雜，給煤礦安全生產帶來了新挑戰，煤礦企業對影響生產效率和安全的小構造越加重視。受煤炭企業經濟效益下滑影響，煤礦投入資金做高精度地面勘探壓力較大。而早期采區三維地震的勘探成果受限于當時數據資料處理解釋手段的局限或者對處理結果未能充分挖掘蘊含的豐富信息，逐漸不能滿足煤礦生產控制精度的需求。因此對前期采集的三維地震勘探數據，運用疊前時間偏移特殊處理技術進行二次精細處理解釋，成為煤礦采區三維地震提高勘探精度的一種新思路。

常規疊后時間偏移從爆炸反射面的思路出發，假設地震波在水平層狀介質中傳播。在此假設下，疊后時間偏移對速度不同的同深度傾斜地層難以做到恰當歸位，對空間速度突變的地質體也做不到正確成像。疊前時間偏移是一種射線成像，對偏移速度場不敏感，能夠避免疊后時間偏移處理產生的問題，對各種地質構造的處理結果具有較好的成像效果，能達到地震資料高精度處理解釋效果[2]。在此背景下，本文基于疊前時間偏移特殊處理技術，以河北省某礦揭露X3 陷落柱為靶向，以煤礦前期采區三維地震數據為基礎，以提高三維地震處理解釋精度為目標，提出了一種新的三維地震精細解釋思路。

一、疊前時間偏移原理

疊前時間偏移是對共偏移距道集資料動校正后，將多次覆蓋中偏移距不同的反射波，通過相應的波動方程法及坐標變換外推波場，使之一次偏移到各自的反射點上，而后疊加，得到最終偏移結果。這種處理方法可以有效克服常規疊后時間偏移、DMO 和NMO 的缺點，真正實現共反射點疊加，真實定位反射點的位置，達到提高測區（尤其是構造發育復雜區域）地震剖面分辨率的效果[1]，最終實現復雜構造準確成像。疊前時間偏移產生的共反射點CRP 道集，能消除因位置和傾角不同產生的反射波造成的影響，可用于優化速度分析，同時也是開展地震AVO 反演的基礎[3]。

在疊前時間偏移處理方法中，克希霍夫疊前時間偏移方法的計算效率高，能有效解決復雜構造成像問題。本次處理工作采用克希霍夫疊前時間偏移處理方法開展。

二、應用實例及效果

（一）勘探區地震地質條件

1.表層地震地質條件

勘探區屬于華北型煤田，位于太行山東麓，傾斜的沖洪積平原區，地表平坦，高程范圍為85～95 m，屬于石炭—二疊系煤田，區內地表以農田為主，村莊及煤場分布較多且面積較大，這些地表情況對測網布置及地震施工造成了一定困難。測區潛水位一般在20 m 左右，淺表層大部分為礫石、砂質粘土和黃土，礫石的存在給激發孔成孔造成一定的困難，同時沉積層松散對地震波散射作用較強，地震波能量衰減同時降低了有效波主頻。故表淺層地震地質條件復雜。

2.深層地震地質條件

本區為石炭-二疊系含煤地層，賦存發育6 層煤。其中2 煤、9 煤沉積穩定，賦存條件較好，煤層與圍巖波阻抗差異大，反射波發育。3 煤、6 煤、7 煤、8 煤煤層較薄，沉積不穩定，較難形成可連續追蹤的發射波。本區主要有4 套標準反射層，其反射特征如下：

圖1 工區典型剖面

（1）TQ：來自新生界底界面的反射波，與下伏煤系地層呈角度不整合接觸，波形時強時弱，形成的TQ 反射波大部分地區可以連續追蹤。

（2）T2：來自山西組底界面的反射波，即為2 煤層與其圍巖形成的反射波，由于受采空區影響反射波質量較差，部分地區不可連續追蹤。

（3）T9：來自太原組底界面的反射波，即9 煤層的反射波，波形特征明顯、信噪比較高、能量強，同相軸連續性較好，可以連續追蹤。

（4）TO：來自奧陶系頂界面的反射波，波形特征一般、能量弱、信噪比一般，同相軸連續性較差，在全區不能連續追蹤。

（二）疊前時間偏移處理的優選性

通過偏移處理能夠實現勘探區地下介質的成像。當地下反射層傾角較大時，正常時差校正（NMO）后的共中心點（CMP）道集疊加不能真正反映共反射點疊加。為此一般疊前部分偏移，經修正后稱為傾角時差校正（DMO）。由此實現共中心點道集向共反射點道集的轉換[4]，以此改善CMP 疊加效果，消除時距曲線中地層傾角影響。在常速介質時，NMO、DMO、CMP 疊加結合疊后時間偏移等價于疊前時間偏移。由于DMO 是部分疊加，速度分析點正下方附近傾斜反射層會影響DMO 后的CMP 道集速度分析。只有用疊前時間偏移后共成像點（CIP）道集疊加的構造最佳成像，確定成像速度與反射界面位置才是可信的[5]，因此復雜構造成像首選疊前時間偏移方法。

疊前時間偏移基于的非水平任意層狀介質模型，取消了輸入數據為零炮檢距的假設，避免了NMO 校正疊加所產生的畸變，能保存更多的疊前地震信息，最終實現共反射點反射波的疊加，從而準確勾畫偏移后的圖像在空間上的位置[6]。

將勘探區三維地震原始單炮資料分別通過常規疊后時間偏移移和疊前時間偏處理后，得到的時間偏移剖面對比如圖2 所示。

圖2 疊后時間偏移（上）與疊前時間偏移（下）對比

從地震時間剖面的波組特征、分辨率以及信噪比對疊后時間偏移剖面及疊前時間偏移剖面對比分析如下：

局部分析：圖2 中方框中所標記的范圍內，疊后時間偏移成果反射信息模糊，同相軸斷斷續續，而在疊前時間偏移剖面里反射波同相軸連續，背景干凈，干擾少，反射信息更清楚，波組特征更明顯。

整體分析：圖2 中疊前時間偏移目標層的波組特征比疊后時間偏移剖面連續性更好，更加清晰，提供給反演處理更好的剖面數據，有利于構造的精細解釋；其次疊前時間偏移剖面信噪比更高，反射層信息更豐富，反射層增多，提高了地震剖面的橫向分辨率；疊前時間偏移剖面的對構造接觸關系勾畫的更清楚，成像結果明顯好于疊后時間偏移剖面，并且能量弱的反射界面區域，清晰度也得到了大大提升。

（三）基于屬性分析的資料解釋

資料解釋是將地震數據轉換成地質成果的過程，處理后的數據體包含了該區豐富的地質信息。基于數據處理后的三維數據體，結合區內已知的鉆孔柱狀、煤層底板形態、測井及構造發育情況等地質信息，開展解釋工作。

三維地震數據體反映了一個地下規則網格的反射情況，包含有豐富的地質信息。當煤層中存在構造、采空區或煤層厚度發生變化時，會使得彈性參量、速度、密度等產生差異，這些差異造成地震波的頻率、相位、傳播時間、振幅發生異常現象。地震屬性分析即基于此類隱藏的地震信息異常，多角度分析地震信息在頻率域、時間、空間的變化，獲取不同的屬性圖件，這些都為陷落柱解釋工作奠定了基礎。

通過對不同地震屬性的綜合分析可以降低單一解釋的不確定性，從而提高解釋的精度。

從目標層中提取了多種地震屬性，對比各屬性對地質目標反應敏感的強弱，優選能較好反映陷落柱形態較好的屬性，開展解釋工作。

結果表明：地震層間屬性（方差體、瞬時相位、吸收衰減、瞬時頻率）對發育于煤層中的陷落柱成像清晰。

如圖3、圖4 所示，完成疊前時間偏移后，基于方差體及吸收系數屬性，陷落柱在水平方向上的展布變化。

圖3 陷落柱吸收系數對比分析

圖4 陷落柱方差體對比分析

通過對比可以觀察到，從水平方向看，采用常規疊后時間偏移處理，提取屬性體圈定異常區范圍較大，異常區內外對比差異性不明顯，邊界界定困難，異常區成像不清楚。經過疊前時間偏移處理后，提取的屬性體對陷落柱邊界勾畫清晰，范圍變小，邊界內外差異性顯著，成像更加清楚明了。從實際效果上分析，x3 陷落柱長軸120 m 不變，短軸由98 m 縮短至80 m，2 煤陷落面積較于常規解釋大大縮小。結合生產對x3 陷落柱揭露情況，經過疊前時間偏移處理后，陷落柱解釋情況更接近于實際揭露，但圈定異常區范圍依然大于實際揭露范圍。

如圖5 所示，從縱向角度看，兩次處理結果對比，對陷落柱勾畫范圍變化性不大。

圖5 疊前時間偏移處理后陷落柱縱向展布

綜合分析，經過疊前時間偏移處理后的解釋成果，較之常規疊后時間偏移處理，對陷落柱展現的結果更為直觀，范圍縮小，精度提高，異常形態及位置更加明顯。但依然比生產揭露的范圍大，這應該是陷落柱周邊圍巖破碎或小斷裂發育，導致發射波干涉造成的。

疊前時間偏移處理后，較于疊后時間偏移地震剖面反射層信息更加豐富，信噪比更高，保存了更多的疊前地震信息，疊前時間偏移的圖像比疊后時間偏移在空間位置上更準確，精度更高。

通過疊前時間偏移處理，對x3 陷落柱解釋的精度提高，能更清晰的指示出陷落柱的形態及位置。

以生產實際揭露的陷落柱為靶體，運用疊前時間偏移處理技術處理識別陷落柱，優于常規疊后時間偏移處理識別，結果精度提高，方法可行、有效，為以后煤礦三維地震陷落柱精細解釋提供了指導方法。