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探讨淮北矿区高密度三维地震资料的特点及资料处理难点与应对策略

2020-05-13 499 上传者：管理员

摘要：首先分析讨论了全数高密度三维地震资料较常规资料的优势,以淮北矿区朱仙庄矿数据为例,总结了淮北矿区高密度三维地震资料的特点及资料处理难点,并提出了应对策略,应用十字排列域面波自适应衰减技术对面波进行衰减;应用将多次波线性化的方法对Q4底界与地表间的全程多次波进行压制,有效提高了速度拾取的精度;采用沿层偏移速度分析技术拾取了偏移速度,有效提高了偏移成像质量;针对奥灰反射波能量低的特点,在处理中采用保低频的方法,有效提高了奥灰反射波的能量和信噪比。

关键词：
全数字高密度
地质灾害
多次波
奥灰成像
数据处理
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淮北矿区地震地质条件复杂，常规三维地震勘探的地质成果对落差为5～10m的断层解释常有偏差和遗漏，对煤层下伏地层中的隐伏地震异常体不能有效分辨，不能完全满足安全高效的生产需求[1,2,3]。中煤科工集团西安研究院有限公司自2015年陆续在淮北矿业集团开展了多次全数字高密度三维地震勘探，与常规三维资料相比，全数字高密度三维地震勘探的野外采用较小面元、高密度采集，有效地避免了因空间采样不足所带来的空间假频问题，有利于提高陡倾角煤层和小的地质异常体的空间分辨率；由于采用了单点全数字检波器接收地震信号，与常规检波器相比，数字检波器具有频率响应宽、动态范围大的特点[4]，可有效保证低频信噪的信噪比，抑制面波干扰等低频噪音的空间假频，保证后续去噪效果；由于采用宽方位采集技术，与常规方法相比，面元的炮检距和方位角一致性好，有利于压制采集脚印[5]。鉴于全数字高密度资料自身的特点，本文以淮北矿区朱仙庄全数字高密度资料为例讨论了淮北矿区地震资料的处理难点，并提出应对措施，通过对比分析，认为这些措施适用于该区资料，可以取得良好的处理效果，为后续资料解释提供了有力保障。

1、工区概况及观测系统

1.1工区概况

朱仙庄煤矿位于淮北平原中部安徽省宿州市东郊，为主城区与高铁新区结合部，区内地势平坦，高差变化较小一般24～26m，整体北高南低，区内村庄密集，主要有小卜家、朱庙、大马家等，有界洪河穿越本区，勘探区西南部有大面积塌陷区水塘分布[6]，影响地震数据的正常采集，区内炮点和检波点变观较多。

据钻孔资料揭露，区内地表为新近系、第四系覆盖，覆盖层厚度在250m左右，基岩地层由上而下主要为：古近系砂砾岩，侏罗系砾岩，二叠系砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层，石炭系石灰岩、泥岩、粉砂岩，奥陶系灰岩等。主要含煤地层有下二叠统下石盒子组、上石炭统太原组等，其中太原组为不可采薄煤层，太原组为主采煤层，由砂粉、砂岩、泥岩和煤层组成，厚度约256m，含煤6～12层，可采4层，厚度约14m，以8煤为主采煤层，厚度在7～13m，埋深250～440m之间。勘探区北部侏罗系砾岩以半胶结状的砂岩角砾岩为主，俗称“五含”，大面积覆盖于太原组砂岩、煤层以及奥陶系灰岩之上，呈角度不整合接触关系，具有厚度大、含水丰富的特点，是煤矿井下突水的主要补给源[6,7]。

本区潜水面深度一般为4～6m，比较稳定，砂礓层在深度2～6m内发育较多，厚10～30cm，局部流砂层从5～6m深处开始，厚度可达6～7m，且局部12～14m处分布有流砂层，从而造成勘探区浅部地层横向分布不均，不利于选择较好的激发层位，激发条件一般。

1.2观测系统

朱仙庄全数字高密度三维地震勘探野外施工主要采用规则的16线5炮制束状观测系统采集，接收线距50m，道距10m，有效覆盖次数64次，采用SercelDSU1单分量全数字检波器全频带接收，全区共设计三维地震线束63束，测线70条，生产物理点9075个，具体观测系统参数如表1所示。

表1朱仙庄高密度三维地震观测系统

2、朱仙庄矿全数字高密度三维地震资料的特点

与常规三维地震资料相比，区内全数字高密度三维地震资料具有以下特点：

（1）低频面波干扰大。常规模拟检波器在自然频率10Hz以内振幅响应存在-6dB的衰减，并且相位存在由低频端畸变大、高频端畸变小的问题，而数字检波器在10Hz以下，具有120dB的动态范围，在0～200Hz范围内，振幅响应曲线保持平直，具有较好的保真性，输出相位为零相位，无相位畸变[8]，由于数字检波器和常规动圈式检波器的工作原理不同，数字检波器不受外界电磁干扰的影响，可以较好地避开50Hz工业干扰的影响。朱仙庄工区原始单炮记录单炮记录中的面波较发育，后续处理中，面波压制难度较大。

（2）方位宽、炮检距分布均匀。淮北矿区地质构造复杂，煤层倾角大、埋深变化大且形态多变，因此方位角、炮检距分布对数据影响较大[9,10]，朱仙庄矿全数字高密度三维地震勘探采用16线5炮制束状观测系统采集数据全方位观测，利用三维论证软件对该观测系统进行模拟放炮，表明该观测系统的横纵比为0.95，方位角较宽，炮检距近、中、远分而较均匀，有利于后续的速度分析，确保高频反射的成像质量。

（3）覆盖次数高。朱仙庄矿地质构造复杂多变，断层密度大，可采煤层层数多，受Q4底界强反射界面的影响，目的层信噪比和频率较低。为了提高成果数据体的纵横向分辨率，采用小面元、高覆盖观测系统进行野外采集，面元网格为5m×5m，设计覆盖次数64次，在实际生产时，由于村庄、河流的影响，在局部增加了炮点，覆盖次数在局部达到了180次。

3、处理难点及应对策略

3.1面波干扰大

本区资料采用全数字检波器采集，与常规模拟检波器相比，低频成份更加丰富，原始记录中的低频面波干扰非常发育，在预处理时须对其进行压制。对于面波干扰以往常根据面波频率低的特点，采用高通滤波器对其进行压制，该方法在压制低频面波的同时也将反射信号中的低频成份一并滤除，不利于保护原始记录中的低频成份，由于本区资料采用小道距、小线距的高密度三维采集，假频问题较小，本文采用十字排列域面波自适应衰减技术对面波进行了压制，图1为不同面波压制方法去噪后的频谱对比，可以看到，应用高通滤波器对面波压制后有效波的低截频约为25Hz，且仍有大量面波噪声，十字排列法去噪后，低截频约为10Hz，有效地保留了原始记录中的低频成份。

图1不同去噪方法面波压制后的频谱

3.2多次波干扰

朱仙庄地区浅层200m内为第四系沉积，地层速度相对稳定，约为1800m/s，其下伏岩层速度为3000m/s以上的老地层，Q4底为一强反射界面，原始记录中该界面与地表间全程多次波较发育，煤层反射波多被该多次波干扰，信噪比较低，如不对其进行有效压制，后续的速度分析难度较大。由于速度拾取困难，以常规的一次反射波速度为前提的拉冬域压制方法在该区应用难度较大，如果一次波速度提取不当，可能会将有效反射波也一并滤除。鉴于本区Q4底界面较平坦，加之地表起伏较小、第四系内部速度相对较稳定（多次波速度稳定在1800m/s左右)，本文采用将多波干扰波线性化的处理方法对其进行压制，具体实现方法如下：

（1）采用1800m/s的速度在炮集域对数据进行动校正处理，这样可将Q4底界面下的全程多次波校平；

（2）应用1800m/s速度对单炮记录做线性反动校正处理，将多次干扰波转变为视速度为1800m/s的线性干扰波；

（3）应用线性干扰压制模块分时段对线性化后的多次波进行压制（200ms以下），得到多次压制后的单炮记录；

（4）依次应用1800m/s的速度对去噪后的单炮记录做线性动校正处理和反动校正处理，得到多次波压制后的单炮记录。

图2为多次波压制前后的单炮对比，单炮记录中的多次波得到了有效压制，一次反射波能量和连续性得到增强。

3.3偏移速度分析

图2多次波压制前后单炮记录

朱仙庄工区构造较复杂，利用垂向速度谱法做速度分析，虽然可以在CDP域将反射波同相轴校平，得到较可靠的叠加剖面，但由于该方法只能在单个CDP依靠反射波能量团拾取，不能在整体上对速度场进行把控，得到的速度体横向变化较剧烈，不能直接用于偏移成像。针对这一问题，本文采用沿层速度分析方法拾取偏移速度，首先采用大尺度平滑滤波器对叠加速度体平滑处理，并以平滑后的速度体作为偏移速度对数据做叠前时间偏移，并导出偏移叠加剖面和CRP道集，尔后在偏移叠加剖面上拾取主要反射层位，建立构造模型，并沿层计算反射波能量团，基于该能量团逐层拾取沿层偏移速度（图3)，应用该方法可以在整体上对偏移速度场进行约束，得到的偏移速度场与地质构造形态基本一致。

图3沿层速度分析

3.4奥灰顶界面成像

奥灰岩顶界面与其上覆地层波阻抗差异较小，同时受Q4底界及煤层的屏蔽作用，奥灰岩顶界面难以形成较强的反射波，以往常规资料几乎没有反映（图4-a），其原因是老资料采用常规模拟检波器，存在高通效应，而奥灰顶界面反射频率较低，在野外采集时，奥灰顶界面的反射波能量被检波器滤除，本次采用全数字检波器，理论上属全频带接收，在处理时注意保留低频成份，得到叠加剖面如图4-b所示，采用奥灰顶界面反射波的能量和信噪比较常规资料有所提高，同样在剖面大号500ms附近，由于未对多次干扰波进行压制，常规剖面上存在着明显的多次波，经本文所述方法处理后，该多次波得到了良好的压制。

4、结语

图4高度密与常规叠加剖面奥灰成像对比

（1）十字排列域面波自适应压制技术较常高通滤波方法可以在很好地保持有效信号低频成份的前提下，对面波干扰进行有效压制。

（2）多次波线性化压制技术不依赖于目标层一次反射波速度，可以对多次干扰波进行有效压制，提高叠加剖面的信噪比。

（3）应用沿层偏移速度分析方法，可以有效解决复杂构造区垂向速度分析速度横向不稳定的缺陷，速度结构与整体构造形态基本一致。

（4）对于朱仙庄资料，奥灰成像的关键在于采集和处理过程中对低频信号的保护。

参考文献：

[1]王琦,高远,范景坤.三维地震勘探技术在准北矿区的应用[J]中国煤炭地质,2010,22(8):61-66.

[2]杨臣明.全数字高密度煤矿采区三维地震技术研究与实践[J].中国煤炭地质,2014,26(3):46-52.

[3]金丹.煤炭全数字高密度三维地震勘探关键技术研究[D].煤炭科学研究总院,2016:1.

[4]汤红伟.相同条件下数字检波器与模拟检波器的三维地震勘探效果对比分析[J].中国煤炭地质,2017,29(10):76-83.

[5]王琦.全数字高密度三维地震勘探技术在淮北矿区的应用[J].煤田地质与勘探,2018,46(增刊1):41-45.