山地復(fù)雜障礙區(qū)下煤層準(zhǔn)確成像混合震源采集技術(shù)研究與實(shí)踐

曾維望， 常鎖亮，2

(1.山西山地物探技術(shù)有限公司，山西晉中 030600； 2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西太原 030024)

0 引言

在山區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)(禁炮區(qū))單一地進(jìn)行恢復(fù)性(或重復(fù)性)放炮時(shí)，雖理論上與正常設(shè)計(jì)覆蓋次數(shù)保證了同一性，但因失去障礙區(qū)中小偏移距數(shù)據(jù)，其結(jié)果只能通過(guò)少量的中偏移距及大量的遠(yuǎn)偏移距信息內(nèi)插外推進(jìn)行相關(guān)靜校正量計(jì)算。這種做法對(duì)靜校正帶來(lái)錯(cuò)誤信息，也對(duì)建立復(fù)雜低降速帶速度模型帶來(lái)不利影響；同時(shí)，因缺少中小偏移距信息，將導(dǎo)致深部煤層反射波動(dòng)校正拉伸畸變，不利于深部目地層準(zhǔn)確成像，影響煤層反射波空間準(zhǔn)確歸位，形成假構(gòu)造異常。因此，山區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)野外采集技術(shù)一直是煤礦采區(qū)地震勘探領(lǐng)域備受關(guān)注的重要課題。

縱所周知，炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)的靜校正量可分解為長(zhǎng)波長(zhǎng)分量與短波長(zhǎng)分量，長(zhǎng)波長(zhǎng)成分主要產(chǎn)生于低降速帶厚度和速度的全局變化趨勢(shì)，長(zhǎng)波長(zhǎng)分量的精度直接影響構(gòu)造要素的解釋；短波長(zhǎng)分量是復(fù)雜地形及復(fù)雜低降速帶靜校正研究中的難點(diǎn)，短波長(zhǎng)分量主要由低降速帶厚度和速度在小于一個(gè)排列長(zhǎng)度內(nèi)的局部變化所構(gòu)成，短波長(zhǎng)靜校正量的精度直接影響疊加效果。因此，在山區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)(禁炮區(qū))如何獲得相關(guān)重要的靜校正數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確重構(gòu)低降速帶厚度及速度模型，對(duì)障礙區(qū)下深部煤層反射波精細(xì)成像尤為重要。

1 復(fù)雜障礙區(qū)正演分析

復(fù)雜山區(qū)障礙區(qū)靜校正量分析質(zhì)量直接影響到低降速帶厚度和速度的反演重構(gòu)及深部目地層反射的準(zhǔn)確成像。因此，正確獲得并計(jì)算相關(guān)靜校正量信息是關(guān)系到整個(gè)地震處理成果成敗的基礎(chǔ)。通過(guò)正演可直接分析出如遇障礙區(qū)采用常規(guī)恢復(fù)性放炮因缺失中小偏移距，繼而計(jì)算的靜校正量對(duì)低降速帶厚度和速度的影響，由此產(chǎn)生的深部目地層反射的改變。

表1基于某山區(qū)地震地質(zhì)條件設(shè)計(jì)的模型參數(shù)，地質(zhì)模型見(jiàn)圖1。該模型模擬在地面水平樁號(hào)2850m～3450m段約共600m為障礙禁炮區(qū)。新生界黃土0～50m覆蓋在煤系地層上部，障礙區(qū)地段基巖出露；煤層埋深100～150m。二維正演模擬采用檢波點(diǎn)距10m，炮點(diǎn)距20m，中間激發(fā)，80道雙邊接收，最大偏移距400m，子波采用45Hz零相位雷克子波。

表1 模型參數(shù)表

圖1 地震正演地質(zhì)模型示意圖Figure 1 A schematic diagram of seismic forward geological model

圖2利用恢復(fù)性放炮、混合震源激發(fā)前后觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)比示意圖。圖3上為在障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮經(jīng)初至折射靜校正獲得的檢波點(diǎn)靜校正量(紅色)與混合震源正常激發(fā)獲得的檢波點(diǎn)靜校正量(藍(lán)色)變化對(duì)比；圖3下為在障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮經(jīng)初至折射靜校正獲得的炮點(diǎn)靜校正量(紅色)與混合震源正常激發(fā)獲得的炮點(diǎn)靜校正量(藍(lán)色)變化對(duì)比。

通過(guò)圖2、圖3分析可見(jiàn)，無(wú)論是檢波點(diǎn)靜校正量的變化還是炮點(diǎn)靜校正量的變化都具有較大的差異性，這與在障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮缺少中小偏移據(jù)信息有關(guān)。采用初至折射靜校正分析獲得的靜校正量，多來(lái)源于中遠(yuǎn)道偏移距初至折射信息，其對(duì)炮點(diǎn)靜校正量的變化影響尤其嚴(yán)重，障礙區(qū)部位利用恢復(fù)性放炮獲得的炮點(diǎn)靜校正量信息基本缺失，因此， 這必將引起利用檢波點(diǎn)及炮點(diǎn)的靜校正信息重構(gòu)低降速帶速度模型產(chǎn)生畸變，同時(shí)，同-部位下的深部目地反射波的準(zhǔn)確空間歸位也受到影響，產(chǎn)生假賦存狀態(tài)以及假構(gòu)造。

圖2 恢復(fù)性放炮、混合震源激發(fā)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)比示意圖Figure 2 A schematic diagram of restorative shot, hybrid source excitation field setups comparison

圖3 恢復(fù)性放炮(紅色)與混合震源激發(fā)(綠色)獲得的檢波器(上)及炮點(diǎn)靜校正量(下)對(duì)比Figure 3 Comparison of restorative shot (red) and hybrid source excitation (green) acquired geophone (upper) and shotpoint statics (lower)

圖4 恢復(fù)性放炮(上)與混合震源放炮(下)初至折射層析反演獲得的低降速層速度模型對(duì)比Figure 4 Comparison of restorative shot (upper) and hybrid source excitation (lower) initial refraction tomographic inversion acquired low speed descending layer velocity models

圖5 恢復(fù)性放炮(上)與混合震源(下)正演時(shí)間剖面對(duì)比Figure 5 Comparison of restorative shot (upper) and hybrid source excitation (lower) forward time sections

圖4上為在障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮進(jìn)行初至折射層析反演獲得的低降速層速度模型，圖4下為采用正常設(shè)計(jì)進(jìn)行采用混合震源激發(fā)進(jìn)行初至折射層析反演獲得的低降速層速度模型。對(duì)比可見(jiàn)，在障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮其低降速層速度具有向下延伸變化現(xiàn)象，而在障礙區(qū)采用混合震源激發(fā)其獲得的低降速層速度重構(gòu)較為合理。

2 復(fù)雜障礙區(qū)恢復(fù)性放炮與混合震源激發(fā)正演地震成果分析

圖5為基于上述遇障礙區(qū)采用恢復(fù)性放炮及混合震源激發(fā)兩種技術(shù)獲得的模型正演地震時(shí)間剖面成果對(duì)比。

分析可見(jiàn)，如遇障礙區(qū)采用常規(guī)恢復(fù)性放炮，因獲得的地震信息中缺失大部分中小偏移距信息，而更多的是來(lái)之中遠(yuǎn)道地震信息參與檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)靜校正，這不僅會(huì)嚴(yán)重影響到相關(guān)靜校正量的正確計(jì)算、低降速帶速度準(zhǔn)確重構(gòu)及動(dòng)校正拉伸畸變，進(jìn)而產(chǎn)生在障礙區(qū)一定范圍內(nèi)形成地震反射信息的缺失，在其周圍一定范圍內(nèi)深部目地層反射波形態(tài)特征也會(huì)產(chǎn)生畸變，致使目地層反射波不能得到準(zhǔn)確空間歸位。在障礙區(qū)內(nèi)采用混合震源激發(fā)野外采集技術(shù)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，可很好的解決采用常規(guī)恢復(fù)性放炮帶來(lái)的靜校正量正確計(jì)算、低降速帶速度準(zhǔn)確重構(gòu)及控制遠(yuǎn)偏移距動(dòng)校正拉伸畸變等引起的障礙區(qū)周圍及深部目地層疊加準(zhǔn)確成像問(wèn)題。

綜上所述，在山區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)內(nèi)采用混合震源野外采集技術(shù)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，對(duì)獲得障礙區(qū)內(nèi)真實(shí)的檢波點(diǎn)及炮點(diǎn)的靜校正量信息極為重要，這不僅對(duì)重構(gòu)低降速帶速度模型有利，同時(shí)也有利于深部目地層的反射波準(zhǔn)確空間歸位。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 地質(zhì)概況及激發(fā)因素選擇

某礦區(qū)位于山西沁水煤田，根據(jù)地表出露情況及鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)由老至新地層為奧陶系(O)、石炭系(C)、二疊系(P)與新生界第四系(Q)。本區(qū)沖溝較發(fā)育，地形較復(fù)雜。海拔標(biāo)高在1129m～1167m之間,最大高差48m?？碧絽^(qū)地表有黃土、現(xiàn)代坡積物覆蓋及基巖和其風(fēng)化層出露?；痉植家?guī)律為：山體上覆蓋現(xiàn)代坡積物和風(fēng)化巖石，溝谷兩側(cè)覆蓋薄層黃土；區(qū)內(nèi)工業(yè)廣場(chǎng)、民房建筑等障礙區(qū)分布范圍較大。區(qū)內(nèi)主采煤層3號(hào)煤層埋深約200～300m，因目地層埋深淺。

考慮主要目地層埋深較淺，為避免因恢復(fù)性放炮帶來(lái)的不利因素，決定在該區(qū)采用井炮與車載夯擊震源相結(jié)合的混合震源野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以期獲得障礙區(qū)準(zhǔn)確的相關(guān)靜校正量及準(zhǔn)確重構(gòu)低降速帶速度模型，為障礙區(qū)下3號(hào)煤層準(zhǔn)確空間成像奠定基礎(chǔ)。

3.2 分析區(qū)井炮及車載夯擊震源激發(fā)野外單炮質(zhì)量對(duì)比

圖6為該區(qū)內(nèi)井炮激發(fā)與障礙區(qū)內(nèi)車載夯擊震源激發(fā)單炮記錄對(duì)比，分析發(fā)現(xiàn)，雖然兩種震源獲得的單炮資料在振幅、頻率、相位具有不一致的特點(diǎn)，但兩種震源激發(fā)都能獲得高質(zhì)量的單炮初至，在時(shí)間250～300ms兩種震源都能得到目地層反射。因此，利用初至進(jìn)行折射靜校正獲取正確的檢波器、炮點(diǎn)靜校正量、并進(jìn)行低降速帶速度模型重構(gòu)具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖6 混合震源野外單炮質(zhì)量對(duì)比Figure 6 Comparison of hybrid source field single-shot qualities

3.3 混合震源資料處理分析關(guān)鍵技術(shù)及疊加效果分析

由于兩種震源在能量、振幅、頻率、相位的不一致性，通過(guò)試驗(yàn)表明可通過(guò)下面關(guān)鍵處理技術(shù)流程(圖7)有效解決混合震源資料在能量、振幅、頻率、相位非一致性問(wèn)題。

圖7 混合震源一致性關(guān)鍵處理技術(shù)流程Figure 7 Hybrid source consistency key processingtechnological procedure

(1)多域聯(lián)合高保真去噪：解決混合震源噪聲干擾問(wèn)題。

(2)振幅一致性處理：解決炮間和道間能量不一致性問(wèn)題，確保處理資料的振幅一致性。

(3)子波一致性處理——匹配濾波技術(shù)：解決混合震源子波不一致性問(wèn)題。

圖8為混合震源子波匹配濾波運(yùn)用前后典型疊加剖面成果對(duì)比，可見(jiàn)多域聯(lián)合高保真去噪、振幅一致性處理、子波匹配濾波處理后的地震成果，可較好的解決混合震源采集資料在相位、頻率、能量等之間的差異性特征，這后續(xù)高分辨處理流程處理奠定基礎(chǔ)。

圖8 車載夯擊震源與炸藥震源銜接在匹配濾波處理前(上)后(下)成果對(duì)比Figure 8 Comparison of vehicle-mounted ramming source and explosive source link-up results before (upper) and after (lower) matched filtering

4 結(jié)論

模型正演及應(yīng)用實(shí)例成果表明：在山區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)(禁炮區(qū))野外地震資料采集中，如在障礙區(qū)變觀部位或附近，選擇非炸藥震源等措施進(jìn)行補(bǔ)炮，不僅對(duì)解決山區(qū)靜校正有很大的幫助，有利于重構(gòu)因常規(guī)恢復(fù)性放炮造成的近炮點(diǎn)缺少中小偏移距，導(dǎo)致初至缺失所帶來(lái)的低降速帶速度模型層析反演精度，更有利于提高障礙區(qū)下深部目地層反射波空間歸位及準(zhǔn)確成像及地震資料構(gòu)造解釋精度。