高密度單點(diǎn)接收地震采集數(shù)據(jù)的處理方法討論

王飛，孫亞杰，裴金梅，宋建國，李文建

(東方公司 青海物探處,甘肅 敦煌 736202)

0 引言

當(dāng)前，地震勘探已進(jìn)入面向地質(zhì)目標(biāo)體的綜合地震勘探階段[1]，地質(zhì)目標(biāo)趨于更復(fù)雜、地質(zhì)需求越來越高，勘探開發(fā)對地震勘探數(shù)據(jù)的信噪比、分辨率、保真度和成像精度等提出了更高的要求，最為迫切需要就是提高地震勘探精度[2-4]。在構(gòu)造勘探時(shí)期奉為經(jīng)典的大組合接收隨著高密度采集技術(shù)的推廣應(yīng)用逐漸不再適用，另外隨著野外施工物理點(diǎn)數(shù)增多，大組合接收施工難度大，勘探成本過大[5-8]。

近年來青海探區(qū)進(jìn)行了大量的單點(diǎn)檢波器采集試驗(yàn)生產(chǎn)工作，截至2019年青海探區(qū)共完成了18個單點(diǎn)地震采集項(xiàng)目，單點(diǎn)數(shù)字檢波器小道距、高覆蓋、不組合的野外采集方式逐漸得到應(yīng)用。

在地震數(shù)據(jù)處理中使用地震道組合的方法, 把單點(diǎn)檢波器輸出的信號組合疊加到一起，和采集時(shí)使用檢波器面積組合相比，能夠避免組合的低通濾波特性和大組合基距帶來的地表靜校正量致使信號發(fā)生畸變。采集時(shí)使用單點(diǎn)接收，每個單獨(dú)的檢波器接收到的信號單獨(dú)記錄，這種方法具有明顯優(yōu)勢[9-10]。

1 理論分析

1.1 道距與假頻

地震波的傳播，既有空間的變化，也有時(shí)間的變化[9],用y(t,x)表示地震信號，其中t為時(shí)間變量，x為空間變量。則二維傅里葉變換為：

(1)

式中：f表示頻率，代表時(shí)間信號y(t)周期T的倒數(shù)，即f=1/T；k表示波數(shù)，代表信號y(x)波長λ的倒數(shù)，即k=1/λ。Y(f,k)即稱為地震信號y(t,x)的頻率—波數(shù)譜，簡稱頻波譜或FK譜。通過FK譜轉(zhuǎn)換，一些在時(shí)間—空間域無法分離的地震信號可以在頻率—波數(shù)域區(qū)分開，由此為去噪提供了基礎(chǔ)。

在實(shí)際地震采集生產(chǎn)過程中，有效反射由于視速度高，很容易滿足不出現(xiàn)假頻現(xiàn)象。但是低速的干擾波，目前的地震勘探方法很難控制假頻出現(xiàn)[10-14]。如圖1所示，從柴達(dá)木盆地尖頂山地區(qū)某條測線單炮FK譜可以看出，即使是10 m小道距，低速干擾波也存在假頻折疊，隨著道距擴(kuò)大，這種假頻折疊逐漸嚴(yán)重，道距達(dá)到30 m時(shí)，這種折疊與有效反射混淆在一起，大道距產(chǎn)生的假頻折疊現(xiàn)象對處理中的噪聲壓制非常不利。

a、b、c、d、e—道間距分別為10,20,30,40,50 m

1.2 道距與疊加的關(guān)系

道組合其原理與水平疊加是相同的，參照多次疊加的特性做如下假設(shè)，需要組合的每一組數(shù)據(jù)組內(nèi)有效波在波形和能量上是相同的,只考慮反射時(shí)間的差別，公式推導(dǎo)如下[15-17]。

設(shè)動校正后剩余時(shí)差為零的振動函數(shù)為f(t), 頻譜為g(jω), 則動校正后剩余時(shí)差為Δti的振動函數(shù)為f(t-Δti)。就是說動校正后各道波形分別為:f(t-Δt1),f(t-Δt2),…,f(t-Δtn), 則水平疊加輸出為：

(2)

其道組合后的頻譜為：

G(jω)=g(jω)e-jωΔt1+g(jω)e-jωΔt2+

如果令

則有

G(jω)=K(jω)g(jω)。

(3)

上式表明道組合相當(dāng)于一個線性濾波器,對波形的改造作用可以用K(jω)反映出來, 即K(jω)的模K(ω)反映了多次疊加的振幅頻率特性：

對反射波來說, 最理想的情況是它的剩余時(shí)Δti差為0, 則K(ω)為n, 表明組合后反射波增強(qiáng)了n倍; 對于其他干擾波,Δti不為0,K(ω)一定小于n,則組合對于干擾波起到相對削弱的作用。

為了便于分析不同組合道數(shù)的垂直疊加效果,把K(ω)除以組合次數(shù)n, 即得:

進(jìn)行組合時(shí),Δti可用正常時(shí)差表示：

(5)

式(5)中，有效波反射時(shí)間t0取0.8 s，動校正速度vd取2 000 m/s，道間距離xi和時(shí)差Δti關(guān)系如圖2所示;有效波波至?xí)r間t0取0.8 s，道間距離xi取值為30 m，則道間時(shí)差Δti與動校正速度vd關(guān)系如圖3所示。

圖2 道間時(shí)差與道間距的關(guān)系

圖3 不同動校速度與時(shí)差關(guān)系

觀察圖2、圖3,可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論:①隨著組合道數(shù)的增加,正常時(shí)差對組合的影響也增大；②動校正速度減小,正常時(shí)差對組合的影響增大。

2 處理流程

通過前面分析得知，小道距在壓制視速度較低的噪聲有明顯優(yōu)勢。在做道組合時(shí)，每一組的道內(nèi)時(shí)差也對組合效果有很大的影響[18]。

高密度單點(diǎn)接收地震采集數(shù)據(jù)處理的基本思路是：首先要分離線性噪聲和消除野外靜校正對數(shù)據(jù)的影響；其次，做好動校正；最后，進(jìn)行道組合處理。這樣就能夠充分利用小道距壓制低速噪聲，有效壓制線性噪聲，消除組合道道間時(shí)差對信噪比的影響，達(dá)到最優(yōu)組合，其具體流程如圖4。

圖4 處理流程

3 處理效果

柴達(dá)木盆地尖頂山地區(qū)開展了單點(diǎn)檢波器和常規(guī)檢波器的對比試驗(yàn)，采用了單點(diǎn)SG5、單點(diǎn)SN5、常規(guī)SN8-10 Hz這3種型號的檢波器，其中SG5、SN5檢波器道距10 m，SN8-10 Hz檢波器“口”字組合，道距30 m，3種檢波器并列布設(shè)。采用可控震源激發(fā)，3種檢波器同時(shí)接收。本文選擇SN8-10 Hz和SG5兩種檢波器接收的數(shù)據(jù)處理分析。

從單炮數(shù)據(jù)上看，常規(guī)SN8-10 Hz 10個檢波器面積組合壓制噪聲效果好，比SG5單個檢波器接收的數(shù)據(jù)信噪比高(圖5)。

a—常規(guī)檢波器數(shù)據(jù);b—單點(diǎn)檢波器數(shù)據(jù)

該條測線設(shè)計(jì)面元為15 m，故在處理過程中需要對10 m道距數(shù)據(jù)進(jìn)行道組合，使組合后道距為30 m。由于小道距有利于干擾波的分離與壓制，在處理過程中，做了先組合再去噪和先去噪后組合試驗(yàn)。通過試驗(yàn)結(jié)果看，先去噪再組合去噪效果明顯優(yōu)于先組合再去噪，特別是對于低速干擾壓制尤為明顯(圖6)。

a—先組合后去噪;b—先去噪后組合

通過前面分析，低降速帶厚度或橫向速度變化都會造成微小的靜態(tài)時(shí)移, 該時(shí)移會影響到處理中道組合的效果，因此組合前要做靜校正處理。

通過圖7可以看出，靜校正前后道集同相軸連續(xù)性有一定影響，靜校正后同相軸更連續(xù)，一致性也明顯變好，更有利于道組合時(shí)同相疊加。

a—靜校正前;b—靜校正后

道集動校正，會最大限度減小道間時(shí)差(圖8),能夠提高組合的同向疊加效果。通過試驗(yàn)對比，先做動校正再組合，其同相軸更連續(xù)，信噪比較高, 組合效果比先做組合再做動校正好(圖9)。

圖8 動校正前(b)和動校正后(b)道集

a—先做動校正再組合;b—先組合再做動校正后

由疊加剖面對比分析，先做靜校正和動校正再進(jìn)行道組合，剖面連續(xù)性明顯提高(圖10)。

a—動靜校正后組合;b—組合后做動靜校正

常規(guī)SN8-10 Hz 10個檢波器面積組合接收的數(shù)據(jù)和單點(diǎn)SG5檢波器接收的數(shù)據(jù)從單炮品質(zhì)上看，信噪比存在很大差別，使用常規(guī)檢波器面積組合，會有一定的壓制噪聲作用。常規(guī)10個檢波器面積組合接收的數(shù)據(jù)和單點(diǎn)檢波器接收的數(shù)據(jù)對比，信噪比明顯偏高。但是通過優(yōu)化處理流程，在適合的步驟中增加道組合處理，從最終疊加剖面看，兩者剖面品質(zhì)基本相當(dāng)，在某些細(xì)節(jié)上，單點(diǎn)檢波器數(shù)據(jù)剖面比常規(guī)檢波器數(shù)據(jù)對細(xì)節(jié)刻畫更清晰，如圖11。

a—常規(guī)流程常規(guī)檢波器數(shù)據(jù);b—本文流程單點(diǎn)檢波器數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

高分辨率勘探需要深度域和空間域都有高精度采樣的數(shù)據(jù), 小道距、不組合、高覆蓋的野外采集方式順應(yīng)了高分辨率勘探數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)。高密度單點(diǎn)檢波器地震數(shù)據(jù)道組合在青海柴達(dá)木盆地大部分地區(qū)實(shí)施效果良好。由于道距減小, 在數(shù)據(jù)處理過程中通常要進(jìn)行道組合處理。

1)地震數(shù)據(jù)處理中的道組合最好是在做好噪聲壓制、靜校正、動校正之后進(jìn)行。

2)單點(diǎn)接收野外采集方式靈活, 數(shù)據(jù)處理時(shí)可根據(jù)干擾波分布特征靈活地選擇組合方式和組合參數(shù)，這也是道組合下一步需要嘗試的工作。