山地复杂障碍区下煤层准确成像混合震源采集技术研究与实践

曾维望， 常锁亮，2

(1.山西山地物探技术有限公司，山西晋中 030600； 2.太原理工大学矿业工程学院，山西太原 030024)

0 引言

在山区复杂障碍区(禁炮区)单一地进行恢复性(或重复性)放炮时，虽理论上与正常设计覆盖次数保证了同一性，但因失去障碍区中小偏移距数据，其结果只能通过少量的中偏移距及大量的远偏移距信息内插外推进行相关静校正量计算。这种做法对静校正带来错误信息，也对建立复杂低降速带速度模型带来不利影响；同时，因缺少中小偏移距信息，将导致深部煤层反射波动校正拉伸畸变，不利于深部目地层准确成像，影响煤层反射波空间准确归位，形成假构造异常。因此，山区复杂障碍区野外采集技术一直是煤矿采区地震勘探领域备受关注的重要课题。

纵所周知，炮点与检波点的静校正量可分解为长波长分量与短波长分量，长波长成分主要产生于低降速带厚度和速度的全局变化趋势，长波长分量的精度直接影响构造要素的解释；短波长分量是复杂地形及复杂低降速带静校正研究中的难点，短波长分量主要由低降速带厚度和速度在小于一个排列长度内的局部变化所构成，短波长静校正量的精度直接影响叠加效果。因此，在山区复杂障碍区(禁炮区)如何获得相关重要的静校正数据，准确重构低降速带厚度及速度模型，对障碍区下深部煤层反射波精细成像尤为重要。

1 复杂障碍区正演分析

复杂山区障碍区静校正量分析质量直接影响到低降速带厚度和速度的反演重构及深部目地层反射的准确成像。因此，正确获得并计算相关静校正量信息是关系到整个地震处理成果成败的基础。通过正演可直接分析出如遇障碍区采用常规恢复性放炮因缺失中小偏移距，继而计算的静校正量对低降速带厚度和速度的影响，由此产生的深部目地层反射的改变。

表1基于某山区地震地质条件设计的模型参数，地质模型见图1。该模型模拟在地面水平桩号2850m～3450m段约共600m为障碍禁炮区。新生界黄土0～50m覆盖在煤系地层上部，障碍区地段基岩出露；煤层埋深100～150m。二维正演模拟采用检波点距10m，炮点距20m，中间激发，80道双边接收，最大偏移距400m，子波采用45Hz零相位雷克子波。

表1 模型参数表

图1 地震正演地质模型示意图Figure 1 A schematic diagram of seismic forward geological model

图2利用恢复性放炮、混合震源激发前后观测系统对比示意图。图3上为在障碍区采用恢复性放炮经初至折射静校正获得的检波点静校正量(红色)与混合震源正常激发获得的检波点静校正量(蓝色)变化对比；图3下为在障碍区采用恢复性放炮经初至折射静校正获得的炮点静校正量(红色)与混合震源正常激发获得的炮点静校正量(蓝色)变化对比。

通过图2、图3分析可见，无论是检波点静校正量的变化还是炮点静校正量的变化都具有较大的差异性，这与在障碍区采用恢复性放炮缺少中小偏移据信息有关。采用初至折射静校正分析获得的静校正量，多来源于中远道偏移距初至折射信息，其对炮点静校正量的变化影响尤其严重，障碍区部位利用恢复性放炮获得的炮点静校正量信息基本缺失，因此， 这必将引起利用检波点及炮点的静校正信息重构低降速带速度模型产生畸变，同时，同-部位下的深部目地反射波的准确空间归位也受到影响，产生假赋存状态以及假构造。

图2 恢复性放炮、混合震源激发观测系统对比示意图Figure 2 A schematic diagram of restorative shot, hybrid source excitation field setups comparison

图3 恢复性放炮(红色)与混合震源激发(绿色)获得的检波器(上)及炮点静校正量(下)对比Figure 3 Comparison of restorative shot (red) and hybrid source excitation (green) acquired geophone (upper) and shotpoint statics (lower)

图4 恢复性放炮(上)与混合震源放炮(下)初至折射层析反演获得的低降速层速度模型对比Figure 4 Comparison of restorative shot (upper) and hybrid source excitation (lower) initial refraction tomographic inversion acquired low speed descending layer velocity models

图5 恢复性放炮(上)与混合震源(下)正演时间剖面对比Figure 5 Comparison of restorative shot (upper) and hybrid source excitation (lower) forward time sections

图4上为在障碍区采用恢复性放炮进行初至折射层析反演获得的低降速层速度模型，图4下为采用正常设计进行采用混合震源激发进行初至折射层析反演获得的低降速层速度模型。对比可见，在障碍区采用恢复性放炮其低降速层速度具有向下延伸变化现象，而在障碍区采用混合震源激发其获得的低降速层速度重构较为合理。

2 复杂障碍区恢复性放炮与混合震源激发正演地震成果分析

图5为基于上述遇障碍区采用恢复性放炮及混合震源激发两种技术获得的模型正演地震时间剖面成果对比。

分析可见，如遇障碍区采用常规恢复性放炮，因获得的地震信息中缺失大部分中小偏移距信息，而更多的是来之中远道地震信息参与检波点、炮点静校正，这不仅会严重影响到相关静校正量的正确计算、低降速带速度准确重构及动校正拉伸畸变，进而产生在障碍区一定范围内形成地震反射信息的缺失，在其周围一定范围内深部目地层反射波形态特征也会产生畸变，致使目地层反射波不能得到准确空间归位。在障碍区内采用混合震源激发野外采集技术进行野外数据采集，可很好的解决采用常规恢复性放炮带来的静校正量正确计算、低降速带速度准确重构及控制远偏移距动校正拉伸畸变等引起的障碍区周围及深部目地层叠加准确成像问题。

综上所述，在山区复杂障碍区内采用混合震源野外采集技术进行野外数据采集，对获得障碍区内真实的检波点及炮点的静校正量信息极为重要，这不仅对重构低降速带速度模型有利，同时也有利于深部目地层的反射波准确空间归位。

3 应用实例

3.1 地质概况及激发因素选择

某矿区位于山西沁水煤田，根据地表出露情况及钻孔揭露，区内由老至新地层为奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)与新生界第四系(Q)。本区冲沟较发育，地形较复杂。海拔标高在1129m～1167m之间,最大高差48m。勘探区地表有黄土、现代坡积物覆盖及基岩和其风化层出露。基本分布规律为：山体上覆盖现代坡积物和风化岩石，沟谷两侧覆盖薄层黄土；区内工业广场、民房建筑等障碍区分布范围较大。区内主采煤层3号煤层埋深约200～300m，因目地层埋深浅。

考虑主要目地层埋深较浅，为避免因恢复性放炮带来的不利因素，决定在该区采用井炮与车载夯击震源相结合的混合震源野外数据采集技术，以期获得障碍区准确的相关静校正量及准确重构低降速带速度模型，为障碍区下3号煤层准确空间成像奠定基础。

3.2 分析区井炮及车载夯击震源激发野外单炮质量对比

图6为该区内井炮激发与障碍区内车载夯击震源激发单炮记录对比，分析发现，虽然两种震源获得的单炮资料在振幅、频率、相位具有不一致的特点，但两种震源激发都能获得高质量的单炮初至，在时间250～300ms两种震源都能得到目地层反射。因此，利用初至进行折射静校正获取正确的检波器、炮点静校正量、并进行低降速带速度模型重构具有现实意义。

图6 混合震源野外单炮质量对比Figure 6 Comparison of hybrid source field single-shot qualities

3.3 混合震源资料处理分析关键技术及叠加效果分析

由于两种震源在能量、振幅、频率、相位的不一致性，通过试验表明可通过下面关键处理技术流程(图7)有效解决混合震源资料在能量、振幅、频率、相位非一致性问题。

图7 混合震源一致性关键处理技术流程Figure 7 Hybrid source consistency key processingtechnological procedure

(1)多域联合高保真去噪：解决混合震源噪声干扰问题。

(2)振幅一致性处理：解决炮间和道间能量不一致性问题，确保处理资料的振幅一致性。

(3)子波一致性处理——匹配滤波技术：解决混合震源子波不一致性问题。

图8为混合震源子波匹配滤波运用前后典型叠加剖面成果对比，可见多域联合高保真去噪、振幅一致性处理、子波匹配滤波处理后的地震成果，可较好的解决混合震源采集资料在相位、频率、能量等之间的差异性特征，这后续高分辨处理流程处理奠定基础。

图8 车载夯击震源与炸药震源衔接在匹配滤波处理前(上)后(下)成果对比Figure 8 Comparison of vehicle-mounted ramming source and explosive source link-up results before (upper) and after (lower) matched filtering

4 结论

模型正演及应用实例成果表明：在山区复杂障碍区(禁炮区)野外地震资料采集中，如在障碍区变观部位或附近，选择非炸药震源等措施进行补炮，不仅对解决山区静校正有很大的帮助，有利于重构因常规恢复性放炮造成的近炮点缺少中小偏移距，导致初至缺失所带来的低降速带速度模型层析反演精度，更有利于提高障碍区下深部目地层反射波空间归位及准确成像及地震资料构造解释精度。