串聯反褶積在提高下組煤層成像效果上的應用

解潔清

(中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院，河北涿州，072750)

0 引言

煤田資料中煤層賦存狀態都是多層疊置的，上組煤層對下組煤層的反射波存在屏蔽作用，尤其是上組煤層是多層或較厚煤層的情況，直接影響下組煤層的成像效果。隨著煤田進一步開發利用，礦方越來越重視摸清下組煤層的賦存情況?；谝陨显?，如何在資料處理中找到一種提高下組煤層成像質量的有效處理方法，成為解決此需求的關鍵所在。本文立足于改善資料處理流程，利用反褶積技術的應用來提高下組煤層成像質量，處理中采用定性分析與定量分析相結合的手段，使用地表一致性反褶積與預測反褶積串聯的方法，最終使得下組煤層成像效果明顯提高，從而滿足對下組煤層的解釋需求。

1 地震資料處理中的反褶積方法

1.1 地表一致性反褶積技術

在地表起伏、表層結構多變的地區，當震源和接收點位置變化時，激發條件、接收條件等都發生變化，不僅造成地震反射波的靜態延遲，而且會影響地震記錄的振幅和頻率，使地震反射波波形發生畸變，最終導致地震反射剖面的分辨率下降，這種近地表條件變化對地震波的影響可以視為一種線性的濾波作用。針對這一問題，就必須對地表的濾波作用進行反濾波，在相位、頻率等方面進行多方位的補償[1]。研究者們相繼嘗試了不同的地表一致性反褶積校正方法，取得了較好的效果[2-6]。

地表一致性反褶積是一種多道計算的反褶積，這種反褶積方法是基于地震波可以被分解為共炮點、共接收點、共偏移距等多種成份的思想，消除了炮點、檢波點、共反射點和炮檢距幾個方向上濾波器的混合效應，求出的反褶積因子比較平穩，褶積效果消除了地表變化引起的頻率和相位差異，使得地震記錄的振幅、頻率、相位一致性更好，有利于提高疊加效果，使地震剖面真正反映地下介質變化。

1.2 預測反褶積技術

預測反褶積方法是由Peacock和Treitel在1969年提出的，該方法在地震資料處理中得到廣泛應用[7]。其核心是根據從實踐與理論中總結出來的規律，求得預測濾波因子。使預測值與實際值的平方和最小的預測濾波因子為最終結果[8]。針對地震記錄不同頻帶范圍內信噪比有差異的問題，對地震信號進行分頻段的預測反褶積處理，以具有較高信噪比的低頻段反褶積結果對高頻段反褶積結果進行預測或修正，消除噪聲對反褶積的影響，并且選擇性地改變輸入數據的頻譜來拓寬地震資料的頻帶寬度，從而滿足高精度地震勘探的需求[9-10]。

1.3 串聯反褶積技術

實際勘探中地表激發接收條件必然存在差異，由于表層介質的吸收不盡相同，激發后向下傳播子波的差異導致了地震資料的波形、能量不一致，降低資料分辨率[11]。地表一致性反褶積具有對子波在縱橫向一致性校正的功能，但它主要目標是校正子波的振幅譜，并不著重拓寬頻帶，對高頻成分損失嚴重的深部資料，并不能達到提高成像質量的目的[12-13]。而現階段在多煤層賦存地區，要求資料處理成果中淺、中、深部的煤層均呈現較好的成像效果，尤其對下組煤層的成像需求與日俱增，這就需要對地震記錄中低頻段信息加以利用，來滿足深部煤層的成像需求。因此，常規的單一反褶積方法已不能滿足要求。串聯反褶積技術是利用地表一致性反褶積來統一地震子波，在此基礎上進行預測反褶積處理工作，以達到進一步壓縮地震子波，拓寬頻帶的目的[14-15]。

2 串聯反褶積應用效果分析

以提高下組煤層成像效果為目標的處理流程為：首先在保留原始資料低頻信息的基礎上，做好噪音衰減與振幅補償，保證資料信噪比。隨后在共炮(CSP)域應用第一步地表一致性反褶積技術，然后在共反射點(CRP)域進行速度分析與剩余靜校正的多次迭代，使疊加速度與靜校正量逐步優化。最后在共檢波點域應用第二步預測反褶積技術，具體過程如圖1所示。

圖1 串聯反褶積應用流程Figure 1 Cascaded deconvolution work flow

根據不同目標區塊處理要求，兩步反褶積技術應用過程中需分析資料實際特點，通過優選對比來選取合適的反褶積參數。反褶積處理效果直接與預測步長、預測白噪百分比以及算子長度等數值息息相關[9]。調節預測步長值可控制反褶積的輸出頻率，預測步長越小，輸出頻率越高，但信噪比越低，反之亦然。所以，實際處理時，要兼顧輸出頻率與信噪比，根據實際資料選擇合理的參數。表1為處理過程中兩種反褶積方法需要測試的關鍵參數表。

表1 反褶積試驗參數

2.1 上覆多煤層的下組煤成像效果

為了驗證提高上覆多煤層的下組煤的成像效果，試驗選取山西某礦實際地震勘探資料，處理目標為提高3#煤層與9#煤層下伏15#煤層成像效果。該區內3#煤相對較厚，9#煤相對薄，15#煤受上覆兩層煤屏蔽影響，難以形成可連續追蹤同相軸，無法滿足解釋需求。

在資料處理的過程中，充分保留地震記錄中低頻信息，經上述串聯反褶積流程處理后，15#煤層成像效果顯著提高，區內可連續追蹤，為資料解釋提供了高質量的成果數據體，圓滿完成地質任務。圖2為串聯反褶積提高下組15#煤成像效果的展示圖，目標煤層15#煤逐步由無法辨認到可連續追蹤，改善效果顯著；圖3為串聯反褶積過程中疊加剖面頻譜分析，很明顯該方法使資料的頻帶逐步展寬，低頻段能量逐步增強。圖4為串聯反褶積應用過程中壓縮子波的效果展示，這是通過目標煤層自相關來實現質控的，可以看出子波壓縮效果逐步增強，子波一致性逐步提高。各方面質控均體現出地表一致性反褶積后資料頻帶展寬，子波壓縮，子波一致性變好，再次串聯應用預測反褶積后頻帶進一步展寬，子波得到進一步壓縮[11]。

圖2 串聯反褶積提高某區下組15#煤成像效果Figure 2 Effect on improving the imaging result for No.15 coal seam at lower by cascaded deconvolution

圖3 串聯反褶積頻譜拓寬效果Figure 3 Effect on broadening spectrum by cascaded deconvolution

圖4 串聯反褶積壓縮子波效果Figure 4 Effect on compacting wavelet by cascaded deconvolution

2.2 上覆近距離厚煤層的下組煤成像效果

為了測試上覆近距離厚煤層的下組煤層的成像效果，試驗基于安徽某礦精細處理項目，處理目標為獲取厚煤層7#煤層下20m深處8#煤層的賦存狀態。由于上組煤層7#煤厚度大且距離很近，8#煤層受其屏蔽影響嚴重，在原成果剖面中難以辨識，無法進行資料解釋。應用本方法流程后，疊加剖面顯示8#煤層反射波同相軸易于分辨，可實現連續追蹤，滿足解釋需求。圖5為該項目應用串聯反褶積技術逐步提高8#煤成像效果展示， 8#煤在反褶積之前無法辨識，應用一步反褶積后成像質量略有提高，但仍難以實現全區連續追蹤，應用串聯反褶積后疊加同相軸可清晰分辨，易于追蹤解釋。

圖5 串聯反褶積提高某區下組8#煤成像效果Figure 5 Effect on improving the imaging result for No.8 coal at lower by cascaded deconvolution

3 結論

在資料處理過程中，充分利用原始資料的低頻信號，調整常規串聯反褶積應用流程，并選取合理的兩步反褶積參數，可以達到提高下組煤層成像效果的目的。本文研究內容為解決厚煤層下組可采煤層成像問題提供了切實可行的技術對策，進而為礦方省去為得到下組煤層分布信息開展二次地震勘探施工的成本，具有一定的社會效益與經濟效益。

應用時需注意兩點：一是地表一致性反褶積是基于經過噪音衰減、振幅補償后的地震記錄，其效果依賴于所輸入的原始記錄與所采用反褶積模型的符合程度。因此在反褶積應用之前，應盡可能地對原始資料進行合理的預處理，以最大限度地符合褶積模型；二是無論是地表一致性反褶積還是預測反褶積，不只是根據輸入輸出結果來分析它們的效果，而且還要使用頻譜分析和自相關函數來監控處理效果，這在低信噪比的子波形態不一致地區尤為重要。