浅层低信噪比地震数据处理方法研究与应用

王亚琪 常锁亮, 赵 兴 赵万书 曹路通

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

浅层地震勘探是工程物探主要的一种勘查技术手段，广泛应用于地质勘查、构造勘查、活断层勘查、煤层采空区勘查及地质灾害调查等领域。该方法主要利用浅层地震反射波所携带的地层信息来判断地下构造形态，利用优质的地震解释剖面直观地反映地下构造。

随着浅层地震勘探应用愈加广泛，勘探目标愈加复杂，浅层地震资料却一直存在着叠加次数低，波场复杂，分辨率与信噪比较低等问题，导致解释所用剖面多为叠加剖面或叠后时间偏移剖面，其成像效果远远满足不了解释精度的要求,为得到高信噪比和高分辨率的解释剖面，需要采取有针对性的地震资料处理技术。

本文针对浅层地震资料处理难点，研究出具有针对性的处理关键技术，包括叠前组合去噪技术、自适应预测反褶积技术、各向异性高阶动校正与高精度速度分析、Kirchhoff叠前时间偏移成像等，建立相应的处理技术流程，以期得到浅层地震资料的较高的信噪比与分辨率的地震成像资料。

1 浅层地震资料处理中关键技术

1.1 叠前组合去噪技术

浅层地震资料有其独有的特殊性，反射层较浅，受环境与人类活动干扰较大，有效波与线性噪音视速度、频率等相近，常被较强的浅层多次折射、地表干扰及高频干扰等噪音掩盖，浅层识别噪音道数较少，因此对去噪技术提出较高的要求。

常规的去噪手段难以实现有效压制干扰。本文采用“六分法”压制技术进行逐步、多域、有针对性地压制噪音。主要包括以下步骤：

(1)分类。根据干扰波各自的频率特征划分面波、声波、多次折射、随机干扰等。

(2)分步。依据能量强度差异，采取由强到弱、分步衰减噪音。

(3)分频。依据干扰波频率展布不同，在不同的频带压制不同的噪音。

(4)分域。在共炮点、共检波点、共偏移距、共中心点等域内分别进行噪音压制。

(5)分时。针对不同反射时间段采用不同去噪参数。

(6)分布空间。根据干扰波的空间展布差异特点采用适当的压制方法。

通过制定出合理的组合去噪技术，以期达到提高信噪比的效果，使有效信号较好保留。

叠前组合去噪前后的单炮记录对比如图1所示。

图1 组合去噪前与F-K域组合去噪后单炮记录对比图

原始单炮中面波、多次折射波、声波等线性噪音较发育，本次主要采用自适应面波衰减技术压制面波，相干线性噪音压制技术来压制线性规则噪音等多种去噪方法相结合。由图1可以看出，在去噪后的单炮记录中，面波与线性规则噪音压制效果较好，同时有效信号得到较好的保护，分辨率得到进一步提高。

1.2 反褶积技术

浅层地震资料在叠前去噪后虽然信噪比有了大幅度的提升，因反射层较浅，地表结构变化大，有效波与多次波混淆，多次波的存在严重影响了地震成像的真实性与可靠性，降低了资料的分辨率。因此消除多次波是浅层地震资料处理的又一关键点。采用预测反褶积衰减多次波的方法虽然能有效地衰减多次波，但是存在较多多次波残留的问题。因此本文通过设计自适应滤波器，用最小均方算法的迭代公式来更新自适应预测反褶积的关键参数。将预测因子、预测步长、因子长度等参数与多次波的分布周期与分布范围相结合，达到有针对性地设置反褶积参数，达到压制多次波，提高分辨率的目的。

自适应预测反褶积技术应用前后对比如图2所示。由图2可以看出，多次波与残留的低频面波将有效波掩盖，尤其是在近道超浅层时段，有效波同相轴混杂，存在较严重的分辨率的问题。采用自适应预测反褶积技术后，多次波得到有效压制，地震子波压缩效果良好，有效波同相轴连续清晰，分辨率得到极大提高，为后期的成像效果与解释精度奠定了重要的基础。

图2 自适应预测反褶积技术应用前后单炮记录对比图

1.3 各向异性动校正与高精度速度分析

速度分析主要是通过拾取速度谱对反射同相轴进行动校正处理，其主要应用的仍是动校正的速度，只有在速度谱上准确地拾取一次波速度时，其反射同相轴才会被校平，否则都会出现下拉或者上抛现象，这些都不利于水平叠加。

浅层地震资料基于目的反射层较浅、覆盖次数较低等局限，携带有效信息道数较少，自相关速度分析道数较少，振幅的横向稳定性较差，目的层紧邻低速带或者本身就为低速带，速度在时间和空间上差异较大，动校正量受速度的影响较大，速度分析的精度直接影响到动校正拉平等处理效果。动校正不足与动校正过量CMP道集对比如图3所示。当给定试验速度过高时，则校正不足，经校正过后的反射波同相轴向下弯曲；当给定的试验速度过低时，则校正过量，经校正后的反射波同相轴向上弯曲。因此根据速度扫描后反射波同相轴是否被拉平可求取不同t0时刻处反射波的叠加速度。

图3 动校正不足与动校正过量CMP道集对比图

动校正的主要目的是为了消除炮检距对反射波旅行时的影响，校平共深度点反射波时距曲线的轨迹，增强利用叠加技术压制干扰的能力，减小叠加过程中引起的反射波同相轴畸变。

常规动校正与各向异性对比如图4所示。

图4 常规动校正与各向异性高阶动校正CMP道集对比图

常规动校正是基于双曲时差分析，在浅层地震资料处理中，由于介质的非均匀性、有效接收道数较少、速度分析的CDP道集较小等原因，远偏移距处有动校不平的现象；采用各向异性动校正是基于非双曲线动校正，能够有效适用浅层地表介质复杂的情况，增强了动校正后的反射波能量，提高了分辨率，同相轴的连续性加强，同时远偏移距信息加以有效利用，避免了因为远偏移距被切除或动校不平造成的剖面质量下降，从而为后续的地震解释工作创造了有利条件。

1.4 偏移成像技术

目前常规浅层资料的处理由于资料信噪比较低、速度分析不准确等因素通常只做叠后时间偏移处理，所用到的解释剖面多为叠后时间偏移剖面，虽然能大致反映地下构造形态，但因成像精度不高，常造成小断层、微幅构造等错解漏解，并且基于水平假设的原因，忽略倾角时差的影响，在叠后时间偏移剖面中存在着较大的偏移归位问题。

本文采用的Kirchhoff叠前时间偏移是地震资料处理中的一个全偏移过程，是在叠后时间偏移的基础上将共中心点道集(CMP)转换为共反射点道集(CRP)，消除了时距曲线中地层倾角因素的影响。将叠加与偏移有效结合，将常规动校正(NMO)、倾角时差校正(DMO)、叠后时间偏移综合应用，实现真正的CRP叠加，得到叠前时间偏移剖面来反映断层、倾斜层等在地下真实存在的构造形态、埋深等，为后期精细化解释奠定良好的基础。

Kirchhoff叠前时间偏移剖面与常规叠后时间偏移剖面对比如图5所示。

图5 Kirchhoff叠前时间偏移剖面与常规叠后时间偏移剖面对比图

通过从分辨率、信噪比、波组特征以及成像精度等方面对比研究，分析得出：叠前时间偏移时间剖面的主要标志层的波组特征清晰，同相轴连续明显易追踪，偏移归位较准确；叠前时间偏移剖面表现为信噪比较高，横向分辨率较好，地层反映明显，接触关系明显；叠前时间偏移处理剖面中断层

的断面清晰、断点干脆，成像效果明显优于叠后时间偏移剖面，尤其是针对浅层断裂带弱反射成像精度有了较大提高。

2 应用效果分析

基于本文处理技术及方法针对洪洞浅层地震勘探资料进行处理，基于叠前时间偏移剖面解释得到地震解释剖面，如图6所示，经时深转换后得到测线深度剖面，如图7所示。由图6可以看出，同相轴连续较好、波组特征明显，断裂带断层清晰、断面干脆，解释效果理想，将浅层第四系晚更新世或全更新世各波阻抗界面基本呈现出来，为浅层第四系地层的构造分析、界面识别等奠定了良好的基础。由图7可以看出，解释出了T0、T1、T2、T3、T4五个反射层位，并且揭示了7条断层，均为正断层，Fhd3、Fhd4-1、Fhd4-2、Fhd4-3、Fhd4-4、Fhd4-5断层倾向南，倾角为50°～60°；Fhd4、Fhd5断层倾向北，倾角为45°～70°。总体构造面貌表现为地层受强拉张作用形成主断层与伴生断层发育的断裂带，解释成果经钻孔验证，处理效果基本上达到了高信噪比、高分辨率、高保真度的要求。

图6 测线地震解释剖面图

图7 测线深度剖面图

3 结语

针对浅层地震资料目的反射层较浅、覆盖次数较低、干扰较严重、分辨率与信噪比较低等处理难点，采用以叠前组合去噪技术、自适应预测反褶积技术、各向异性高阶动校正

与高精度速度分析、Kirchhoff叠前时间偏移等关键技术为核心的处理流程，获得了良好的成像效果，较好地反映了浅层第四系的地质结构与构造特征，满足了浅层地震资料的解释精度。

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