王飛，孫亞杰，裴金梅，宋建國(guó)，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(lái)越高，勘探開(kāi)發(fā)對(duì)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(guò)大[5-8]。

近年來(lái)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(gè)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(hào)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(lái)的地表靜校正量致使信號(hào)發(fā)生畸變。采集時(shí)使用單點(diǎn)接收，每個(gè)單獨(dú)的檢波器接收到的信號(hào)單獨(dú)記錄，這種方法具有明顯優(yōu)勢(shì)[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(hào)，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(hào)y(t)周期T的倒數(shù)，即f=1/T；k表示波數(shù)，代表信號(hào)y(x)波長(zhǎng)λ的倒數(shù)，即k=1/λ。Y(f,k)即稱(chēng)為地震信號(hào)y(t,x)的頻率—波數(shù)譜，簡(jiǎn)稱(chēng)頻波譜或FK譜。通過(guò)FK譜轉(zhuǎn)換，一些在時(shí)間—空間域無(wú)法分離的地震信號(hào)可以在頻率—波數(shù)域區(qū)分開(kāi)，由此為去噪提供了基礎(chǔ)。

在實(shí)際地震采集生產(chǎn)過(guò)程中，有效反射由于視速度高，很容易滿(mǎn)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(cè)線(xiàn)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(duì)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(dòng)校正后剩余時(shí)差為零的振動(dòng)函數(shù)為f(t), 頻譜為g(jω), 則動(dòng)校正后剩余時(shí)差為Δti的振動(dòng)函數(shù)為f(t-Δti)。就是說(shuō)動(dòng)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(gè)線(xiàn)性濾波器,對(duì)波形的改造作用可以用K(jω)反映出來(lái), 即K(jω)的模K(ω)反映了多次疊加的振幅頻率特性：

對(duì)反射波來(lái)說(shuō), 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(duì)于其他干擾波,Δti不為0,K(ω)一定小于n,則組合對(duì)于干擾波起到相對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)校速度與時(shí)差關(guān)系

觀(guān)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(duì)組合的影響也增大；②動(dòng)校正速度減小,正常時(shí)差對(duì)組合的影響增大。

2 處理流程

通過(guò)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(shì)。在做道組合時(shí)，每一組的道內(nèi)時(shí)差也對(duì)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(xiàn)性噪聲和消除野外靜校正對(duì)數(shù)據(jù)的影響；其次，做好動(dòng)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(xiàn)性噪聲，消除組合道道間時(shí)差對(duì)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(kāi)展了單點(diǎn)檢波器和常規(guī)檢波器的對(duì)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(hào)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(gè)檢波器面積組合壓制噪聲效果好，比SG5單個(gè)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(cè)線(xiàn)設(shè)計(jì)面元為15 m，故在處理過(guò)程中需要對(duì)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(guò)程中，做了先組合再去噪和先去噪后組合試驗(yàn)。通過(guò)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(duì)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(guò)前面分析，低降速帶厚度或橫向速度變化都會(huì)造成微小的靜態(tài)時(shí)移, 該時(shí)移會(huì)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(guò)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(dòng)校正，會(huì)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(guò)試驗(yàn)對(duì)比，先做動(dòng)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(dòng)校正好(圖9)。

圖8 動(dòng)校正前(b)和動(dòng)校正后(b)道集

a—先做動(dòng)校正再組合;b—先組合再做動(dòng)校正后

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

a—?jiǎng)屿o校正后組合;b—組合后做動(dòng)靜校正

常規(guī)SN8-10 Hz 10個(gè)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(huì)有一定的壓制噪聲作用。常規(guī)10個(gè)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(duì)比，信噪比明顯偏高。但是通過(guò)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(duì)細(xì)節(jié)刻畫(huà)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(guò)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(dòng)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。