叠前时间偏移技术在煤田高精度三维地震勘探中的应用

石君华

摘要：本文从叠前时间偏移技术原理入手，分析了叠前时间偏移技术自身的技术优势，指出叠前时间偏移技术已成为提高大倾角地层、构造复杂、横向非均匀介质地区的三维地震数据空间归位效果的一种有效手段。叠前时间偏移处理应作好以下三方面的工作：叠前偏移的数据准备，偏移速度场的建立，合理选取偏移参数。通过分析叠前时间偏移技术在三个不同地区的三维地震勘探中的应用情况得，叠前时间偏移剖面比叠后时间偏移剖面断层清晰，断点可靠，分辨率明显提高；无煤区边界波形特征明显；逆断层断点归位准确，断层小断块清楚，能够较准确地识别边界。

关键词：高精度；三维地震勘探；复杂地质条件；叠前时间偏移；叠后时间偏移

煤炭作为我国目前的主要能源，在经济建设中发挥了重要的作用；而且在将来的较长时间里，煤炭仍将是不可替代的主要能源。与此同时，煤炭资源的开采也正由浅部上组煤转向深部下组煤，由简单地质条件区转向复杂地质条件地区，这就给作为煤炭地质勘探工作重要手段的三维地震勘探提出了更高的要求，势必走高精度勘探之路。随着计算机软硬件技术的发展，叠前时间偏移技术正以其固有的技术优势作为解决这类复杂地质条件地区数据成像较理想的偏移成像处理手段得到推广应用。

1.叠前时间偏移技术原理

叠后时间偏移基于共中心点的叠加技术是建立在水平层状、横向均匀介质的简单假设基础上的，共中心点叠加的结果等价于自激自收的零炮检距剖面。而当地下构造复杂、横向速度变化剧烈时，共中心点道集中的反射波旅行时已不再是双曲线形式，共中心点叠加的结果也不完全等价于自激自收的零炮检距剖面，叠后偏移已不能使地下构造正确成像，相反会由于NMO的倾角滤波作用破坏有效信号，即使采用倾角时差校正（DMO，也称叠前部分时间偏移）也难以得到真正零炮检距剖面。

叠前偏移不受水平层状介质、自激自收的零炮检距剖面等假设限制，比叠后偏移技术更适应实际资料的复杂情况，更好地适应复杂构造成像，得到地下构造正确的空间形态及位置，诸如：大倾角、逆掩断层、复杂断块、特殊地质体（岩浆岩体）等。叠前时间偏移处理技术利用叠前道集，使用均方根速度场将各个地震数据道偏移到真实的反射点位置，形成共反射点道集并进行叠加，提高了偏移成像精度。叠前时间偏移方法自身迭代过程也使最终得到的速度场精度比叠后时间偏移方法高，从而有利于提高构造解释成图精度。

叠前时间偏移算法可基本分为三大类即：Kirchhoff积分法、有限差分法和Fourier变换方法。目前的商用成像软件中，叠前时间偏移算法基本上都是采用的Kirchhoff积分法。它的优点是运行速度快，具备非常灵活的、可以将任意一组采样偏移归位的特点，能够适应野外不规则的观测系统。Kirchhoff积分法叠前时间偏移是建立在点绕射的非零炮检距方程基础上，并沿非零炮检距的绕射旅行时间轨迹对振幅求和。Kirchhoff积分法叠前时间偏移在实现时包含两部分：走时计算和积分求和。图1为叠前时间偏移流程图。

影响叠前时间偏移效果的几个关键参数包括：走时计算方法、偏移孔径、抗假频方法等。①走时计算方法（如：双曲线近似计算法、4阶近似计算法、射线追踪近似的弯曲射线计算法等。）的选择对运算时间和偏移结果的精度有很大的影响。双曲线近似计算方法基于层状介质，较小炮检距假设，4阶近似走时计算方法考虑到各向异性参数，而弯曲射线的走时计算方法采用层速度面，非均方根速度计算走时。②偏移孔径的选择直接影响偏移结果和运算时间，偏移孔径的大小与地下反射的倾角有关。偏移孔径过小时，由于不能涵盖相带范围，大倾角的反射波同相轴难以准确成像；而偏移孔径过大时，反射波的同相轴可能出现连续性变差、信噪比降低的现象。③为保证在偏移成像过程中不出现假频现象，偏移过程中最大频率成份必须满足空间采样定理，进行反假频处理。

2.叠前时间偏移处理的数据准备和速度场建立

高质量的叠前数据是叠前时间偏移处理的基础，准确合理的叠前时间偏移速度场是叠前时间偏移成功的关键。为此需要做好以下工作：

2.1叠前偏移的数据准备

（1）进行叠前去噪与异常振幅处理，提高偏移速度分析精度以及在成像道集或偏移后的叠加中压噪效果，提高成像精度。

（2）数据规则化处理。采用地表一致性振幅处理技术、叠前道内插技术、炮检距均化技术等，消除由地表条件、激发或接收因素造成的输入地震数据空间能量不均衡、空间采样不均匀问题，造成的叠前时间偏移剖面上的画弧现象，或偏移叠加不成像，信噪比降低。

（3）静校正。在做精做细野外表层调查的基础上，进行近地表的处理和成像，包括：①做地表浮动基准面校正和处理；②在浮动基准面校正基础上做cmp面速度分析和自动剩余静校正等提高资料品质；③以射线替代垂线，做动态校正，或做波动方程基准面校正，完成浮动面到偏移基准面的校正。

2.2叠前时间偏移速度场的建立

利用初始RMS速度模型进行目标线的叠前时间偏移之后，除产生了偏移叠加数据外还产生了时间偏移后的CRP道集数据体。根据偏移后的CRP道集修改RMS速度，并最终建立叠前时间体偏移用速度场有两种方法：基于层位的RMS速度修改和基于垂向延迟的RMS速度修改。在偏移后的CRP道集上，如果偏移速度大于正确值，则出现欠偏移现象，表现为同相轴下拉；如偏移速度小于正确值，则出现过偏移现象，同相轴上翘；而速度正确时，同相轴是平的。

3.叠前时间偏移应用实例及效果分析

2005年10月，我队在煤田地质系统首次将叠前时间偏移技应用于三维地震资料处理，并获得了成功。以后又在多个矿区开展了该项技术的推广应用实践，在技术进步和应用效果两方面取得明显进展。这些项目处理过程中的每一环节，包括功能模块和使用参数，都经过反复试验，对发现的问题给予修正，保证了测区内地震资料处理的质量和精度。

3.1青海省鱼卡煤田东部三维地震勘探叠前时间偏移处理及效果

青海省鱼卡煤田位于青海省海西州大柴旦行委鱼卡乡境内，三维地震工作区的标高3200m以上，最大高差50m，属高原丘陵区，其表浅层及深层地震地质条件非常复杂。

本区主要含煤地层为侏罗系中下统大煤沟组上含煤段及下含煤段。其中上含煤段含煤5层，下含煤段含煤3层，M5煤层、M7下煤层为主要煤层。经过多次剧烈的地壳运动，断层及褶皱非常发育，地层倾角大且变化剧烈；主要目的层的埋深和层间距变化非常大，M5煤层底板与M7下煤层底板间距100m～280m；沉积环境复杂多变，主要目的层（煤层）的厚度变化大，区内M5煤层平均厚度为2m，煤层稳定；M7下煤层厚度为0.5m～40m，平均厚度为12m，区内存在M7下煤层无煤区。三维地震工作区内煤层整体呈一单斜构造，在单斜构造的基础上发育几条比较大的褶曲，地层倾角一般为20°～40°。

常规叠后时间偏移处理已不能满足该区地震勘探的需要，因此采用了克希霍夫积分法叠前时间偏移处理获得了三维空间归位良好，比较真实反映实际地质构造特征的三维数据体。从处理的效果看，主要表现在：叠前时间偏移剖面比叠后时间偏移剖面断层清晰，断点可靠，分辨率明显提高；无煤区边界波形特征明显；逆断层断点归位准确，断层小断块清楚，能够较准确地识别边界。见图2～图3。

3.2开滦林南仓矿三维地震勘探叠前时间偏移处理及效果

开滦林南仓矿位于河北省唐山市玉田县林南仓镇及林西镇，位于京、津、唐三角地带中部，测区内地形较平坦，村庄多而大，房屋密集；区内地层倾角陡，构造复杂，既有正逆断层发育，又有岩浆岩侵入和煤层露头，需要研究目的层多，地震波场复杂，构造识别难度大。为了更好地完成地质任务，本区资料处理时既作了叠后时间偏移处理又作了叠前时间偏移处理。通过采用叠前偏移时间处理，时间剖面上煤层反射波成像良好，主要目的层反射波连续性、横向对比性及断裂构造的归位成像均好于叠后时间偏移剖面，在地层复杂地带构造合理、断点清晰，波组特征明显，便于识别和追踪，易于准确地进行精细的构造解释和落实断裂的空间展布和平面组合。同时也应该看到，煤层较浅，勘探区村庄多，这对于浅层煤层成像很不利，对高精度成像的叠前时间偏移形成不利。（图5～图7示）

3.3山西沁水胡底煤矿大巷和首采区三维地震勘探叠前时间偏移处理及效果

胡底煤矿位于山西省沁水县胡底乡，测区内地表条件复杂，低降速带厚度变化大，局部煤系地层倾角较大，时间剖面偏移归位很重要。为了寻求在复杂地质条件下使地震成果能够正确反映地下构造形态，资料处理方法采用了叠前偏移和叠后偏移，充分利用已有资料，为后续工作提供更多参数，给解释工作打下良好的基础。

通过对比叠前时间偏移剖面和叠后时间偏移剖面对构造的反映的清晰程度看，部分叠前时间偏移剖面好于叠后时间偏移剖面，大多数断陷点在叠前时间偏移剖面上绕射波收敛的较好、归位合理且断点反映较清楚，尤其是15#煤层反射波品质有所提高，构造形态及位置叠前时间偏移剖面和叠后时间偏移剖面在倾角大的地段有明显的差别（见图8～图12）。叠前时间偏移比叠后时间偏移有下列优点：

（1）叠前时间偏移剖面上绕射波收敛的较好

（2）叠前时间偏移剖面断点归位合理

（3）剖面质量提高，构造清晰，尤其是15#煤层反射波品质提高

（4）排除因资料处理造成的假异常

（5）断陷点显示更清楚

5.结论

在障碍物密集、大倾角、构造复杂以及多煤层地区进行高精度三维地震勘探，一方面必须详细分析测区地质条件，在数据采集时合理设计使用观测系统，严格按设计及试验确定参数施工，确保获得高质量的原始资料；另一方面采用叠前时间偏移处理技术手段，可获得三维空间归位良好，比较真实反映实际地质构造特征的三维数据体，为地震资料的后续精细解释，以及取得可靠的地质成果奠定了基础。