地震勘探中多次反射折射波的影响分析及应对措施——以滕县煤田某煤矿地震勘探为例

曾爱平，孙立新，杜贤军

(1.山东省煤田地质局物探测量队，山东 泰安 271021；2.山东省煤田地质局第五勘探队，山东 泰安 271021)

技术与方法

地震勘探中多次反射折射波的影响分析及应对措施
——以滕县煤田某煤矿地震勘探为例

曾爱平1，孙立新1，杜贤军2

(1.山东省煤田地质局物探测量队，山东 泰安 271021；2.山东省煤田地质局第五勘探队，山东 泰安 271021)

多次反射折射波影响地下地质目标体的地震成像。在鲁西南某矿地震勘探区内，由于第四系与侏罗系底砾岩直接接触，且第四系厚度薄，反射系数大，产生了多次反射折射波。该研究分析了多次反射折射波产生的机理，优化调整了勘探设计，采取规则噪音滤波、叠前多道预测反褶积、精确的速度等针对性的处理措施，有效消除了多次反射折射波对有效波成像的影响，提高了资料信噪比，取得了较好的效果。

多次反射折射波；反褶积；覆盖次数；速度分析;滕县煤田

0 引言

我国东部煤矿区由于低速层与降速层较厚，在地震单炮记录上很少看到多次反射折射波现象[1-4]。但在滕县煤田微山湖某矿区地震勘探项目中，试验发现单炮记录上存在较强的多次反射折射波，对主要煤层反射波有较强的干涉作用，并导致煤层反射波能量变弱，信噪比较低[5-7]。

地震多次反射折射波作为一种噪声，给地震资料处理、解释带来了较大困难。以往西北或沙漠的煤田地震勘探中，由于目的层深度较深，多次反射折射波对目的层干涉作用不明显，往往采用切除等手段进行处理。该次在设计优化和数据处理等环节上采取了多项措施，达到消除多次反射折射波影响的目的。

1 多次反射折射波的产生机理

多次反射折射波是复杂地区地震勘探中常见的复杂波动现象，与折射波理论上有联系，但与折射波具有不同的运动学和动力学特性。一般而言，多次反射折射波的产生条件是：存在相对平行的2个界面，且反射界面的反射系数足够大，就会产生多次反射折射波现象[8-11]。多次反射折射波的产生机理为地震波从上覆低速层入射到下覆高速层顶面时产生反射，当地震波从上覆低速层入射到下覆高速层顶面时，产生多次反射，当入射角与临界角相等时就会产生沿高速层顶面的滑行波，从而形成了多次反射折射波。

2 测区地质与地球物理特征

2.1 地质概况

区域断裂构造主要有近EW和近SN向2组。前者自北而南有汶泗、郓城、凫山、韩台等断层；后者自东而西有峄山、孙氏店、嘉祥、巨野、田桥等断层。多为走向相同，倾向相反的共生断层，常呈地堑、地垒或阶梯状，构成整个煤田纵横方向上的地堑和地垒相间排列的格局。

测区内均被第四系覆盖，厚度较薄，约为50～80m，为黄褐色、棕、灰等杂色粘土、砂质粘土、粘土质砂；侏罗系与第四系不整合接触，由紫红色粉砂岩、胶结紧密的钙质泥质砂岩，平均厚度约220m。主要含煤地层为山西组和太原组，主采煤层为3煤层(局部分叉成3上、3下两层)，总厚度约8m，埋深约450m(图1)。

图1 区域构造示意图

2.2 地球物理特征

测区内及周边村庄、厂房稠密，一较大河流从测区中间穿过，沙河北面是大片搬迁村庄废墟，以南多个村庄几乎连片，地表施工条件十分复杂，表层地震地质条件复杂。

第四系与侏罗系底砾岩直接接触，在沉积环境、岩石物理力学性质等方面都有很大的差异，理论上其底界面是一良好的反射界面，反射系数大，满足多次反射折射波产生的客观条件[12]，在野外试验单炮中出现多次反射折射波的干涉作用，导致浅层地震地质条件复杂。

勘探主要目的层(3煤)厚度稳定，与围岩波阻抗差异较大，有利于反射波勘探。由于埋深较浅，受多次反射折射波干扰，导致目的层反射波能量较差。因此深层地震地质条件一般。由以上分析得知，该区地震地质条件复杂。

3 多次反射折射波的特征分析

根据钻孔和地震资料分析，第四系速度较低，一般为1600m/s，密度一般在1.5～1.8g/cm3，而下伏的侏罗系底砾岩速度较高，可达4000m/s以上，密度也较大，一般可达2.2～3.3g/cm3，因此第四系底界面反射系数可达0.60左右，满足多次反射折射波产生的条件。多次反射折射波对较浅目的层反射波将产生较强的干涉作用，同时屏蔽了激发地震波能量的下传，造成深部目的层反射波能量弱、信噪比低。

在原始记录上(图2)，多次反射折射波视速度在3100m/s左右，能量较强，目的层反射波受到较强的干涉影响，近道有效观测窗口内的目的层反射波能量弱、信噪比低。在F-K谱上可以看到多组基本平行的强能量带，多次反射折射波频带较宽，能量较强。

图2 勘探区内单炮记录

多次反射折射波对目的层的干扰严重，主要表现为：①多次反射折射波能量较强，直达波和初至折射波续至相位增多，给目的层造成较强的干涉作用。②减少了有效波的下传能量，造成目的层反射波能量较弱，信噪比低。③炮井干扰较强，近道目的层反射波难以识别，信噪比更低。因此，多次反射折射波是与复杂表层结构相关的一类特殊的波动现象。

4 消除多次反射折射波效应的措施

4.1 设计优化

由于多次反射折射波对勘探目的层反射波干涉作用强烈，资料信噪比降低，常规的切除处理中，目的层反射波往往会遭到切除，导致有效覆盖次数降低。因此，在优化勘探设计，将原道距为20m优化为5m，40m炮距优化为20m，24次覆盖优化为60次覆盖。结合试验资料，尽量消除多次反射折射波对目的层位的干涉，在实际生产中采用小道距、小炮距的高密度、高覆盖地震勘探技术，可以最大地消除这种特殊地层结构造成的不利影响，取得较好的勘探效果。图3所示为提高覆盖次数前后对比图，图3a时间剖面覆盖次数为24次，图3b时间剖面覆盖次数为60次，资料分辨率和信噪比大大提高。

图3 测区内覆盖次数提高前后时间剖面图

4.2 资料处理措施

根据地震原始数据多次反射折射波的特点，采用叠前去噪处理、净化单炮并做好叠前多道预测反褶积等方法，提高目的层分辨率[13-19]，并保持煤层反射波的特征。该区重点的技术步骤如下：

4.2.1 规则噪音滤波

F-K谱为分析和衰减地震噪声提供了定量的依据，对指导野外采集和资料处理，提高地震资料的信噪比和分辨率有一定的参考价值[20]。根据多次反射折射波产生机理和特征，采用叠前去噪处理，消除多次反射折射波对目的层反射波的干扰，保证了煤层反射波的特征；使用低频面波滤除软件，经测试后选择频率参数(F1=1，F2=25)、速度参数1200m/s进行滤波处理后，规则的低频干扰波得到了有效地压制。图4中，a图为原始单炮，c图为a图对应的F-K谱，b图为a图滤波后的单炮，d图为b图的F-K谱。从a，b图中可以看出原始单炮信噪比得到提高；从c，d图中可以看出，原始单炮噪声干扰大，经过规则噪音滤波后，提高了资料的信噪比。

图4 滤除规则干扰前后效果及滤出的噪音

4.2.2 叠前多道预测反褶积

反褶积是基于地震记录与子波的相关性从而提取子波，压缩子波从而提高地震资料的分辨率[20]。经过多次试验分析，叠前多道预测反褶积达到提高分辨率的要求。多道预测反褶积系统为输入、输出均为多道，与单道预测比较，受随机误差的干扰减少，能够更真实地反应地震道的空变特性。其测试参数为：预测步长2,4,8,10,12,16ms;因子长度51,71,91,121ms。最终采用(8/71)ms的最佳效果。图5(a)图框中多次反射折射波对目的反射层的干涉，通过叠前多道预测反褶积，很大程度上消除了多次反射折射波的干扰，如图5(b)图。

图5 多道预测反褶积效果对比图

4.2.3 高精度速度分析

速度是地震资料处理的重要参数之一[21-22]，其精度直接影响着叠加成像效果，只有速度参数分析准确，资料处理质量才有可靠保障。

在处理每条测线时进行了3次速度分析，第1次速度分析用于求取第1次剩余静校正量，第2次速度分析用于求取第2次剩余静校正量，在2次剩校基础上，对照时间剖面作了第3次速度分析。根据施工区速度特点测区速度谱点间距选择为200m，多次迭代速度分析保证了速度分析准确性，图6为剩余静校正前后速度分析对比图。

a—剩余静校正前速度谱；b—剩余静校正后速度谱图6 速度分析示意图

5 结语

针对该区特殊的地震地质条件，通过设计优化，采用小道距、高覆盖二维地震勘探技术，提高了资料的有效覆盖次数，提高了资料的信噪比；通过特殊的处理措施，有效地消除了多次反射折射波对目的层反射波的干扰，获得的时间剖面信噪比、分辨率较高，为资料解释奠定了可靠基础。根据已经揭露的巷道显示，解释成果解决了特殊表层结构引起多次反射折射波带来的难题，提高了地震勘探的针对性。

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Effect Analysis on Multiple Reflection Refraction in Seismic Exploration and Countermeasures——Setting Seismic Exploration in a Coal Mine in Tengxian Coalfield as an example

ZENG Aiping1, SUN Lixin1, DU Xianjun2

(1. Geophysical Survey Brigade of Shandong Coal Geological Bureau, Shandong, Tai'an 271021, China; 2. No.5 Prospecting Brigade of Shandong Coal Geological Bureau, Shandong Tai'an 271021, China)

Multiple reflection and refraction waves will effect seismic image of underground geological targets. In seismic exploration in a coal mine in southwest of Shandong province, due to direct contact of Jurassic and Quaternary bottom conglomerate and thin Quaternary strata, the reflection coefficient was large and caused multiple reflected refraction. After analyzing generation mechanism of multiple reflected refraction, exploration design has been optimized and adjusted. Relative countermeasures have been carried out, such as regular noise filtering, prestack multichannel predictive deconvolution and accurate speed. It effectively eliminated the multiple reflected refraction effect on effective wave imaging, improved the signal-to-noise ratio, and achieved good effect.

Multiple reflected refraction; deconvolution; coverage; velocity analysis; Tengxian coalfield

2016-01-13；

2016-02-17；编辑：陶卫卫

曾爱平(1983—)，男，江西都昌人，工程师，从事地球物理勘查工作；E-mail:zaip626@sohu.com

P631.4

B

曾爱平，孙立新，杜贤军.地震勘探中多次反射折射波的影响分析及应对措施——以滕县煤田某煤矿地震勘探为例[J].山东国土资源，2017,33(1)：71-75.ZENG Aiping, SUN Lixin, DU Xianjun.[J].Effect Analysis on Multiple Reflection Refraction in Seismic Exploration and Countermeasures——Setting Seismic Exploration in a Coal Mine in Tengxian Coalfield as an example.Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：71-75.