羌塘盆地天然气水合物反射地震资料处理关键技术及效果分析

周海娟，匡朝阳 ，袁兴赋，熊强青

(1.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031；2.中国石化集团华东石油局 第六物探大队，江苏 南京 210009)

1 引 言

天然气水合物是天然气和水在高压低温条件形成的冰态结晶化合物，广泛分布在海洋以及一些陆湖的深水环境、大陆的永久冻土带和大陆架边缘、陆坡沉积物中。天然气水合物是21世纪的新能源，俗称“可燃冰”，世界上已经有许多国家对其高度重视并进行研究开采。海域天然气水合物地震勘探开展得比较早，其方法技术相对较成熟[1,2]。

我国对陆域永久冻土区天然气水合物勘查研究较晚。2008 年第一次在青海祁连山南缘木里冻土区发现天然气水合物实物样品后[3,4]，我国开始通过地震反射波方法技术对永久冻土区天然气水合物进行研究。反射波地震方法在天然气水合物勘探中被称为最有效方法，在水合物探测中取得了很好的应用效果[5]。

在羌塘盆地天然气水合物资源勘查区，开展中深层地震测量，其目的是研究含天然气水合物地层的地震属性及其识别标志，探讨地震方法在羌塘盆地寻找天然气水合物的有效性，为羌塘盆地天然气水合物勘查提供地球物理依据。本文通过对地震原始资料仔细分析，充分掌握到勘探区地震资料的特点、处理的难点和关键点。针对各种干扰波的特点，采取相应的压制方法，采用多域组合去噪方法、去噪模块串联技术去除各种干扰波，效果十分明显，提高了资料的信噪比。对速度分析的难点进行分析，并采取针对性处理措施，采用交互式速度谱解释及速度反复迭代方式求取叠加速度，获得了高质量的叠加剖面，同时为解释提供了准确的参考速度，在很大程度上提高了解释的精度。从应用关键技术效果分析可以看出，最终处理的剖面波组特征明显，地质现象清楚；偏移归位准确、断层断点干脆，基底清晰，认为处理的关键技术在羌塘盆地水合物勘探方面的运用适应性很强，是可行有效的。

2 勘探区位置及地震条件

2.1 勘探区位置

羌塘盆地位于青藏高原北部的那曲地区、阿里地区和海西地区，位于昆仑山、冈底斯山、唐古拉山之间，总的地势为南低北高，东低西高，南羌塘平均海拔4 500 m以上，北羌塘平均海拔5 000 m以上，总体上是起伏比较缓的高原，高原形态完整，地形切割微弱，以低山、丘陵为主，间有宽阔的平地。勘探区位于羌塘盆地中部，构造上位于羌塘盆地中央隆起带北缘，北接羌北坳陷(图1)。中央隆起带将羌塘盆地分割成南、北两个坳陷，从而形成两坳夹一隆的构造地层单元。

图1 勘探区构造位置

2.2 地震地质条件

勘探区地表多荒漠、湖泊、沼泽、溪流纵横，地形起伏相对高差大，老地层的广泛出露和近地表冻土层的普遍存在，对地震波能量的屏蔽、吸收、散射作用严重。工区内表层岩性变化较大，个别地方有第三系和三叠系、二叠系老地层灰岩出露，测线上分布的岩性主要有灰岩、砂岩、砂砾岩等。第四系覆盖区多位于低洼地带，且普遍存在永久性冻土层，冻土层下伏有低降速带。表层结构横向变化较大，高速层速度不稳定。

中深部地层分布不规则，地层之间多呈断层接触，勘探区地层单元主要有：前二叠变质岩系(AnP),二叠系(P)，三叠系(T)，侏罗系(J)，白垩系(K)，第三系(N)，第四系(Q)。二叠纪地层主要为灰色砂岩、泥岩夹灰岩；三叠纪地层上部以砂岩、粉砂岩、泥灰岩，灰黑色页岩为主，中部是灰色厚层微晶灰岩，下部为砂岩、砂砾岩与与泥灰岩互层；侏罗纪地层多以灰岩为主；白垩纪为一套河流相紫红色粗碎屑岩；第三系以砂岩为主。中深部地层岩性差异明显，较易形成地震反射，地震地质条件相对较理想。

3 地震资料处理关键技术

3.1 原始资料的特点

羌塘盆地属于造山带内部的盆地，地质条件复杂，勘探区内表层结构复杂多变，地形起伏较大，沟壑纵横，区内为较厚的砾石层、流沙层，地层切割性强，产状多变，地层倾角较大。区内主要以丘陵山地为主，地形起伏较大，区内河滩发育，沼泽较多，个别地方有基岩出露地表；丘陵地带激发条件差，炮点能量散失严重，不能集中有效波的下传，反射波高频信号在松散的表层中传播衰减严重，且由于地表岩性变化较大，沼泽、草地、河流、基岩出露区交替出现，地震资料存在很强的噪声干扰[6]，如面波、折射波、声波、次生干扰波和随机噪声等。

对原始地震资料不同激发条件下的记录抽炮显示可以看出，低洼平地区单炮记录信噪比要稍高于山体基岩出露区和低降速带厚度较大的丘陵地区。图2(a)是低洼平坦处单炮记录，从图中可以明显地看出低洼处的单炮记录特点：有效波突出，单炮记录目的层清晰，反射波组齐全，连续性好，除炮点附近有较强面波干扰外，资料品质好，成层性较好，信噪比较高；图2(b)是丘陵地区单炮记录，地震记录上干扰波种类很多，近偏移距被面波和次生干扰波严重干涉，炮点两侧分布很强的声波干扰，单炮记录浅层折射多次波十分发育，远偏移距反射波频率低，整张记录上很难看见有效反射信息。

3.2 叠前去噪

因受各种干扰波的影响，资料的信噪比较低，因此提高资料的信噪比，去除各种干扰波的影响，是此次处理工作的难点之一。干扰波在单炮上表现的特征为具有不同的频率、速度和能量分布，且通常有多种噪声叠合在一起。这些噪声严重地干涉有效波，要提高信噪比，叠前去噪工作就十分重要，做好叠前去噪净化记录是提高速度分析精度、保证叠加品质的基础。

叠前去噪前需要对各种干扰波进行分析，全区干扰波十分发育，主要的干扰波类型为：面波、声波、折射多次波和随机高频噪声。其中面波能量强，在区内广泛分布，频率范围在5～32 Hz间，视速度在300～1 630 m/s范围内均有分布。折射多次波主要分布在单炮记录的浅中层，从低速到高速都有，其以不同方向线性分布，能量强，严重干涉了中远偏移距的反射波信息。声波分布在炮点附近近偏移两侧，能量强，频率高，这类干扰波会影响道集间的能量均衡。随机噪声，随机性强，频率高，严重影响原始资料的品质。

根据不同干扰波的特点采用不同去噪方法，具体措施有：①根据记录中声波、猝发脉冲、强振幅、高频干扰强振幅、频率高的特点，采用频率域相关噪声衰减技术[7]，根据噪声分布情况，利用高能压噪模块采用时间空间域变换方式选择不同衰减系数衰减强能量干扰；②根据面波频率、视速度相对较低，线性发散，涉及范围大的特点，通过时频分析，采用自适应面波衰减法[8]在频率域进行衰减，在扇形区域内减去面波噪声；③根据折射多次波在速度、倾角与有效波往往存在较大的差异，在单炮记录往往是线性的，是可以预测的特点，在f-x域采用空间滤波衰减线性相干噪声技术[9]，压制折射干扰波取得明显效果。④针对随机噪声，根据其具有统计特性及相干性，采用f-x域随机噪声衰减模块进行噪声衰减，需避免衰减系数过大造成负面效应。

不同的噪声有不同的特点，压制的方法有很多种，在实际处理中需要形成一个完整的去噪思路，根据干扰波的能量、频率、速度等特征，进行多域分析，有针对性地压制各种干扰波。各种干扰波的压制要遵循循序渐进的方式，分步处理，先强后弱，先线性后随机，多域组合去噪技术[10]和多个模块串联方式[11]联合使用。叠前去噪过程需要把握一定尺度，将宁可残留一些噪声尽量不损失有效信息作为原则，使叠前去噪真正做到保幅保真处理。图3(a)为原始单炮记录，图3(b)为叠前联合去噪后压制干扰波单炮。从图3(b)可以看出，单炮记录上的干扰波得到了很好的压制，单炮近偏移距由浅到深的有效波凸显出来，有效波组更加清晰，记录的信噪比得到了提高。

图3 叠前联合去噪前后对比

3.3 速度分析

速度资料在资料处理中具有很重要的作用，速度是否正确不但关系到水平叠加和资料成像的效果，也直接影响到最终解释的精度。速度分析是资料处理中的重要环节，勘探区由于地震记录信噪比较低、表层不均匀等原因，给速度分析带来了很大的困难。其主要原因有：①大部分测线单炮记录浅部存在多层折射波，这些折射层的同相轴和远偏移距的反射同相轴叠合在一起，在速度合适的条件下也能成像，使得速度谱上也会出现折射波成像的能量团，很容易被误认为是反射波速度。②由于折射波的置换、干涉等原因，在没有消除折射波的情况下进行常规速度扫描，就有可能错误地把折射波当成反射波在剖面上的成像。③老地层出露区由于横向岩性变化大、断层发育，资料信噪比较低，道集上反射波同相轴畸变严重，叠加速度在横向和纵向上变化十分剧烈，速度谱能量团分散，很难获得准确的叠加速度。

针对勘探区速度分析存在的困难，为获取精确的叠加速度，得到满意的叠加效果，采取了一系列的针对性处理措施：

1)多层折射波对速度能量谱求取及识别速度影响很大。在速度分析之前，先衰减多层折射波干扰，避免远道折射波在速度谱求取时成像；再选用合适的切除参数，适当切除远道折射波，减少双曲线校正的拉伸畸变，提高速度谱能量团成像质量。

2)为提高速度谱的精度，利用交互方式进行速度谱解释，以便选取一条接近实际叠加速度的曲线。步骤为先用速度扫描确定的大致速度作为参考，根据道集上的动校正有效波是否被拉直及叠加段结果的好坏来选取叠加速度，同时需要查看速度谱上的能量团是否对应有效波的位置，再用速度分析综合对比的方法[12]，精细选取叠加速度，直到剖面满意为止。

3)在速度谱上按照一定的网格密度拾取速度。在速度横向变化大或构造比较复杂的部分，需要加密速度网格精细选取叠加速度。为提高速度拾取的精度，采用速度分析与剩余静校正反复迭达方式，对速度资料做横向和纵向上的反复调整，直到剩余静校正量收敛到某个固定值范围内，剖面达到最佳叠加效果。

图4(a)是成像剖面，图4(b)是叠加速度剖面。从图4的对比图可以看出，地震剖面的构造和速度剖面形态吻合程度相当高，有很好地对应性。成像剖面的层位成层性与速度剖面上速度变化趋势相似关系对应较好。速度剖面上浅部右高左低，几乎呈“向斜”分布，与成像剖面的构造形态大致相似，且老地层被冲刷剥蚀，与上覆地层形成不整合接触关系十分明显，该结果验证了此次速度分析的有效性和准确性。

图4 成像剖面与叠加速度剖面对比

4 处理效果分析

通过大量的处理方法和处理参数测试，特别是有针对性地应用了关键技术：叠前去噪和速度分析，仔细对比数据，合理选择处理模块和参数，最终取得高质量的地震剖面。图5为叠加剖面效果图。由图5可以看出，剖面上干扰波去除干净，浅、中、深层的反射波组层次分明，反射波能量强，波形突出，同相轴连续性好；剖面的信噪比、分辨率高，主要目的层波组特征明显，易于追踪对比；剖面上断层、断点可靠，地层出露与上覆地层接触关系清楚。纵观剖面，地震相和构造特征明显，各地层反射特征与地层岩性有比较好的一致性，反映的地质现象清楚，较好地完成了对主要目标反射层的特征和构造上的描述，为研究天然气水合物地震属性特征和识别标志提供了地震学数据。

图5 最终叠加剖面效果

5 结 论

1)勘探区地表结构及地下地震地质条件十分复杂，原始地震资料受各种干扰波影响，资料信噪比低，对于各种干扰波在频率、速度、能量等特征上进行分析，根据干扰波的特点，采取针对性去噪方法，采用多域组合、模块串联、多步处理、循序渐进的方式及合理的去噪流程，最终很好地压制了各种干扰波，突出了有效波信息，提高了资料的信噪比。

2)由于表层不均匀，横向岩性变化大，资料信噪比低，速度在横向和纵向上变化剧烈，影响了叠加和偏移效果，以及解释的精度。为获得精确的叠加速度，对速度分析存在的问题进行剖析，找出了相应原因，针对性地采取合理有效的技术方法，获得了准确的叠加速度，使得叠加达到最佳效果，为准确成像归位提供了重要保障。

3)通过精细处理，最终处理的成果剖面具有很高的信噪比和分辨率，目的层波组特征明显，信息丰富，地质构造特征清晰。在处理复杂及特殊地震资料前，需仔细分析对比资料，掌握到资料处理的难点和关键点，有针对性地采取相应的技术方法，形成一套系统的处理思路，方能取得很好的效果和满意的结果。