地震采集处理技术在黄土塬区的应用

覃雨璐 袁 铎 朱贝尔

（1.广东省有色工业建筑质量检测站有限公司，广东 广州 510000；2.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安710043；3.中石化石油工程地球物理有限公司华北分公司，河南 郑州 450000）

0 前言

全球陆地表面积10%为黄土覆盖，我国占比最大，主要分布在陕西北部、甘肃中东部、宁夏南部、山西西部和内蒙等鄂尔多斯盆地区[1-2]，河南、河北和新疆塔里木叶城地区零星分布。黄土分布区蕴含大量油气和丰富的煤炭资源，其中煤炭约占全国资源总量的2/3，油气资源勘探以延长石油为代表获得重大突破。黄土塬区作为我国能源的重要储备基地，具有重要的战略意义。

1 工区概况

川口三维地震工区位于鄂尔多斯南部镇原-泾川区块内，属于黄土塬区，地形极其复杂，具有树枝状水系及塬、梁、峁、坡等独特地貌。地表高程1000m～1500m，一般高差几十到百米，最大高差为500m。工区地表普遍分布一层礓石，厚度2m～4m，这些礓石粒径大小不一，给钻井工作造成较大麻烦，其对地震波的散射作用也是影响工区资料品质的原因之一。黄土层厚度一般150m～200m，冲沟黄土厚度50m～100m。黄土层下伏第三纪胶泥和白垩纪砂岩，深层中生界三叠纪延长组和侏罗纪延安组为该勘探的主要目的层。

2 黄土塬勘探方法研究

黄土塬区地层松散、干燥、弹性差，强烈吸收炸药震源能量，深部目的层接收到的地震波能量不足；地形变化大、速度不稳定使激发和接收条件受到限制，静校正问题突出；各向异性严重，产生面波、折射波和多次波等干扰，降低地震资料的信噪比；大地滤波使地震波高频成分损失严重，降低深层分辨率，难以精细刻画目的层。解决这些问题，为精细解释提供高品质地震剖面，成为该勘探的重点。

2.1 精细地表调查

根据不同工区微测井、岩芯录井等调查方法，黄土塬区普遍存在干黄土层、湿黄土层和胶泥层，不同地区厚度不一致，干、湿黄土层位于低速带，胶泥层位于降速带。分别选择湿黄土层和胶泥层作为激发层，发现相同药量条件下，胶泥层激发比湿黄土层激发的记录要好，且胶泥层具有聚能的作用。

川口工区黄土塬地震勘探分别选取了西部黄土塬区、中部山坡区和东部山坡区作为试验点。由于小折射适用于地形起伏较小的层状介质，微测井不受地形起伏影响，且不局限于均匀层状介质的表层结构调查，所以该地表调查同时采用小折射、单井微测井和岩性录井的方法进行，其中小折射点534个，微测井13个。小折射布置在地形相对平坦地区，微测井位置与小折射基本一致，两者同时布置是为了利用微测井验证小折射数据的精度。

西部黄土塬区解释了2个层，小折射和微测井低速层速度分别为349m/s和546m/s，两者降速层速度区别不大，在1600m/s～1800m/s。小折射解释的低速层厚度为16m左右，微测井解释低速层厚度22.54m（表1）。2种方法均未穿透降速层。小折射、微测井低速层速度和厚度差异有可能与干黄土层和湿黄土层间性质差异不大，而小折射对界面两侧速度要求相差较大有关。

表1 西部黄土塬区表层调查速度与厚度

黄土塬区地层自上而下分别为黄土-红胶泥-礓石-黄土-红胶泥-礓石，由岩性录井结果显示自上而下黄土层9m，红胶泥层4m，礓石位于底部（图1），潜水面在30m深左右。

图1 黄土塬区岩性录井

2.2 激发参数选择

巨厚黄土层的滤波作用导致单炮频率低、频带窄、信噪比低，可以采用低主频检波器、大基距组合、小道距接收和增加覆盖次数的方法解决，具体参数根据实际情况确定。黄土层中炸药爆炸的大部分能量消耗在空穴区和塑性变形区，大药量对剖面质量的提升作用不明显，可通过组合井激发以补偿黄土层对炸药爆炸能量的吸收。据张萌等（2018）王家岭井组合为3口，王建新等（2011）鄂南黄土塬区组合井为13口，陈建国等（2019）塔西南组合井为5口，具体组合井数以显示的地震剖面信噪比较高，构造形态清晰为准[3-6]。

川口工区黄土塬适合的激发深度为低速层下1m～3m，施工过程中如遇含有礓石的胶泥层导致成井困难，则在胶泥层下1m深度激发，根据岩性调查试验结果定为地表下12m～16m。从试验结果看，胶泥层中激发的，不管是第一层还是第二层，获得的资料效果均较好。礓石层较厚地段应保证在第一层胶泥中激发，且井深不低于5m安全距离。

黄土塬区单井药量为3kg，遇到村庄时减少到1kg或者2kg，井组合数≧13口，采用主频为10Hz的低频检波器坑埋接收，避免60Hz高频检波器压制有效低频信号，导致单炮信噪比过低。检波器沿测线方向线性组合，可根据地形调整为矩形，组合图形为两串检波器面积组合，组内距3m，行距4m，道间距40m。覆盖次数为96次。

2.3 处理方法

黄土塬区横向变化大，尽管优化采集方法可以减少部分静校正和干扰波问题，但无法完全解决地形变化、横向速度变化、地层各项异性等带来的问题，特别是黄土层对地震波高频成分的强烈吸收导致有效地震波频率低、频带窄，不能详细刻画地层内部详细信息。

陈娟等（2012）认为在地质条件复杂区域采用TOMODLE地表建模和校正系统（图2），进行非线性反演以解决静校正问题。通过静校正拉平扭曲的单炮初至，提高叠加剖面质量。常速扫描和变速扫描结合拾取速度，常速扫描可以得到全局速度场趋势，与实时叠加分析相结合获得高精度速度，再与地表一致性剩余静校正进行多次迭代，可有效提高剖面质量。

图2 TOMODEL反演的近地表模型

川口工区地形起伏大，低降速层的厚度和速度变化大，严重影响剖面的反射主频、信噪比和叠加效果。该区主要采用了高程静校正和层析静校正相结合的方法解决静校正问题。高程静校正后单炮记录较原始记录反射波组的连续性和初至平滑度较原始记录有所改善；层析静校正之后波组连续性显著提高，基本消除了初至畸形的问题，初至光滑、起跳干脆（图3）。经过前两步校正波组仍存在轻微不连续现象，则进一步做短波长静校正。经过三次静校正，地震叠加剖面品质得到极大提升，同相轴连续，地震波特征突出。

图3 高程静校正层析静校正

单力（2019）指出同一种噪声在不同区域会有不一样的表现形式，需要找出噪声能量、频率及空间变化规律才能找到合适的方法压制。去噪不宜过度，要在最大限度保持有效波的前提下进行。常用措施有剔除异常地震道、KL变换压制线性噪声、衰减强振幅干扰和去除共偏移距道集噪声等方法。

川口工区干扰波较为发育，主要有低频面波、初至多次折射波、线性干扰、工业电流等（图4）。这次去噪主要是通过分析有效波的频率、速度、时空方面的差异，干扰波特征，针对性选择去噪技术，采用带通滤波、切除、频率均衡等一系列方法进行信噪分离（例如50Hz工业电和面波的分离），突出有效波特征以提高地震记录的信噪比。

图4 工区干扰波

去噪前剖面整体信噪比低，地震同相轴连续性较差，层间细节不清晰，深层同相轴不够明显。去噪后剖面中部位置同相轴更为清晰连续，层间细节更明显，深层同相轴清晰和连续性也明显改善。

研究区地质条件复杂，地表起伏大，炮点、检波点地表一致性差，多次波发育，且地层对地震波的高频成分具有强烈的吸收作用，地震波的频带变窄，应用反褶积方法可进一步消除这些影响，尤其是补偿地震波高频成分，拓宽有效记录频带。反褶积前由于地震波高频成分缺失，地震同相轴较宽缓，经过反褶积补偿了高频成分，同相轴波峰波谷分明，地层内部信息特征更为明显。

黄土层对地震波能量衰减作用强，导致深层能量较弱，处理时对资料进行能量补偿，使振幅变化能真实反应地下岩性和流体性质的变化。一般采用球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿和剩余振幅补偿等方法消除振幅损失带来的地震资料品质问题。

该工区采用自动增益恢复振幅能量，补偿地震能量下传过程中的衰减量。通过不同增益时窗时的地震单炮记录的恢复对比情况可以看出，400ms时窗的单炮振幅恢复记录，空间上由近道到远道，时间上由上到下，浅、中、深层次分明，连续性好。因此在振幅恢复时窗上，采用了400ms的时窗步长（图5）。

图5 能量补偿效果

3 结论

笔者对以往的数据进行分析，综合川口三维地震勘探总结出采集处理的几个关键点：1） 通过地表精细调查，黄土塬低降速带地层主要包括干黄土、湿黄土、红色胶泥层。一般选择聚能作用好的胶泥层作为激发层，如果没有则选择湿黄土。2） 黄土塬激发深度一般在十几到二十几米之间，药量为2kg～3kg。黄土层中大药量对剖面质量的提升作用不明显，可以通过多井组合的方法提高单炮记录的信噪比和分辨率。3） 为了有效压制干扰波，增强有效信号，采用大基距、小道距组合接收的方法提高覆盖次数，解决原始单跑信噪比低的问题。采用主频为10Hz的低频检波器坑埋接收，防止低频信号受压制信噪比过低。4） 针对黄土塬地表地质情况复杂导致的静校正问题，可用高程静校正、层析静校正和剩余静校正等方法，解决初至畸形和不连续的问题。5） 采用带通滤波、切除、频率均衡等一系列方法进行信噪分离，将接收到的有效低频信号做褶积补偿高频成分，拓宽信号的有效频带。对振幅做增益，补偿损失的能量能有效恢复振幅，提高地震剖面质量。