复杂地质条件下金属矿区地震勘探数据处理技术研究

陈海军，孔繁良，于光明

摘  要：为揭示阿舍勒矿集区深部地质结构，提取深部找矿信息，2019年开展了该矿区二维地震反射采集与攻关试验。针对复杂地质条件与原始资料品质一般，处理中突出了精细静校正、多域叠前噪音衰减、多次速度分析、叠后、叠前时间偏移等技术。实践表明，层析静校正与全局寻优剩余静校正结合，能解决地形复杂区低信噪比资料静校正问题;采用叠加均方根速度构建初始偏移速度场，进行叠前深度偏移处理，能实现共反射点叠加和绕射点的归位，较好地刻画深部地层结构、区域大断裂、岩浆通道、局部隐伏岩体等，为矿区深部找矿靶区优选提供了基础资料。

关键词：金属矿，地震勘探;断层;层析静校正;叠前深度偏移

多年来，电磁法、激发极化法和重力勘探等非地震地球物理方法是金属矿勘探的主要方法，但很难锁定埋深大于千米的目标体，与之相比，地震方法具精度高、探测深度大、分辨率高和探测结果准确可靠等特点，如利用反射波地震成像技术来确定主要地层分界面、断裂展布和控矿构造形态，从而达到寻找块状硫化物矿体的目的[1]。在地质找矿难度日益增大，以寻找盲矿和深部隐伏矿为中心的勘探形势下，地震方法再次引起人们的重视。

国外开展金属矿地震技术研究较早，在加拿大ThomPson镍矿区，使用反射地震技术成功追踪到了太古代基地之下的含矿层;芬兰欧兰坤普进行了垂直地震剖面（VSP）和铜-钴-锌矿床的散射波地震成像研究，并预测了深部找矿远景区。从20世纪90年代开始，国内的吕庆田、徐明才、周建勇等人陆续在庐枞、新疆小热泉子铜矿、土屋斑岩铜矿、喀拉通克铜镍矿区等，开展探测岩体、矿体和控矿构造的反射地震试验，取得一定的成效[2-5]。实践表明，金属矿地震适用于圈定控矿构造，VSP适用于矿体精细成像，散射波适用于探测不均匀体。目前，金属矿地震面临诸多挑战，如成矿地质条件复杂，干扰噪声强，信噪比低，反射波不连续，波场复杂等。处理技术尤为关键，国内外多在常规处理的基础上，在叠前的信号增强技术、精细静校正、横倾角分析、叠前偏移等展开探索，较好地解决了矿产勘查中的矿体、地质构造、岩性填图、侵入岩和蚀变带圈定等问题。

本文通过两条地震剖面的处理，在组合静校正、联合去噪、叠前预处理、重建深部反射信号、高精度偏移速度建模、叠前深度偏移等方面进行尝试和探讨，获得信噪比、分辨率较高的地震剖面，为拓展深部找矿空间提供了重要基础依据。

1  矿区地震地质条件及处理难点分析

阿舍勒盆地出露地层主要有下泥盆统康布铁堡组、下泥盆统托克萨雷组、下—中泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组、中—上泥盆统阿勒泰组和下石炭统红山嘴组。盆地及周边侵入岩十分发育， 巖性以中酸性、酸性为主，主要有盆地东部的哈巴河岩体和阿舍勒岩体。

阿舍勒1号铜锌矿床位于阿尔泰地槽褶皱系琼库尔-阿巴宫褶皱带西段之阔勒德能复向斜南西翼，主要产于该构造带内的阿舍勒组第二岩性段中亚段中上部。该矿床与中泥盆世火山活动关系密切，为火山喷气沉积，又经历了大规模构造作用及热液变形变质作用改造，具双层结构和水平、垂直分带现象，层控特点显著[6]。

区内玛尔卡库里大断裂为一区域性深大断裂，其东部为阿舍勒岛弧构造区，西部为哈巴河晚古生代弧前盆地。该断裂总体为NW向，断层面倾向NE向，平面呈舒缓的反“S”型斜贯全区。其余地区主要发育NS向、NW向、NE向和近EW向4组次级断裂[7]。

通过对地震原始资料分析，其特点为：地形起伏大，低速带横向变化大，造成单炮记录地震波形、能量、频率一致性差、波散化严重，综合地震地质条件极为复杂。受深大断裂控制或挤压，浅层矿体直立或倒转，地震反射成像困难，地震处理难度极大。

金属矿通常是以岩脉或不规则形状赋存于地下，与石油、煤炭等勘探对象大多为层状的赋存状态明显不同，原始地震波场复杂、信噪比低、波阻抗差小，有其特殊性。如何识别信号和噪音，最大程度地保留有效波，提高资料信噪比？如何在地下构造复杂、岩浆侵入体分布不规则、波阻抗差别不大的背景下，获得相对精确的速度场、提高反射成像等是本次研究的重点。

2  叠前预处理技术研究与应用

2.1  层析静校正应用

层析静校正是以折射波旅行时间为观测数据，求取介质的速度分布，并把地质模型划分成网格单元，避免了层状速度结构的假设。采用高度密集单元划分可描述更为复杂的速度场，增加初至信息的利用率。利用层析反演建立近地表速度模型，避免因界面不明显而引起的静校正误差[8]。

通过折射静校正与微测井等综合对比，认为层析静校正较好地解决了长波长静校正问题，能有效地识别低幅构造，更真实地反映地下构造特点。从图1，图2可看出，要想得到理想的近地表速度模型，不仅需要中、远道初至信息，也必须利用好小偏移距接收道初至信息。

2.2  全局寻优剩余静校正技术

全局寻优剩余静校正技术是将最大能量法、模拟退火、遗传算法相结合，利用模拟退火根据概率指导进行双向搜索的技术。它是利用遗传算法的全局收敛能力和最大能量法局部收敛能力强的特点，构成综合全局快速寻优的静校正方法。

复杂地表区地震资料信噪比低，静校正后仍存在一定剩余静校正量，传统的反射波剩余静校正容易陷入局部极值，出现“周期跳跃”现象。本次处理重点应用模拟退火和遗传算法，进行非线性全局寻优剩余静校正，基本解决了低信噪比区剩余静校正问题。

2.3  噪声衰减技术

考虑到本区构造复杂、岩体及周围地层间特征不清晰，故噪声衰减应慎重。对叠前噪声衰减，通过多次试验，无法得到较有说服力的效果，最终对叠前噪声只做去除明显面波、脉冲及突发噪声等衰减，其余噪声主要靠叠加效应或在叠后衰减。最终将面波和脉冲噪声的衰减作为去噪重点，以不伤害大倾角有效反射波、可能的断面波及绕射波等为原则，仔细做好噪声衰减前后对比分析，确保噪声衰减的稳定性及实效性，实际处理效果较为明显。借鉴前人研究，本次应用面波衰减方法有：FX滤波技术、内切滤波法压制面波（DEGROR）;突发噪声衰减方法有：分频异常振幅衰减（FDNAT）、固定频率噪声衰减（MNFNT）等[9]。

2.4  速度分析方法研究

本区构造复杂，且一些区域具体构造并不清楚，加上岩体发育，使速度场的准确求取极为困难。鉴于该情况，利用常速扫描获得粗略的速度结构，再通过多种速度分析技术综合，利用叠前去噪技术增强信号能量，利用超道集方法提高速度谱的信噪比，利用交互速度分析方法提高速度谱解释精度，利用多属性综合分析的手段来控制速度拾取精度，利用逐漸逼近的速度扫描技术保证多次速度分析的迭代精度，与地质剖面相结合，以判断叠加效果指导速度场改进等效果明显（图3）。

3  地震偏移处理对比

3.1  叠后时间偏移

地震偏移是采用特定的方法实现反射界面正确的空间归位，地震成像包含两部分内容：①确定反射（绕射）点的空间位置;②恢复其波形和振幅特征。地震偏移方法有很多，不同的偏移处理方法具不同的理论假设条件[10]。

本次处理中，首先利用叠加数据进行叠后时间偏移，初步了解工区构造形态，之后进行叠前时间偏移，获取偏移剖面用于构造解释，CRP道集用于叠前反演。叠后时间偏移采用的是有限差分法波动方程偏移，叠后偏移前后效果对比，陡倾角界面基本归位（图4）。

3.2  叠前时间偏移

叠前时间偏移相对叠前深度偏移而言，对偏移速度场无过高要求，假设条件少，经对常规法进行简单的改进或修正，使其能够适应中等横向变速的介质，更适用于复杂构造。目前应用较多的叠前时间偏移技术是 Kirchhoff叠前时间偏移技术，其特点是计算效率高，采用向量并行机和 PC-Cluster 机群使其计算效率成倍提高，相对叠后时间偏移有较好的保幅性，更适合随后的属性分析、AVO/AVA/AVP 反演和其它参数反演[11]。从图4，5上可看出，叠前时间偏移效果明显好于叠后时间偏移剖面。

3.3  叠前深度偏移

3.3.1  技术特点及要求

叠前深度偏移技术具有以下特点：①先偏移后叠加，不受水平层状介质和自激自收的假设条件限制;②叠前偏移速度能更真实反映地下速度变化;③增强了处理构造复杂、速度横向剧烈变化地震资料的能力[12]。前深度偏移要求叠前道集数据有一定的信噪比且无静校正问题，能够满足速度反演的需求。对叠前深度偏移处理，深度-层速度模型的优化是核心环节。

3.3.2  均方根速度转换及循环法建立速度场

速度的分布总是隐含着地下构造的展布信息，速度的失真必然导致成像构造的畸变。一方面构造成像需要速度模型，而速度模型建立又需要多次迭代的构造成像来实现。我们只能在多学科资料约束下，通过逐次逼近得到相对合理的速度模型[13]。

叠前深度域层速度模型的建立是以时间域偏移速度为初始模型，通过RMS转层速度得到初始层速度，进行叠前深度偏移，输出深度域速度控制点处的CRP道集，进行剩余RMS速度调整;将新的RMS速度再次转换到深度域，得到新的层速度模型;进行偏移运算，得到新一轮速度控制点道集，经若干次层速度迭代使最终的CRP道集同相轴拉平，得到较满意的层速度模型（图6）。

3.3.3  叠前深度偏移效果分析

从上述3种偏移处理效果上看，叠后偏移、叠前时间偏移剖面：反射平滑杂乱、小断块特征不明显、局部出现空白带。而深度偏移剖面上，反射相对连续、波组特征明显，断点绕射收敛，横向起伏变化特征突出。说明了复杂条件下陡倾角地层资料处理中，叠前深度偏移能实现共反射点的叠加和绕射点的归位，资料信噪比和分辨率更高。

叠前深度偏移剖面地质解释划分了玛尔卡库里大断裂（F2）、岩浆通道、局部隐伏岩体或异常区等，初步推断了早古生代及前寒武结晶基底形态及深度（杨富全，李凤鸣等通过古老锆石U-Pb年龄变化研究，暗示了阿尔泰造山带存在前寒武纪结晶基底[14]），基本达到金属矿地震反射资料攻关处理的目的，为深部找矿靶区优选奠定了基础（图7，8）。

4  结论与建议

（1） 在课题组专家精心指导下，经过艰苦探索与钻研，反复试验，去伪存真，取得了较好效果，基本完成了子课题骨干地震剖面的处理工作。

（2） 对于信号能量弱、地下构造复杂的金属矿地震资料，首先要提高叠前地震数据的信噪比，重建深部反射信号;采取有针对性的层析静校正、全局寻优剩余静校正、叠前道集去噪、偏移成像对比等措施;地震成像研究的核心是速度建模和偏移速度分析。

（3） 叠前深度偏移能够同时实现共反射点的叠加和绕射点的归位，提高地震信息的空间分辨率和保真度，结合石油地震勘探类似地区的技术实践，深度域成像的地震剖面更具地质意义。

（4） 通过该区地震资料处理实践，我们对火山岩、岩体发育区地震资料处理有了一定的认识。如何综合应用地震、地质、钻井、测井等多种资料建立更合理的速度模型是复杂构造地区还没有解决的问题。地质解疑方面，采用重磁、地震联合约束反演，精细刻画构造内幕还需进行探索研究。

参考文献

[1]    徐明才，高景华，荣立新，等.从金属矿地震方法试验效果探讨其应用前景[J].中国地质，2004.31（1）：115-117.

[2]    吕庆田，韩立国，严加水，等.庐枞矿集区火山气液型铁、硫矿床及控矿构造的反射地震成像[J].岩石学报，2010，26 （9） ：2599-2600.

[3]    吕庆田，董树文，汤井田，等.多尺度综合地球物理探测：揭示成矿系统、助力深部找矿-长江中下游深部探测（SinoProbe-03）进    展[J].地球物理学报，2015，58（12）：4319-4343.

[4]    高景华，徐明才，荣立新，等.小热泉子铜矿区地震方法试验研究[J].地质与勘探，2004， 40（6）：50-56.

[5]    周建勇，徐明才，刘建勋，等.反射地震成像技术在新疆喀拉通克铜镍矿区的应用[J]. 地质与勘探，2016，52（5）：912-918.

[6]    杨富全，李鳳鸣，吴玉峰，等.新疆阿尔泰阿舍勒铜锌矿床[M].北京：地质出版社，2015.

[7]    杨富全，吴玉峰，杨俊杰等.新疆阿尔泰阿舍勒矿集区铜多金属矿床模型[J].大地构造与成矿学，2016，40（4）：702-703.

[8]    邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京：石油工业出版社，2005.

[9]    陈习峰，王勇，程玖兵等.波动方程叠前偏移技术在永安三维地震资料处理中的应用[J].石油物探，2010（3）：255-256.

[10]  曹国滨，张旭，张加海，等.叠前成像方法联合应用与配套处理技术分析[J].勘探地球物理进展，2005（5）：174-175.

[11]  何光明，贺振华，黄德济，等.叠前时间偏移技术在复杂地区三维资料处理中的应用[J].天然气工业，2006（5）：44-45.

[12]  方伍宝译.地震偏移问题及其解决方案[J].勘探地球物理进展，2002（2）：48-49.

[13]  符力耘，肖又军，孙伟家，等.库车坳陷复杂高陡构造地震成像研究[J].地球物理学报，2013，56（6）：1995-1996.

[14]  杨富全， 李凤鸣， 秦纪华，等.新疆阿舍勒铜锌矿区（潜）火山岩      LA-MC-ICP-MS 锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].矿床地质，2013，32（5）：869-883.

Research on Seismic Data Processing Technology in Metal Mining Areas on Complicated Geological Conditions

Chen Haijun1， Kong Fanliang1，2， Yu Guangming3

（1. Geophysical and Geochemical prospecting group of Xinjiang bureau of geology and mineral resources Exploration and Development， Changji， Xinjiang， 831100， China;2. School of Geophysics and Information Technology， China University of Geosciences （Beijing）， Beijing， 100083， China; 3. Beijing Institute of Multicomponent Seismic Technology， Beijing， 100036， China）

Abstract： In order to reveal the deep geological structure of the Ashele ore concentration area and extract the deep prospecting information， in 2019， two-dimensional seismic acquisition and research experiments were carried out in the mining area. With complex geological conditions and original data， techniques such as meticulous static correction， multi-domain pre-stack noise attenuation， multiple speed analysis， post-stack and pre-stack time migration were highlighted in the processing procedure. Practice has shown that the combination of tomographic static correction and global optimization residual static correction can solve the problem of static correction of low signal-to-noise ratio data in complex terrain; the superimposed root mean square velocity is used to construct the initial migration velocity field and perform pre-stack depth migration processing. It can realize the superposition of common reflection points and the return of diffraction points， and can better describe deep stratigraphic structure， regional large faults， magma passages， local concealed rock masses， etc.， and can provide basic data for the optimization of deep prospecting target areas in the mining area.

Key words： Metal mine; Seismic exploration; Fault; Tomographic static correction; Prestack depth migration.