串联反褶积在提高下组煤层成像效果上的应用

解洁清

(中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州，072750)

0 引言

煤田资料中煤层赋存状态都是多层叠置的，上组煤层对下组煤层的反射波存在屏蔽作用，尤其是上组煤层是多层或较厚煤层的情况，直接影响下组煤层的成像效果。随着煤田进一步开发利用，矿方越来越重视摸清下组煤层的赋存情况。基于以上原因，如何在资料处理中找到一种提高下组煤层成像质量的有效处理方法，成为解决此需求的关键所在。本文立足于改善资料处理流程，利用反褶积技术的应用来提高下组煤层成像质量，处理中采用定性分析与定量分析相结合的手段，使用地表一致性反褶积与预测反褶积串联的方法，最终使得下组煤层成像效果明显提高，从而满足对下组煤层的解释需求。

1 地震资料处理中的反褶积方法

1.1 地表一致性反褶积技术

在地表起伏、表层结构多变的地区，当震源和接收点位置变化时，激发条件、接收条件等都发生变化，不仅造成地震反射波的静态延迟，而且会影响地震记录的振幅和频率，使地震反射波波形发生畸变，最终导致地震反射剖面的分辨率下降，这种近地表条件变化对地震波的影响可以视为一种线性的滤波作用。针对这一问题，就必须对地表的滤波作用进行反滤波，在相位、频率等方面进行多方位的补偿[1]。研究者们相继尝试了不同的地表一致性反褶积校正方法，取得了较好的效果[2-6]。

地表一致性反褶积是一种多道计算的反褶积，这种反褶积方法是基于地震波可以被分解为共炮点、共接收点、共偏移距等多种成份的思想，消除了炮点、检波点、共反射点和炮检距几个方向上滤波器的混合效应，求出的反褶积因子比较平稳，褶积效果消除了地表变化引起的频率和相位差异，使得地震记录的振幅、频率、相位一致性更好，有利于提高叠加效果，使地震剖面真正反映地下介质变化。

1.2 预测反褶积技术

预测反褶积方法是由Peacock和Treitel在1969年提出的，该方法在地震资料处理中得到广泛应用[7]。其核心是根据从实践与理论中总结出来的规律，求得预测滤波因子。使预测值与实际值的平方和最小的预测滤波因子为最终结果[8]。针对地震记录不同频带范围内信噪比有差异的问题，对地震信号进行分频段的预测反褶积处理，以具有较高信噪比的低频段反褶积结果对高频段反褶积结果进行预测或修正，消除噪声对反褶积的影响，并且选择性地改变输入数据的频谱来拓宽地震资料的频带宽度，从而满足高精度地震勘探的需求[9-10]。

1.3 串联反褶积技术

实际勘探中地表激发接收条件必然存在差异，由于表层介质的吸收不尽相同，激发后向下传播子波的差异导致了地震资料的波形、能量不一致，降低资料分辨率[11]。地表一致性反褶积具有对子波在纵横向一致性校正的功能，但它主要目标是校正子波的振幅谱，并不着重拓宽频带，对高频成分损失严重的深部资料，并不能达到提高成像质量的目的[12-13]。而现阶段在多煤层赋存地区，要求资料处理成果中浅、中、深部的煤层均呈现较好的成像效果，尤其对下组煤层的成像需求与日俱增，这就需要对地震记录中低频段信息加以利用，来满足深部煤层的成像需求。因此，常规的单一反褶积方法已不能满足要求。串联反褶积技术是利用地表一致性反褶积来统一地震子波，在此基础上进行预测反褶积处理工作，以达到进一步压缩地震子波，拓宽频带的目的[14-15]。

2 串联反褶积应用效果分析

以提高下组煤层成像效果为目标的处理流程为：首先在保留原始资料低频信息的基础上，做好噪音衰减与振幅补偿，保证资料信噪比。随后在共炮(CSP)域应用第一步地表一致性反褶积技术，然后在共反射点(CRP)域进行速度分析与剩余静校正的多次迭代，使叠加速度与静校正量逐步优化。最后在共检波点域应用第二步预测反褶积技术，具体过程如图1所示。

图1 串联反褶积应用流程Figure 1 Cascaded deconvolution work flow

根据不同目标区块处理要求，两步反褶积技术应用过程中需分析资料实际特点，通过优选对比来选取合适的反褶积参数。反褶积处理效果直接与预测步长、预测白噪百分比以及算子长度等数值息息相关[9]。调节预测步长值可控制反褶积的输出频率，预测步长越小，输出频率越高，但信噪比越低，反之亦然。所以，实际处理时，要兼顾输出频率与信噪比，根据实际资料选择合理的参数。表1为处理过程中两种反褶积方法需要测试的关键参数表。

表1 反褶积试验参数

2.1 上覆多煤层的下组煤成像效果

为了验证提高上覆多煤层的下组煤的成像效果，试验选取山西某矿实际地震勘探资料，处理目标为提高3#煤层与9#煤层下伏15#煤层成像效果。该区内3#煤相对较厚，9#煤相对薄，15#煤受上覆两层煤屏蔽影响，难以形成可连续追踪同相轴，无法满足解释需求。

在资料处理的过程中，充分保留地震记录中低频信息，经上述串联反褶积流程处理后，15#煤层成像效果显著提高，区内可连续追踪，为资料解释提供了高质量的成果数据体，圆满完成地质任务。图2为串联反褶积提高下组15#煤成像效果的展示图，目标煤层15#煤逐步由无法辨认到可连续追踪，改善效果显著；图3为串联反褶积过程中叠加剖面频谱分析，很明显该方法使资料的频带逐步展宽，低频段能量逐步增强。图4为串联反褶积应用过程中压缩子波的效果展示，这是通过目标煤层自相关来实现质控的，可以看出子波压缩效果逐步增强，子波一致性逐步提高。各方面质控均体现出地表一致性反褶积后资料频带展宽，子波压缩，子波一致性变好，再次串联应用预测反褶积后频带进一步展宽，子波得到进一步压缩[11]。

图2 串联反褶积提高某区下组15#煤成像效果Figure 2 Effect on improving the imaging result for No.15 coal seam at lower by cascaded deconvolution

图3 串联反褶积频谱拓宽效果Figure 3 Effect on broadening spectrum by cascaded deconvolution

图4 串联反褶积压缩子波效果Figure 4 Effect on compacting wavelet by cascaded deconvolution

2.2 上覆近距离厚煤层的下组煤成像效果

为了测试上覆近距离厚煤层的下组煤层的成像效果，试验基于安徽某矿精细处理项目，处理目标为获取厚煤层7#煤层下20m深处8#煤层的赋存状态。由于上组煤层7#煤厚度大且距离很近，8#煤层受其屏蔽影响严重，在原成果剖面中难以辨识，无法进行资料解释。应用本方法流程后，叠加剖面显示8#煤层反射波同相轴易于分辨，可实现连续追踪，满足解释需求。图5为该项目应用串联反褶积技术逐步提高8#煤成像效果展示， 8#煤在反褶积之前无法辨识，应用一步反褶积后成像质量略有提高，但仍难以实现全区连续追踪，应用串联反褶积后叠加同相轴可清晰分辨，易于追踪解释。

图5 串联反褶积提高某区下组8#煤成像效果Figure 5 Effect on improving the imaging result for No.8 coal at lower by cascaded deconvolution

3 结论

在资料处理过程中，充分利用原始资料的低频信号，调整常规串联反褶积应用流程，并选取合理的两步反褶积参数，可以达到提高下组煤层成像效果的目的。本文研究内容为解决厚煤层下组可采煤层成像问题提供了切实可行的技术对策，进而为矿方省去为得到下组煤层分布信息开展二次地震勘探施工的成本，具有一定的社会效益与经济效益。

应用时需注意两点：一是地表一致性反褶积是基于经过噪音衰减、振幅补偿后的地震记录，其效果依赖于所输入的原始记录与所采用反褶积模型的符合程度。因此在反褶积应用之前，应尽可能地对原始资料进行合理的预处理，以最大限度地符合褶积模型；二是无论是地表一致性反褶积还是预测反褶积，不只是根据输入输出结果来分析它们的效果，而且还要使用频谱分析和自相关函数来监控处理效果，这在低信噪比的子波形态不一致地区尤为重要。