山区煤层气三维地震成像关键技术研究

山区煤层气三维地震成像关键技术研究
黄素荷 张 凯 袁兴赋
（安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031）
摘 要
为了提高沁水盆地郑庄D 区块山区煤层气三维地震勘探的成像品质，选择制约其成像品质的静校正、信噪比、
偏移成像等关键处理技术进行深入研究。

结果表明，高精度静校正联合技术、叠前多域“递进”去噪技术、“渐进+迭代”偏移速度建模技术等适用于山区煤层气三维地震资料的配套处理技术，在实际应用中取得了良好的成像效果。

关键词
煤层气 三维地震 静校正联合 叠前递进去噪 速度建模
中图分类号 P631.4 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.10.061
Research on Key Techniques of 3D Seismic Imaging of Coalbed Methane in Mountain Areas
Huang Su-he Zhang Kai Yuan Xing-fu
(Geological Exploration Technology Institute of Anhui Province, Anhui Hefei 230031)
Abstract : In order to improve the three-dimensional (3D) seismic imaging quality of coalbed methane exploration in the mountain area of Zhengzhuang D block in Qinshui Basin, the key processing techniques such as static correction, signal-to-noise ratio and migration imaging, which affect the imaging quality, are further studied in this paper. The results show that the combined high-precision static correction technology, prestack multi-domain progressive denoising technology, “progressive + iterative” migration velocity modeling technology, are suitable for the 3D seismic data processing of coalbed methane exploration in mountain areas. Moreover, it has achieved good imaging results in practical application. Key words : coalbed methane 3D seismic combined static correction prestack progressive denoising velocity modeling
收稿日期 2019-04-30
作者简介 黄素荷（1967-），女，高级工程师，长期从事地震资料数据处理及其技术研究。

郑庄D 区块位于沁水煤层气田西部的主体部位，地震地质条件十分复杂，地形起伏大，表层岩性横向变化，部分地段煤层埋深浅，致使有效覆盖次数低，小断层及陷落柱发育。

种种因素造成全区资料存在严重静校正问题，局部地段信噪比低以及偏移成像难度大，加上煤层气开发对地震成像精度要求高，需要进行煤储层的裂缝预测和含气性检测等[1]，给该区三维地震资料处理带来严峻的挑战。

因此，需要采用不同的地震数据处理措施，形成有效的针对性的配套技术，才能达到提高地震成像品质的目的。

1 高精度静校正联合
D 区块地形高差大，以中低山为主，总体呈两山夹一河的地势，海拔高程在600~1150m 之间，平均海拔标高在900m 左右。

表层岩性变化大，主要
激发岩性有砂岩、泥岩、砾石、胶泥、黄土等五类。

地形起伏及地表岩性变化等因素造成原始资料静校正问题非常严重，静校正问题是需要优先解决的问题。

本次解决静校正问题的配套技术：初至波拾取修改→初至波折射静校正→地表一次性剩余静校正→非地表一次性静校正。

首先应用折射静校正解决长波长及中波长静校正问题，其次应用地表一次性剩余静校正解决短波长静校正问题，最后应用非地表一次性静校正进一步解决局部残余短波长静校正问题。

1.1 初至波折射静校正
D 区块大多地段为基岩出露，虽然地形起伏大及表层岩性变化，但基本能够拾取同一折射层的初至波。

初至波拾取的质量直接影响静校正的计算结果，由于本区块覆盖次数不高，设计为30次，拾取初至波按照程序计算、手工逐道修改的办法，并约束初至波的拾取：
（1）在全区进行初至波极性调查，判断采用何种极性进行初至波拾取。

（2）在初至波清楚的单炮上拾取初至参考线，影射到其他单炮，指导初至拾取。

（3）调出地形线，判断拐曲位置的初至是否与地形起伏对应。

（4）加滤波、动平衡等处理使得初至波变得比较清楚，利于正确拾取。

（5）同时调出多个单炮，互相比较，保证所拾取的初至波是同一个相位。

（6）对实在不好辨认的初至舍弃，保证参与计算初至波时间的准确率。

（7）拾取多个初至文件进行静校正，比较静校正效果，并及时修改初至波。

利用拾取的初至波时间信息反演近地表模型，然后求解静校正量。

静校正量需要分解成低频分量和高频分量，先进行高频分量的校正，叠前时间偏移后的CRP 道集在叠加后再进行低频分量的校正。

D 区块应用初至波折射静校正后，图1（a ）显示单炮记录畸变的同相轴连续性得到改善，地形和低速层引起的同相轴错动现象基本消除。

图1（ b ）显示叠加剖面信噪比明显提高，煤层反射波组特征突出，影响构造的中长波长静校正问题得到了较好
的解决。

（a ）折射静校正前（左）后（右）单炮记录对比 （左图） （b ）折射静校正前（上）后（下）叠加剖面对比（右图）
图1 折射静校正前后单炮记录及叠加剖面对比
1.2 地表一致性剩余静校正
D 区块采用地表一致性最大能量剩余静校正来消除残余短波长静态时差的影响。

该方法的主要参数是相关时窗和最大校正量，相关时窗应选反射波能量强、波形稳定、连续性好的层段；最大校正量选取小于相关时窗内主周期的一半，剩余静校正后的叠加剖面不应有串相位现象。

将剩余静校正与速度分析迭代进行，直到90%以上的校正量小于一个采样间隔。

图2（a ）显示通过剩余静校正后，速度分析的监控道集和叠加段有效波相位更加连续，速度谱的能量团更集中，速度分析的精度得到改善，从而拾取的速度更真实准确。

图2（b ）显示通过剩
余静校正后，剖面同相轴的连续性明显变好。

（a ）剩余静校正前(上）后（下）速度分析（左图） （b ）剩余静校正前(左）后（右）叠加剖面（右图）
图2 剩余静校正前后速度分析及叠加剖面对比
1.3 非地表一致性静校正
D 区块由于基岩出露、地形起伏、低降速带速度及厚度变化等因素的影响，造成实际情况与地表一致性假设的条件存在偏差。

经过折射静校正和多次地表一致性剩余静校正后，虽然静校正问题已基本解决，但局部资料还有残余短波长时差的影响，非地表一致性静校正能够较好地解决这类残余静态时差的影响。

在一些地表条件复杂地区，平滑静校正能够作为进一步解决静校正问题的补充。

使用平滑静校正一定要对计算时窗、相关道数和校正时差进行充分的试验，一定要对叠加结果进行严格的质量控制，确保叠加剖面只是相位的连续性有所改善而构造形态没有明显的异常变化，只能在静校正问题基本解决的情况下使用[2]。

在D 区块处理中，平滑静校正采用大时窗、小相关道数、小校正时差。

时窗为500ms ，相关道数为11道，校正时差很小为1ms ，并对叠加剖面进行了严格的质量控制。

图3显示叠加剖面除波组的连
续性略有改善外，构造形态没有明显异常变化，说
明参数选取合理。

图3 平滑静校正前（左）后（右）叠加剖面对比
2 叠前多域“递进”去噪
针对干扰波类型与特点，采用先强后弱、先规则后随机的去噪顺序在多域“递进”去噪。

噪声压制过程为：强能量干扰波衰减→线性干扰波衰减→残余强能量干扰波衰减→随机干扰波衰减→叠后残余干扰波衰减。

单炮上的强振幅干扰如声波干扰、
猝发脉动、异常扰动、工业干扰、环境干扰及低速低频面波等强能量干扰采用地表一致性分频压噪技术在炮域、检波点域、CMP 域进行压制。

针对具有线性特征的噪声，在炮域采用相干噪音衰减进行压制。

基本思路是根据线性干扰波与有效波之间在视速度、频率、位置和能量上的差异，在T-X 域采用线性预测方法确定线性干扰的视速度、分布范围及规律，将规则干扰自动识别出来，从原始数据中减去，实现线性干扰波的滤除，被滤波的部分主要集中在被干扰波覆盖的区域，其他部分不受影响。

随机干扰噪音在记录上普遍存在，根据随机性特点与有效波相干性特点的区别，选用随机噪音衰减技术有效地压制。

反褶积之前在炮域采用“噪音自动识别与压制技术”进行一次随机噪音衰减，以保证反褶积的处理效果；反褶积后在炮域和共偏移距域再次进行随机噪音衰减，有效地提高叠前资料的信噪比，为后续的叠前时间偏移奠定良好的基础。

图4显示，单炮记录经过综合去噪后，各种干
扰波被压制，反射信息突出。

图4 干扰波综合去除前（上）后（下）单炮记录对比
3 叠前时间偏移
叠前时间偏移输入为水平叠加之前的非零炮检距CMP 道集数据，比叠后偏移更适用于复杂构造区，在地层速度横向变化不是很显著的构造复杂区能够取得很好的成像效果[3]。

D 区块两套含煤地层基本为层状介质，速度场横向变化不大，采用“渐进+迭代”方式速度建模，提高了小断层和陷落柱等地质构造成像的准确性。

3.1 “渐进+迭代”偏移速度建模
（1）在资料预处理的主要阶段都要进行速度分析，利用速度分析与剩余静校正迭代来逐步提高速度场质量。

（2）将用于叠前时间偏移的道集进行DMO 速度分析，进一步改善速度场质量。

（3）DMO 叠加速度作为初始速度场进行偏移处理，输出CRP 道集。

（4）根据CRP 道集校平与否来判断速度的合理性，采用目标线剩余速度分析与偏移的迭代求出较正确的偏移速度，直到获得满意的偏移效果，才得到最终的偏移速度场。

3.2 偏移参数的选择
GEODEPTH 系统中克希霍夫积分叠前时间偏移的重要参数即为偏移孔径、拉伸因子及反假频因子。

（1）偏移孔径的选择。

偏移孔径大小主要与地层倾角、目的层深度和速度有关。

过小会出现假频，大倾角地层不能正确成像；过大深部会带来大量的偏移噪声，延长偏移时间。

（2）拉伸因子的选择。

过大产生弧状噪声，浅部地层成像效果信噪比变差；过小产生假频，模糊构造，倾斜地层不能成像。

（3）反假频因子的选择。

过大倾斜构造不能成像，产生假频；过小产生弧状噪声，成像效果变差，浅部地层反映特别明显。

4 处理效果分析
配套处理技术对关键环节进行处理，较好地解决了静校正问题，提高了剖面的信噪比，资料的成像品质获得了不错的效果。

最终成果剖面信噪比高，保真度高，分辨率适中；反射波组层次清晰，波组特征明显，易于追踪对比；断裂刻画清晰，断点干脆，
断裂的交互关系和结构清楚，如图5（a ）；主要勘探目的层内幕反射清晰，剖面揭示的构造形态可靠，陷落柱特征明显，如图5（b
）。

（a ）小断层在偏移剖面上的显示 （左图）
（b ）陷落柱在主线和联络线偏移剖面上的显示（右图）
图5 叠前时间偏移效果
5 结论
（1）初至时间的拾取质量是影响初至折射波静校正效果的关键因素，多步骤多方法的有机联合能够较好地解决山区煤层气三维地震勘探中静校正的影响。

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装微型摄像头，在驾驶室内即可观察装载情况。

（6）设置功放和喇叭，方便广播。

（7）设置PLC 柜，用于控制系统整体工作。

PLC 采用施耐德产品，配置双通讯接口，采用MODBUS 或ASCII 通讯，接口丰富。

（8）设置数据库。

通过刷卡采集集控中心对应车辆的皮重、毛重、车牌等信息，通过设置整车重量，计算装载重量，系统按照装载重量装车，到达重量后停机，声光提示离开。

（9）设置车辆堆煤传感器。

堆煤高出车厢自动提醒司机前行，定重完成装载后，提醒车辆离开，整个过程无需集控室人员干预。

（10）设置另一数据库，可保存装载信息，可定期查看和清除。

（11）在PLC 内建一数据库，根据集控中心装载重量数据，计算误差，可自动校验系数。

（12）现场设置监控摄像机。

（13）变频控制柜。

变频柜和无级变速器共同作用，提供0~72转速/分钟，变速范围更大，工频和变频互转，工频具备热保护，可就地控制和远程控制，具备工频、变频及各种故障报警等指示。

（14）整个系统通过以太网进行数据交换。

（15）集控中心设置手动，自动，半自动。

手动时，并不限制装载重量；半自动时，需要人工录入皮重，并自动装载；自动时，根据刷卡采集集控中心数据装车。

4 商品煤装车发运系统工作过程
（1）每辆汽车配置一张RFID 卡，用于识别汽车身份信息。

（2）数据库存储每张RFID 卡对应的车辆信息、车号、最大准许装载重量、煤质、煤品等信息。

（3）汽车空载进入测量皮重地磅，位置传感
器定位，刷卡车辆身份识别，按确定按钮，皮重信息进入远程数据库。

（4）汽车进入装载位置，有视频对讲可以和集控中心远程对讲，集控中心也可通过视频主机向现场发布命令。

（5）可以刷卡连接数据库，根据数据库确定最大装载重量或额定装载重量。

（6）汽车装载前，先由电铃报警0～10s ，汽车调好装载位置。

（7）10s 后，动态称重给煤机装载设备自动给料。

（8）在一个位置装载煤位超出设定位置，物位传感器测量到信号，自动报警，指示灯提示车辆前移，循环下个装载距离，然后，到达装载位置，报警灯光提示，周而复始循环。

（9）当到达计算重量或设置重量时，动态称重给煤机装载设备自动停止给料，并报声光警提示离开。

（10）载重车辆进入红外线智能冲车站，进行全车冲洗。

（11）驶出冲洗池后进行商品煤采样。

（12）到达无人值守磅房，司机刷卡自动完成称重计量、数据上传、单据打印，出矿。

5 结语
该系统对现有商品煤汽车装车系统进行优化，新增动态称重给煤机和无人值守给煤装车系统，取代铲车装车和专人现场放仓，实现自动识别、自动计量、自动清洁装车，装车精度误差为±100kg ，杜绝了超吨卸车造成扬尘污染和误装车问题的发生。

整个商品煤装车发运时间也由原来的10min/车降至5min/车，效率提高了50%，加快了销售发车速度，也有效避免了因人为操作造成的廉洁风险的发生。

（2）小断层及陷落柱等构造成像需要叠前资料有较好的保幅性，叠前噪声压制要分类别、分阶段“递进”式进行。

（3）在叠前时间偏移中，采用“渐进+迭代”模式建立偏移速度模型，能够改善速度模型质量，提高成像精度，对地质构造有较好的成像效果。

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【参考文献】
［1］ 焦勇，汪剑，曹成友，等.煤层气地震精细解释
及储层预测技术探讨[J].中国煤层气，2011，8（06）：13-17.
［2］ 吴文熙，梁春燕，杨文斌，等.非地表一致性静
校正技术研究[J].石油地球物理勘探，2009（01）：53-55.
［3］ 王棣，王华忠，马在田，等.叠前时间偏移方法
综述[J].勘探地球物理进展，2004，27（05）：313-320.。