朱建刚

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

0 引言

煤田地震勘探初始，采用炸药震源，取得了很好的效果，其主要特点是激发能量强、脉冲强，是主要激发震源。但炸药震源本身也存在一定的局限性：部分地区办理手续复杂，致使勘探成本增加；并且使用过程危险，安全无法保障；同时造成作业区地下土壤污染与水污染。现今，我国环境保护意识越来越强，“青山绿水，就是金山银山”的理念深入人心。因此，炸药震源已经越来越不符合当今社会发展的要求[1-3]。

可控震源从最初的油田勘探开始，取得良好效果，逐步向城市活断层以及煤田勘探发展，并适用。随着可控震源技术的不断进步，必将替代炸药震[4-5]。但如何针对性的处理可控震源采集的资料，就成为可控震源应用的关键。本次实验在同一地区，相同区块采用相同观测系统不同震源，两次采集原始资料，能够更直接的对比震源差异对最终成果的影响，为可控震源在本地区的适用性提供更为直接的对比分析，证实其适用性。

1 试验区概况

实验区位于哈密市三道岭。地表为戈壁、丘陵地貌。地表由十分松散的戈壁砂砾层组成，大致可以分为：西北部戈壁区，地势较平坦，地表为第四系冲、洪积砾石层；东南部丘陵区，地形起伏较大，地表条件复杂，部分地段新近系出露。表层松散的戈壁沙砾层对地震激发高频信号能量的吸收衰减作用较强，因此对提高地震资料的分辨率有一定影响。本区表层、浅层地震地质条件一般。

测区内含煤地层为中下侏罗统，勘探的主要目的层1#煤和4#煤赋存条件较好，煤与围岩波阻抗差异明显，煤层层间距适中。1#煤顶板主要由泥岩、粉砂岩、细砂岩及砂砾岩组成，底板以粉砂岩、泥岩为主，下距4#煤约75 m。整套地层沉积韵律结构明显，岩性岩相组合特征在物性上差异明显，构成了良好的中、深层地震地质条件。因此测区内中深部地震地质条件较好。综上所述，本测区的地震地质条件较好。

通过对地震地质条件、煤层埋深以及埋藏形态综合分析，确定了观测系统参数(图1)：观测系统布设为8线10炮制；总接收道数960道；中点放炮；接收线距40 m；接收道距10m；CDP网格10 m×5 m；覆盖次数20次；束距：200 m。

为了达到炸药震源和可控震源直接对比的目的，工区选取了第9、10束，先进行炸药震源施工，后直接使用可控震源在原炮点或者附近进行再次施工，使得

图1 8线10炮制观测系统示图Fig.1 Diagram of processing observation system of 10 shots in line No.8

对比时外界差异化达到最小，只采集震源差异的单炮记录。通过前期实验，炸药震源选取井深6 m，激发药量2.0 kg；可控震源选择18 t两台，扫描频率范围10～120 Hz，驱动幅度75%，震动4次；获得单炮记录较好[6]。

2 处理方法与参数实验

2.1 原始数据分析

单炮记录品质，判定的基本标准① 初至是否清晰易于拾取；② 目的层反射是否完整；③ 能否达到野外单炮甲级评定标准(信噪比高低)。图2为炸药震源与可控震源在同一炮点的记录，发现初至清楚能量足够，目的层反射明显可见，满足野外单炮甲级评定标准，因此炸药震源和可控震源都满足基本的勘探需求。

对原始记录进行频谱扫描对比(图2)，炸药震源主频约为20 Hz，主频集中在低频端，高频缺失多，频带较宽，有明显的低频面波干扰(约为10 Hz)，和较强的线性噪音干扰，使整个单炮信噪比较低[7]。可控震源记录具有明显的频谱优势，高低频分布均匀，并饱满，并对面波干扰压制较好，目的层反射相较更清晰可见，信噪比高，但有较强的声波干扰，频谱范围相对较窄，这与扫描频率范围相关，但同样满足勘探要求[8]。因此就原始记录对比证明，可控震源的使用具有一定的优势。

2.2 处理难点及流程、参数选择

为了能够得到高保真的地下成像，并与炸药震源成像对比，通过原始资料的分析，可控震源资料处理面临以下几个难点：

1)近炮点浅部干扰较大，噪音成分复杂，含有直达波、大量的声波干扰，中深部面波得到较好压制，但伴随了明显的声波干扰，因此噪音压制较复杂；

2)反褶积测试复杂，可控震源子波已知，需与炸药震源匹配，后期进行一致性对比；

3)由于可控震源起跳与炸药震源存在相位差，为了达到一致性对比，需消除相位差；

通过以上的精细分析，选取针对性处理方法和流程，做好资料处理工作。

图2 炸药震源、可控震源原始单炮、频谱对比Fig.2 Comparison of original single shot and frequency spectrum of explosive source and controllable source (a)炸药震源原始记录 (b) 可控震源原始记录 (c) 炸药震源、可控震源频谱对比

2.2.1 叠前噪音压制

通过原始单炮资料分析表明，可控震源资料主要噪音为面波以及强线性干扰(声波)。为此分别采用区域滤波与自适相干噪音压制技术，对面波以及强线性干扰进行压制。此方法先在频率域对噪声频率进行分析，同时计算其视速度，根据准确的频率与视速度在其优势频段内建立初始模型，后将此噪声模型与原始数据进行匹配，相似信号认为其为噪音，将其压制，噪音压制后资料信噪比明显改善(图3)。

图3 叠前噪音压制前后单炮对比Fig.3 Comparison of single shot before and after prestack noise suppression (a)可控震源原始记录 (b) 可控震源噪音压制后记录

2.2.2 综合反褶积、相位一致性处理

合适反褶积方法和参数的选择，可以有效压缩子波，拓展资料频带宽度(图4)，提高资料分辨率。原始记录分析发现，可控震源频带范围较窄(与可控震源频率扫描范围有关)，但是高低频成分都饱满。因此选取代表一致性反褶积，目的为使工区单炮主频趋于一致，提高资料整体分辨率。

正确比较需要在同一相位上进行，相位一致，则需子波一致。可控震源的子波是零相位子波，而炸药震源子波是最小相位子波。一般的办法是将可控震源的零相位子波转化为与炸药震源一致的最小相位子波。本文只是为了证明可控震源的适用性，因此只根据统计相位差(90°)，对可控震源子波进行同一相位差校正。后期如需可控震源与炸药震源混合施工，则需进一步讨论研究如何更好的消除相位差，达到正常的闭合处理。

图4 可控震源反褶积前后单炮、频谱对比Fig.4 Comparison of single shot and frequency spectrum before and after controllable source deconvolution (a)可控震源去噪后 (b) 可控震源反褶积后 (c) 反褶积前后频谱

本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则，加强对处理模块和参数的反复试验，确定了本次地震资料处理流程，见图5。

3 解释成果对比

通过有效的叠前噪音压制，可控震源记录信噪比显著提高，随后进行速度分析、叠加、偏移。剖面具有良好的连续性，层位丰富，并且目的层形态与炸药震源剖面一致。频谱分析发现炸药震源剖面主频约为45 Hz，新生界层位较少，可控震源剖面主频则约为60 Hz(图6)，新生界层位较丰富。由于炸药震源原始记录频率低，需进行一定的提频处理；可控震源初始资料频率较高，并高频成分饱满，则无需进行专门的提频处理。

两种剖面解释对比，在图7构造异常区，由于挤压牵引破碎形成断层。两张剖面上F1～F4四条断层位置基本一致，但其中F1断层可控震源成像剖面断点更清楚，炸药震源剖面上目的层只有轻微扭曲，由此证明可控震源对小构造识别更精细。但由于暂时没有开采并缺少实际钻孔验证，对断层还没有准确验证。

图5 可控震源处理流程图Fig.5 Flow chart of controllable source processing

图6 不同震源叠加解释构造、频谱显示Fig.6 Structure and spectrum display of different source interpretation (a)炸药震源剖面构造显示 (b) 可控震源剖面构造显示 (c) 剖面频谱对比

图7为两种激发方式的最终数据体3D效果显示，炸药震源激发方式所取得的数据体，主采煤层同相轴连续性更好，其构造异常区的空间展布特征更清楚；但其波组特征相较不如可控震源激发剖面，并且对小断层断点的显示没有可控震源清晰。

4 结论

通过戈壁同一实验区两种激发方式原始记录分析、以及处理结果对比得出如下结论：

1)原始记录炸药震源频谱较宽，但对强面波等线性干扰压制能力较差，主频主要集中在低频端；可控震源频谱相较窄，但对面波压制更好，高频端更饱满。

2)最终成像发现，可控震源波组特征较好，对小断层的断点识别更清晰，分辨率高于炸药震源，层次感强于炸药震源；但目的层连续性差与炸药震源。

3)可控震源受限于地形影响较大，因此可以采取炸药震源与可控震源混合施工的方式，以达到节能减少污染的目的。

图7 不同震源3D空间效果显示

混合施工仍存在一定问题，在后续处理中需对震源的子波以及相位特征进行一致性进行分析处理，消除假构造。因此具体施工还需综合利弊，统筹兼顾，以便能够取得更好的勘探成果。