廬樅礦集區(qū)地震資料干擾波分析與壓制研究

黃素荷，張 凱

(安徽省勘查技術院，安徽 合肥 230031)

廬樅礦集區(qū)在揚子板塊北緣的廬樅中生代陸相火山巖盆地中，位于大別造山帶前陸縮短帶內(nèi)[1-2]，是我國長江中下游地區(qū)重要的金屬成礦區(qū)[3-4]。在結構上東西由“兩拗一隆”構成，其中，廬樅火山巖盆地呈不對稱“箕狀”[5]。由于礦集區(qū)地震采集環(huán)境復雜，地表起伏且高差變化大，地表巖性復雜多變，其中，廬樅火山巖盆地內(nèi)有4個火山噴發(fā)旋回的地層出露，地層橫向連續(xù)性差，地層界面的波阻抗差異較小，隱伏金屬礦體的幾何尺度相對較小及形狀極不規(guī)則[6]、勘探目標埋深淺等因素造成地震資料干擾波發(fā)育、有效反射信號能量弱以及地震波場關系復雜的特點，嚴重增加了地震資料的處理難度。

廬樅礦集區(qū)地震地質(zhì)條件的復雜性致使干擾波的波場在時間與空間方向變得非常復雜，干擾波種類多、能量強，對有效反射信號造成干涉，使有效信號疊加成像困難，嚴重影響資料的信噪比。隨著礦集區(qū)地震勘探條件的復雜化以及勘探目標和要求的不斷提高，加上復雜地表礦集區(qū)地震勘探的有效信號多為弱反射，這對干擾波的壓制提出了更高的要求，需要不斷探索有針對性壓制干擾波的處理方法和技術流程，提高地震有效反射信號的成像品質(zhì)。

針對干擾波的壓制問題，物探技術人員進行了長期大量的研究工作，目前已經(jīng)形成了多種壓制干擾波的方法，這些方法在不同地區(qū)根據(jù)干擾波和有效波在頻率、振幅、視速度等方面的差異來壓制干擾波取得了不錯的效果。但這些方法通常是根據(jù)干擾波其中的一個特征或多個特征進行一步法壓制，在復雜地表的礦集區(qū)應用容易損失有效信號，不利于保護弱有效反射信號。本文通過分析廬樅礦集區(qū)地震資料干擾波的種類及在時空方向的分布特點，在重點考慮有效信號的基礎上，研制開發(fā)了有針對性的干擾波壓制流程和方法，獲得了較好的實際應用效果，為復雜地表條件下礦集區(qū)的干擾波壓制問題提供參考。

1 干擾波分析

廬樅礦集區(qū)表層巖性分布復雜，出露的地層主要為志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系，志留紀至中三疊世地層主要出露在廬樅火山巖盆地附近，盆地內(nèi)部主要由早白堊世陸相火山巖構成，盆地外圍為古近系和新近系及第四系地層[5]。區(qū)內(nèi)障礙物分布眾多，主要有江河、湖泊、山地、道路及城區(qū)，中部山區(qū)地形高陡，切割劇烈，最大相對高差約達600 m。

干擾波的發(fā)育情況與工區(qū)表層結構和采集環(huán)境關系極大，礦集區(qū)復雜的地表條件導致了干擾波的復雜性。對干擾波種類和屬性及分布特征進行分析，目的是為了尋找有效的壓制方法，制定針對性的壓制流程。經(jīng)過分析，工區(qū)主要存在以下幾種類型的干擾波。

(1)面波。面波干擾分布于整個礦集區(qū)，是工區(qū)波場最復雜、影響最嚴重的干擾波。有低速、中速、高速多組面波發(fā)育，在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同特征。低速面波速度低、傳播時間長，分布在整個單炮記錄時間；中、高速面波速度高、傳播時間相對較短，基本分布在單炮記錄的淺、中部。廬樅火山巖盆地外圍的平原主要分布低速面波(圖1(a))，具有低速、低頻、強能量、傳播時間長、頻散的特征，呈“掃帚狀”分布于近偏移距的三角帶類。其主頻在0～15 Hz，視速度在200～800 m/s。 廬樅火山巖盆地的湯家院—磚橋斷裂的北東側的平原山地過渡區(qū)發(fā)育2類面波(圖1(b))：①低速面波；②中速面波，具有中速、低頻、強能量特征，頻散沒有低速面波明顯，呈“線性”分布于低速面波外圍附近，其主頻在0～20 Hz，視速度在1 000～1 500 m/s。 在廬樅火山巖盆地的湯家院—磚橋斷裂的南西側山地發(fā)育高速面波(圖1(c))，具有高速、低頻、強能量特征，無頻散現(xiàn)象，有明顯的線性特征和反向散射分量，分布在直達波以下的三角帶類。其主頻在0～20 Hz，視速度在1 500～2 000 m/s。

圖1 原始單炮記錄上波場分析Fig.1 Wave field analysis of original single shot record

(2)直達波干擾。發(fā)育在廬樅火山巖盆地，具有高速、高頻、線性特征，“射線狀”分布，窄帶出現(xiàn)。其主頻在20～50 Hz，視速度在2 000～2 500 m/s。

(3)淺層折射和多次折射?；景l(fā)育在整個礦集區(qū)，當淺層低降速覆蓋層較薄又存在高速層的區(qū)域，震源激發(fā)產(chǎn)生很強的折射波及多次折射，與淺層有效反射波速度接近。其主頻在10～40 Hz，視速度范在2 500～3 500 m/s。

(4)聲波干擾。由震源激發(fā)產(chǎn)生，大多分布在礦集區(qū)難成孔的區(qū)域。在地震記錄上形成尖銳的高頻強初至，能量強，呈窄帶出現(xiàn)。其主頻在30～100 Hz，視速度在340 m/s。

(5)50 Hz工業(yè)電干擾。礦集區(qū)內(nèi)廠礦較多，有幾組高壓線及大量工農(nóng)業(yè)電網(wǎng)沿測線或垂直測線等分布，部分單炮記錄上存在50 Hz工業(yè)電干擾。

(6)機械振動干擾。由打石場機器與打石場爆破產(chǎn)生的外源干擾，離外源越近的記錄道受影響大，具有持續(xù)時間長、振幅強的特點。

(7)隨機干擾。分布全區(qū)，主要由環(huán)境因素引起，機器運轉、風吹草動、道路車輛或人為因素等所產(chǎn)生的微震、猝發(fā)脈沖、野值等干擾。它來自地表的各個方向，頻譜很寬，振幅大小變化無規(guī)律。

根據(jù)地震勘探中干擾波的形成機制及物理特征，干擾波分為規(guī)則干擾波和隨機干擾波2大類。規(guī)則干擾波有一定的主頻和視速度；隨機干擾波既沒有一定的頻率，也沒有一定的速度[7]。工區(qū)中發(fā)育的面波、直達波、折射波及多次折射波、聲波、50 Hz工業(yè)電干擾、機械振動干擾屬于規(guī)則干擾波。微震、猝發(fā)脈沖、野值屬于隨機干擾波。

2 干擾波壓制方法分析

干擾波壓制方法主要基于干擾波和有效波在頻率、振幅、視速度方面的差異，如振幅空間分布的差異、傳播速度的差異、頻率空間分布的差異、動校正后剩余時差的差異等[7]。干擾波壓制技術可以歸納為4大類：①強振幅干擾波壓制，主要依據(jù)干擾波和有效波的振幅差異；②線性干擾波壓制，主要依據(jù)干擾波和有效波的傳播速度差異；③多次波壓制，主要依據(jù)干擾波和有效波的動校正后剩余時差的差異；④隨機干擾波壓制，主要依據(jù)隨機噪聲的隨機性與有效波的相干性的差異。通過對工區(qū)地震資料干擾波分析，影響資料信噪比的主要是面波干擾、直達波干擾、折射波干擾、聲波干擾、50 Hz工業(yè)電干擾、機械振動干擾及隨機干擾。根據(jù)干擾波特點，采用不同去噪方法進行試驗，選擇合適的壓制方法。

2.1 線性干擾波壓制

工區(qū)地震資料中的中速面波、高速面波、直達波、折射波及多次折射波屬于線性干擾波，也是規(guī)則干擾波，時距曲線為直線。在炮域，這類干擾波的線性特征非常清晰，具有明顯的傳播方向和視速度，并且呈現(xiàn)出規(guī)則、低頻、強能量的特點。

采用相干噪聲衰減方法壓制線性干擾波，方法的前提條件：①干擾波具有線性同相軸特性；②干擾波與有效波視速度不同；③線性干擾波在一定的時間和空間范圍內(nèi)，頻率和能量基本相同[8]。在t—x域中根據(jù)線性干擾波與有效波在視速度、頻率、位置和能量上的差異，利用線性預測方法預測出線性干擾波的位置、視速度、變化規(guī)律來壓制線性干擾波。

該方法需要重點測試相關道數(shù)、噪聲速度或最大視傾角、干擾波主頻等關鍵參數(shù)，可在炮域及檢波點域進行線性干擾波壓制。當?shù)卣鹩涗浵嗤瑫r段存在多種速度的線性干擾波時，需要分速度壓制；當?shù)卣鹩涗浿邢嗤俣染€性干擾波存在頻率變化大時，需要分頻率壓制；當?shù)卣鹩涗浿械臏\中深線性干擾波的速度變化大時，需要分時窗壓制。如一次性壓制多種線性干擾波，會損失有效信號，混入過多的空間假頻，影響資料信噪比。

2.2 面波壓制

工區(qū)地震資料中的低速面波是規(guī)則干擾波，時距曲線為直線，速度隨頻率變化而變化，振動延續(xù)時間隨傳播距離的增大而延長，形成“掃帚狀”，即深層頻散現(xiàn)象，具有能量強、頻率低、視速度低、傳播時間長的特點。

采用自適應面波衰減方法壓制低速面波，該方法適用于面波與反射波頻率有一定差異的地震資料。在時—頻域分析出面波和反射波在頻率分布特征、空間分布范圍、能量等方面的差異，檢測出面波在時間和空間上的分布范圍，確定面波能量的頻率分布特征，并根據(jù)面波范圍和特征對其進行加權壓制。

該方法需要重點測試面波的視速度、反射波主頻和面波主頻等關鍵參數(shù)，對視速度小于800 m/s、視主頻小于 15 Hz的面波壓制效果較明顯。

2.3 聲波壓制

工區(qū)地震資料中的聲波是規(guī)則干擾波，是在空氣中傳播的彈性波，時距曲線為直線。在地震記錄上形成尖銳的強初至，呈窄帶出現(xiàn)[9]，具有能量強、頻率高、視速度穩(wěn)定、傳播時間長的特點。采用聲波衰減方法壓制聲波，該方法根據(jù)給定的參考速度、噪聲振幅門檻值、能量包絡寬度、聲波頻率范圍，在道與道之間自動找出不正常能量道，以適當?shù)男逼孪蛲馑p聲波到與周圍數(shù)據(jù)相同的振幅水平。該方法需要在炮域進行，不僅可有效地壓制聲波干擾，而且可以保證有效信號不受影響。

2.4 工業(yè)電干擾波壓制

工區(qū)地震資料中的50 Hz工業(yè)電干擾波在時間域表現(xiàn)出很強的單頻震蕩及在整個記錄的強振幅，在頻率域表現(xiàn)出很強的單頻振幅。在地震單炮記錄中，中深層時間段有效波比淺層有效波的能量弱，工業(yè)電干擾能量強，可以在這時間段內(nèi)估算工業(yè)電干擾的位置、頻率、振幅，然后依據(jù)噪聲的位置在頻率域內(nèi)建立有效的探測范圍，對能量譜進行中值平滑處理，得到一個平滑的振幅譜；然后將給定的含有單頻干擾頻帶的振幅與之相比較，超出給定倍數(shù)的視為干擾波進行壓制，將其振幅衰減到與周圍無單頻干擾數(shù)據(jù)相同的振幅水平，使受單頻干擾波影響的地震道具有與周邊地震道相同頻率的有效信息。

2.5 異常振幅干擾波壓制

由于地震采集受野外施工條件的影響，異常振幅在記錄中普遍存在，具有強振幅的特點。異常振幅由猝發(fā)脈沖、異常擾動、野值等形成，如工業(yè)干擾、隨機噪聲、聲波、機械振動等。由于其頻帶范圍與有效波頻帶范圍重疊，嚴重影響地震資料疊加和偏移的質(zhì)量。

人工殺道方法不僅耗費大量人力，同時也丟失較多的有效信息。采用異常振幅衰減來壓制高能干擾波，依據(jù)“多道識別、單道去噪”的方法，在不同的頻帶范圍內(nèi)自動識別地震記錄中存在的強能量干擾，確定干擾波出現(xiàn)的空間位置，通過計算給定頻帶內(nèi)被處理道的振幅與周圍地震道平均振幅之間的差異，再根據(jù)用戶定義的門檻值和衰減系數(shù)，采用時變、空變的方式壓制[10]。

異常振幅衰減可以在疊前任意數(shù)據(jù)域進行，在不同的數(shù)據(jù)域中，噪聲與周圍地震道數(shù)據(jù)之間的比對關系不同，為了達到理想的統(tǒng)計效果，應該根據(jù)噪聲特點把數(shù)據(jù)分選到噪聲與周圍地震道數(shù)據(jù)有明顯差異的數(shù)據(jù)域，也可以在多個數(shù)據(jù)域進行異常振幅噪聲壓制。

2.6 隨機噪聲壓制

風吹草動等環(huán)境因素產(chǎn)生的隨機噪聲是地震勘探中難以避免的不規(guī)則干擾，沒有一定的傳播方向和視速度，頻帶寬且沒有固定的頻率，相鄰地震道之間彼此是互不相關的，從單道上無法分辨，隨機噪聲會降低地震資料的信噪比。

隨機噪聲的壓制方法主要依據(jù)隨機噪聲的隨機性與有效波的相干性的區(qū)別，當?shù)卣鹩涗浀姆瓷洳ㄍ噍S呈線性或者近似線性時，即同相軸有一定的斜率。因此，在f—x域中的x方向上相干信號具有空間可預測性，而隨機噪聲雜亂分布的，任何方向都不可預測。在f—x中對每一個頻率切片上的信息利用復數(shù)最小平方原理，求出預測濾波算子，再把求出的預測算子應用到相應的空間方向矩陣上，從而達到衰減隨機噪聲、增強相干信號的目的。

隨機噪聲壓制一定要把握去噪的程度，當反射波同相軸呈線性時會達到比較好的去噪效果，但對于彎曲的反射波同相軸，就會造成一定程度的畸變影響[11]。在疊前地震數(shù)據(jù)上壓制隨機噪聲，最好在動校正后的單炮或CMP域進行，反射信號有較好的相關性。

2.7 疊后去噪技術

每種噪聲壓制方法都有其優(yōu)勢和局限性，干擾波不可能在疊前被徹底壓制干凈。在實際應用中，盡可能在保證有效信息不受損失的條件下，最大限度地在疊前壓制各種干擾。對于疊前殘留的干擾波，可在疊后進一步壓制。疊后壓噪應遵循“先規(guī)則、后非規(guī)則”的思路，先去除疊加剖面上殘留的規(guī)則干擾波，再通過隨機噪音衰減等技術來壓制非規(guī)則干擾波，提高疊加剖面的信噪比。

3 干擾波壓制流程

針對礦集區(qū)地震資料的特殊性，對原始資料進行詳細分析和噪聲分類，在了解干擾波分布范圍與特征的基礎上，根據(jù)去噪方法的特點和適應性，針對性選擇去噪方法；通過對去噪方法的參數(shù)進行充分試驗，合理選擇去噪?yún)?shù)；通過對去噪順序和方法組合進行精細測試研究，科學組織去噪流程，來達到提高資料的信噪比的目的。

針對不同地段地震資料品質(zhì)的差異，選取典型單炮進行去噪試驗，去噪不要期望一步到位，可以多步驟實現(xiàn)，振幅補償前去噪效果不錯，但是在振幅補償或反褶積后，原來去掉的噪聲又可能悄然出現(xiàn)，還有殘留，在后續(xù)處理中還要進一步壓制噪聲。

工區(qū)壓噪流程：①中高速面波衰減→②低速面波衰減→③聲波衰減→④異常振幅衰減→⑤直達波衰減→⑥折射波及多次折射衰減→⑦隨機干擾波衰減→⑧殘余干擾波衰減。

去噪是地震資料處理過程中提高資料信噪比的重要手段，去噪要遵循先強后弱、先低頻后高頻、先規(guī)則后非規(guī)則、先低速后高速、先普遍后特殊的原則。以上5點原則是并列關系，可以調(diào)整先后順序，但本身的順序不宜調(diào)整。工區(qū)壓噪過程就是按照這5點原則，采用多方法融合、多域組合去噪技術，分以下步驟壓制噪聲，取得了較好的去噪效果。不同的去噪技術利用了噪聲各自的特性：①采用相干噪聲衰減技術壓制中高速面波，利用了中高速面波具有線性、低頻、強能量的特點；②采用自適應面波衰減技術壓制低速面波，利用了低速面波具有低頻、強能量、分布窄、頻散的特點；③采用聲波衰減技術壓制聲波，利用了聲波具有恒速、高頻、強能量的特點；④采用異常振幅衰減技術壓制異常振幅干擾波，利用了異常振幅具有強能量的特點；⑤采用相干噪聲衰減技術壓制直達波，利用了直達波具有線性的特點；⑥采用相干噪聲衰減技術壓制折射波及多次折射波，利用了折射波及多次折射波具有線性的特點；⑦采用隨機噪聲衰減技術壓制隨機干擾波，利用了隨機噪聲具有無方向性的特點；⑧采用多方法壓制疊后殘留干擾波，利用了有效波同相軸具有相干性的特點。

由于中高速面波、直達波、折射波均有線性特征，但傳播速度、頻率、分布位置不用，應分步去除，一次性壓制會帶來一定的副作用、損失有效波。

4 應用效果分析

為了提高礦集區(qū)地震勘探的精度，使地震成像資料能更真實地反映地下的地質(zhì)情況，如何突出有效波，壓制干擾波是一個極其重要的問題。由于工區(qū)表層結構變化劇烈，地震資料靜校正問題嚴重。開始去噪處理前，首先解決資料的中、長波長的靜校正問題，使單炮記錄中干擾波與有效波的關系更加清楚，然后根據(jù)噪聲的特點，采用多方法融合、多域組合去噪技術進行噪聲壓制。

圖1原始單炮記錄組合去噪后顯示如圖2所示。組合去噪前、后初疊加剖面對比如圖3所示。

圖2 原始單炮記錄干擾波去除后顯示Fig.2 Display of interference wave removed from original single shot record

圖3 組合去噪前、后初疊加剖面對比Fig.3 Combined contrast of pre and post-noising Initial superposition profile

由圖2(a)可知，圖1(a)平原區(qū)單炮去噪后，近偏移距三角帶內(nèi)的低速面波及其他干擾波壓制效果明顯；由圖2(b)可知，圖1(b)平原—山區(qū)過渡區(qū)單炮去噪后，近偏移距三角帶內(nèi)的中低速面波及其他干擾波壓制效果明顯；由圖2(c)可知，圖1(c)山區(qū)單炮去噪后，直達波下三角帶內(nèi)的高速面波及其他干擾波壓制效果明顯。

圖3(a)為野外靜校正后的初疊加剖面，干擾波的影響使得初疊加剖面信噪比低，構造形態(tài)不清晰。圖3(b)為野外靜校正組合去噪后的初疊加剖面，進行合理的噪聲壓制后，信噪比比初疊加剖面有很大提高，構造形態(tài)清晰可見。去噪后的疊前數(shù)據(jù)為后續(xù)的如反褶積、速度分析、剩余靜校正、偏移成像等處理奠定了良好的基礎。

5 結論

(1)金屬礦區(qū)地震地質(zhì)條件的復雜性致使地震資料的信噪比較低，有效信號較弱，波場關系復雜，干擾波發(fā)育。筆者只針對廬樅礦集礦區(qū)地震資料的去噪進行了研究，金屬礦區(qū)地震資料的去噪仍有許多需要研究與解決的問題。

(2)每種去噪方法都有各自優(yōu)勢和局限性，對滿足其各自假設條件下的干擾波具有明顯的壓制作用，實際應用中要詳細分析地震資料中的噪聲特征，選擇合適的去噪方法，最大限度地壓制噪聲。

(3)多種干擾波混雜的地震資料，需要將多種去噪方法進行有機組合，根據(jù)干擾波特性制定合理的壓制順序及作業(yè)流程。任何去噪方法使用不當或過度都會損害有效信號，因此，對去噪?yún)?shù)及流程必須進行充分實驗，當有效波與干擾波的特征差異較小時，可采用多步、多域、分區(qū)、分段壓制的思路，盡量保留更多的有效信息。