庐枞矿集区地震资料干扰波分析与压制研究

黄素荷，张 凯

(安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031)

庐枞矿集区在扬子板块北缘的庐枞中生代陆相火山岩盆地中，位于大别造山带前陆缩短带内[1-2]，是我国长江中下游地区重要的金属成矿区[3-4]。在结构上东西由“两拗一隆”构成，其中，庐枞火山岩盆地呈不对称“箕状”[5]。由于矿集区地震采集环境复杂，地表起伏且高差变化大，地表岩性复杂多变，其中，庐枞火山岩盆地内有4个火山喷发旋回的地层出露，地层横向连续性差，地层界面的波阻抗差异较小，隐伏金属矿体的几何尺度相对较小及形状极不规则[6]、勘探目标埋深浅等因素造成地震资料干扰波发育、有效反射信号能量弱以及地震波场关系复杂的特点，严重增加了地震资料的处理难度。

庐枞矿集区地震地质条件的复杂性致使干扰波的波场在时间与空间方向变得非常复杂，干扰波种类多、能量强，对有效反射信号造成干涉，使有效信号叠加成像困难，严重影响资料的信噪比。随着矿集区地震勘探条件的复杂化以及勘探目标和要求的不断提高，加上复杂地表矿集区地震勘探的有效信号多为弱反射，这对干扰波的压制提出了更高的要求，需要不断探索有针对性压制干扰波的处理方法和技术流程，提高地震有效反射信号的成像品质。

针对干扰波的压制问题，物探技术人员进行了长期大量的研究工作，目前已经形成了多种压制干扰波的方法，这些方法在不同地区根据干扰波和有效波在频率、振幅、视速度等方面的差异来压制干扰波取得了不错的效果。但这些方法通常是根据干扰波其中的一个特征或多个特征进行一步法压制，在复杂地表的矿集区应用容易损失有效信号，不利于保护弱有效反射信号。本文通过分析庐枞矿集区地震资料干扰波的种类及在时空方向的分布特点，在重点考虑有效信号的基础上，研制开发了有针对性的干扰波压制流程和方法，获得了较好的实际应用效果，为复杂地表条件下矿集区的干扰波压制问题提供参考。

1 干扰波分析

庐枞矿集区表层岩性分布复杂，出露的地层主要为志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系，志留纪至中三叠世地层主要出露在庐枞火山岩盆地附近，盆地内部主要由早白垩世陆相火山岩构成，盆地外围为古近系和新近系及第四系地层[5]。区内障碍物分布众多，主要有江河、湖泊、山地、道路及城区，中部山区地形高陡，切割剧烈，最大相对高差约达600 m。

干扰波的发育情况与工区表层结构和采集环境关系极大，矿集区复杂的地表条件导致了干扰波的复杂性。对干扰波种类和属性及分布特征进行分析，目的是为了寻找有效的压制方法，制定针对性的压制流程。经过分析，工区主要存在以下几种类型的干扰波。

(1)面波。面波干扰分布于整个矿集区，是工区波场最复杂、影响最严重的干扰波。有低速、中速、高速多组面波发育，在不同区域呈现不同特征。低速面波速度低、传播时间长，分布在整个单炮记录时间；中、高速面波速度高、传播时间相对较短，基本分布在单炮记录的浅、中部。庐枞火山岩盆地外围的平原主要分布低速面波(图1(a))，具有低速、低频、强能量、传播时间长、频散的特征，呈“扫帚状”分布于近偏移距的三角带类。其主频在0～15 Hz，视速度在200～800 m/s。 庐枞火山岩盆地的汤家院—砖桥断裂的北东侧的平原山地过渡区发育2类面波(图1(b))：①低速面波；②中速面波，具有中速、低频、强能量特征，频散没有低速面波明显，呈“线性”分布于低速面波外围附近，其主频在0～20 Hz，视速度在1 000～1 500 m/s。 在庐枞火山岩盆地的汤家院—砖桥断裂的南西侧山地发育高速面波(图1(c))，具有高速、低频、强能量特征，无频散现象，有明显的线性特征和反向散射分量，分布在直达波以下的三角带类。其主频在0～20 Hz，视速度在1 500～2 000 m/s。

图1 原始单炮记录上波场分析Fig.1 Wave field analysis of original single shot record

(2)直达波干扰。发育在庐枞火山岩盆地，具有高速、高频、线性特征，“射线状”分布，窄带出现。其主频在20～50 Hz，视速度在2 000～2 500 m/s。

(3)浅层折射和多次折射。基本发育在整个矿集区，当浅层低降速覆盖层较薄又存在高速层的区域，震源激发产生很强的折射波及多次折射，与浅层有效反射波速度接近。其主频在10～40 Hz，视速度范在2 500～3 500 m/s。

(4)声波干扰。由震源激发产生，大多分布在矿集区难成孔的区域。在地震记录上形成尖锐的高频强初至，能量强，呈窄带出现。其主频在30～100 Hz，视速度在340 m/s。

(5)50 Hz工业电干扰。矿集区内厂矿较多，有几组高压线及大量工农业电网沿测线或垂直测线等分布，部分单炮记录上存在50 Hz工业电干扰。

(6)机械振动干扰。由打石场机器与打石场爆破产生的外源干扰，离外源越近的记录道受影响大，具有持续时间长、振幅强的特点。

(7)随机干扰。分布全区，主要由环境因素引起，机器运转、风吹草动、道路车辆或人为因素等所产生的微震、猝发脉冲、野值等干扰。它来自地表的各个方向，频谱很宽，振幅大小变化无规律。

根据地震勘探中干扰波的形成机制及物理特征，干扰波分为规则干扰波和随机干扰波2大类。规则干扰波有一定的主频和视速度；随机干扰波既没有一定的频率，也没有一定的速度[7]。工区中发育的面波、直达波、折射波及多次折射波、声波、50 Hz工业电干扰、机械振动干扰属于规则干扰波。微震、猝发脉冲、野值属于随机干扰波。

2 干扰波压制方法分析

干扰波压制方法主要基于干扰波和有效波在频率、振幅、视速度方面的差异，如振幅空间分布的差异、传播速度的差异、频率空间分布的差异、动校正后剩余时差的差异等[7]。干扰波压制技术可以归纳为4大类：①强振幅干扰波压制，主要依据干扰波和有效波的振幅差异；②线性干扰波压制，主要依据干扰波和有效波的传播速度差异；③多次波压制，主要依据干扰波和有效波的动校正后剩余时差的差异；④随机干扰波压制，主要依据随机噪声的随机性与有效波的相干性的差异。通过对工区地震资料干扰波分析，影响资料信噪比的主要是面波干扰、直达波干扰、折射波干扰、声波干扰、50 Hz工业电干扰、机械振动干扰及随机干扰。根据干扰波特点，采用不同去噪方法进行试验，选择合适的压制方法。

2.1 线性干扰波压制

工区地震资料中的中速面波、高速面波、直达波、折射波及多次折射波属于线性干扰波，也是规则干扰波，时距曲线为直线。在炮域，这类干扰波的线性特征非常清晰，具有明显的传播方向和视速度，并且呈现出规则、低频、强能量的特点。

采用相干噪声衰减方法压制线性干扰波，方法的前提条件：①干扰波具有线性同相轴特性；②干扰波与有效波视速度不同；③线性干扰波在一定的时间和空间范围内，频率和能量基本相同[8]。在t—x域中根据线性干扰波与有效波在视速度、频率、位置和能量上的差异，利用线性预测方法预测出线性干扰波的位置、视速度、变化规律来压制线性干扰波。

该方法需要重点测试相关道数、噪声速度或最大视倾角、干扰波主频等关键参数，可在炮域及检波点域进行线性干扰波压制。当地震记录相同时段存在多种速度的线性干扰波时，需要分速度压制；当地震记录中相同速度线性干扰波存在频率变化大时，需要分频率压制；当地震记录中的浅中深线性干扰波的速度变化大时，需要分时窗压制。如一次性压制多种线性干扰波，会损失有效信号，混入过多的空间假频，影响资料信噪比。

2.2 面波压制

工区地震资料中的低速面波是规则干扰波，时距曲线为直线，速度随频率变化而变化，振动延续时间随传播距离的增大而延长，形成“扫帚状”，即深层频散现象，具有能量强、频率低、视速度低、传播时间长的特点。

采用自适应面波衰减方法压制低速面波，该方法适用于面波与反射波频率有一定差异的地震资料。在时—频域分析出面波和反射波在频率分布特征、空间分布范围、能量等方面的差异，检测出面波在时间和空间上的分布范围，确定面波能量的频率分布特征，并根据面波范围和特征对其进行加权压制。

该方法需要重点测试面波的视速度、反射波主频和面波主频等关键参数，对视速度小于800 m/s、视主频小于 15 Hz的面波压制效果较明显。

2.3 声波压制

工区地震资料中的声波是规则干扰波，是在空气中传播的弹性波，时距曲线为直线。在地震记录上形成尖锐的强初至，呈窄带出现[9]，具有能量强、频率高、视速度稳定、传播时间长的特点。采用声波衰减方法压制声波，该方法根据给定的参考速度、噪声振幅门槛值、能量包络宽度、声波频率范围，在道与道之间自动找出不正常能量道，以适当的斜坡向外衰减声波到与周围数据相同的振幅水平。该方法需要在炮域进行，不仅可有效地压制声波干扰，而且可以保证有效信号不受影响。

2.4 工业电干扰波压制

工区地震资料中的50 Hz工业电干扰波在时间域表现出很强的单频震荡及在整个记录的强振幅，在频率域表现出很强的单频振幅。在地震单炮记录中，中深层时间段有效波比浅层有效波的能量弱，工业电干扰能量强，可以在这时间段内估算工业电干扰的位置、频率、振幅，然后依据噪声的位置在频率域内建立有效的探测范围，对能量谱进行中值平滑处理，得到一个平滑的振幅谱；然后将给定的含有单频干扰频带的振幅与之相比较，超出给定倍数的视为干扰波进行压制，将其振幅衰减到与周围无单频干扰数据相同的振幅水平，使受单频干扰波影响的地震道具有与周边地震道相同频率的有效信息。

2.5 异常振幅干扰波压制

由于地震采集受野外施工条件的影响，异常振幅在记录中普遍存在，具有强振幅的特点。异常振幅由猝发脉冲、异常扰动、野值等形成，如工业干扰、随机噪声、声波、机械振动等。由于其频带范围与有效波频带范围重叠，严重影响地震资料叠加和偏移的质量。

人工杀道方法不仅耗费大量人力，同时也丢失较多的有效信息。采用异常振幅衰减来压制高能干扰波，依据“多道识别、单道去噪”的方法，在不同的频带范围内自动识别地震记录中存在的强能量干扰，确定干扰波出现的空间位置，通过计算给定频带内被处理道的振幅与周围地震道平均振幅之间的差异，再根据用户定义的门槛值和衰减系数，采用时变、空变的方式压制[10]。

异常振幅衰减可以在叠前任意数据域进行，在不同的数据域中，噪声与周围地震道数据之间的比对关系不同，为了达到理想的统计效果，应该根据噪声特点把数据分选到噪声与周围地震道数据有明显差异的数据域，也可以在多个数据域进行异常振幅噪声压制。

2.6 随机噪声压制

风吹草动等环境因素产生的随机噪声是地震勘探中难以避免的不规则干扰，没有一定的传播方向和视速度，频带宽且没有固定的频率，相邻地震道之间彼此是互不相关的，从单道上无法分辨，随机噪声会降低地震资料的信噪比。

随机噪声的压制方法主要依据随机噪声的随机性与有效波的相干性的区别，当地震记录的反射波同相轴呈线性或者近似线性时，即同相轴有一定的斜率。因此，在f—x域中的x方向上相干信号具有空间可预测性，而随机噪声杂乱分布的，任何方向都不可预测。在f—x中对每一个频率切片上的信息利用复数最小平方原理，求出预测滤波算子，再把求出的预测算子应用到相应的空间方向矩阵上，从而达到衰减随机噪声、增强相干信号的目的。

随机噪声压制一定要把握去噪的程度，当反射波同相轴呈线性时会达到比较好的去噪效果，但对于弯曲的反射波同相轴，就会造成一定程度的畸变影响[11]。在叠前地震数据上压制随机噪声，最好在动校正后的单炮或CMP域进行，反射信号有较好的相关性。

2.7 叠后去噪技术

每种噪声压制方法都有其优势和局限性，干扰波不可能在叠前被彻底压制干净。在实际应用中，尽可能在保证有效信息不受损失的条件下，最大限度地在叠前压制各种干扰。对于叠前残留的干扰波，可在叠后进一步压制。叠后压噪应遵循“先规则、后非规则”的思路，先去除叠加剖面上残留的规则干扰波，再通过随机噪音衰减等技术来压制非规则干扰波，提高叠加剖面的信噪比。

3 干扰波压制流程

针对矿集区地震资料的特殊性，对原始资料进行详细分析和噪声分类，在了解干扰波分布范围与特征的基础上，根据去噪方法的特点和适应性，针对性选择去噪方法；通过对去噪方法的参数进行充分试验，合理选择去噪参数；通过对去噪顺序和方法组合进行精细测试研究，科学组织去噪流程，来达到提高资料的信噪比的目的。

针对不同地段地震资料品质的差异，选取典型单炮进行去噪试验，去噪不要期望一步到位，可以多步骤实现，振幅补偿前去噪效果不错，但是在振幅补偿或反褶积后，原来去掉的噪声又可能悄然出现，还有残留，在后续处理中还要进一步压制噪声。

工区压噪流程：①中高速面波衰减→②低速面波衰减→③声波衰减→④异常振幅衰减→⑤直达波衰减→⑥折射波及多次折射衰减→⑦随机干扰波衰减→⑧残余干扰波衰减。

去噪是地震资料处理过程中提高资料信噪比的重要手段，去噪要遵循先强后弱、先低频后高频、先规则后非规则、先低速后高速、先普遍后特殊的原则。以上5点原则是并列关系，可以调整先后顺序，但本身的顺序不宜调整。工区压噪过程就是按照这5点原则，采用多方法融合、多域组合去噪技术，分以下步骤压制噪声，取得了较好的去噪效果。不同的去噪技术利用了噪声各自的特性：①采用相干噪声衰减技术压制中高速面波，利用了中高速面波具有线性、低频、强能量的特点；②采用自适应面波衰减技术压制低速面波，利用了低速面波具有低频、强能量、分布窄、频散的特点；③采用声波衰减技术压制声波，利用了声波具有恒速、高频、强能量的特点；④采用异常振幅衰减技术压制异常振幅干扰波，利用了异常振幅具有强能量的特点；⑤采用相干噪声衰减技术压制直达波，利用了直达波具有线性的特点；⑥采用相干噪声衰减技术压制折射波及多次折射波，利用了折射波及多次折射波具有线性的特点；⑦采用随机噪声衰减技术压制随机干扰波，利用了随机噪声具有无方向性的特点；⑧采用多方法压制叠后残留干扰波，利用了有效波同相轴具有相干性的特点。

由于中高速面波、直达波、折射波均有线性特征，但传播速度、频率、分布位置不用，应分步去除，一次性压制会带来一定的副作用、损失有效波。

4 应用效果分析

为了提高矿集区地震勘探的精度，使地震成像资料能更真实地反映地下的地质情况，如何突出有效波，压制干扰波是一个极其重要的问题。由于工区表层结构变化剧烈，地震资料静校正问题严重。开始去噪处理前，首先解决资料的中、长波长的静校正问题，使单炮记录中干扰波与有效波的关系更加清楚，然后根据噪声的特点，采用多方法融合、多域组合去噪技术进行噪声压制。

图1原始单炮记录组合去噪后显示如图2所示。组合去噪前、后初叠加剖面对比如图3所示。

图2 原始单炮记录干扰波去除后显示Fig.2 Display of interference wave removed from original single shot record

图3 组合去噪前、后初叠加剖面对比Fig.3 Combined contrast of pre and post-noising Initial superposition profile

由图2(a)可知，图1(a)平原区单炮去噪后，近偏移距三角带内的低速面波及其他干扰波压制效果明显；由图2(b)可知，图1(b)平原—山区过渡区单炮去噪后，近偏移距三角带内的中低速面波及其他干扰波压制效果明显；由图2(c)可知，图1(c)山区单炮去噪后，直达波下三角带内的高速面波及其他干扰波压制效果明显。

图3(a)为野外静校正后的初叠加剖面，干扰波的影响使得初叠加剖面信噪比低，构造形态不清晰。图3(b)为野外静校正组合去噪后的初叠加剖面，进行合理的噪声压制后，信噪比比初叠加剖面有很大提高，构造形态清晰可见。去噪后的叠前数据为后续的如反褶积、速度分析、剩余静校正、偏移成像等处理奠定了良好的基础。

5 结论

(1)金属矿区地震地质条件的复杂性致使地震资料的信噪比较低，有效信号较弱，波场关系复杂，干扰波发育。笔者只针对庐枞矿集矿区地震资料的去噪进行了研究，金属矿区地震资料的去噪仍有许多需要研究与解决的问题。

(2)每种去噪方法都有各自优势和局限性，对满足其各自假设条件下的干扰波具有明显的压制作用，实际应用中要详细分析地震资料中的噪声特征，选择合适的去噪方法，最大限度地压制噪声。

(3)多种干扰波混杂的地震资料，需要将多种去噪方法进行有机组合，根据干扰波特性制定合理的压制顺序及作业流程。任何去噪方法使用不当或过度都会损害有效信号，因此，对去噪参数及流程必须进行充分实验，当有效波与干扰波的特征差异较小时，可采用多步、多域、分区、分段压制的思路，尽量保留更多的有效信息。