基本介紹
- 中文名：干擾波
- 外文名：noise
- 所屬學科：地震勘探
- 分類：聲波、面波、多次波等
干擾波分類,干擾波成因及其特徵分析,面波,聲波,淺層折射波,側面波,次生干擾,隨機噪聲,脈衝感應,多次波,干擾波調查,
干擾波分類
影響地震資料質量的因素很多，有噪聲干擾，有採集方法本身的缺陷，有激發與接收因素。複雜地質構造、地表障礙等諸多因素均可能影響地震資料的質量。每種因素對地震資料的影響程度會隨著不同的施工地區及勘探目的的不同而有所差別。在許多情況下，如低信噪比地區，噪聲的影響可能會很大，是影響地震資料質量好壞的重要因素，在這種條件下，對噪聲的分析顯得尤其重要。
地震勘探中，所謂噪聲可以這樣描述：除了在地震記錄上期望得到的任何同相軸也就是有效信號以外的其他信號都可以認為是噪聲。噪聲的對信號的影響及相對強弱常用信噪比( Signal - to - noise ratio)衡量，縮寫為S/N。
在地震資料採集中，根據噪聲形成不同可以將噪聲分為系統噪聲、環境噪聲和激發噪聲。
(1)系統噪聲：儀器的熱噪聲。
(2)環境噪聲：包括電磁干擾和彈性干擾。電磁干擾包括天地電磁干擾（雲層放電、太陽黑子、地磁異常等）和人工電磁（50Hz工業電、電磁波等）；彈性干擾包括波動干擾（遠距離傳播而來各種波動干擾）和振動干擾（近距離的機械振動：人動、風吹草動等）。
(3)激發噪聲：伴隨噪聲和次生噪聲。前者的產生源與震源相同：面波、聲波等；後者是震源產生的各種波（包括伴隨干擾）傳播過程中在一定條件下產生的噪聲：側面波、誘發的各種振動等；次生噪聲又分為次生波動干擾和次生振動干擾。
依據噪聲的數據特徵，地震噪聲可以分為相干噪聲和非相干噪聲，通常也被稱為規則干擾波和非規則干擾波（隨機干擾波）。它們的形成機制不同，對地震資料的影響不一樣，野外資料採集和資料處理中，壓制的方法也有區別。相干噪聲與非相干噪聲在地震記錄上的區別通常與採集參數有關，當檢波器之間的距離足夠小，如在試驗中做超小道距分析時(圖1)，可以發現很多非相干噪聲看起來像相干噪聲。但當做抽道分析，隨檢波器之間的間距加大，非相干噪聲的特徵會體現出來，非相干噪聲在道與道之間沒有相似處，根據相鄰道的特徵不能預測另外一道非相干噪聲的特徵。在實際地震資料採集中，道與道之間的距離大於非相干噪聲的相干半徑，採集記錄上容易區分它們。
圖1 小道距抽道記錄分析（道距分別為5m、10m和40m）相干噪聲是指有一定的主頻和一定視速度的干擾波，例如面波、聲波、淺層折射波、多次波，轉換波，次生干擾波等。可以分為能量基本上沿水平方向傳播和能量基本上以垂直方向到達檢波器兩類。
其中面波、聲波、淺層折射波等是沿水平方向傳播的，多次波則是以垂直方向到達檢波器的。相干噪聲有三種性質：相干性、傳播的方向性與可重複性。在討論壓制相干噪聲時，就是以三個性質為基礎，尋找改善地震記錄質量的方法。
非相干噪聲主要是指沒有一定頻率，也沒有一定傳播方向的波。在地震記錄上形成雜亂無規則的干擾背景；它具有空間隨機性，有的可以重複出現，有的不可以重複出現。由近地表地質異常體和不均勻散射體造成的，如小規模斷層、卵石等產生，可以重複出現，其噪聲源能量很小，很接近，只有當檢波器之間距離很小時，檢波器輸出才相似。不可重複的隨機噪聲可以是由於風吹草動或者由於風吹動大樹產生地震波、炮點周圍的爆炸物下落產生地震波對落點附近檢波器產生影響、外界其他干擾如人動等。
干擾波成因及其特徵分析
在地震勘探中，噪聲可能由多種原因形成，不同的噪聲產生機制不同，有的是由震源產生，有的由外界產生。
面波
面波又稱地滾波，它的特點是頻率低，通常為幾赫茲到30Hz，速度低，一般為介質速度的0.5-0.6倍，時距曲線呈直線，沿地表傳播，地震記錄上呈“掃帚狀”，有頻散特徵，也就是隨傳播距離加大，頻率降低。在江漢盆地，面波的速度在1000 m/s以內。地震勘探中的地表面波是瑞利波（Rayleigh），它沿固體介質的自由表面傳播。
在地震勘探中，只要激發地震波，面波就會相伴產生，它是自然存在的，從地震勘探理論可以推導其位移方程。沿x方向傳播，t時刻自由表面處位移方程為
圖2 瑞利波速度與介質的泊松比從圖2可以發現，隨著泊松比增大，瑞利波的速度減少，泊松比減少，瑞利波的速度增加，接近橫波速度。疏鬆地層中面波的速度要小于堅硬地層中的面波速度。當激發條件為淤泥時，記錄上面波表現為低速和低頻（與相鄰正常地區如黏土區激發相比），與實際觀測到的地震資料相吻合。
面波能量的強弱與激發藥量、激發岩性、激發深度，以及表層地震地質條件有關。在厚黃土、淤泥及沙漠區激發時，地表岩性的泊松比接近0.5，地震激發能量主要消耗在對圍岩的破壞上，它們對高頻能量有強烈的吸收作用，有效波能量減弱，面波能量相對增強。疏鬆的低速層中激發，面波能量相對加強；在淺層中激發，特別是潛水面以上激發時，由於低降速度層的風化作用，地層疏鬆，速度較低，激發產生的面波能量相對較強，有效波能量相應較弱，面波的能量隨激發藥量的增大而增大。
圖3a，b，c（從左到右）是在淤泥、流沙和黏土中激發的地震記錄；圖4a，b，c是它們的頻譜分析圖；圖5a，b，c，d是在石灰岩和砂岩中激發記錄與面波分析圖。
圖3 江漢平原不同激發岩性的面波特點它們的激發岩性分別是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)。從圖中可見，在流沙激發中激發麵波最發育，黏土中激發麵波相對要弱。
圖4 江漢平原不同激發岩性的歸一化頻譜圖它們的激發岩性分別是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)，從圖中可見，面波的能量主要集中在低頻，主頻在5Hz附近，流沙激發中激發麵波能量相對強，黏土中激發麵波能量相對弱。
圖5 在石灰岩和砂岩中激發的地震記錄與面波分析圖a，b分別是在石灰岩激發的地震記錄和頻譜圖，石灰岩中激發麵波主頻在10Hz左右，面波能量較強；c，d分別是在砂岩激發的地震記錄和分頻圖( BPI - 10)，砂岩中激發右面波存在，能量相對較弱，主要目的層的地震反射波清晰可見，面波主頻在10 Hz左右
圖6 聲波記錄聲波
聲波是在空氣中傳播的彈性波，速度為340 m/s左右，波形較穩定，頻率較高，在記錄上延續的時間短，時距曲線是直線，呈窄帶出現（圖6）。
激發井淺是聲波產生的主要原因。在空坑或者淺坑中放炮，河中、淺水池中放炮，山區放炮，外界強大聲波干擾源等均能產生聲波。因此，應儘量避免在淺井、淺水池中放炮，同時，採用悶井等措施克服聲波噪聲，悶井放炮也有利於能量下傳。
淺層折射波
地震記錄中，常有比直達波更快到達的地震波，折射波時距曲線呈直線狀，與直達波相交叉。折射波出現的時間與高速度層的埋深、速度等有關。速度越高，出現時斜率越小。
在近地表層中，風化層的底界常與高速度層相接，或者地層中存在高速層，會產生淺層折射波和折射多次波。
側面波
在地震記錄上，會出現來自不同方向，具有不同視速度的干擾波，這種波出現時間不定，可能在淺、中、深層都有，時距曲線呈現直線，頻率與有效波相近，對地震記錄有較大的干擾性，特別是複雜地區地震勘探。
在複雜地區，地表的起伏較大，地震波沿側面反射可形成側面波。在地下構造複雜地段，地下大傾角界面產生側面波，這種側面波包含有效波信息，許多可以利用，但是從測線側面來的反射，可能會使地震記錄複雜化，形成干擾（圖7）。
次生干擾
次生干擾包括次生低速干擾和次生高速干擾，它們可以出現在記錄的任何地方，在頻率域與有效波不能分開，速度場中次生高速干擾與有效波交混在一起，強度與次生干擾源的大小相聯繫，在有的記錄上可能沒有，或者強度很弱。在江漢平原地區施工此類干擾較少出現。
圖7 折射波、側面波、高頻噪聲示意圖反射或者強折射波引起地表大的障礙物如大堤等振動，相同於一個次生的震源體，次生震源體的振動產生地震波，在地震記錄上各個時間均會出現，會產生次生的直達波、折射波、反射波，使地震記錄複雜化。它的強度與激發的強度、次生震源體的大小有關。
隨機噪聲
隨機噪聲屬於非相干干擾波類型，在地震記錄上，可以出現在所有時間，頻率成分較複雜，多個頻段都可能存在，以高頻隨機噪聲居多，強度與施工時外界環境有關。有的強度較大，會對地震記錄形成大的干擾（圖7）。
外界風吹草動，引起高頻干擾，不同的風力下施工干擾強度度不一樣。外界人動、動物在檢波器周圍活動及其他外界的原因會引起記錄上出現“大跳”，有時會干擾多道，影響較大(圖8)。
圖8 機械、人動示意圖脈衝感應
在地震記錄上，脈衝包含50Hz脈衝感應和尖脈衝兩種，它們可以出現在記錄的任何時間，50Hz脈衝感應可以是50Hz的正弦波形的干擾波和表現50Hz的諧波，當干擾強時，會嚴重壓制有效信號，使整道或多道甚至全部記錄都被干擾。尖脈衝表現為在記錄的某一時間突然被一脈衝干擾，它與“大跳”的區別在於脈衝持續的時間更短，頻帶更寬。
50Hz脈衝感應可能由於大線絕緣程度不夠，在排列上某個環節有漏電現象，外界市電干擾源強，如排列過高壓線，變電站附近等，檢波串並方式不合理，儀器接口阻抗不匹配，都可能形成50Hz脈衝感應。尖脈衝則可能是由於自然界的雷電干擾，有外界突然移動排列等(圖9)。
圖9 強脈衝干擾示意圖多次波
多次波包括多次反射波、反射一折射波、折射一反射波等，多次波類型較多，在地震勘探中，影響較大和經常討論的是多次反射波，多次反射波又分為全程多次波、短程多次波、微屈多次波與虛反射；它們的形成機制不同，在地震記錄上表現形式不一，對地震記錄的影響也不一樣。多次波給人以假象，如中層的多次波，就有可能掩蓋中深層的一次反射波，多次波時距曲線與反射波類似，只是增加了時移量。
不同的多次波形成機制有差別，但它們有一個共同點，就是要有良好的反射界面。江陵玄武岩發育區多次波較發育，嚴重干擾了目的層的有效信號（圖10）。
圖10 多次波示意圖在江陵凹陷採集的地震記錄中，由於地層中存在多層的玄武岩，造成地震波多次反射在地震記錄中可明顯見到多次波，在處理時的速度分析中，多次波特徵明顯
干擾波調查
為了消除干擾波，在干擾波嚴重的地區，設計專門的測線來記錄干擾波，以掌握干擾波的特點和分布規律，稱為干擾波調查(noise analysis)。一般採用道距為3-5米的小排列，連續接收幾個排列，並且不使用混波和濾波，以便清楚地連續追蹤出各種規則干擾波。干擾波調查又譯“干擾波研究”、“噪聲分析。”
