楊智超 高有潮 王建森 毛淑婷 郝 磊 張慶松

（1.山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院，山東濟(jì)南250061；2.山東濱萊高速公路有限公司，山東淄博255200；3.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東濟(jì)南250061）

在礦山巷道（隧道）開(kāi)挖建設(shè)過(guò)程中，利用超前地質(zhì)探測(cè)方法提前探明開(kāi)挖面前方賦存的不良地質(zhì)體，可以有效避免因采空區(qū)、巖體破碎帶、巖體裂隙引起的塌方、突水突泥等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，保障施工安全高效地進(jìn)行［1-2］。在各類(lèi)超前地質(zhì)探測(cè)方法中，地震波反射法是一種通過(guò)人工激發(fā)地震波并接收其在地質(zhì)異常體處產(chǎn)生的反射波來(lái)進(jìn)行探測(cè)的方法，具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、界面識(shí)別效果好、無(wú)傷、高效等優(yōu)點(diǎn)，在地下工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用［3-6］。

地震波反射法主要包括地震波的激發(fā)和接收、采集和處理以及偏移成像3個(gè)步驟，有效的偏移成像算法是還原不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)真實(shí)空間位置、形態(tài)、分布的關(guān)鍵，成像算法的精確度和有效性將直接影響最終探測(cè)結(jié)果的可靠性。經(jīng)過(guò)近數(shù)十年的發(fā)展，礦山巷道（隧道）地震探測(cè)成像形成了以射線(xiàn)類(lèi)偏移算法為主的一套理論體系［7-8］。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的提升，逆時(shí)偏移成像（Reverse-time migration，RTM）等波動(dòng)方程類(lèi)成像算法漸漸從理論變成實(shí)際［9-10］，與射線(xiàn)類(lèi)方法相比，這類(lèi)方法同時(shí)考慮了地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)復(fù)雜構(gòu)造的刻畫(huà)能力更強(qiáng)。有學(xué)者將RTM技術(shù)引入礦山巷道（隧道）環(huán)境中，提高了礦山巷道（隧道）地震探測(cè)成像的精確度［11-12］。

在逆時(shí)偏移成像中，首先是要求解波動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)正傳、反傳波場(chǎng)的延拓。在此過(guò)程中，根據(jù)所求方程的不同（聲波、彈性波等），可將逆時(shí)偏移分為聲波逆時(shí)偏移、彈性波逆時(shí)偏移等類(lèi)別。隨后，就是利用逆時(shí)偏移成像條件對(duì)獲取的地震波場(chǎng)進(jìn)行成像，最常用的成像條件有激發(fā)時(shí)刻成像條件、最大振幅成像條件以及互相關(guān)成像條件［13］，采用不同的成像條件會(huì)對(duì)最終的成像效果產(chǎn)生影響。然而，無(wú)論是采用哪種成像條件，在成像過(guò)程中都不可避免地受到低頻噪聲的影響，這是逆時(shí)偏移成像中存在的固有問(wèn)題，嚴(yán)重干擾了成像剖面質(zhì)量和進(jìn)一步地處理和解譯［14］。為了壓制低頻噪音，必須在原有的成像條件上做出改進(jìn)，第一類(lèi)改進(jìn)方法是在波場(chǎng)延拓過(guò)程中盡量避免發(fā)生背向反射，如采用無(wú)反射（弱反射）波動(dòng)方程進(jìn)行波場(chǎng)延拓［15］、使用光滑速度模型［16］、設(shè)置吸收因子［17］等。這類(lèi)方法在壓制低頻噪聲的同時(shí)，改變了雙程波動(dòng)方程的原有性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，不能對(duì)多方向傳播的波進(jìn)行成像。第二類(lèi)改進(jìn)方法是在成像過(guò)程中進(jìn)行選擇性成像或?qū)D像進(jìn)行濾波處理，常見(jiàn)的方法有Poynting矢量成像條件［18］、Laplace濾波［19］、基于震源照明補(bǔ)償?shù)某上駰l件［20］等。這些方法都能在一定程度上壓制低頻噪聲，提高逆時(shí)偏移成像的分辨率。如何根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法是研究的關(guān)鍵。

本研究以礦山巷道（隧道）為研究背景，對(duì)目前常用的幾種成像條件、低頻噪聲去噪方法進(jìn)行歸類(lèi)分析。構(gòu)建典型的不良地質(zhì)體模型進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證各類(lèi)成像條件、去噪方法在礦山巷道（隧道）地震波逆時(shí)偏移中的有效性和適用性，并對(duì)比它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出一套適用于礦山巷道（隧道）環(huán)境下的最佳地震波逆時(shí)偏移成像條件和去噪策略，為促進(jìn)逆時(shí)偏移成像在礦山巷道（隧道）地震波超前探測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 地震波逆時(shí)偏移基本原理及其成像條件

1.1 地震波逆時(shí)偏移基本原理

逆時(shí)偏移理論最早由WHITMORE等提出［20］，其基本思想是當(dāng)速度場(chǎng)足夠精確時(shí)，從震源激發(fā)的正傳波場(chǎng)和從檢波器激發(fā)的逆?zhèn)鞑▓?chǎng)到達(dá)真實(shí)反射點(diǎn)的時(shí)間是相同的。基于以上原理可以得出，逆時(shí)偏移第一步是將接收到的反射波數(shù)據(jù)作為邊界條件重構(gòu)地震波的逆向傳播過(guò)程。地震波的本質(zhì)是彈性波，可以采用二維一階速度—應(yīng)力彈性波方程來(lái)實(shí)現(xiàn)該過(guò)程：

式中，ρ為介質(zhì)密度，kg/m3；Vx、Vz為粒子振動(dòng)速度，m/s；σxx、σzz為正應(yīng)力，MPa；σxz為剪應(yīng)力，MPa；fx、fz為加載的不同分量的地震記錄；λ、μ為拉梅常數(shù)；t為波的傳播時(shí)間，s；利用交錯(cuò)有限差分法求解式（1）可以獲取各個(gè)時(shí)刻的逆?zhèn)鞯卣鸩▓?chǎng)。

1.2 地震波逆時(shí)偏移成像條件

獲取各時(shí)刻的逆?zhèn)鞑▓?chǎng)后，需要利用合適的成像條件來(lái)實(shí)現(xiàn)反射界面的歸位和顯示。成像條件的基本目標(biāo)是獲取正傳地震波的初至?xí)r間或波場(chǎng)信息，將其與同一時(shí)刻的逆?zhèn)鞑▓?chǎng)進(jìn)行互相關(guān)處理，從而實(shí)現(xiàn)最終的成像。以下對(duì)幾種最常見(jiàn)的成像條件進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2.1 激發(fā)時(shí)刻成像條件

激發(fā)時(shí)刻成像條件是將震源點(diǎn)激發(fā)的正傳波場(chǎng)到達(dá)反射面的時(shí)間作為成像時(shí)刻，假設(shè)該時(shí)刻與檢波器激發(fā)的逆?zhèn)鞑▓?chǎng)到達(dá)反射面的旅行時(shí)相等［21-22］，進(jìn)一步提取該時(shí)刻所有成像點(diǎn)處的逆?zhèn)鞑▓?chǎng)場(chǎng)值作為最終的成像值，

式中，I為成像結(jié)果；T和t分別為偏移總時(shí)長(zhǎng)和初至旅行時(shí)，s；R(x ,z)為(x ,z)處逆?zhèn)鞑▓?chǎng)的場(chǎng)值。

在激發(fā)時(shí)刻成像條件中，通常采用射線(xiàn)追蹤方法來(lái)獲取初至旅行時(shí)t。雖然該方法計(jì)算速度快，無(wú)需占用太多的內(nèi)存空間，但該方法是波動(dòng)方程的高頻近似，其中只包含地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，因此激發(fā)時(shí)刻成像條件的成像精度較低，只適用于簡(jiǎn)單環(huán)境，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的適用性差。

1.2.2 最大振幅成像條件

最大振幅成像條件是通過(guò)提取正傳波場(chǎng)最大振幅的時(shí)間位置信息來(lái)追蹤正傳波場(chǎng)到達(dá)反射點(diǎn)的初至?xí)r刻，然后將該時(shí)刻逆?zhèn)鞑▓?chǎng)在反射點(diǎn)處的場(chǎng)值作為成像值，

式中，ta為某一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)(x ,z)上正傳波場(chǎng)最大振幅的到達(dá)時(shí)刻，s。

為了獲取每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的最大振幅，需要求解彈性波波動(dòng)方程以重構(gòu)正傳波場(chǎng)。因此最大振幅成像條件包含有波的動(dòng)力學(xué)特征（波場(chǎng)信息）。但由于需要進(jìn)行波場(chǎng)延拓，該方法的計(jì)算成本也高于激發(fā)時(shí)刻成像條件。除此以外，在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下，多次波、繞射波等會(huì)嚴(yán)重影響最大振幅的提取，進(jìn)而造成最終成像結(jié)果的不連續(xù)錯(cuò)斷。

1.2.3 互相關(guān)成像條件

互相關(guān)成像條件是目前使用最多的一種成像條件，其表達(dá)式為

式中，I為成像結(jié)果；t為正傳波場(chǎng)S(x ,z)和逆?zhèn)鞑▓?chǎng)R(x ,z)初至旅行時(shí)，s。

根據(jù)式（4）分析可知：在利用互相關(guān)成像條件時(shí)，首先要求取每個(gè)時(shí)刻的正傳波場(chǎng)和逆?zhèn)鞑▓?chǎng)；然后將每個(gè)時(shí)刻的波場(chǎng)剖面進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算，最后積分求和。相較于前兩種成像條件，互相關(guān)成像條件更加充分地利用了逆時(shí)偏移全波場(chǎng)的信息，能夠?qū)Χ啻尾ā⒘闫茢?shù)據(jù)進(jìn)行成像，最大程度發(fā)揮出逆時(shí)偏移成像高精度、對(duì)復(fù)雜構(gòu)造和深部構(gòu)造刻畫(huà)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但是互相關(guān)成像條件也具有計(jì)算量大、存儲(chǔ)空間占用大、保幅性差等不足。

2 逆時(shí)偏移成像測(cè)試與成像條件對(duì)比

為了找到最適用于礦山巷道（隧道）環(huán)境下的逆時(shí)偏移成像條件，本研究設(shè)計(jì)了傾斜斷層、采空區(qū)、破碎帶3種模型，對(duì)比各種成像條件在不同的不良地質(zhì)體條件下的成像結(jié)果，在所有數(shù)值模擬過(guò)程中，均采用時(shí)間2階、空間4階交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分求解彈性波方程，以獲取正傳及逆?zhèn)鞑▓?chǎng)。

觀(guān)測(cè)方式和模型的具體設(shè)置如圖1所示。6個(gè)震源點(diǎn)和24個(gè)檢波器對(duì)稱(chēng)布置在巷道左右側(cè)墻上，第一個(gè)震源點(diǎn)距離掌子面4 m，炮間距、炮檢距、檢波器間距均為2 m。模型體空間中包含540×440個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格0.5 m，四周設(shè)置有厚度為20個(gè)網(wǎng)格的人工吸收邊界，因此模型空間實(shí)際大小為250 m×200 m。所有測(cè)試均采用峰值頻率為150 Hz的Ricker子波模擬在邊墻激發(fā)的錘擊震源。

2.1 傾斜斷層模型

在礦山巷道（隧道）開(kāi)挖過(guò)程中，傾斜斷層會(huì)對(duì)開(kāi)挖安全產(chǎn)生重要的影響（如塌方）。因此，本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)傾斜斷層模型（圖1（b））來(lái)研究地震波逆時(shí)偏移的成像效果。在模型中，斷層距開(kāi)挖面70 m，其中填充的波速為2 300 m/s的軟弱介質(zhì)，圍巖波速為4 000 m/s，密度均為 1.0 g/cm3，總計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為 0.12 s。如圖2所示，逆時(shí)偏移結(jié)果與實(shí)際界面位置相吻合，成像結(jié)果中的能量弧與斷層傾向方向相切，對(duì)比圖2中3種不同成像結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，由于在互相關(guān)成像過(guò)程中利用了各個(gè)分量的波場(chǎng)數(shù)據(jù)，地震波矢量波場(chǎng)各個(gè)方向分量之間存在相互疊加作用，而激發(fā)時(shí)間成像和最大振幅成像在成像過(guò)程中只能利用單一分量的地震數(shù)據(jù)。因此互相關(guān)成像結(jié)果中斷層后界面的刻畫(huà)效果更清晰。

2.2 采空區(qū)模型

礦山采空區(qū)也是礦山巷道（隧道）地震超前預(yù)報(bào)探測(cè)的重點(diǎn)。如圖1（c）所示，采空區(qū)位于開(kāi)挖面斜前方，總計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為0.12 s。從成像結(jié)果（圖3）中能夠看出，激發(fā)振幅成像和互相關(guān)成像都較為準(zhǔn)確地刻畫(huà)出了采空區(qū)的輪廓和位置，采空區(qū)的后界面會(huì)出現(xiàn)因繞射波引起的彎曲能量弧。在激發(fā)時(shí)間成像結(jié)果中，能量弧的位置較實(shí)際采空區(qū)位置偏后，而且對(duì)采空區(qū)后界面的刻畫(huà)不清晰，這主要是因?yàn)樯渚€(xiàn)追蹤法獲取的初至?xí)r間不準(zhǔn)確所致。此外，在最大振幅成像結(jié)果中出現(xiàn)了局部區(qū)域的能量弧錯(cuò)段現(xiàn)象，這是由于在逆?zhèn)鞑▓?chǎng)延拓過(guò)程中，采空區(qū)引起的繞射波會(huì)使局部區(qū)域的波場(chǎng)振幅值累加畸變，導(dǎo)致成像過(guò)程中最大振幅拾取不準(zhǔn)，成像出現(xiàn)偏差。可見(jiàn)，互相關(guān)成像結(jié)果精確度最高，成像弧具有很好的 連續(xù)性，但是受到很?chē)?yán)重的低頻噪聲干擾。

2.3 破碎帶模型

為測(cè)試地震波逆時(shí)偏移成像對(duì)于軟弱破碎帶的刻畫(huà)效果，本研究構(gòu)建了如圖1（d）所示的破碎帶模型。破碎帶位于巷道前方70 m處，傾角近乎垂直，其中介質(zhì)主要是軟巖，波速為2 500 m/s；同時(shí)其中還包含破碎石塊，波速3 500 m/s，總計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為0.18 s。相比前兩個(gè)模型，破碎帶模型的成像結(jié)果中干擾更多，能量弧呈現(xiàn)連續(xù)不規(guī)則狀，盡管破碎帶的第一個(gè)界面能夠被準(zhǔn)確刻畫(huà)，但是破碎帶中產(chǎn)生的強(qiáng)烈繞射掩蓋了后界面的成像（圖4）。在3種成像條件中，互相關(guān)成像對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造的刻畫(huà)效果最好，與此同時(shí)，激發(fā)時(shí)刻成像不準(zhǔn)以及最大振幅成像中的界面錯(cuò)斷現(xiàn)象在復(fù)雜模型中也顯得更為明顯。

2.4 綜合復(fù)雜模型

為測(cè)試互相關(guān)成像對(duì)于真實(shí)復(fù)雜工程環(huán)境的適應(yīng)能力，本研究構(gòu)建了如圖1（e）所示的綜合復(fù)雜模型。模型中包含多條斷層，溶洞，以及一條破碎帶。互相關(guān)成像對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造的刻畫(huà)優(yōu)勢(shì)十分突出，成像結(jié)果（圖5）中的背景干擾最小，而且成像結(jié)果不僅準(zhǔn)確地刻畫(huà)了每一條斷層分界面的位置，也勾勒出了溶洞乃至細(xì)小破碎巖塊的大體輪廓，但同樣的，互相關(guān)成像結(jié)果中低頻噪聲干擾最為嚴(yán)重（低頻噪聲的干擾程度與成像模型復(fù)雜程度呈正相關(guān)）。最大振幅成像盡管也能較為準(zhǔn)確地反映出不良地質(zhì)體的位置，但是由于錯(cuò)斷現(xiàn)象造成了嚴(yán)重的成像分塊，成像結(jié)果連續(xù)性很差。盡管受低頻噪聲影響最小，但激發(fā)時(shí)刻成像結(jié)果依然存在不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，背景噪聲也很強(qiáng)。

綜上分析可知：互相關(guān)成像條件在各種模型中都有最好的成像效果。為了更全面地對(duì)比3種成像條件的特點(diǎn)，進(jìn)一步從計(jì)算速度、占用存儲(chǔ)量等方面進(jìn)行了討論。以破碎帶模型為例，相關(guān)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可知：互相關(guān)成像條件計(jì)算用時(shí)最長(zhǎng)，內(nèi)存占用量最大，但是成像精度最高。激發(fā)時(shí)刻成像實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、速度快、對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求小，但是僅適用于簡(jiǎn)單構(gòu)造成像。由于巷道環(huán)境觀(guān)測(cè)空間狹小，干擾較大，并且巷道前方不良地質(zhì)體通常較為復(fù)雜，因此，互相關(guān)成像條件更能滿(mǎn)足巷道地震波逆時(shí)偏移成像的需求，后續(xù)測(cè)試分析將基于互相關(guān)成像條件進(jìn)行。

3 低頻噪聲壓制方法

通過(guò)數(shù)值算例可以看出，礦山巷道（隧道）地震波逆時(shí)偏移成像可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)挖面前方不良地質(zhì)構(gòu)造的準(zhǔn)確刻畫(huà)，但是成像結(jié)果都受到低頻噪聲干擾（互相關(guān)成像條件受到的干擾最為嚴(yán)重）。低頻噪聲的本質(zhì)是正傳波場(chǎng)矢量與逆?zhèn)鞑▓?chǎng)矢量之間的夾角大于一定角度時(shí)所產(chǎn)生的無(wú)明確物理意義的相關(guān)成像結(jié)果。它具有近距離淺層能量強(qiáng)，隨成像深度增加而逐漸減小的特點(diǎn)，在成像結(jié)果中呈現(xiàn)低頻率的特征。具體產(chǎn)生機(jī)理如圖6所示。圖中，A點(diǎn)為真實(shí)的成像點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)是隨機(jī)選取的低頻噪聲的產(chǎn)生點(diǎn)，箭頭表示波場(chǎng)的傳播路徑。根據(jù)逆時(shí)偏移采用的時(shí)間一致性原理，滿(mǎn)足正傳波場(chǎng)旅行時(shí)tS和逆?zhèn)鞑▓?chǎng)旅行時(shí)tR之和等于地震波走時(shí)T的點(diǎn)都是成像點(diǎn)（A、B、C點(diǎn)均滿(mǎn)足此條件）。

根據(jù)低頻噪聲產(chǎn)生機(jī)理，可以從兩個(gè)方面改進(jìn)傳統(tǒng)互相關(guān)成像條件，壓制低頻噪聲：①在波場(chǎng)延拓過(guò)程中避免背向反射的產(chǎn)生，即消除圖5中的虛線(xiàn)部分，從而阻止虛成像點(diǎn)B點(diǎn)、C點(diǎn)出現(xiàn)；②在最終成像過(guò)程中選擇傳波場(chǎng)矢量與逆?zhèn)鞑▓?chǎng)矢量之間小夾角部分進(jìn)行成像。第2類(lèi)方法與第1類(lèi)方法相比，保留了雙程波動(dòng)方程的“雙程性”，也保留了原始波場(chǎng)的物理意義和地質(zhì)意義。下文將針對(duì)目前幾種最常用的第2類(lèi)低頻噪聲壓制方法進(jìn)行分析。

3.1 低頻噪聲壓制方法原理

3.1.1 互相關(guān)成像條件

震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償法又稱(chēng)震源歸一化互相關(guān)成像條件，通過(guò)對(duì)常規(guī)逆時(shí)偏移結(jié)果進(jìn)行最小平方濾波，提高成像的信噪比，壓制低頻噪聲，表達(dá)式為

式中，S(x ,z)和R(x ,z)分別為正傳波場(chǎng)及逆?zhèn)鞑▓?chǎng)場(chǎng)值。

由式（5）可知：震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償法的本質(zhì)是對(duì)常規(guī)互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行振幅補(bǔ)償。震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可以增強(qiáng)逆時(shí)偏移對(duì)深部構(gòu)造的成像效果。由于進(jìn)行了歸一化處理，利用該方法所得的成像結(jié)果具有一定的保幅性。但這種補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上偏離了最小平方嚴(yán)格意義下的解，該方法只能在一定程度上壓制低頻噪聲，所謂的保幅性也比較局限。

3.1.2 Laplace濾波法

Laplace濾波法也稱(chēng)二維濾波，是一種比較成熟的圖像濾波處理方法，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易。二維圖像下，Laplace濾波器的表達(dá)形式為

Laplace濾波的本質(zhì)是對(duì)成像剖面的角度衰減。將Laplace濾波器直接作用于原始成像結(jié)果I(x ,z)，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻噪聲的壓制，得到濾波后的圖像I'(x ,z)。然而，Laplace濾波法存在一定的缺陷，如會(huì)造成像結(jié)果振幅和極性改變引入高頻噪聲等。

3.1.3 Poynting矢量法

低頻噪聲主要出現(xiàn)在正傳波場(chǎng)矢量與逆?zhèn)鞑▓?chǎng)矢量之間夾角較大的情形，因此可以利用角度衰減因子在互相關(guān)成像過(guò)程中選擇小角度成像，從而壓制低頻噪聲，公式為

式中，ω(θ)為示角度衰減因子。

2006年，YOON等提出了利用能流密度矢量（Poynting矢量）計(jì)算角度衰減因子ω(θ)的方法［18］：

式中，θ為正傳波場(chǎng)與反傳波場(chǎng)之間的夾角，（°）；θmax為一個(gè)人工設(shè)置的角度閾值，θ可按下式求取

式中，Ps和Pr分別為正傳波場(chǎng)和逆?zhèn)鞑▓?chǎng)的Poynting矢量。

可見(jiàn)，Poynting矢量去噪法十分依賴(lài)于角度閾值的選擇（在隧道環(huán)境下，角度閾值一般設(shè)置為45°）。與Laplace濾波法相比，Poynting矢量具有明確的物理意義，因此它不會(huì)改變波場(chǎng)的原有特征，但由于需要求取各個(gè)波場(chǎng)分量的Poynting矢量場(chǎng)，無(wú)疑增大了計(jì)算量和存儲(chǔ)需求。

3.2 去噪效果對(duì)比

為確定最優(yōu)的低頻噪聲壓制策略，基于破碎帶模型對(duì)比分析各種低頻噪聲壓制方法在礦山巷道（隧道）地震波逆時(shí)偏移成像中的應(yīng)用效果。圖7顯示了4種低頻噪聲壓制方法對(duì)應(yīng)的RTM成像結(jié)果。分析可知：傳統(tǒng)的互相關(guān)成像中包含大量的低頻噪聲（圖7（a））?；谡鹪床▓?chǎng)照明補(bǔ)償?shù)幕ハ嚓P(guān)成像結(jié)果（圖7（b））在一定程度上壓制了低頻噪聲，也增強(qiáng)了礦山巷道（隧道）逆時(shí)偏移對(duì)開(kāi)挖面正前方異常體的刻畫(huà)能力（白框區(qū)域）。但是在歸一化過(guò)程中，該方法會(huì)引起巷道邊墻震源點(diǎn)附近波場(chǎng)值的異常。從去噪效果上來(lái)看，Poynting矢量去噪法和Laplace濾波法的去噪效果都比較明顯，但是Laplace去噪會(huì)改變成像結(jié)果原有的物理意義，出現(xiàn)能量弧極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，影響后續(xù)的構(gòu)造解譯工作。此外，Laplace去噪過(guò)程中還會(huì)引入多余的高頻噪聲（白色放大框中破碎巖石周?chē)募?xì)小亮線(xiàn)）。將震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償法和Laplace去噪法相結(jié)合，可以在克服巷道周?chē)▓?chǎng)值畸變的同時(shí)，保留震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償法對(duì)于深層構(gòu)造的增強(qiáng)能力，但是由Laplace濾波而引起的問(wèn)題仍然存在。此外，基于震源波場(chǎng)照明補(bǔ)償?shù)幕ハ嚓P(guān)成像結(jié)果是對(duì)互相關(guān)成像結(jié)果進(jìn)行了歸一化處理，在一定程度了恢復(fù)了真實(shí)波場(chǎng)振幅強(qiáng)度的相對(duì)大小，改善了互相關(guān)成像的保幅性。

4 結(jié)論

（1）將逆時(shí)偏移成像理論用于礦山巷道（隧道）地震波勘探可以較精確地刻畫(huà)開(kāi)挖面前方不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在礦山巷道（隧道）逆時(shí)偏移成像過(guò)程中，選用合適的成像條件和低頻噪聲壓制方法是獲取高質(zhì)量成像結(jié)果的關(guān)鍵，通過(guò)構(gòu)建幾種典型的不良地質(zhì)體模型進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，認(rèn)為基于Poynting矢量法的逆時(shí)偏移互相關(guān)成像條件更適用于礦山巷道（隧道）狹小空間環(huán)境下的地震波逆時(shí)偏移成像，可獲取更精確、清晰的成像結(jié)果。分析結(jié)果為逆時(shí)偏移成像在礦山巷道（隧道）地震波超前探測(cè)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

（2）在利用Poynting矢量去除互相關(guān)成像結(jié)果中的低頻噪聲時(shí)，角度衰減區(qū)間的選擇將直接影響最終去噪效果。目前的方法只能根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況以及不同的觀(guān)測(cè)方式做出人為判斷，未來(lái)可以考慮將人工智能方法引入其中，利用數(shù)據(jù)挖掘方式來(lái)確定最合適的角度衰減區(qū)間。此外，還可以利用GPU并行的方式來(lái)提高互相關(guān)成像條件的運(yùn)算速度。