◇重慶科技學(xué)院 于滕飛 宋憲新 李智昊 唐 然

在地震野外勘探中，幾乎不可能完全避免外界的干擾。由于干擾產(chǎn)生的波形的存在嚴(yán)重影響了地震數(shù)據(jù)的信噪比和可分辨程度，對地震數(shù)據(jù)帶來了嚴(yán)重影響，使得后續(xù)解釋工作非常困難。因此，本文對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解釋，采用F-K濾波衰減、疊前相干壓制、疊前隨機(jī)噪聲衰減、自適應(yīng)高頻噪音衰減處理過程后，有效的去除了非線性干擾波，提高了地震資料的分辨能力。

1 非線性干擾波基本特征

非線性干擾波主要有兩種，一種為非線性物理干擾波，一種為由于有限變形所產(chǎn)生的幾何非線性干擾波。這兩種非線性干擾波在地震剖面上具體表現(xiàn)為波形突然突陡，進(jìn)而導(dǎo)致波形的破壞。這是與線性干擾波的不同。但由于耗散效應(yīng)這類現(xiàn)象常常伴隨出現(xiàn)，它能使波形平緩，阻止追趕現(xiàn)象發(fā)生，這也讓非線性干擾波的影響大大降低，并穩(wěn)定的傳出光滑且陡峭的波形。沖擊波和羅素水波的產(chǎn)生原因是非線性干擾波受到幾種相互抑制的效應(yīng)（和彌散效應(yīng)、耗散效應(yīng)）而產(chǎn)生的向一定的方向穩(wěn)定的行進(jìn)的波。特別是羅素水波，它有許多有趣的特性：羅素水波在形成過程中能量不斷集聚，在性質(zhì)均勻的介質(zhì)中時(shí)，形態(tài)和速度也不發(fā)生變化，振幅也不發(fā)生衰減；羅素水波在行進(jìn)過程中，與其他羅素水波撞擊后，波形、速度、幅值均保持不變，呈現(xiàn)出猶如微觀物理學(xué)中粒子的行為，因此我們也稱其為孤粒子[1]。

2 非線性干擾波處理方法

2.1 定義觀測系統(tǒng)

（1）加載SPS數(shù)據(jù)。啟動(dòng)Geometry中的SPS，選擇對應(yīng)的SPS數(shù)據(jù)，格式版本為SPS Rev2.1。

（2）面元化。先對數(shù)據(jù)表經(jīng)行檢查，確認(rèn)檢查結(jié)果無誤后，再對SPS數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，并進(jìn)行網(wǎng)格化參數(shù)設(shè)置。對觀測系統(tǒng)網(wǎng)格化設(shè)置后，再進(jìn)行面元化（Bin）操作，運(yùn)行結(jié)束后，更新數(shù)據(jù)庫，該線束觀測系統(tǒng)定義完畢，查看覆蓋次數(shù)圖。

（3）觀測系統(tǒng)檢查。定義觀測系統(tǒng)時(shí)，需對輸入的地震數(shù)字資料進(jìn)行檢查。檢查位置是否符合設(shè)計(jì)，覆蓋次數(shù)是否符合要求。

由于地震記錄上的噪聲干擾是隨機(jī)的，也就是隨機(jī)干擾，這樣的噪聲難以識別，特征表現(xiàn)很雜亂，但是我們可以根據(jù)有效信號的相關(guān)性，在不對有效信號的破壞下，根據(jù)有效信號的特征運(yùn)用減去法來實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)噪聲的去除。根據(jù)此原理可采用如下方法對非線性干擾波進(jìn)行處理。

2.2 F-K濾波處理

FK濾波即是二維濾波，二維濾波是建立在二維傅氏變換的基礎(chǔ)上的，頻率波數(shù)譜函數(shù)U（f，k）可使用二維傅氏變換得到[2]：

這個(gè)公式表明，該信息的頻譜是幾個(gè)頻率波數(shù)分量加疊形成的，對頻波圖的基本特征做些介紹：①測線方向的傳播速度值是固定值的任一平面，過原點(diǎn)的相同方向射線是為該頻率波。②在固定的情況下，增大波數(shù)則在時(shí)間剖面上的傾角隨之增大。③相同射線，射線斜率越大，視速度越大。由于實(shí)際生產(chǎn)中輸入、輸出都是以時(shí)間剖面的形式出現(xiàn)，頻率波數(shù)域?yàn)V波應(yīng)按照下列步驟實(shí)施[3]。

圖1 頻率波數(shù)域?yàn)V波流程圖

2.3 頻率濾波處理

對于頻率濾波法，小波變換可以清晰、簡潔的實(shí)現(xiàn)。小波變換原理為：地震信號的連續(xù)小波變換在時(shí)間域定義為：

式中：a為尺度因子，b為時(shí)移因子，w(t)函數(shù)稱為母小波。小波基函數(shù)由不相同的a和b組成：，小波的反變換為[4]：

小波變換在頻率域可以表示為：

對比可知，在頻率確定的平穩(wěn)信號去除噪聲時(shí)，F(xiàn)ourier變換的效果要略好于小波變換。信號的頻率因時(shí)間變化而變化，這是因?yàn)樵撔盘柌皇瞧椒€(wěn)的，所以采用頻率濾波和變換去除噪聲很容易丟失掉原信號中有用的成分[5]。

2.4 相關(guān)濾波處理

地震記錄與地震子波的互相關(guān)就等于地震子波a(t)的自相關(guān)，自相關(guān)函數(shù)的極大值出現(xiàn)在50 ms處，說明在地震記錄x(t)上50 ms處有一個(gè)信號a(t)出現(xiàn)，與a(t)波形對齊。所以通過地震子波與地震記錄的互相關(guān)可以從地震記錄x(t)上檢測出有效信號a(t)的到達(dá)時(shí)刻，即相關(guān)濾波。本次處理主要研究中值相關(guān)濾波處理。在地震記錄中，我們把有效波、規(guī)則干擾波這樣的具有顯著干涉現(xiàn)象的波看做是一種相干信號[6]。我們可以在理想情況下沿著某一組相干信號的同向軸取數(shù)，在有限區(qū)域內(nèi)，將獲得的一個(gè)樣點(diǎn)序列看做一個(gè)常數(shù)序列。實(shí)際地震記錄中，干擾波以震源或外界產(chǎn)生的相干噪聲、隨機(jī)噪聲、以及許多不同視傾角的相干信號的形式同時(shí)存在。在我們預(yù)測的某一個(gè)視傾角的相干信號之外的其他相干信號都可看做是隨機(jī)噪聲。

3 處理效果分析

3.1 振幅分析

（1）單道振幅分析。利用Surouce analysis對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行單道振幅分析，本次課設(shè)拾取第56炮第61道進(jìn)行振幅分析（圖2單道振幅分析），在淺層地震道振幅能量較高，在500 ms左右振幅能量達(dá)到最大，最大值為1005。在500 ms之后振幅能量發(fā)生劇減，在1030 ms之后，振幅能量減小緩慢，能量變化趨勢平緩?？傮w能量較低，分析其原因可能是地震波在傳播過程中由于地層吸收衰減，地震道又遠(yuǎn)離炮點(diǎn)能量接收較低[4]。

圖2 單道振幅分析圖

圖3 多邊形窗口振幅分析

（2）多邊形窗口振幅分析。本次拾取是第1炮和第56炮的淺層多邊形窗口振幅分析。拾取道：43-96道。從拾取的第1炮中（圖多邊形窗口振幅分析上）可知：地震道增加振幅能量呈先減小后增大的趨勢。振幅能量變化范圍不大，大部分在440～550之間，大致在200動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)。從在拾取的第56炮窗口振幅（圖多邊形窗口振幅分析下）中可知：隨著地震道記錄的深度增加，有效波與干擾波振幅均出現(xiàn)降低。

3.2 頻譜分析

（1）單道頻譜。使用Spectrum Analysis功能對地震道進(jìn)行頻譜分析，選用Single trace Spectrum對炮點(diǎn)單道頻譜分析。如圖4對第一炮第64道的分析，主頻大小為13.62Hz，振幅能量最大值為157，最小值為0.09。有效帶寬在0-20Hz范圍內(nèi)。頻率在80Hz時(shí)振幅能量變大，這有可能是受到線性噪聲干擾的緣故。

圖4 單道頻譜拾取

（2）多道頻譜。使用Spectrum Analysis功能對地震道進(jìn)行頻譜分析，選用Multi trace Spectrum對炮點(diǎn)單道頻譜分析。如圖5拾取第一炮第170-187道的頻譜，可知：振幅能量總體呈先增大后減小的趨勢，頻率在35 Hz以后振幅能量大小減小緩慢，主頻為13 Hz，有效帶寬在6 Hz～35 Hz范圍內(nèi)，有效帶寬較大。振幅能量最大值為96，最小值為0.04。

圖5 多道頻譜拾取

（3）窗口頻譜分析。使用Spectrum Analysis功能對地震道進(jìn)行頻譜分析，選用Windows of single trace對炮點(diǎn)單道窗口頻譜分析以及Windows of multi-traces炮點(diǎn)多道窗口頻譜分析。使用單道窗口拾取頻譜（見圖6），第一炮第152道1200 ms～1650 ms，主頻為15.38 Hz，有效帶寬較窄。振幅能量最大值為25，振幅能量較小，大部分能量集中在3左右。使用多道窗口拾取頻譜（見圖7），可以識別多個(gè)道的窗口頻譜，本次拾取窗口共16個(gè)地震道，主頻為14.42 Hz，有效帶寬在11.78 Hz～16.18 Hz范圍內(nèi)，有效帶寬較窄。振幅能量在0.4～14.4之間。

圖6 窗口頻譜拾?。▎蔚来翱陬l譜）

圖7 窗口頻譜拾?。ǘ嗟来翱陬l譜）

從面波衰減處理效果對比圖，可知經(jīng)過面波衰減處理單炮地震剖面面波明顯被壓制，提高了地震剖面的信噪比。

3.3 野值振幅處理

從數(shù)據(jù)樹中打開野值衰減處理后的數(shù)據(jù)，在GeoSeismicView窗口空白處單擊右鍵，勾選datalist，雙擊左鍵其中野值衰減前的數(shù)據(jù)，調(diào)整顯示參數(shù)，進(jìn)行噪聲衰減對比分析。

圖8 野值振幅衰減處理對比圖（處理前）

圖9 野值振幅衰減處理對比圖（處理后）

從圖野值振幅衰減處理對比圖中，可知野值振幅去除處理將上一步的面波衰減處理中面波噪聲較大的地震剖面進(jìn)一步壓制處理，面波噪聲得到進(jìn)一步的有效控制。淺層規(guī)則干擾波衰減嚴(yán)重，中、深層面波近消失，去噪效果較好。

3.4 非線性噪聲衰減

從數(shù)據(jù)樹中打開非線性噪聲處理后的數(shù)據(jù)，在GeoSeismic View窗口空白處單擊右鍵，勾選datalist，雙擊左鍵其中非線性噪聲處理前的數(shù)據(jù)，調(diào)整顯示參數(shù)，進(jìn)行噪聲衰減對比分析。非線性干擾壓制前后對比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過疊前非線性干擾壓制處理的地震資料中規(guī)則干擾波被濾除。

圖10 非線性噪聲衰減處理對比圖（處理前）

圖11 非線性噪聲衰減處理對比圖（處理后）

4 結(jié)論

處理前的數(shù)據(jù)顯示效果較差，同相軸不夠明顯且中間有明顯的干擾波，對后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理解釋有明顯影響，經(jīng)過F-K濾波衰減、疊前相干壓制、疊前隨機(jī)噪聲衰減、自適應(yīng)高頻噪音衰減處理過程后，有效的去除了非線性干擾波突出了有效波，所得水平疊加剖面圖同相軸顯示清晰且連續(xù)較好，能夠較好的展示出底層的構(gòu)造樣貌，提高了地震資料的分辨能力。使用此次的處理流程、方法能明顯的壓制非線性干擾波，達(dá)到處理目的及要求。