吳希光 李志榮 張曉斌 魏文閣 吳元

中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司

復(fù)雜地區(qū)地震資料低信噪比的原因及對策（三）
——表層散射波壓制的技術(shù)方法

吳希光 李志榮 張曉斌 魏文閣 吳元

中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司

在對散射波的形成機(jī)制、性質(zhì)、形態(tài)特征以及對記錄信噪比的影響進(jìn)行深入分析、歸納的基礎(chǔ)上，對散射波的壓制提出了相對全面的、可操作性強(qiáng)的實(shí)用方法。研究表明：散射源分布的三維性導(dǎo)致了散射干擾的普遍性和橫向干擾的嚴(yán)重性；地形地勢與散射強(qiáng)度有密切關(guān)系；激發(fā)條件和接收條件兩者都很重要，很多條件下改善接收技術(shù)應(yīng)作為首選方法；改善復(fù)雜地區(qū)資料信噪比是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包括對接收條件的重要性認(rèn)識和全過程若干技術(shù)措施的采取。同時(shí)還認(rèn)為：所歸納的“九避九就”較全面地體現(xiàn)了“避強(qiáng)就弱（散射波）”的基本思想，可作為測線位置設(shè)計(jì)的基本原則，同樣可作為激發(fā)、接收點(diǎn)（特別是激發(fā)點(diǎn)）選擇的基本技術(shù)原則；低信噪比地區(qū)資料采集應(yīng)考慮技術(shù)的綜合性；加大檢波器橫向面積組合規(guī)模是基本有效技術(shù)，應(yīng)作為首選方法。這些認(rèn)識與方法技術(shù)對提高復(fù)雜地區(qū)資料信噪比具有指導(dǎo)作用和實(shí)用意義。

復(fù)雜地區(qū) 散射波 壓制方法 信噪比 三維 橫向 干擾 組合

1 對幾個(gè)基礎(chǔ)問題的討論

在具體討論散射波壓制技術(shù)之前，有必要對幾個(gè)問題進(jìn)一步明確和強(qiáng)調(diào)。

1.1 散射源分布的普遍性、三維性，導(dǎo)致橫向干擾的嚴(yán)重性

散射源分布，具有以下基本規(guī)律：①散射源的分布具有普遍性，可以說是無處不在，不同地區(qū)或地段只有散射強(qiáng)度和復(fù)雜程度不同；②散射源的分布是三維的；③對三維空間而言，散射源不在測線比在測線上的概率大，而且往往大得多。

圖1是新疆烏恰某地照片，可以幫助理解上述散射源分布的基本規(guī)律。在戈壁邊緣地段，部分橫向散射源（如橢圓、箭頭所示）比縱向散射源更多、更普遍；在山區(qū)地段，很難像在戈壁邊緣那樣指出某些具體散射源，但可以肯定，那種嚴(yán)重切割的復(fù)雜地形及溝中的第四系堆積（形成不同物性介質(zhì)結(jié)合部的一種類型），到處都可能構(gòu)成散射源或強(qiáng)散射源，在測線兩側(cè)形成復(fù)雜的散射源系統(tǒng)，散射波從四面八方傳向檢波器。

圖1 散射源分布的普遍性和三維性實(shí)地示意圖

圖2是南疆烏什04－237在山上激發(fā)的炮記錄。在山體部分（參看本刊2012年第1期連載文章第一部分圖3－b的照片）［1］，由于地形高陡、溝中第四系堆積分布的復(fù)雜性，形成非常雜亂的干擾背景；山體以左戈壁地段，雖然背景較強(qiáng)，但形態(tài)簡單得多，且其散射源主要為戈壁與巖層結(jié)合部。這也是表層地質(zhì)環(huán)境顯著不同的平緩戈壁和起伏山地散射干擾復(fù)雜程度明顯不同的典型例子，也是復(fù)雜山地強(qiáng)散射干擾的典型實(shí)例。

圖3是圖2的同一測線記錄，但激發(fā)點(diǎn)位置不同。記錄除右邊山地部分波場為一片雜亂背景外，A點(diǎn)以左包含了有關(guān)散射波性質(zhì)的豐富信息：方框①所示的波形基本是線性的，它是測線在戈壁與巖層結(jié)合部附近形成的反向散射；往下三角形②中的散射波形態(tài)逐漸變?yōu)殡p曲型的，說明存在大量橫向散射干擾；由淺到深，雙曲線逐漸變緩，說明對應(yīng)散射源離測線逐漸變遠(yuǎn)；雙曲型散射頂點(diǎn)在測線位置隱約錯(cuò)落不齊，說明散射源在測線的投影點(diǎn)位置不同；這些雙曲線“既清晰又模糊”，說明互有干擾。上述現(xiàn)象較全面地體現(xiàn)了散射波的基本形態(tài)特征，這是“散射源不在測線上的概率比在測線上的概率大得多”的一個(gè)典型實(shí)例。

圖3 橫向嚴(yán)重散射干擾實(shí)例圖

圖2 山上激發(fā)接收記錄的復(fù)雜特征圖

由圖3的在較簡單條件下所表現(xiàn)橫向干擾的嚴(yán)重性，可以幫助理解由圖2的AB山地段干擾的嚴(yán)重性、復(fù)雜性，進(jìn)而理解復(fù)雜地區(qū)導(dǎo)致低信噪比的根本原因。

在復(fù)雜地區(qū)，散射源分布的普遍性、三維性和復(fù)雜性，導(dǎo)致橫向干擾的嚴(yán)重性是具有普遍意義的結(jié)論。

1.2 地形地勢與干擾強(qiáng)度的關(guān)系

為了方便，大體分為高地勢、復(fù)雜起伏地形、綜合型（高地勢與復(fù)雜起伏地形同時(shí)存在）3種基本類型探討與散射強(qiáng)度的關(guān)系［1－2］。

1.2.1 高地勢是強(qiáng)或較強(qiáng)散射區(qū)

實(shí)例分析表明，規(guī)模不大的孤峰，地形比較簡單光滑的寬緩高地勢地段干擾都有明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象。這可能與地震時(shí)樓房高層震動(dòng)大、低層震動(dòng)小類似。石玉成等［3］在黃土塬地區(qū)采用人工爆破研究地震對工程建筑的破壞性影響表明：①地形高差對地震振動(dòng)加速度有放大效應(yīng)，高差越大，上部放大效應(yīng)越明顯；②黃土增厚，地面運(yùn)動(dòng)的峰值加速度增大，振動(dòng)時(shí)間延長；黃土塬邊緣地面運(yùn)動(dòng)的峰值加速度增大，有邊緣效應(yīng)。

圖4是該類型的簡化實(shí)例。圖4－a中，孤峰A、距炮點(diǎn)較遠(yuǎn)的寬緩山包BC干擾明顯較強(qiáng)；隨著炮點(diǎn)右移，圖4－b中孤峰A仍然具有干擾較強(qiáng)的特點(diǎn)，寬緩高地CD干擾明顯較強(qiáng)，整個(gè)BD成強(qiáng)散射區(qū)；再隨炮點(diǎn)右移，圖4－c中的CD段干擾能量進(jìn)一步增強(qiáng)，BC段干擾能量也仍然較強(qiáng)。高地邊緣（B、C、D）成為能量的明顯分界線。AB段雖然干擾也較強(qiáng)，但它本身不是明顯散射源，圖4－a的右傾干擾是由孤峰A附近產(chǎn)生的，而圖4－b的左傾干擾是由B附近產(chǎn)生的。連續(xù)幾炮追蹤干擾及很多實(shí)例表明，高地勢具有散射能量較強(qiáng)的基本特征。

1.2.2 地形復(fù)雜起伏地段，散射能量較強(qiáng)

排列某些地段相對地勢并不明顯較高，但頻繁起伏地形也表現(xiàn)出散射干擾較強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖5是復(fù)雜起伏地形干擾記錄。圖5－a中P點(diǎn)以左為戈壁礫石，對應(yīng)A區(qū)除發(fā)育面波外，干擾很弱；P點(diǎn)以右為小幅度頻繁起伏地形（巖層），對應(yīng)整個(gè)B區(qū)由面波、折射波形成大量散射干擾。圖5－b整個(gè)剖面地形都有不同程度起伏，整張記錄都有較強(qiáng)干擾背景。因起伏幅度不大，兩記錄干擾主要呈“隨機(jī)”形態(tài)。圖5－c中AB段地形起伏增大，相應(yīng)散射干擾也明顯較強(qiáng)（BC段的強(qiáng)干擾可能是由側(cè)面散射源形成的）；CD段雖干擾也較強(qiáng)，但它本身并不是明顯散射源，干擾主要是由C點(diǎn)以左產(chǎn)生的；D以右的復(fù)雜干擾也體現(xiàn)了與地形頻繁起伏相應(yīng)的基本特點(diǎn)。

圖4 塔西南某線高地勢散射強(qiáng)度追蹤分析圖

圖5 復(fù)雜地形的散射干擾記錄圖

1.2.3 高陡山區(qū)是強(qiáng)散射區(qū)

高陡山區(qū)的高地勢與地形頻繁起伏往往是伴生的，它同時(shí)具有高、陡（地形和巖層產(chǎn)狀）、地形和表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜等多重特征，而每種特征都可能成為較強(qiáng)或強(qiáng)散射源，多種不利因素的疊加導(dǎo)致了高陡山區(qū)資料的低信噪比。

圖6是川渝地區(qū)明月峽2009年度的地震記錄，不管是在山上石灰?guī)r還是在山腳低緩地段砂泥巖激發(fā)，山上接收比山下接收記錄信噪比要低得多。事實(shí)上，這類例子很多，眾多學(xué)者對高陡山區(qū)的復(fù)雜干擾都有切身體會(huì)。

圖6 山上與山下激發(fā)、接收對比圖

1.3 厚或超厚低降速帶地區(qū)是強(qiáng)散射區(qū)

之所以說厚低降速帶是強(qiáng)散射區(qū)，是基于以下理由：

1）黃土越厚，加速度放大效應(yīng)越明顯［3］。

2）從塔西南、陜北紅寺堡、甘肅靜遠(yuǎn)等地黃土區(qū)的記錄看，黃土越厚，信噪比越低。厚黃土區(qū)是低信噪比地區(qū)。

3）從喀什、烏什等礫石區(qū)的大量實(shí)際資料看，凡是厚礫石區(qū)都是低信噪比地區(qū)。

4）正演結(jié)果表明，低降速帶越厚，散射干擾越強(qiáng)。

1.4 接收條件與激發(fā)條件同樣重要

不少人認(rèn)為，激發(fā)條件與接收條件相比，激發(fā)條件是主要的。正因?yàn)槿绱?，人們以往在激發(fā)方面所花的功夫比接收方面多得多。對復(fù)雜地區(qū)，在組合激發(fā)的形式、規(guī)模等即使花了較大氣力，但如愿以償?shù)睦雍苌?。研究認(rèn)為，激發(fā)條件和接收條件同樣重要，不同條件下主要矛盾可能轉(zhuǎn)化。

圖7是甘肅靜遠(yuǎn)黃土區(qū)試驗(yàn)記錄。兩個(gè)排列基本正交，一個(gè)沿山埋置，一個(gè)沿溝埋置，分別在交點(diǎn)附近山上和溝中激發(fā)，兩排列同時(shí)接收。由圖7可見，不管是山上還是溝中激發(fā)，山上接收的干擾都明顯較強(qiáng)。

圖7 山上與溝中接受效果對比圖（甘肅靜遠(yuǎn)）

從圖6、圖7及前面大量實(shí)際記錄的分析、討論可見：對類似川中這類地區(qū)，表層結(jié)構(gòu)比較簡單，地勢也比較低緩，不只是激發(fā)條件好，接收條件也要好；在復(fù)雜的低信噪比地區(qū)，而更主要的是由于復(fù)雜的表層結(jié)構(gòu)和地形地貌形成的強(qiáng)散射干擾導(dǎo)致了資料的低信噪比。主要靠改善激發(fā)條件，不足以從根本上解決信噪比問題。從形成低信噪比的根本原因出發(fā)，改善接收技術(shù)占有重要地位。但以前往往把低信噪比主要?dú)w咎于激發(fā)條件差的原因。

2 散射波壓制方法

2.1 選線、選點(diǎn)原則——“九避九就”

通過前兩部分及上述討論，將若干認(rèn)識、概念本著“避強(qiáng)就弱（散射波）”的基本思想，進(jìn)一步歸納成具體的“九避九就”技術(shù)原則，使之變成適用技術(shù)，融合到測線位置設(shè)計(jì)和激發(fā)接收選點(diǎn)工作中。所謂“九避九就”就是“避高就低、避陡就緩、避干就濕、避碎就整、避土就巖、避邊就內(nèi)、避厚就薄，避粗就細(xì)，避繁就滑”，其中前5項(xiàng)，是筆者1985年前后在內(nèi)部技術(shù)文件中總結(jié)的選線定井技術(shù)，一并納入“九避九就”［4］。所謂“避高就低”，就是避高地勢，就低地勢；“避陡就緩”就是避地勢較陡地段，就地勢較緩地段；“避干就濕”就是避表層干燥地段，就潮濕地段；“避碎就整”就是避表層巖層破碎（裂縫、溶洞等）地段，就整塊地段；“避土就巖”就是避表土地段，就巖層出露地段；“避邊就內(nèi)”就是在局部平緩地帶避免外側(cè)，選就內(nèi)側(cè)；“避厚就薄”就是在“避土就巖”不能很好實(shí)現(xiàn)的條件下，避厚低降速帶，就薄低降速帶；“避粗就細(xì)”就是避粗礫石就細(xì)礫石地段；“避繁就滑”就是避開明顯頻繁起伏的鋸齒狀地形，就起伏較小的光滑地段。首先，在測線設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星照片資料，從宏觀上盡力遵循這些原則綜合考慮，作好測線位置優(yōu)選；其次，在微觀上具體確定激發(fā)、接收點(diǎn)位置（特別激發(fā)點(diǎn)）時(shí)，也根據(jù)這些原則，考慮合理的位置偏移。由于近年來已漸廣泛使用衛(wèi)片進(jìn)行測線設(shè)計(jì)，這為“九避九就”原則的具體實(shí)施提供了有利條件。

要指出的是，從散射波的角度看，要“避”的“高、干、碎、土、陡、外、厚、粗、繁”的地段，不僅激發(fā)條件一般較差，而且也往往是散射干擾較強(qiáng)的地段；要“就”的是“低、濕、整、巖、緩、內(nèi)、薄、細(xì)、滑”的地段，不僅一般激發(fā)條件較好，而且也是散射干擾較弱的地段。激發(fā)條件和接收條件具有明顯的相關(guān)性。所以“九避九就”較全面地體現(xiàn)了“避強(qiáng)（散射波）”“就弱（散射波）”的基本思想，可作為測線位置、激發(fā)接收點(diǎn)選擇的技術(shù)原則，基本宗旨就是在選線、定點(diǎn)時(shí)如何降低散射干擾水平。

由以上分析可見，綜合應(yīng)用 “九避九就”原則，可以一舉三得：改善激發(fā)條件，改善接受條件，有利施工。

2.2 加大橫向檢波組合基距問題

前已指出，散射源分布的三維性，導(dǎo)致橫向干擾的嚴(yán)重性，所以對付散射干擾的重點(diǎn)是橫向干擾。前述“九避九就”只能作為選線、選點(diǎn)的基礎(chǔ)性工作，不能替代檢波器的組合技術(shù)，加大橫向檢波組合基距是壓制散射干擾的有效方法。從資料處理角度考慮，縱向線性干擾，處理技術(shù)比較成熟，易于剔除；而對雙曲型干擾經(jīng)疊合后的復(fù)雜形態(tài)，現(xiàn)有處理方法幾乎無能為力。

根據(jù)組合理論，檢波器組合的基本要求是：組合基距（L）在干擾波的傳播方向上要等于大于相干波的最大波長（λmax），即L≥λmax。

關(guān)于組合圖形問題，橫向加大組合基距是基本原則，具體實(shí)施方案，要根據(jù)工區(qū)條件的復(fù)雜程度，每道采用的檢波器串?dāng)?shù)具體設(shè)計(jì)。

關(guān)于加大橫向組合規(guī)模問題，中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司山地分公司已在新疆庫車等復(fù)雜地區(qū)采用了“橫向大組合”檢波技術(shù)，剖面質(zhì)量顯著改善，可以認(rèn)為技術(shù)已趨成熟。

2.3 適當(dāng)放寬組合高差

拉開檢波器橫向組合是目前改善復(fù)雜地區(qū)低信噪比的主要基本出路。而能否拉開，組合高差就成為關(guān)鍵問題。研究認(rèn)為，適當(dāng)放寬道內(nèi)組合高差不僅必要而且是可能的：①解決低信噪比問題始終是第一位的；②縱向分辨率是由有效頻帶寬決定的，設(shè)計(jì)的分辨率不能自然實(shí)現(xiàn)，必須有相應(yīng)信噪比記錄來保證；③低降速帶，隨著深度的增加，總有速度逐漸增大的基本規(guī)律，按地表的低速度去估算組合高差未必完全科學(xué)，況且，在巖層出露區(qū)，低降速帶很薄，速度也不低。組合高差究竟放寬到什么程度合適，很有必要選擇幾種有代表性的地段進(jìn)行專門試驗(yàn)。如果不能通過試驗(yàn)在高差認(rèn)識上有所突破，目前在復(fù)雜山區(qū)的接收方法很難有大的進(jìn)展。

2.4 低信噪比地區(qū)要考慮技術(shù)的綜合性

對低信噪地區(qū)，獲得好資料的難度可能是高訊噪比地區(qū)的數(shù)百倍、上千倍，低信噪地區(qū)的上千次覆蓋不一定有高訊噪比地區(qū)的單次覆蓋資料好，所以要采用綜合性技術(shù)，如結(jié)合下述方法：

1）按“八避八就”基本原則選線。

2）增加檢波器串?dāng)?shù)，加大橫向面積組合規(guī)模。

3）寬線技術(shù)，這是低信噪比地區(qū)提高記錄質(zhì)量的基本有效方法，但是寬線也有組合方向的選擇問題。

3 結(jié)論

1）復(fù)雜地區(qū)，由于散射源分布的三維性與復(fù)雜性，導(dǎo)致橫向散射干擾的嚴(yán)重性和記錄背景的復(fù)雜性是具有普遍意義的結(jié)論。

2）高陡山區(qū)，由于高、陡、地形地貌和表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜等多重特征，是強(qiáng)散射區(qū)；地勢不高，但地形頻繁起伏地區(qū)，也是強(qiáng)或較強(qiáng)散射區(qū)。

3）激發(fā)條件和接收條件具有高相關(guān)性，且主要矛盾可能轉(zhuǎn)化。激發(fā)條件好的地區(qū)，是弱散射區(qū)。激發(fā)條件不好的復(fù)雜地區(qū)，是強(qiáng)散射區(qū)，很多“激發(fā)效果不好”，主要是由于強(qiáng)散射干擾，改善接收技術(shù)已轉(zhuǎn)為主要矛盾，且一般應(yīng)作為首選方法。

4）根據(jù)研究所總結(jié)的“九避九就”，可作為測線位置、激發(fā)接收點(diǎn)選取的基本技術(shù)原則，是采集的基礎(chǔ)系統(tǒng)工程。

5）復(fù)雜地區(qū)應(yīng)考慮技術(shù)的綜合性。

6）根據(jù)散射源分布的三維性，加大橫向檢波基距的面積組合，是改善接收技術(shù)的基本有效方法，應(yīng)作為復(fù)雜地區(qū)的首選方法。

至此，前后研究成果是對散射波在理論與實(shí)踐結(jié)合、導(dǎo)致資料低信噪比根本原因在認(rèn)識上的重大進(jìn)展，這些認(rèn)識與散射波壓制技術(shù)方法對提高復(fù)雜地區(qū)資料信噪比有指導(dǎo)作用和實(shí)用意義。

成文過程中得到了中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司的支持和關(guān)心，在此表示衷心感謝！

［1］吳希光，李亞林，張孟，等.復(fù)雜地區(qū)地震資料低信噪比的原因及對策（一）——表層散射波是導(dǎo)致地震資料低信噪比的根本原因［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（1）：27－32.

［2］吳希光，李志榮，李正佳，等.復(fù)雜地區(qū)地震資料低信噪比的原因及對策（二）——表層散射波的基本性質(zhì)及形態(tài)特征［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（2）：38－42.

［3］石玉成、王蘭民，林學(xué)文.黃土場地的爆破地震振動(dòng)效應(yīng)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（11）：1933－1938.

［4］楊志超，吳希光.復(fù)雜地區(qū)地震資料采集方法研究［R］.成都：川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司，2010.

Causes of and solutions to a low signal－to－noise ratio of seismic data in complex areas，PartⅢ：Technical methods of surface scattered wave suppression

Wu Xiguang，Li Zhirong，Zhang Xiaobin，Wei Wenge，Wu Yuan
（Geophysical Exploration Company of Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610213，China））

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 3，pp.57－61，3／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Some practical methods for scattered wave suppression are presented based on the detailed analysis of causes，properties and geometrical characteristics of scattered waves as well as influential factors of signal－to－noise ratio（SNR）of seismic data.The three dimensional nature of source distribution of scattered waves determines the universality of scattered wave interference and the severity of horizontal interference.The scattering strength is closely related to topography and morphology.Both shooting and receiving conditions are equally important and the priority should be given to the technologies for improving receiving conditions in many cases.The improvement of SNR of seismic data in complex areas is a systematic process including the understanding of the importance of receiving conditions and the implementation of corresponding technical measures.Some basic principles are proposed for seismic line emplacement and the selection of shooting and receiving points.Integrated techniques should be applied to seismic acquisition in complex areas where SNR is low.Enlarging area－array of receivers is an effective technique to which priority should be given.These understandings and methods are of great significance to the improvement of SNR of seismic data in complex areas.

complex area，scattered wave，suppression，SNR，3D，lateral，interference，array

吳希光，1940年生，高級工程師；長期從事地球物理勘探方法等研究工作，享受國務(wù)院政府特殊津貼。地址：（610213）四川省成都市華陽鎮(zhèn)華陽大道一段1號。電話：（028）85608302。E－mail：wuxiguang＿sc＠163.com

吳希光等.復(fù)雜地區(qū)地震資料低信噪比的原因及對策（三）——表層散射波壓制的技術(shù)方法.天然氣工業(yè)，2012，32（3）：57－61.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.013

（修改回稿日期 2012－01－11 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.013

Wu Xiguang，senior engineer，born in 1940，has long been engaged in research of geophysical exploration.

Add：No.1，Sec.1，Huayang Street，Huayang County，Chengdu，Sichuan 610213，P.R.China

Tel：＋86－28－8560 8302 E－mail：wuxiguang＿sc＠163.com