[科普中國]-干擾波

地震勘探中妨礙分辨有效波的振動都屬于干擾波(noise)。干擾波大體上可分為兩種：其中具有明顯傳播規(guī)律的稱為規(guī)則干擾或干擾波，如聲波、面波、多次波等等，沒有明顯傳播規(guī)律性的振動稱為隨機干擾，或簡稱干擾，如微震等?？垢蓴_的問題是關系到地震勘探中提高勘探的質量和能力的極其重要的問題。因此，在野外工作和資料處理上采用多種措施，以提高有效波而壓制干擾波。干擾波有時也是相對的概念，如在反射法中、折射波就常被當成干擾波。

干擾波分類影響地震資料質量的因素很多，有噪聲干擾，有采集方法本身的缺陷，有激發(fā)與接收因素。復雜地質構造、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(qū)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(qū)，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。

在地震資料采集中，根據(jù)噪聲形成不同可以將噪聲分為系統(tǒng)噪聲、環(huán)境噪聲和激發(fā)噪聲。

(1)系統(tǒng)噪聲：儀器的熱噪聲。

(2)環(huán)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（云層放電、太陽黑子、地磁異常等）和人工電磁（50Hz工業(yè)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(fā)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；后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(fā)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(jù)噪聲的數(shù)據(jù)特征，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(guī)則干擾波和非規(guī)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，野外資料采集和資料處理中，壓制的方法也有區(qū)別。相干噪聲與非相干噪聲在地震記錄上的區(qū)別通常與采集參數(shù)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(fā)現(xiàn)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，非相干噪聲的特征會體現(xiàn)出來，非相干噪聲在道與道之間沒有相似處，根據(jù)相鄰道的特征不能預測另外一道非相干噪聲的特征。在實際地震資料采集中，道與道之間的距離大于非相干噪聲的相干半徑，采集記錄上容易區(qū)分它們。

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?？梢苑譃槟芰炕旧涎厮椒较騻鞑ズ湍芰炕旧弦源怪狈较虻竭_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復性。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(guī)則的干擾背景；它具有空間隨機性，有的可以重復出現(xiàn)，有的不可以重復出現(xiàn)。由近地表地質異常體和不均勻散射體造成的，如小規(guī)模斷層、卵石等產生，可以重復出現(xiàn)，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。不可重復的隨機噪聲可以是由于風吹草動或者由于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。

干擾波成因及其特征分析在地震勘探中，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”，有頻散特征，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?zhèn)鞑ァ?/p>

在地震勘探中，只要激發(fā)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

式中：為瑞利波的速度；k為瑞利波的波數(shù)。給定地面一點，質點的運動軌跡是一個在平面上的橢圓，質點沿橢圓軌跡逆時針方向運動。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，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。疏松地層中面波的速度要小于堅硬地層中的面波速度。當激發(fā)條件為淤泥時，記錄上面波表現(xiàn)為低速和低頻（與相鄰正常地區(qū)如黏土區(qū)激發(fā)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(fā)藥量、激發(fā)巖性、激發(fā)深度，以及表層地震地質條件有關。在厚黃土、淤泥及沙漠區(qū)激發(fā)時，地表巖性的泊松比接近0.5，地震激發(fā)能量主要消耗在對圍巖的破壞上，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。疏松的低速層中激發(fā)，面波能量相對加強；在淺層中激發(fā)，特別是潛水面以上激發(fā)時，由于低降速度層的風化作用，地層疏松，速度較低，激發(fā)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(fā)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(fā)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?guī)r和砂巖中激發(fā)記錄與面波分析圖。

它們的激發(fā)巖性分別是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)。從圖中可見，在流沙激發(fā)中激發(fā)面波最發(fā)育，黏土中激發(fā)面波相對要弱。

它們的激發(fā)巖性分別是淤泥(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(fā)中激發(fā)面波能量相對強，黏土中激發(fā)面波能量相對弱。

a，b分別是在石灰?guī)r激發(fā)的地震記錄和頻譜圖，石灰?guī)r中激發(fā)面波主頻在10Hz左右，面波能量較強；c，d分別是在砂巖激發(fā)的地震記錄和分頻圖( BPI - 10)，砂巖中激發(fā)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

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(wěn)定，頻率較高，在記錄上延續(xù)的時間短，時距曲線是直線，呈窄帶出現(xiàn)（圖6）。

激發(fā)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(qū)放炮，外界強大聲波干擾源等均能產生聲波。因此，應盡量避免在淺井、淺水池中放炮，同時，采用悶井等措施克服聲波噪聲，悶井放炮也有利于能量下傳。

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(xiàn)的時間與高速度層的埋深、速度等有關。速度越高，出現(xiàn)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(xiàn)來自不同方向，具有不同視速度的干擾波，這種波出現(xiàn)時間不定，可能在淺、中、深層都有，時距曲線呈現(xiàn)直線，頻率與有效波相近，對地震記錄有較大的干擾性，特別是復雜地區(qū)地震勘探。

在復雜地區(qū)，地表的起伏較大，地震波沿側面反射可形成側面波。在地下構造復雜地段，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，可能會使地震記錄復雜化，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(xiàn)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(lián)系，在有的記錄上可能沒有，或者強度很弱。在江漢平原地區(qū)施工此類干擾較少出現(xiàn)。

反射或者強折射波引起地表大的障礙物如大堤等振動，相同于一個次生的震源體，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(xiàn)，會產生次生的直達波、折射波、反射波，使地震記錄復雜化。它的強度與激發(fā)的強度、次生震源體的大小有關。

隨機噪聲隨機噪聲屬于非相干干擾波類型，在地震記錄上，可以出現(xiàn)在所有時間，頻率成分較復雜，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(huán)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(xiàn)“大跳”，有時會干擾多道，影響較大(圖8)。

脈沖感應在地震記錄上，脈沖包含50Hz脈沖感應和尖脈沖兩種，它們可以出現(xiàn)在記錄的任何時間，50Hz脈沖感應可以是50Hz的正弦波形的干擾波和表現(xiàn)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。尖脈沖表現(xiàn)為在記錄的某一時間突然被一脈沖干擾，它與“大跳”的區(qū)別在于脈沖持續(xù)的時間更短，頻帶更寬。

50Hz脈沖感應可能由于大線絕緣程度不夠，在排列上某個環(huán)節(jié)有漏電現(xiàn)象，外界市電干擾源強，如排列過高壓線，變電站附近等，檢波串并方式不合理，儀器接口阻抗不匹配，都可能形成50Hz脈沖感應。尖脈沖則可能是由于自然界的雷電干擾，有外界突然移動排列等(圖9)。

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(xiàn)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。江陵玄武巖發(fā)育區(qū)多次波較發(fā)育，嚴重干擾了目的層的有效信號（圖10）1。

在江陵凹陷采集的地震記錄中，由于地層中存在多層的玄武巖，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，多次波特征明顯1

干擾波調查為了消除干擾波，在干擾波嚴重的地區(qū)，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(guī)律，稱為干擾波調查(noise analysis)。一般采用道距為3-5米的小排列，連續(xù)接收幾個排列，并且不使用混波和濾波，以便清楚地連續(xù)追蹤出各種規(guī)則干擾波。干擾波調查又譯“干擾波研究”、“噪聲分析?！?/p>

本詞條內容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學