（地质工程专业论文）盘河地区随机噪音的研究.pdf

摘要 随着地震勘探技术的不断发展，地震数字处理分离规则干扰波 的手段越来越强，但对压制随机干扰尚没有有力的手段。深层地震 反射波振幅由于透射损失等原因而变得较弱，淹没在随机干扰之中。 因此，随机噪音对地震资料的影响，尤其是对深层地震资料的影响 越来越受到人们的重视。 胜利油田的深层地震勘探是从九十年代初开始的，惠民凹陷的 盘河地区是胜利油田深层攻关的重点区块。由于该区是老油区，中、 浅层油气已得到较好的开发，地面工农业设施较多，而且第四系沉 积较厚，上覆地层的构造复杂，因此，在地震勘探过程中，来自地 表的环境噪音和来自次生的随机干扰对深层资料的影响比较严重。 要提取微弱的深层有效信息，就必须最大限度的降低背景噪音。 与有规律的线性干扰相比，随机噪音没有固定的视频率和视速 度，但在一定的区域范围内，这类干扰又是遵循统计规律的。因此， 深入地调查和分析工区内随机噪音的特征及其与施工因素的关系， 对于更好地指导野外数据采集方法，是具有实际意义的。 本文主要是结合盘河深层试验资料，对该区内随机噪音的特征 及其与施工因素的关系进行了定量的分析和统计，并结合实际资料， 对野外压制随机噪音的方法和效果进行了剖析，对深层地震勘探的 其它工作，尤其是接收条件、激发因素和观测方法的选择起到了一 定的指导作用。 主题词：随机噪音激发接收观测方法 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs e i s m i ct e c h n o l o g y ，m o r e “? a y sa r et a k e n t os e p a r a t et h ei n t e r f e r e n c ew a v ei np r o c e s s i n gc e n t e r ，a sar e s u l t ，m o r e a t t e n t i o na r ed r a w no nt h ei n f l u e n c e o fr a n d o mn o i s eo ns e i s m i cd a t a ， e s p e c i a l l yt h ed a t ao fd e e pl a y e r t h ee x p l o r a t i o no nd e e pl a y e ro fs h e n g l io i lf i e l ds t a r t e di n19 9 0 s ， p a n h ea r e ai nh u i m i nd o w n w r a pi st h em a i na r e ai nu s i n gt h i st e c h n i q u e a si ti sa no l do i la r e a o i ia n dg a si ns h a l l o wa n dm i d d l el a ) 7 e rh a sb e e n w e l ld e v e l o p e d ，m o r ea g r i c u l t u r a la n di n d u s t r i a lf a c i l i t i e sa r eb u i l to nt h e s u r f a c e a sw e l lt h ei n f l u e n c eo ft h i cks e d i m e n t a t i o no fq u a t e m a r ya n d t h ec o m p l i c a t e dg e o l o g i c a ls t r u c t u r eo fu p p e rc o v e r ，m o r ee m 7 i r o n m e n t a l n o i s ea n ds e c o n d a r yr a n d o mi n t e r f e r e n c eg r e a ti n f l u e n c et h ed a t aq u a l i t y t ot a k et h ew e a ke f f e c t i v ei n f o r m a t i o nf r o md e e pl a e r ，w e m u s t a t t e n u a t et h eb a c k g r o u n dn o i s et om i n i m u m c o m p a r e dw i t hn o r m a ll i n e a ri n t e r f e r e n c e ，r a n d o mn o i s e h a sn o c o n s t a n ta p p a r e n tf r e q u e n c ya n dv e l o c i t y ，b u tf o l l o wt h es t a t i s t i c sl a wi n ac e r t a i nr a n g e t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a tp r a c t i c a le v a l u a t i o nt oi n v e s t i g a t e a n da n a l y s e st h er e l a t i o n sb e t w e e nt h ec h a r a c t e ro fr a n d o mn o i s ea n d o p e r a t i o nf a c t o rt ob e t t e ri n s t r u c tt h ef i e l do p e r a t i o n u s i n gt h et e s td a t ai nd e e pl a y e ri np a n h ea r e a t h i sa r t i c l em a k ea q u a n t i t a t i v ea n a l y s e sa n ds t a t i s t i c so nt h er e l a t i o n sb e t w e e nt h ec h a r a c t e r o fr a n d o mn o i s ea n do p e r a t i o nf a c t o ra n dm a k eas t u d yo nt h ee f f e c ta n d m e t h o do fr a n d o mn o i s ea t t e n u a t i o n ，t h er e s u l t w i l lh a v es o m e i n s t r u c t i o no nt h ee x p l o r a t i o ni nd e e pl a y e r ，e s p e c i a ll yi nt h es e l e c t i o no f r e c e i v i n gf a c t o r ，s o u r c ea n da c q u i s i t i o nm e t h o d k e yw o r d s ：r a n d o mn o i s e 。 e x p l o d e ， 盘河地区随机噪音的研究 )亡-1 日l j青 深层油气田是高成熟油气区新增地质储量的重要勘探领域。 根据有关地质资料研究表明，济阳坳陷的东营凹陷、惠民凹陷、 及沾化凹陷的深层油气资源量较大，其中在东营凹陷深层( 3 5 0 0 m 以下) ，石油资源量估计达2 0 亿吨，天然气资源量达1 5 0 0 亿m 3 。 所以，在济阳坳陷进行深层地震勘探技术研究对稳定东部具有现 实意义。 深层地震勘探技术是从九十年代初开始的，它是在油田浅、 中层油气勘探与开发的逐步深入和成熟、急待寻找后备储量的背 景下发展起来的。它是一项系统工程，主要包括三个环节：深层 地震数据采集技术、地震数据处理技术和地震资料解释技术。该 项目研究的关键是，通过各个环节的相互配合，研究如何提高深 层资料的信噪比和改善深层构造成像的技术，最终达到查清深层 构造形态的目的。 国外自埃克森公司和菲利浦公司在墨西哥湾盐下构造获得工 业油气流之后，兴起了盐下深层勘探热。在墨西哥湾等近海成盐 盆地，为寻找油气盖层成功地对复杂盐丘进行了勘探，对盐丘模 型、盐丘生长与沉积的互相作用、成盐盆地解释程序等进行了大 量的研究，主张重力资料与地震资料和钻井资料相结合进行成盐 盆地构造的解释。在国外一些成功的深层勘探中，大多提到了 组合压噪的方法，但没有提到具体的组合形式和理论依据。 第1 页 盘河地区随机噪音的研究 中原油田对东濮凹陷膏盐层及盐下深层的勘探取得了一定的 成果，并在盐下发现了油气田。在东濮凹陷的深层勘探中，也采 用了组合压噪的措施，组合的主要依据是面波的视波长，对环境 噪音对深层信息的影响没有做深入的研究。 胜利油田从9 0 年代初就开始了对深层地震勘探技术的研究。 以往主要是采用大排列、大偏移距和大药量的施工方法，在非城 区等障碍较少的测线段深层剖面信噪比有所改善。但随着工农业 设施的不断增多，大药量已不适应目前的地表条件。同时，环境 噪音对深层地震信号的干扰也显得越来越重要。因此，胜利油田 从1 9 9 8 年开始，逐渐对不同地区的环境噪音进行了一系列的研究。 目前，胜利油田浅、中层油气藏已进入高成熟勘探阶段，要 增储稳产，就必须不断地寻找新的油气藏，深层油气田是高成熟 油气区新增地质储量的重要勘探领域。但制约深层油气勘探的主 要原因是深层地震资料的讯噪比差，深层构造难以落实。因此， 深层地震采集技术的研究对突破深层油气勘探具有重要的意义。 在前期的攻关研究中，发现随机噪音对深层地震资料的品质具有 一定的影响，这在以往的地震勘探中没有引起大家足够的重视。 但在深层地震勘探中，由于来自于深部反射层的地震信息具有能 量弱、频率低的特点，很容易被环境噪音所淹没p 1 。因此，在对 深层震源和观测方式进行研究的同时，对随机噪音进行调查统计， 研究、分析其特征和规律性，采取有效的压制手段，也是提高深 层地震资料信噪比的一条重要途径。 盘河地区随机噪音的研究 借助于盘河地区2 0 0 0 年度的深层地震资料采集项目，通过对 现场试验资料的研究，从理论上对该区随机噪音的特征进行分析， 从而提出合理的压噪措施，使该区深层地震资料的品质得到一定 的改善，促进该区深层地震勘探技术的发展，为进一步开发惠民 凹陷的深层油气资源起到积极的作用，也将为胜利油田带来较大 的经济效益。 惠民凹陷的盘河地区是胜利油田深层攻关的重点区块。由于 该区第四系沉积较厚，表层低降速带的厚度一般在1 0 1 5 m ，因此， 对地震波的吸收、衰减比较严重。另外，济阳坳陷深层勘探的目 标区孔店组及其以下的地层，其波阻抗界面都极不明显。由 于这些因素的影响，使深层有效信号频率偏低，能量极弱，这与 环境噪音在频率内和能量级上都比较接近。因此，要提取微弱的 深层有效信息，就必须最大限度的降低背景噪音。 要压制随机噪音，首先有必要对随机干扰的类型、形成机制 和衰减规律进行研究，通过设计合适的观测方式，在现场对随机 噪音进行详细地调查统计。然后根据各类噪音的特征参数，进行 理论研究，确定合理的压噪方案。最后，通过试验资料的对比分 析，总结出盘河地区随机噪音的特征及其衰减规律，形成一套有 效的调查和压制随机噪音的方法，并推广应用于整个济阳坳陷。 与有规律的线性干扰相比，随机噪音没有固定的视频率和视 速度，但在一定的区域范围内，这类干扰又是遵循统计规律的p 1 。 因此，深入地调查和分析工区内随机噪音的特征及其与施工因素 第3 页 盘河地区随机噪音的研究 的关系，对于更好地指导野外数据采集方法，是具有实际意义的。 本文主要是结合盘河深层试验资料，对该区内随机噪音的特 征及其与施工因素的关系进行了定量的分析和统计，并结合实际 资料，对野外压制随机噪音的方法和效果进行了剖析，对深层地 震勘探的其它工作，尤其是接收条件、激发因素和观测方法的选 择起到了一定的指导作用。 盘河地区随机噪音的研究 第一章盘河地区勘探简况 1 1 盘河地区地震地表条件 盘河地区位于济阳坳陷的惠民凹陷中央隆起带，是新生界下 第三系孔店组地层发育较厚的地区。该区第四系沉积较覃，潜水 面一般在5 8 m ，低降速带的厚度一般在8 一l o m 。 该区属于胜利油田的老油区，位于临盘油田的采油区内。工 区内交通发达，京沪高速公路由北向南纵贯工区。地表除植被以 外，还有较多的工、农业生产设施，给地震采集带来较大的地面 干扰，尤其是地面的抽油机和地下油管线，干扰较为严重。 工区内沟河纵横，除主要的徒骇河以外，还有引黄灌溉工程。 工区内大部分地表岩性为沙土，在徒骇河流域有含沙层较多的泥 沙层，使该区的激发和接收条件存在较大的差异。 1 2 盘河地区地震地质条件 盘河构造位于惠民凹陷的 中央隆起带。该区断裂系统极 其复杂，盘河背斜构造被一条 东西向的临邑大断层一分为二 ( 图1 一1 ) ：该区孑l 店组地层发 育，目前钻遇孔二段的深层探井 只有一口( 盘深l 井) 钻遇地 盘河地区随机噪音的研究 层厚度4 3 5 m ( 未穿) ，暗色泥岩厚度约3 5 m ，暗色泥岩占地层 总厚8 0 5 。从盘深1 井孔二段的录井中，发现了0 5 m 厚的油斑 粉砂岩，由合成记录标定结果及地震资料分析，该构造的主体部 位还未钻遇，深部尚有成层性较好的、类似深湖环境沉积的地层， 且具有较大的厚度( 约4 0 0 m ) ，因此是极具勘探潜力的后备资源。 盘河背斜构造紧临潜在的生油区，同时也不排除有聚积到来自临 南洼陷油气的可能性，是惠民凹陷最为有利的深层目标。 该区反射层视倾角变化较大，东西向最大为i8 。，南北向 最大为2 5 。，地质构造变化极其复杂。区内主要发育有t n 、 t 1 、t 7 、t 8 、t r 、t g 等反射层。各层对应的反射界面为： t n ：相当于n m 底的反射，波组特征明显，双程反射时间在 8 5 0 m s 左右。 t 。：相当于n g 底的反射，波组特征明显，一般有2 3 个强相 位出现，能量较强可连续追踪，双程反射时间在1 4 0 0 m s 左右。 t ，：相当于e k ：顶的反射，双程反射时在2 4 0 0 m s 左右，不稳定， 连续性差，不能连续追踪。 t 。：相当于e k ：上碳质页岩顶的反射，双程反射时在2 8 0 0 m s 左右，不稳定，连续性差，不能连续追踪。 t 。：相当于新生界底不整合面的反射，双程反射时间在3 8 0 0 m s 左右。 t g ：相当于前中生界不整合面的反射，连续性差，双程反射 时45 00 m s 左右。 第6 页 盘河地区随机噪音的研究 各反射层与地震标准层的对应关系见附表。 1 3 盘河地区勘探简史 盘河地区勘探程度较高，在8 0 年代和9 0 年代分别进行过二 维和三维地震勘探，但深层资料的信噪比都很低。通过对三维资 料的构造解释，初步落实了盘河背斜构造的形态，分析了深部烃 源岩的生烃能力，发现了类似深湖环境沉积的地层，确定了深层 勘探的巨大潜力。但由于受现有资料品质的限制，盘河背斜构造 在平面上的展布形态及范围还不太清楚，因此，还需要从采集方 法上进一步研究。 根据该区的综合勘探资料，对该区深层资料品质差的原因进 行了分析，得出如下认识： ( 1 ) 深层勘探的主要目标是孔店组地层。从该区综合录井资 料的自然电位曲线、视电阻率曲线以及岩性剖面图分析，e k - 与e k 2 之间的波阻抗变化不大，因而导致反射界面t 8 的反射系数较小， 而孔店组地层与下覆中生界地层之间属角度不整合接触关系，反 射系数相对较大。这反映在地震记录上，表现为同一炮的t r 反射 能量比t 8 相对要强，而t 8 、t r 的反射能量相对于t o 、t l 又要弱 得多，加上上覆地层的吸收衰减作用和随机噪音的干扰，使t 8 、 t r 的信噪比较弱。这是深层资料品质差的内在因素。 ( 2 ) 在以往的施工方法中。虽然采用了l o k g 的大药量，但 空间采样率和覆盖次数都很低，这对深层资料是很不利的。因为 第7 页 盘河地区随机噪音的研究 当药量增大到一定程度，向弹性波的转换就非常微弱“，而次生 噪音的能量则随着药量的增加而增强。 ( 3 ) 深层资料难以成像的主要原因，除了深层资料信噪比弱 以外，就是深层速度很难求取。在以往的施工方法中，最大炮 检距只有3 l o o m ，这对深层速度的求取是不利的。 ( 4 ) 在以往的采集过程中，对随机噪音的影响认识不够，没 有采取很好的压噪措施，没有很好地保护深层弱信号。 根据以上分析，对盘河地区的随机噪音进行研究分析，进而 寻找出有效的压噪方法，对于提高该区深层资料的信噪比，无疑 是一条有效的途径。 第8 页 盘河地区随机噪音的研究 第二章随机噪音的类型及产生机制 2 1 随机噪音的概念 在地震勘探中，地震剖面的可靠性与地震记录的质量有着直 接的关系。地震数据质量随野外地区的不同而有很大的差别，有 的地区可以得到极好的反射波或绕射波，而在有些地区即使采用 最现代化的采集设备，也很难获得好的有效信息。评价地震记录 质量的一个主要指标是信噪比。通常用信号( s i g n a l ) 来表示记 录上我们期望得到的任何同相轴，其它的都统称为噪音( j o i s e ) 包括由信号干涉而产生的看起来连续的同相轴。信噪比就是地震 记录上指定同一区域内信号与总噪音之间的能量比例一般用 “s n 表示：提高信噪比的途径，一方面是增强有效波的能量 另一方面是衰减噪音的能量。 地震勘探中存在一种特殊的噪音随机噪音，就是人们常 所说的不规则干扰。规则干扰在地震记录上能够出现一些同相轴 而随机噪音在地震记录上通常表现为杂乱无章的振动频谱很宽 无一定的视速度。 对于随机噪音的振幅值，不能用明确的数学关系式来描述 因为各次观测的结果可能不相同无法预测未来时刻的精确值 因此，在数学上一般把随机噪音看作是时间和空间的随机函数 通常使用概率理论来推导它们的性质一。 盘坷地区随机噪音的研究 2 2 随机噪音的分类 地震噪音根据其相干性可分为相f 噪音和非相干噪音。相干 噪音至少可以在一此地震道上追踪出来，如面波、浅层折射波等。 非相干噪音就是随机噪音 之处，除非道距足够小。 且具有确定的统计特性。 般在所有的地震道上都不会有干h 似 随机噪肯并不只是具有不可预测性，而 根据地震噪音的来源，又可 以把随机噪音分为三大类型( 图 2 一i ) ：环境噪音、次生随机噪音 和系统噪音。环境噪音和随机次 生噪音具有较强的随机性，它们 也是影响深层地震勘探的主要 噪音类型。 2 3 随机噪音的产生机制 2 3 1 环境噪音 第1 0 悸1 0 2 5 1 仨 。一蔓 【冬23 喈 蚤坚琦竺 盘河地区随机噪音的研究 环境噪音是工区内与激发 震源无关的其它能量源所产生 的，它与地震激出的地震波同时 被记录下来。它又可以分为两大 类：一类主要来自于风力十扰： 树木、草丛的摇动；建筑物的微 震以及来自地下的地壳微震等 ( 如图2 - 2 ) 。这类噪音的能量一般较小，但受外界条件的影响较 大，常见的是随着风力的增强而增大( 见图2 - 3 ) 。另一类主要来 自于人类的活动及机动设备所带来的震动。这类噪音的能量一般 较大，有时虽然干扰源离工区较远，但可以通过公路、铁路、地 下管线等介质传人工区，通常公路旁边的检波器接收的干扰背景 较大，尽管附近没有车辆( 图2 4 ) 。环境噪音可以采用小道距排 列( 道距一般小于3 m ) 来录制。 2 3 2 次生随机噪音 f 黼； 鬻 盘河地区随机噪音的研究 次生噪音是伴随着震源激发而产生的噪音次生噪音义包括 次生线性干扰和次牛随机干扰。前者主要指面波、多次波、浅层 折射波等( 图2 - 5 ) 。后者主要包括由于介质的不均匀性造成的弹 性波的散射，以及来自于任意方向的、相位变化毫无规律的波的 叠加等( 图2 - 6 ) 。次生噪音的能量与距震源的距离成反比。 2 3 3 系统噪音 系统噪音是指检波器、采 集站和大、小线及地震仪器等 电子元件在工作过程中所产 生的噪音( 图2 7 ) 。该类噪 音的能量主要与采集设备的 老化程度有关，一般能量较 小，随机性也不大。随着地震采集设备的不断更新改进，许多 数据的传输都是采用数字传输，电子元件自身的噪音越来越小。 因此，目前系统噪音对地震勘探的影响已非常微弱。 第1 2 盘河地区随机噪音的研究 第三章随机噪音的特征 对深层地震勘探危害较人的随机噪音是环境噪音和次生随机 噪音，分析和认识它们的特征，列于有效地压制深层地震勘探中 的随机干扰是非常必要的。由于环境噪音和次生随机噪音的产生 机制不同，网而也具有小同的特征。 3 , 1 环境噪音的特征 3 1 1 环境噪音的频率特征 通过对盘河试验区内不同试验点上多次记录到的环境噪音进 行频谱分析，发现该区环境噪音的频谱很宽，频率范围在0 2 0 0 h z 。圈31 是盘河试验区内的一张环境噪音记录及其频谱，从 频谱上看，主频在3 2 0 h z 左右。而该区深层反射波的i ：频一般 盘河地区随机噪音的研究 在1 8 h z 左右，因而受环境噪音的影响较大。 3 1 2 环境噪音的特征参数 为了分析盘河地区环境噪音的特征参数，首先采用l m 道距、 单个低频检波器布置了一些排列，对不同时刻、不同位置的环境 噪音进行了记录，然后对该区环境噪音的特征参数进行了数理统 计分析： ( 1 ) 平均值和方差：反映 随机过程的统计特性的两 个重要的统计参数就是平 均值和方差。根据环境噪音 是时间t 和接收道位置x 的 随机函数，我们分别对单道 6 s 的噪音记录和某一时刻 3 0 0 m ( 3 0 0 道) 的噪音记录 进行多次的统计分析，得到 该区环境噪音的单道振幅 平均值在1 0 培m v 左右，除 个别道靠近树跟所受的干 扰较大外( 如图3 - 2 中的4 8 道) ，其余道的方差大多在 1 0 3 m v 2 以下。图3 2 是从一 些噪音记录中的l o 道( 道距为5 0 m 的单个检波器) 记录的方差 第1 4 页 盘河地区：迫机噪音的研究 及其振幅平均值，图3 3 是一张3 0 0 道( 道距为l m 的单个检波器) 的噪音记录在o s ，- - 4 s 内不同时刻的振幅平均值和方差的柱状图。 这些统计说明，该区的环境噪音基本上属于具有各态历经性质的 平稳随机过程。 ( 2 ) 相关半径：在描述随机 过程时，除了用平均值和方差 两个统计参数外，还有一个描 述随机过程“变化快慢 的统 计参数，就是随机过程的自相 关函数。为了分析该区环境噪 音的相关半径，采用lm 的小 道距、每道一个检波器的方法记录下环境噪音的数据。通过计算 不同间距的两个检波器记录的随机噪音的相关函数，定量分析环 境噪音的相关特性。一般来讲，对于某一位置( 即某一道) ，随 机噪音是比较稳定的。因此，在分析随机噪音的相关特性时，主 要是针对某一时刻t r ，噪音振幅随位置x 的变化规律：一般噪 音函数n ( t r ，x ) 的相关函数可表示为： i ，一 黾( = 二m - i r i 爿五一 丙) 一元) 上式中，ax 是参与组合的1 t 1 个检波器的组内距计算相关 函数时的相对位移( 1jx ) 是组内距的整数倍：通过r 。( 1ax ) 除以1 = 0 时的r 。( 0 ) 来实现归一化的标准相关函数便可以描 盘河地区随机噪音的研究 述随机噪音的相关性随距离的变化关系。图3 4 就是盘河地区环 境噪音的一条相关函数曲线，可见该区环境噪音的相关半径在5 8 m 之间。 ( 3 ) 能量：环境噪音的 能量通常用振幅平方和 来表示。通过对不同位置 的环境噪音在6 s 内的总 能量分析的结果来看，在 无其他特殊干扰、特别是 风力干扰的情况下，环境 图3 - 5 ：不同位置记录的噪音能量 噪音的能量是比较弱的。单道环境噪音6 s 内的总能量一般在o 5 m v 2 以下。图3 5 是道距为5 0 m 的单个检波器记录的环境噪音6 s 内的总能量柱状图，图上除了4 1 道( 位于地下油管线附近) 和4 8 道( 位于树边) 存在特殊干扰外，其它道的总能量基本均衡。 ( 4 ) 结论：通过以上分析可知，盘河地区的环境噪音具有以下 特征： a 、环境噪音的主频在3 - - 一2 0 h z ，与深层有效波的主频重叠较 多，因此，从频率域来压制环境噪音比较困难； b 、从环境噪音的平均值和方差来看，该区的环境噪音基本上 属于具有各态历经性质的平稳随机过程； c 、环境噪音的相关半径在5 - - v 8 m ，当检波器组内距超过5 m 以 后，对环境噪音就有较好的压制效果； 2 ，o 9 8 7 握蛆平，l君 盘坷地区随机噪音的研究 d 、在相对平静的条件下，环境噪音的能量较小：但当条件发 生变化( 如风力加大) ，其干扰能量会急剧增加。 3 2 次生噪音的特征 3 2 1 次生噪音的分析方法 由于盘河试验区位于临邑大断层的上升盘，最深的反射目的 层t 。( 新q ：界底的反射) 的双程反射时间一般在4 s 左右，因此， 我们认为在5 s 以后，有效反射波的成分就非常微弱，这样，5 s 以 后的记录就可以近似地看作是所有下扰成分叠加而成的噪音背 景，其中包括初至前就存在的环境干扰、伴随震源激发而产生的 次生随机噪音和次生的规则干扰”( 如面渡、声波和多次波等) ， 盘河地区随机噪音的研克 在该区的试验资料中，声波和多次波的影响很小，这样，我 们就可以选择人为干扰和机械干扰小，而且避开面波干扰区的试 验资料进行分析，这时，5 s 以后的记录就可以近似地看作是环境 噪音和次生的随机噪音混合而成的噪音背景，这种背景噪音，同 样是时间t 和接收位置x 的随机函数，也同样具有统计规律。根 据环境噪音的特征分析结果，可以把环境噪音近似地看作是具有 各态历经性质的平稳随机过程，从而可以问接地近似分析次生噪 音的特征参数。图3 - 6 是盘河试验区的一张7 s 的单炮记录，图上 ( a ) 区是t r 反射层，( b ) 区足强面波干扰区，( d ) 区是初至 前的环境噪音，( c ) 区内主要是杂乱无章的背景噪音。我们就是 利用( c ) 区和( d ) 区来进行对比分析，从而问接地统计出次生 噪音的规律。厂二_ _ = 一 3 , 2 2 次生噪音的频率特征 在试验f 内选择人为干 扰和机械干扰较小的试验 点进行试验，对初至前和5 s 后的单炮记录进行了频谱 分析，图3 7 就是其中一炮 记录初至前和5s 后的频谱 分析。从频谱上可以看出， 激发后的背景噪音的频率 成分与初至前的环境噪音 第1 8 k 一盏k 毒羔乏警警。争萋蔫璺鍪巷一 一鬻溪黔鬻婶熬鍪攀一 盘河地区随机噪音的研究 的频率成分变化不大，但高频成分的能量有所增强，干扰频带变 宽，主要干扰频带在5 - 3 0 h z 。 3 2 3 次生噪音的特征参数 ( 1 ) 平均值和方差：对小道距炮集进行分析，分别计算初至前 某个时刻和5 s 后某个时刻的平均值和方差。图3 8 是其中一炮记 录不同时刻的平均值和方差柱状图，可以看出，5 s 后的平均值和 方差比初至前的都要大，这说明噪音的能量加强了。从方差图上 看，随着时间的延迟，次生噪音的方差逐渐减小，这说明次生噪 音的干扰随时间的延长而逐渐消失。 ( 2 ) 相关半径：与计算环境噪音的相关半径一样，仍然采用l m 的小道距单炮记录来分析。通过对初至前某一时刻和5 s 后某一时 第1 9 页 盘河地区随机噪音的研究 刻的自相关函数的计算，得 到不同时段的相关函数曲 线( 图3 - 9 ) ，通过这些相 关函数曲线的分析，可见激 发后的背景噪音的随机性 与初至前有所降低，相关半 径一般在6 1 2 m 之问。 ( 3 ) 能量：为了说明激发 前后噪音能量的变化情况， 我们选定一段时窗，分别计 算一组道集初至前与5 s 后 的总能量。通过大量的计算 统计，发现激发后噪音的能 量有明显的增强，而且，增 强的幅度，与激发因素和接 收条件都有关系。图3 - 1 0 是相同激发因素( 井深和药 量相同) 和接收条件下、不 同位置的两张记录初至前 的纯波显示，从中选择人为 干扰较小的三个位置a 区 ( 8 0 - - 1 1 0 道) 、b 区( 1 7 0 一 目39 ：不问时段的十h 关嫡数曲线 第2 0 页 惺一 盘河地区随机噪音的研究 2 0 0 道) 和c 区( 1 7 0 2 0 0 道) 进行能量分析。三个位置初至前 o 5 0 0 m s 内的振幅 平方和如图3 11 所 示，图3 11 是对应 位置6 0 - - - - 6 5 s 内的振 幅平方和与初至前 o 5 0 0 m s 内的振幅 平方和的增大倍数， 从中可以看出，激发 后噪音的总能量都增 大了一倍以上。 ( 4 ) 结论：根据以上分析，得到该区次生随机噪音的特征如下： a 、次生随机噪音的主频在5 - - 3 0 h z ，从频率域压制次生随机 噪音的难度较大； b 、从次生随机噪音的平均值和方差来看，它不是一个平稳的 随机过程，其能量随着时间的推移和炮检距的增加而衰减； c 、次生随机噪音比环境噪音的相关性有所加强，相关半径在 6 1 2 m ，当检波器组内距超过6 m 以后，对次的生噪音才有一定的 压制作用； d 、相对于环境噪音，次生噪音的能量是较强的，尤其是在近 炮点范围内。 第2 1 页 盘河地区随机噪音的研究 第四章随机噪音与施工因素的关系 环境噪音是工区内固有的随机噪音，它本身能量的大小是不 随施工因素的改变而变化的，但是，环境噪音对地震勘探的干扰 强度是与施工因素有关的，主要是与采集系统中的接收条件有关。 接收条件的好坏，决定了抗干扰能力的强弱。而次生随机噪音的 强弱，与激发因素的关系非常密切。 4 1 随机噪音与接收条件的关系 4 1 1 环境噪音与接收条件的关系 4 1 1 1 与埋置条件的关系 第2 2 页 盘河地区随机噪音的研究 环境噪音大都来自于地表，采用5 f ! - 吾1 的埋置条件，检波器接 收到环境噪音的能量就会不同引。为了测试检波器埋置深度对接 收环境噪音的影响，分别采用了四种不同的埋置条件进行对比试 验：检波器顶部的埋置深度分别为o m 、2 5 c m 和5 0 c m ，检波器尾 锥长度分别为7 c m 和1 5 c m 。通过对同一位置检波器同时记录到的 环境噪音进行频谱和能量的统计分析，结果发现，x , - j - 7 ：来自地面 的环境噪音( 如风吹草动干扰等) ，埋置条件好的也就是指检 波器埋置深，或尾锥长，从而与地表耦合性较好这些检波器接 收到的环境噪音能量明显降低：对于来自地下的环境噪音，如地 壳的微震、地下管线的震动等，埋置条件好的检波器接收到的噪 盘河地区随机噪音的研究 音能量又相对较强。从图4 1 的总能量柱状图来看，4 8 道所在的 位置，来自地面的环境噪音最强，而4 1 道所在的位置，来自地下 的环境噪音最强，4 3 道所在的位置，接收到的环境噪音最弱。图 4 2 是这三个位置的噪音记录的振幅谱和不同埋置条件下噪音能 量的对比图，可以看出，对于来自地表的强环境噪音干扰，长尾 锥检波器的抗干扰能力较强，埋于浮土层以下的检波器，接收噪 音的能量较小；对于来自地下的噪音干扰，长尾锥检波器和埋于 浮土层以下的检波器接收噪音的能量稍大，这说明当检波器与地 表耦合性好时，检波器与地面所构成的谐振系统的灵敏度要高。 4 1 1 2 与检波器个数的关系 在同一位置采用不同的检波器个数，接收的环境噪音能量也 不同。图4 3 是检波器个数分别为l 8 个的地震道，在a 点和b 点两个位置分别记录的环境噪音能量分析图，从中可以看出，对 于点组合的检波器，随着检波器个数的增加，接收到环境噪音的 能量也随之增加。 丽 引 a 点 片i “。 n j 一 一豳 一：i _ 圈一嗣l i 一_ 圈圈圈 l ! -i 图4 3 ：检波器数量与接收噪音能量的关系 检波器个数 第2 4 页 盘河地区随机噪音的研究 4 1 1 3 与检波器组内距的关系 为了分析环境噪音的干扰能量与检波器的组内距的关系，在 该区进行了如下对比试验：采用十个单个检波器线性组合，使组 合中心点的位置不变，检波器组内距分别为1 l o m ，通过对记录 的环境噪音进行频谱和能量的统计分析，当检波器组内距超过4 m 以后，接收到环境噪音的干扰强度就有明显的降低，这和该区环 境噪音的相干半径也是吻合的。图4 4 是不同组内距接收的噪音 记录的频谱和能量分析结果，从频谱上看，随着组内距的增大， 低频成分受到了压制。 4 1 2 次生随机噪音与接收条件的关系 检波器接收到次生随机噪音的干扰强弱，也同样与检波器的 第2 5 页 盘河地区随机噪音的研究 接收条件有关系。在同种 激发条件下，分析埋置在 同一位置上、不同接收条 件的检波器，在5 s 以后的 记录的频谱和能量变化 情况，从而了解次生噪音 与检波器的组内距、个 数、埋置条件和炮检距的 关系。分析方法和分析环 境噪音与接收条件的关 系相同。从资料分析的结 果来看，当检波器的组内 距超过5 m 以后，对次生随机噪音的压制效果较好；当检波器点组 合时，随着检波器个数的增加，次生噪音的能量明显增加；当检 波器与地表耦合性好时，接收次生噪音的能量也有所增强。图4 5 、 图4 - 6 和图4 7 分别是不同接收条件下次生噪音的能量分析图。 根据特征参数的分析结果知道，次生噪音并不是一个平稳的 随机过程，因此，它与炮检距是有关系的。通过同一炮的记录来 分析次生噪音随炮检距的变化关系。经过大量的计算、统计结果 表明，随着炮检距的增加，次生噪音的能量逐渐衰减。图4 8 是 同一炮连续2 0 道( 道距5 0 m ) 的5 6 s 5 8 s 与0 0 s 0 2 s 内的单 道能量差的变化曲线，从中可以看出次生噪音的能量随着炮检距 的增大而逐渐趋近于零。 盘河地区随机噪音的研究 萄1 7 口i 盘河地区随机噪音的研究 4 2 随机噪音与激发条件的关系 震源激发时，不仅会产生有效的弹性波，同时也会产生多种 次生的噪音一1 。主要包括规则的次生干扰，如面波、多次波等， 以及次生的随机噪音。这些次生噪音干扰的强弱，主要与激发因 素有关，如激发井深、药量、激发方式、激发岩性等。 4 2 1 随机噪音与激发井深的关系 激发井深的选择，一般是 考虑虚反射界面的深度，通常 也指潜水面的深度4 1 。由于虚 反射界面的影响，在该界面 上、下激发时，震源向地下传 播的能量会不同。在激发井深 度分别为11 3 m 、1 4 3 m 、 1 7 3 m 、2 1 3 m 和2 4 3 m 的对 比试验中，分析的结果是，激 发深度为2 1 3 m 时，6 s 后接收 到的次生噪音能量最强( 见图 4 - 9 ) ，而这个激发深度所获得的反射波能量也最强，信噪比最高。 该区的虚反射界面的深度在18 m 左右，这说明，当药包在虚反射 界面以下激发时，震源能量向弹性波转换的较多，因而，不仅使 有效波的能量增强了，同时也使次生干扰波的能量加强了。 盘河地区随机噪音的研究 4 2 2 随机噪音与激发药量的关系 实验表明，在采用炸 药震源地震勘探中，当激 发药量较小时，弹性波的 振幅与药量成正比，随着 药量的不断增加，弹性波 振幅值随药量增加而加 大的速度变慢1 5 1 。为了分 析次生随机噪音与药量 的关系，在接收条件和激 发深度相同的情况下，分 别采用8 k g 、l o k g 、1 2 k g 、 1 5 k g 、1 8 k g 和2 0 k g 的激发药量进 行x , - t h 二试验。通过分析6 s 之后次 生随机噪音的能量值发现，随着药 量的增加，次生随机噪音的能量在 不断增加( 见图4 1 0 ) 。 4 2 3 随机噪音与激发方式的关 系 在总药量相同的情况下，采用 蚕 善 旬 蚕 ； 旬 重井 双井 三并 图4 1 l ：次生噪音与激发方式的关系 组合井激发与单井激发相比，转换为弹性波的能量更多1 6 1 。通过 第2 9 页 盘河地区随机噪音的研究 对不同组合激发方式的对比试验发现组合井激发比单井激发时 的次生噪音要强( 见图4 。11 ) 。 次生随机噪音的强弱还与激发岩性有关。根据表层岩性调查 的结果，盘河试验区内的表层岩性变化并不大，从l o m - - - 3 0 m 之 间，基本上是粉沙和黏土互层，因此，很难获得相同井深、不同 激发岩性的试验资料，也就无法定量地分析次生噪音与激发岩性 的关系。 由以上分析可以看出，当震源的下传能量增强时，不仅增大 了有效波的能量，同时也增大了次生随机噪音的能量。这说明， 次生噪音大部分是来自于地下无规律的各种波的叠加。 盘河地区随机噪音的研究 第五章野外压制随机噪音的方法 在深层地震勘探巾，对随机噪音的压制非常重要，因为随机 噪音的频带宽，而深层地震波的能量又非常微弱，因此，丰要要 从施工方法上考虑对随机噪音的压制。 5 1 控制施工质量 随机噪音的特征分析 一。p 表明，改善检波器与地表 的耦合性，对于降低来自 地表的环境噪音的干扰 是非常有效的，同时，由 于大地谐振系统向检波 器震动系统的能量转换 率提高了，也就增强了对 有效波的接收能量。因 此，改善埋置条件，是提 高地震资料信噪比的有 效手段之一。 在地震采集过程中，要使检波器的埋置条件得到较好的改善， 关键是对施工质量的严格控制，使每个检波器都达到“平、稳、 止、直、紧”，从而与地表充分地耦合。具体做法是采用长尾锥 检波器，或将检波器埋置在浮土层以下的方法，都能较好地改善 鬟龇 盘河地区随机噪音的研究 检波器与地表的耦合性。图5 一l 是在不同埋置条件下、单个检波 器接收，所得到的叠加剖面对比图，图5 2 是对这四种剖面分别 进行的信噪比分析所得到的信噪比估算曲线，从3 7 s 左右的主要 目的层的信噪比来看，长尾锥的比短尾锥的要好，埋人浮土层以 下的比地表埋置的要好。 5 2 优化面积组合 在早期地震勘探中，使用检波器组合技术主要是为了压制面 波干扰，随着人f f x + - j - 随机噪音的不断认识，检波器面积组合技术 也用于压制随机噪音的干扰p 。该技术主要是利用了随机噪音的 统计特性。由于各检波器接l t 复 n 的随机噪音存在一定的相位差， 而同道内各检波器接收到的反射波被认为是无相位差的( 相位差 极小忽略不计) 因而，可以达到压制随机噪音的效果。 盘河地区随机噪音的研究 0 j 暑箍，善 ：- j 量= 1 生超一。 i ，誊。j ：j 蓬 z ：_ _ i 誊琴i - - 一 誓_ ；：! 誊墨 。 二：， 雾骜鬻 ”7 - j _ t 霸叠量羹誊：； _ 鼻，o 。： 1 _ _ _ 譬曩誊墓蠹藤 ”_ ： 誓一；簪。 一t 1 点c ， 圈5 3 ：4 ：同蛆 ：女，的噪音：l 录 从理论上可以证明，当组内各检波器之间的距离大于区域内 随机干扰的相关半径时，信噪比与组合检波器的个数的平方根成 正比。图5 - 3 显示了每道4 0 个检波器以不同的组内距组合时对随 机噪音的压制情况，可以看出，当检波器组内距超过随机噪音的 相关半径后，列随机噪音就会有很好的压制作用。 5 3 多次覆盖法 随着勘探技术和设备的进步，多次覆盖技术得到了迅猛的发 展，已由早期的单次、6 次、1 2 次发展到当今的6 0 次甚罕更多 次覆盖。多次覆盖技术压制随机噪音干扰的基本原理与组合压噪 的原理相同，也是利用了共中心点道集内各道位置的随机噪音。互 不相关”的特陆”“理论证明，随着覆盖次数的增加，在随机噪 盘坷地区随机噪音的研究 音的能量与覆盖次数的半力根成反比：同时，有效反射波得到了 明显的加强，近似地说，n 次覆盖使有效反射波增强n 倍”“。因 此目前的高次覆盖技术所得地震资料在经过室内处理后，所得地 震剖面已极大地压制了随机噪音的干扰。 周5 - 4 足在盘河地区的一张单炮记录，采用的是5 0 m 道距、 单个检波器的接收方式。在这张记录上，除了面波干扰和随机噪 音以外，很难找到有效波的影子。图55 是利用这些单炮处理后 的叠加剖血，覆盖次数最高为1 5 次。显然，通过叠加处理后，信 噪比得到了明显的提高，随机噪音的能量得到了较好的压制。 第3 4 盘坷地区随礼噪扣j 坍究 盘河地区随机噪音的研究 第六章盘河地区的压噪效果 6 1 单炮质量的提高 盘河地区在8 7 年进行过地震采集，采用的足1 2 0 道巾间激发 的_ 维观测系统，每道3 0 个检波器面积组合。受当叫采集工艺的 限制，单炮资料深层信噪比较低。9 8 年，在该区又进行了次针 对深层的地震勘探，采用了4 8 0 道中间激发的观测系统，每道4 0 个检波器面积组合。本次施工在优化面积组合和检波器埋置条件， 第3 6 盘河地区随机噪音的研究 以及激发因素的选择等方面都做了较大的改进。每个检波器都进 行了挖坑埋置，并将检波器的组内距控制在5 7 m ，对随机噪音起 到了较好的压制效果。在激发方面，每口井的药包都控制在虚反 射界面以下激发，使有效反射波的能量得到了加强。图6 1 是盘 河地区靠近凹陷的单炮x , - j - t l - , e 录，可以看出，9 8 年施工的资料， 在3 8 s 附近的深部目的层的信噪比有了明显的提高。 6 2 剖面质量的改善 通过对随机噪音特征的分析，在盘河地区采用了合理的施工 方法，使随机噪音受到了较好的压制，提高了深层资料的信噪比。 在该区的深层勘探中，除了优化激发和接收因素以外，还采 用了宽线观测系统0 。，通过室内的“扩大面元 处理，提高了共 反射点的覆盖次