第五章 高频端噪音的性质.doc

第五章 高频端噪音的性质和野外接收中加以克服的方法前面一章谈的是高频信号的能量及可记录性问题，然而我认为重要的问题还不仅在能量方面，而是在信噪比方面。野外记录中的高频噪音的危害往往被人们所忽视。尤其是近年来在多次覆盖的大排列上，由于电缆很长、道数多、组合检波器数量更多，因而在野外施工中无论是埋置条件以及工地警戒情况都远不如60年代仔细了。人们总以为高分辩率勘探只要“四小、两高、两绝招”就能解决问题（即：小道距、小组距、小药量、小井深；高频检波器（包括涡流检波器）及高采样率；两绝招是把检波器埋到炮井里和可控震源的非线性扫描）。实际上，光有这些还是远远不够的，如果野外施工中高频分量中以噪音为主，那么，回室内后很难处理出能用的高分辨率的剖面来。大家知道，地表附近的吸收作用非常强。因此只有低频的干扰波可以传播得很远（如折射波及面波）。而高频的干扰波肯定走不远就衰减掉了。例如一个100Hz的高频干扰波，在地在以柱面流扩散，假设地表速度v为600m/s，Q=4.55，则行走6Om之后，振幅要下降100多倍。所以我们野外记录上的高频干扰噪音只能是来自检波器的周围，离检波器不远的地方。野外高频噪音的来源主要有两个：一是刮风微震；二是检波器松动。刮风微震在放炮初至区前面就会有所表现，而检波器松动却往往在初至到达以后，随着每个强波的到达不断地发生不规则的振荡。这往往发生在冬季施工的冻土上施工，有的发生在尾锥丝扣松动的情况。检波器的电缆辫子的晃动也可能会造成某种高频噪音。图50是大庆油田雇外国公司所作的一张高分辨率地震野外单炮井炮记录。这是室内纯波显示（不加滤波）。粗看这张记录好像不错，但是细看时可以发现：从3s开始，肉眼就能看到在低频波的背景上有一种极高频率的寄生振荡现象。这就是刮风造成，其频率在80150Hz。到4s后高频干扰就更明显其强度已经达到低频有效波的十分之一！此记录下方10个道上有5OHz工业干扰姑且不论。这些高频干扰实际上还可以从记录头部初至区前看得更清楚，如圆圈中所标出。其中A、C、F处还有突然的尖锐起跳。B及E处有低频干扰，主频在lO15Hz，这大概是警戒不好的回车辆或人动所致。低频干扰造成的后果倒不会很严重，可以在水平叠加中加以弥补。但是高频干扰就是一种严重的问题。因为如前面两章所指出：高频信号经过地层吸收衰减后，本来已经相当微弱，很容易淹没在这种高频干扰的海洋之中，使高频信号在处理中无法再恢复。图51是同一条测线相邻的？一张没有放响的“空炮”记录（雷管没有爆炸），也是用纯波显示。此图上根本就没有反射波，干扰背景就一览无遗了。这张记录里各种频率成分都有，但主要的是80180Hz致命的高频强干扰。我们用椭圆形框分别指出。可以看到：这些干扰才是我们高分辨率勘探的大敌。我们又在高分辨率队的野外记录中任选三炮记录（图52），在室内用频率扫描作一次全面检验，情况如下。图52（a）是剖面上有代表性的三张野外纯波单炮记录。这样的记录一般认为是野外生产的合格品，但隐伏着高频干扰。初至前区和记录中都存在着高频干扰。左方1641炮点记录上，高频F扰是很严重的。从初至区前的未加压制的道上也可以看得很清楚。右方1583炮点上，情况相微好些，但是从初至前的高频干扰来看，实际上必然会使后面的高频信噪比降低。这两炮记录面貌的不同是由激发频谱的改变所造成（激发岩性不同或者井深有差别）。图52（b）是相应的这三炮经5075Hz窄频滤波的结果。情况尚属正常，反射波可以清楚地追踪到1.3s。图52（c）是80120Hz的频率扫描试验，反射波的品质就很差了，只能追踪到0.7s左右。中深层反射淹没在高频干扰背景之中。（该工区的目的层在1.01.5s之间）。图52（d）是120180Hz频率扫描结果，它基本上看不到反射波了。由此可以看出8OHz以上的高频信号在野外就没有以足够的信噪比记录下来。可惜我们野外采集人员往往看不到这种分频扫描的结果，他们手里拿的野外单炮监视记录（如图50）往往看不出有什么问题，还以为是优良记录呢。图53是我们塔北的高分辨率队的两张野外单炮记录，情况和大庆的几乎是相仿的，记录初至以前就见到存在着严重的高频干扰，记录中间也能找到高频抖动的干扰背景。而且一炮波形发胖，相邻一炮是瘦的，如果室内不做频谱调整，（例如两步法反褶积），那么静校正整个都是乱套的。记录初至以前的高频干扰的强度已经可以达到200500V！射波（低频10Hz成分）振幅的二十分之一，但是它比100Hz高频成分的振幅相对强十多倍!在这个意义上说，上一章所讨论的仪器改进已经没有什么实际价值。你花了很大的努刀记录下来的东西全部是没有用的噪音。所以我把高频信号的死亡线分成三条：第一条是野外高频噪音，目前它是主要的。第二条是仪器的瞬时动态范围，它是第二位的。第三条是仪器本身的换算至入口处的噪音水平，它是第三位的。这些例子告诉我们：高分辨率队的野外施工中存在着亟待解决的问题。看来今后应该从以下四方面加以改进。（1）加强对检波器埋置条件的检查管理，检波器要埋在坑中，并且要埋结实。每天放炮前必须录制环境噪音，规定微震大的道必须重新埋置。刮大风的时候要停止施工。（2）高频干扰的视波长一定很短。因为它的传播距离很小，所以传播速度只能是直达波的速度，大致为300800m/s，于是对于100Hz的干扰波，视波长仅为38m。目前的检波器组合对它也是不适应的，不能很好的压制它，看来今后还要采用小组内距的组合。所谓高频随机干扰实际上并不是随机地突然发生的，当你用很小的道距，（例如2Ocm），去观测它的时候，每一个波都是以一定的波形、以一定的视速度在排列上传播的。如果我们用较大的组内距的组合去压制这种高频随机干扰，那么只能依靠统计效应。而统计效应压制干扰的效果是很差的，残留强度很大。看来今后还要采用面积为13米的小组内距的组合，而且检波器数目还不能太少。（3）要在回放显示仪上添置高频滤波档（例如80120Hz档），监视记录用此高频档作为评价标准。把高频记录得好，室内才能处理出高分辨率的剖面来。目前的野外监视记录上，很强的低频成分掩盖了高频方面的实际情况。许多问题不能及时在野外纠正，这是严重的问题，也是当前地震高分辨率勘探工作整个“链条”中的第一个薄弱环节，是当前主要矛盾之所在。许多人对野外记录的评价标准还是停留在过去的老概念上：关于有没有干扰存在往往只看有没有面波的出现，现在使用了（高频）涡流检波器之后，面波大大地受到了压制，甚至基本上记录上看不到的影子。于是有人认为高分辨率队野外不需要组合，把检波器聚放在一堆，认为这样可以提高生产效率，还可以提高分辨率很灵敏度；还有人主张只要用一个检波器就足够了。可以提高生产效率，降低成本。这种意见是不值得采纳的。（4）此外，设想今后也许可以用可控震源来解决克服高频噪音的问题，因为可空震源不怕随机干扰，只要增加扫描时间就能克服干扰。而且目前据称可控震源的高频扫描频率可以到达160200Hz，因此有可能得好高频信号。但看样子需要作分频接收。因为简单的一次非线性扫描已经很难同时照顾从低频