吴希光 李志荣 张晓斌 魏文阁 吴元

中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司

复杂地区地震资料低信噪比的原因及对策（三）
——表层散射波压制的技术方法

吴希光 李志荣 张晓斌 魏文阁 吴元

中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司

在对散射波的形成机制、性质、形态特征以及对记录信噪比的影响进行深入分析、归纳的基础上，对散射波的压制提出了相对全面的、可操作性强的实用方法。研究表明：散射源分布的三维性导致了散射干扰的普遍性和横向干扰的严重性；地形地势与散射强度有密切关系；激发条件和接收条件两者都很重要，很多条件下改善接收技术应作为首选方法；改善复杂地区资料信噪比是一项系统工程，包括对接收条件的重要性认识和全过程若干技术措施的采取。同时还认为：所归纳的“九避九就”较全面地体现了“避强就弱（散射波）”的基本思想，可作为测线位置设计的基本原则，同样可作为激发、接收点（特别是激发点）选择的基本技术原则；低信噪比地区资料采集应考虑技术的综合性；加大检波器横向面积组合规模是基本有效技术，应作为首选方法。这些认识与方法技术对提高复杂地区资料信噪比具有指导作用和实用意义。

复杂地区 散射波 压制方法 信噪比 三维 横向 干扰 组合

1 对几个基础问题的讨论

在具体讨论散射波压制技术之前，有必要对几个问题进一步明确和强调。

1.1 散射源分布的普遍性、三维性，导致横向干扰的严重性

散射源分布，具有以下基本规律：①散射源的分布具有普遍性，可以说是无处不在，不同地区或地段只有散射强度和复杂程度不同；②散射源的分布是三维的；③对三维空间而言，散射源不在测线比在测线上的概率大，而且往往大得多。

图1是新疆乌恰某地照片，可以帮助理解上述散射源分布的基本规律。在戈壁边缘地段，部分横向散射源（如椭圆、箭头所示）比纵向散射源更多、更普遍；在山区地段，很难像在戈壁边缘那样指出某些具体散射源，但可以肯定，那种严重切割的复杂地形及沟中的第四系堆积（形成不同物性介质结合部的一种类型），到处都可能构成散射源或强散射源，在测线两侧形成复杂的散射源系统，散射波从四面八方传向检波器。

图1 散射源分布的普遍性和三维性实地示意图

图2是南疆乌什04－237在山上激发的炮记录。在山体部分（参看本刊2012年第1期连载文章第一部分图3－b的照片）［1］，由于地形高陡、沟中第四系堆积分布的复杂性，形成非常杂乱的干扰背景；山体以左戈壁地段，虽然背景较强，但形态简单得多，且其散射源主要为戈壁与岩层结合部。这也是表层地质环境显著不同的平缓戈壁和起伏山地散射干扰复杂程度明显不同的典型例子，也是复杂山地强散射干扰的典型实例。

图3是图2的同一测线记录，但激发点位置不同。记录除右边山地部分波场为一片杂乱背景外，A点以左包含了有关散射波性质的丰富信息：方框①所示的波形基本是线性的，它是测线在戈壁与岩层结合部附近形成的反向散射；往下三角形②中的散射波形态逐渐变为双曲型的，说明存在大量横向散射干扰；由浅到深，双曲线逐渐变缓，说明对应散射源离测线逐渐变远；双曲型散射顶点在测线位置隐约错落不齐，说明散射源在测线的投影点位置不同；这些双曲线“既清晰又模糊”，说明互有干扰。上述现象较全面地体现了散射波的基本形态特征，这是“散射源不在测线上的概率比在测线上的概率大得多”的一个典型实例。

图3 横向严重散射干扰实例图

图2 山上激发接收记录的复杂特征图

由图3的在较简单条件下所表现横向干扰的严重性，可以帮助理解由图2的AB山地段干扰的严重性、复杂性，进而理解复杂地区导致低信噪比的根本原因。

在复杂地区，散射源分布的普遍性、三维性和复杂性，导致横向干扰的严重性是具有普遍意义的结论。

1.2 地形地势与干扰强度的关系

为了方便，大体分为高地势、复杂起伏地形、综合型（高地势与复杂起伏地形同时存在）3种基本类型探讨与散射强度的关系［1－2］。

1.2.1 高地势是强或较强散射区

实例分析表明，规模不大的孤峰，地形比较简单光滑的宽缓高地势地段干扰都有明显增强的现象。这可能与地震时楼房高层震动大、低层震动小类似。石玉成等［3］在黄土塬地区采用人工爆破研究地震对工程建筑的破坏性影响表明：①地形高差对地震振动加速度有放大效应，高差越大，上部放大效应越明显；②黄土增厚，地面运动的峰值加速度增大，振动时间延长；黄土塬边缘地面运动的峰值加速度增大，有边缘效应。

图4是该类型的简化实例。图4－a中，孤峰A、距炮点较远的宽缓山包BC干扰明显较强；随着炮点右移，图4－b中孤峰A仍然具有干扰较强的特点，宽缓高地CD干扰明显较强，整个BD成强散射区；再随炮点右移，图4－c中的CD段干扰能量进一步增强，BC段干扰能量也仍然较强。高地边缘（B、C、D）成为能量的明显分界线。AB段虽然干扰也较强，但它本身不是明显散射源，图4－a的右倾干扰是由孤峰A附近产生的，而图4－b的左倾干扰是由B附近产生的。连续几炮追踪干扰及很多实例表明，高地势具有散射能量较强的基本特征。

1.2.2 地形复杂起伏地段，散射能量较强

排列某些地段相对地势并不明显较高，但频繁起伏地形也表现出散射干扰较强的特点。

图5是复杂起伏地形干扰记录。图5－a中P点以左为戈壁砾石，对应A区除发育面波外，干扰很弱；P点以右为小幅度频繁起伏地形（岩层），对应整个B区由面波、折射波形成大量散射干扰。图5－b整个剖面地形都有不同程度起伏，整张记录都有较强干扰背景。因起伏幅度不大，两记录干扰主要呈“随机”形态。图5－c中AB段地形起伏增大，相应散射干扰也明显较强（BC段的强干扰可能是由侧面散射源形成的）；CD段虽干扰也较强，但它本身并不是明显散射源，干扰主要是由C点以左产生的；D以右的复杂干扰也体现了与地形频繁起伏相应的基本特点。

图4 塔西南某线高地势散射强度追踪分析图

图5 复杂地形的散射干扰记录图

1.2.3 高陡山区是强散射区

高陡山区的高地势与地形频繁起伏往往是伴生的，它同时具有高、陡（地形和岩层产状）、地形和表层结构复杂等多重特征，而每种特征都可能成为较强或强散射源，多种不利因素的叠加导致了高陡山区资料的低信噪比。

图6是川渝地区明月峡2009年度的地震记录，不管是在山上石灰岩还是在山脚低缓地段砂泥岩激发，山上接收比山下接收记录信噪比要低得多。事实上，这类例子很多，众多学者对高陡山区的复杂干扰都有切身体会。

图6 山上与山下激发、接收对比图

1.3 厚或超厚低降速带地区是强散射区

之所以说厚低降速带是强散射区，是基于以下理由：

1）黄土越厚，加速度放大效应越明显［3］。

2）从塔西南、陕北红寺堡、甘肃静远等地黄土区的记录看，黄土越厚，信噪比越低。厚黄土区是低信噪比地区。

3）从喀什、乌什等砾石区的大量实际资料看，凡是厚砾石区都是低信噪比地区。

4）正演结果表明，低降速带越厚，散射干扰越强。

1.4 接收条件与激发条件同样重要

不少人认为，激发条件与接收条件相比，激发条件是主要的。正因为如此，人们以往在激发方面所花的功夫比接收方面多得多。对复杂地区，在组合激发的形式、规模等即使花了较大气力，但如愿以偿的例子很少。研究认为，激发条件和接收条件同样重要，不同条件下主要矛盾可能转化。

图7是甘肃静远黄土区试验记录。两个排列基本正交，一个沿山埋置，一个沿沟埋置，分别在交点附近山上和沟中激发，两排列同时接收。由图7可见，不管是山上还是沟中激发，山上接收的干扰都明显较强。

图7 山上与沟中接受效果对比图（甘肃静远）

从图6、图7及前面大量实际记录的分析、讨论可见：对类似川中这类地区，表层结构比较简单，地势也比较低缓，不只是激发条件好，接收条件也要好；在复杂的低信噪比地区，而更主要的是由于复杂的表层结构和地形地貌形成的强散射干扰导致了资料的低信噪比。主要靠改善激发条件，不足以从根本上解决信噪比问题。从形成低信噪比的根本原因出发，改善接收技术占有重要地位。但以前往往把低信噪比主要归咎于激发条件差的原因。

2 散射波压制方法

2.1 选线、选点原则——“九避九就”

通过前两部分及上述讨论，将若干认识、概念本着“避强就弱（散射波）”的基本思想，进一步归纳成具体的“九避九就”技术原则，使之变成适用技术，融合到测线位置设计和激发接收选点工作中。所谓“九避九就”就是“避高就低、避陡就缓、避干就湿、避碎就整、避土就岩、避边就内、避厚就薄，避粗就细，避繁就滑”，其中前5项，是笔者1985年前后在内部技术文件中总结的选线定井技术，一并纳入“九避九就”［4］。所谓“避高就低”，就是避高地势，就低地势；“避陡就缓”就是避地势较陡地段，就地势较缓地段；“避干就湿”就是避表层干燥地段，就潮湿地段；“避碎就整”就是避表层岩层破碎（裂缝、溶洞等）地段，就整块地段；“避土就岩”就是避表土地段，就岩层出露地段；“避边就内”就是在局部平缓地带避免外侧，选就内侧；“避厚就薄”就是在“避土就岩”不能很好实现的条件下，避厚低降速带，就薄低降速带；“避粗就细”就是避粗砾石就细砾石地段；“避繁就滑”就是避开明显频繁起伏的锯齿状地形，就起伏较小的光滑地段。首先，在测线设计时，根据卫星照片资料，从宏观上尽力遵循这些原则综合考虑，作好测线位置优选；其次，在微观上具体确定激发、接收点位置（特别激发点）时，也根据这些原则，考虑合理的位置偏移。由于近年来已渐广泛使用卫片进行测线设计，这为“九避九就”原则的具体实施提供了有利条件。

要指出的是，从散射波的角度看，要“避”的“高、干、碎、土、陡、外、厚、粗、繁”的地段，不仅激发条件一般较差，而且也往往是散射干扰较强的地段；要“就”的是“低、湿、整、岩、缓、内、薄、细、滑”的地段，不仅一般激发条件较好，而且也是散射干扰较弱的地段。激发条件和接收条件具有明显的相关性。所以“九避九就”较全面地体现了“避强（散射波）”“就弱（散射波）”的基本思想，可作为测线位置、激发接收点选择的技术原则，基本宗旨就是在选线、定点时如何降低散射干扰水平。

由以上分析可见，综合应用 “九避九就”原则，可以一举三得：改善激发条件，改善接受条件，有利施工。

2.2 加大横向检波组合基距问题

前已指出，散射源分布的三维性，导致横向干扰的严重性，所以对付散射干扰的重点是横向干扰。前述“九避九就”只能作为选线、选点的基础性工作，不能替代检波器的组合技术，加大横向检波组合基距是压制散射干扰的有效方法。从资料处理角度考虑，纵向线性干扰，处理技术比较成熟，易于剔除；而对双曲型干扰经叠合后的复杂形态，现有处理方法几乎无能为力。

根据组合理论，检波器组合的基本要求是：组合基距（L）在干扰波的传播方向上要等于大于相干波的最大波长（λmax），即L≥λmax。

关于组合图形问题，横向加大组合基距是基本原则，具体实施方案，要根据工区条件的复杂程度，每道采用的检波器串数具体设计。

关于加大横向组合规模问题，中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司山地分公司已在新疆库车等复杂地区采用了“横向大组合”检波技术，剖面质量显著改善，可以认为技术已趋成熟。

2.3 适当放宽组合高差

拉开检波器横向组合是目前改善复杂地区低信噪比的主要基本出路。而能否拉开，组合高差就成为关键问题。研究认为，适当放宽道内组合高差不仅必要而且是可能的：①解决低信噪比问题始终是第一位的；②纵向分辨率是由有效频带宽决定的，设计的分辨率不能自然实现，必须有相应信噪比记录来保证；③低降速带，随着深度的增加，总有速度逐渐增大的基本规律，按地表的低速度去估算组合高差未必完全科学，况且，在岩层出露区，低降速带很薄，速度也不低。组合高差究竟放宽到什么程度合适，很有必要选择几种有代表性的地段进行专门试验。如果不能通过试验在高差认识上有所突破，目前在复杂山区的接收方法很难有大的进展。

2.4 低信噪比地区要考虑技术的综合性

对低信噪地区，获得好资料的难度可能是高讯噪比地区的数百倍、上千倍，低信噪地区的上千次覆盖不一定有高讯噪比地区的单次覆盖资料好，所以要采用综合性技术，如结合下述方法：

1）按“八避八就”基本原则选线。

2）增加检波器串数，加大横向面积组合规模。

3）宽线技术，这是低信噪比地区提高记录质量的基本有效方法，但是宽线也有组合方向的选择问题。

3 结论

1）复杂地区，由于散射源分布的三维性与复杂性，导致横向散射干扰的严重性和记录背景的复杂性是具有普遍意义的结论。

2）高陡山区，由于高、陡、地形地貌和表层结构复杂等多重特征，是强散射区；地势不高，但地形频繁起伏地区，也是强或较强散射区。

3）激发条件和接收条件具有高相关性，且主要矛盾可能转化。激发条件好的地区，是弱散射区。激发条件不好的复杂地区，是强散射区，很多“激发效果不好”，主要是由于强散射干扰，改善接收技术已转为主要矛盾，且一般应作为首选方法。

4）根据研究所总结的“九避九就”，可作为测线位置、激发接收点选取的基本技术原则，是采集的基础系统工程。

5）复杂地区应考虑技术的综合性。

6）根据散射源分布的三维性，加大横向检波基距的面积组合，是改善接收技术的基本有效方法，应作为复杂地区的首选方法。

至此，前后研究成果是对散射波在理论与实践结合、导致资料低信噪比根本原因在认识上的重大进展，这些认识与散射波压制技术方法对提高复杂地区资料信噪比有指导作用和实用意义。

成文过程中得到了中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司的支持和关心，在此表示衷心感谢！

［1］吴希光，李亚林，张孟，等.复杂地区地震资料低信噪比的原因及对策（一）——表层散射波是导致地震资料低信噪比的根本原因［J］.天然气工业，2012，32（1）：27－32.

［2］吴希光，李志荣，李正佳，等.复杂地区地震资料低信噪比的原因及对策（二）——表层散射波的基本性质及形态特征［J］.天然气工业，2012，32（2）：38－42.

［3］石玉成、王兰民，林学文.黄土场地的爆破地震振动效应［J］.岩石力学与工程学报，2003，22（11）：1933－1938.

［4］杨志超，吴希光.复杂地区地震资料采集方法研究［R］.成都：川庆钻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

吴希光，1940年生，高级工程师；长期从事地球物理勘探方法等研究工作，享受国务院政府特殊津贴。地址：（610213）四川省成都市华阳镇华阳大道一段1号。电话：（028）85608302。E－mail：wuxiguang＿sc＠163.com

吴希光等.复杂地区地震资料低信噪比的原因及对策（三）——表层散射波压制的技术方法.天然气工业，2012，32（3）：57－61.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.013

（修改回稿日期 2012－01－11 编辑 韩晓渝）

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