涂伟，夏建军

闫杰，陈振声 （中石油东方地球物理勘探有限责任公司新疆物探处，新疆 乌鲁木齐830012）

1 谐波干扰在相关地震记录上的特征

在广泛应用的升频扫描中，根据相关原理，可导出n次、1／n次谐波干扰在相关地震记录上的出现时间t1、终止时间t2的数学表达式如下［1］：

式中：t为扫描时间，s；f1、f2分别为扫描信号起始、终止扫描频率，Hz；W 为扫描频宽（｜f2－f1｜），Hz；n为谐波阶次（n＝2，3，4，…）。1／n次谐波时为“＋”，n次谐波时为“－”。

由式（1）分析，当扫描长度和扫描频宽一定时，谐波出现时间t1是f1的线性函数，t1与f1成正比，当f1增大时，t1增大；当线性扫描的起始频率和扫描频宽一定时，谐波出现时间t1是t的线性函数，且t1与t成正比，当t增大时，t1增大；当t1＝t2时，可以认为谐波干扰消失。为了研究谐波干扰出现时间与扫描信号频带的关系，令式（1）中的t1等于式（2）中的t2，得：

由式（3）、（4）可得：

当n＝2，2 f1＝f2时，t1＝t2，即扫描频宽等于1个倍频程时，阶次为2的谐波干扰消失；

当n＝3，3 f1＝f2时，t1＝t2，即扫描频宽等于2个倍频程时，阶次为3的谐波干扰消失；

……

由此可以得出以下3点结论：

1）当扫描长度和扫描频宽一定时，谐波出现的时间t1与起始扫描频率成正比：即扫描起始频率f1越大，谐波干扰出现时间t1越大；扫描起始频率f1越小，谐波干扰出现时间t1越小；扫描起始频率越低，越容易产生谐波干扰；扫描起始频率越高，越不容易产生谐波干扰。

2）加长扫描时间t可以使谐波干扰出现时间t1增大。

3）对于阶次为n的谐波，当扫描频宽等于（n－1）个倍频程时，t1＝t2，谐波干扰消失。所以，将扫描频宽降低至1个倍频程，理论上可以防止任何阶次谐波干扰出现。

2 分段扫描的简要说明

根据分频扫描成功压制谐波干扰的原理，以谐波与基波的相关特性为依据，将一个线性扫描分成几段窄带扫描，扫描段间设零值段、中间斜坡等参数，使分段扫描的资料效果和窄带分频扫描相当，目的层范围内不出现强谐波，避免段间重叠造成的干扰。分段扫描总频带宽度等于常规线性扫描频宽。

3 分段扫描的模拟及试验效果

通过软件产生基波、谐波及模型道信号，最终得到模型道与基波的相关成果。查看谐波干扰出现的时间，对比子波特征参数，检验分段扫描设计方法的可行性。

3．1 衡量子波的特征参数

图1为子波特征参数示意图，A0为相关子波在零时刻时的极大值；A1为相关子波旁瓣的极大值；A0／A1为清晰度，是衡量子波信噪比的参数；t1、t2为相关子波极大脉冲与振幅零值横坐标轴的交点的相关时间；f0为中心频率，是衡量子波分 辨 率 的 参 数，f0＝ 1／［2×（t2－t1）］。

图1 子波特征参数示意图

3．2 常规线性扫描模拟

在野外采集的过程中，扫描信号的基波与谐波同时被检波器记录下来，形成了基波与谐波的叠加。如果用s（t）表示检波器接收到的地震波，s1（t）、s2（t）、s1／2（t）、sn（t）、s1／n（t）分别表示扫描基波、2次谐波、1／2次谐波、n次谐波、1／n次谐波，那么s（t）即为：

s（t）＝s1（t）＋s2（t）＋s1／2（t）＋ … ＋sn（t）＋s1／n（t）＋ …

假设s（t）只包含扫描基波、2次谐波和1／2次谐波成分，即s（t）＝s1（t）＋s2（t）＋s1／2（t），那么其与基波信号的互相关为：

式中：Φ（t）为混合信号与基波的互相关噪声；Φ1，1（t）为基波信号的自相关子波；Φ1，2（t）为2次谐波与基波的互相关噪声；Φ1，1／2（t）为1／2次谐波与基波的互相关噪声。

图2是准噶尔盆地东部可控震源常规线性扫描的模拟流程及成果。图2中从上到下依次为常规宽频线性基波信号s1（t）、基波的1／2次谐波信号s1／2（t）、2次谐波信号s2（t）、模型道混合信号s（t）及模型道与基波扫描的互相关成果。1／2次谐波与基波的互相关噪声Φ1，1／2（t）能量强，干扰了1．5～4．0s目的层段，声波、面波的2次谐波和1／2次谐波分别在基波前、基波后出现。Φ1，1（t）在零时间有波峰极大值；Φ1，1（t）的子波特征：清晰度A0／A1＝18，中心频率f0＝36Hz；Φ1，2（t）出现在Φ1，1（t）前，t1－t2＝ － （1．5－8．3）s；Φ1，1／2（t）出现在Φ1，1（t）后，t1－t2＝ ＋ （1．5－8．3）s。

3．3 长扫描模拟

图3是准噶尔盆地东部可控震源长扫描的模拟流程及成果。图3中从上到下依次为常规宽频长线性基波信号s1（t）、基波的1／2次谐波s1／2（t）、2次谐波s2（t）、模型道信号s（t）、模型道与基波扫描的互相关成果。Φ1，1（t）在零时间有波峰极大值；Φ1，1（t）的子波特征：清晰度A0／A1＝20，中心频率f0＝36Hz，与常规线性扫描相当；Φ1，2（t）出现在Φ1，1（t）前，t1－t2＝ － （4．0－22）s；Φ1，1／2（t）出现在Φ1，1（t）后，t1－t2＝ ＋（4．0－22）s。谐波出现时间延迟到4．0s以后，使目的层反射不受干扰。单次扫描中，这是压制谐波干扰的有效方法，已被广泛应用。不足之处是扫描时间过长，使工效降低。

图2 常规线性扫描的模拟流程及成果

图3 长扫描的模拟流程及成果

3．4 分段扫描模拟

图4 是可控震源分段扫描的模拟流程及成果。图4中从上到下依次为分段扫描基波信号s1（t）、基波的1／2次谐波s1／2（t）、2次谐波s2（t）及模型道混合信号s（t）、模型道与基波扫描的互相关成果。Φ1，1（t）在零时间有波峰极大值；Φ1，2（t）出现在Φ1，1（t）前，t1－t2＝ －（5．5－10．5）s；Φ1，1／2（t）出现在Φ1，1（t）后，t1－t2＝ ＋（5．5－10．5）s；Φ1，1（t）的子波特征：清晰度A0／A1＝12．6，中心频率f0＝38Hz；清晰度较常规线性扫描稍低，中心频率与之相当；谐波出现时间t1由1．5s延迟到5．5s，不干扰目的层反射。

图4 分段扫描的模拟流程及成果

3．5 3种扫描类型模拟效果对比

1）压制谐波效果：分段扫描较长扫描更优，压制效果好，t1＝5．5s。

2）Φ1，1（t）的子波特征：3种扫描的清晰度A0／A1差别不大、中心频率f0值相当。

3）扫描长度 （工效）：常规、分段和长扫描的相对时间比为1∶1．53∶2．66，与常规扫描比，分段扫描增加53%，长扫描增加166%。

4）综合评价：分段扫描压制谐波效果好，扫描时间最多增加约53% （不同工区扫描时间根据目的层深度会有增减），这是提高性价比的较好选择。

3．6 分段扫描的试验资料分析

从图5线性扫描记录看，初至折射的1／2次谐波及面波的2次、1／2次谐波都较弱，整体看二者无明显差别，仅在初至前，线性扫描记录有初至折射的2次谐波显示，在相应的分段扫描中得到压制 （图5中方框内）。

图5 常规线性扫描与分段扫描对比试验资料

4 结 语

在用可控震源激发的地震勘探项目中，常会出现谐波干扰，可利用分段扫描达到压制谐波干扰的目的。现有理论分析为分段扫描压制谐波的可行性提供了支持。通过软件对常规线性扫描、长扫描及分段扫描进行模拟，认为分段扫描方法理论上可以压制谐波干扰。对野外分段扫描试验资料的效果分析，认为分段扫描成功地压制了谐波干扰，分段扫描设计方法见到初步效果，野外分段扫描试验资料对分段扫描的参数设计具有验证及指导意义。

本文属中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司中青年科技创新基金项目（11－09－2011）。

［1］俞寿朋 ．高分辨率地震勘探 ［M］．北京：石油工业出版社，1993．