在地震勘探中,噪声可能由多种原因形成,不同的噪声产生机制不同,有的是由震源产生,有的由外界产生。
面波又称地滚波,它的特点是频率低,通常为几赫兹到30Hz,速度低,一般为介质速度的0.5-0.6倍,时距曲线呈直线,沿地表传播,地震记录上呈“扫帚状”,有频散特征,也就是随传播距离加大,频率降低。在江汉盆地,面波的速度在1000 m/s以内。地震勘探中的地表面波是瑞利波(Rayleigh),它沿固体介质的自由表面传播。
在地震勘探中,只要激发地震波,面波就会相伴产生,它是自然存在的,从地震勘探理论可以推导其位移方程。沿x方向传播,t时刻自由表面处位移方程为
从图2可以发现,随着泊松比增大,瑞利波的速度减少,泊松比减少,瑞利波的速度增加,接近横波速度。疏松地层中面波的速度要小于坚硬地层中的面波速度。当激发条件为淤泥时,记录上面波表现为低速和低频(与相邻正常地区如黏土区激发相比),与实际观测到的地震资料相吻合。
面波能量的强弱与激发药量、激发岩性、激发深度,以及表层地震地质条件有关。在厚黄土、淤泥及沙漠区激发时,地表岩性的泊松比接近0.5,地震激发能量主要消耗在对围岩的破坏上,它们对高频能量有强烈的吸收作用,有效波能量减弱,面波能量相对增强。疏松的低速层中激发,面波能量相对加强;在浅层中激发,特别是潜水面以上激发时,由于低降速度层的风化作用,地层疏松,速度较低,激发产生的面波能量相对较强,有效波能量相应较弱,面波的能量随激发药量的增大而增大。
图3a,b,c(从左到右)是在淤泥、流沙和黏土中激发的地震记录;图4a,b,c是它们的频谱分析图;图5a,b,c,d是在石灰岩和砂岩中激发记录与面波分析图。
它们的激发岩性分别是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)。从图中可见,在流沙激发中激发面波最发育,黏土中激发面波相对要弱。
它们的激发岩性分别是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c),从图中可见,面波的能量主要集中在低频,主频在5Hz附近,流沙激发中激发面波能量相对强,黏土中激发面波能量相对弱。
a,b分别是在石灰岩激发的地震记录和频谱图,石灰岩中激发面波主频在10Hz左右,面波能量较强;c,d分别是在砂岩激发的地震记录和分频图( BPI - 10),砂岩中激发右面波存在,能量相对较弱,主要目的层的地震反射波清晰可见,面波主频在10 Hz左右
声波是在空气中传播的弹性波,速度为340 m/s左右,波形较稳定,频率较高,在记录上延续的时间短,时距曲线是直线,呈窄带出现(图6)。
激发井浅是声波产生的主要原因。在空坑或者浅坑中放炮,河中、浅水池中放炮,山区放炮,外界强大声波干扰源等均能产生声波。因此,应尽量避免在浅井、浅水池中放炮,同时,采用闷井等措施克服声波噪声,闷井放炮也有利于能量下传。
地震记录中,常有比直达波更快到达的地震波,折射波时距曲线呈直线状,与直达波相交叉。折射波出现的时间与高速度层的埋深、速度等有关。速度越高,出现时斜率越小。
在近地表层中,风化层的底界常与高速度层相接,或者地层中存在高速层,会产生浅层折射波和折射多次波。
在地震记录上,会出现来自不同方向,具有不同视速度的干扰波,这种波出现时间不定,可能在浅、中、深层都有,时距曲线呈现直线,频率与有效波相近,对地震记录有较大的干扰性,特别是复杂地区地震勘探。
在复杂地区,地表的起伏较大,地震波沿侧面反射可形成侧面波。在地下构造复杂地段,地下大倾角界面产生侧面波,这种侧面波包含有效波信息,许多可以利用,但是从测线侧面来的反射,可能会使地震记录复杂化,形成干扰(图7)。
次生干扰包括次生低速干扰和次生高速干扰,它们可以出现在记录的任何地方,在频率域与有效波不能分开,速度场中次生高速干扰与有效波交混在一起,强度与次生干扰源的大小相联系,在有的记录上可能没有,或者强度很弱。在江汉平原地区施工此类干扰较少出现。
反射或者强折射波引起地表大的障碍物如大堤等振动,相同于一个次生的震源体,次生震源体的振动产生地震波,在地震记录上各个时间均会出现,会产生次生的直达波、折射波、反射波,使地震记录复杂化。它的强度与激发的强度、次生震源体的大小有关。
随机噪声属于非相干干扰波类型,在地震记录上,可以出现在所有时间,频率成分较复杂,多个频段都可能存在,以高频随机噪声居多,强度与施工时外界环境有关。有的强度较大,会对地震记录形成大的干扰(图7)。
外界风吹草动,引起高频干扰,不同的风力下施工干扰强度度不一样。外界人动、动物在检波器周围活动及其他外界的原因会引起记录上出现“大跳”,有时会干扰多道,影响较大(图8)。
在地震记录上,脉冲包含50Hz脉冲感应和尖脉冲两种,它们可以出现在记录的任何时间,50Hz脉冲感应可以是50Hz的正弦波形的干扰波和表现50Hz的谐波,当干扰强时,会严重压制有效信号,使整道或多道甚至全部记录都被干扰。尖脉冲表现为在记录的某一时间突然被一脉冲干扰,它与“大跳”的区别在于脉冲持续的时间更短,频带更宽。
50Hz脉冲感应可能由于大线绝缘程度不够,在排列上某个环节有漏电现象,外界市电干扰源强,如排列过高压线,变电站附近等,检波串并方式不合理,仪器接口阻抗不匹配,都可能形成50Hz脉冲感应。尖脉冲则可能是由于自然界的雷电干扰,有外界突然移动排列等(图9)。
多次波包括多次反射波、反射一折射波、折射一反射波等,多次波类型较多,在地震勘探中,影响较大和经常讨论的是多次反射波,多次反射波又分为全程多次波、短程多次波、微屈多次波与虚反射;它们的形成机制不同,在地震记录上表现形式不一,对地震记录的影响也不一样。多次波给人以假象,如中层的多次波,就有可能掩盖中深层的一次反射波,多次波时距曲线与反射波类似,只是增加了时移量。
不同的多次波形成机制有差别,但它们有一个共同点,就是要有良好的反射界面。江陵玄武岩发育区多次波较发育,严重干扰了目的层的有效信号(图10) 。
在江陵凹陷采集的地震记录中,由于地层中存在多层的玄武岩,造成地震波多次反射在地震记录中可明显见到多次波,在处理时的速度分析中,多次波特征明显