1 单炮记录间同相轴差异现象

中国西部南疆沙漠区奥陶系油气储量丰富，是重要的油气勘探区块。其地质目标是超深层小尺度断溶体，对地震资料的信噪比和分辨率要求较高^[1-3]。分析工区资料，发现有一种特殊现象，该区构造简单，地层较平缓，波组较连续，并无地层突然消失的情形，但不同位置单炮记录中同相轴信息差异较大。同一同相轴，有的单炮记录中有，而有的单炮记录中没有，有的单炮记录中同相轴数量多，而有的单炮记录中同相轴数量较少；而且，同相轴之间能量强弱关系不同，有的单炮记录中各同相轴是上强下弱，而有的单炮记录是上弱下强，尤其是分频扫描后，这种单炮记录间品质差异更明显。

图 1a所示的SB地区剖面中地层较平缓，构造较简单，地层横向上并无缺失现象。在剖面中5个位置选择单炮，展示其40~80 Hz的分频扫描(图 1b)，可见这5炮的记录品质差异较大：①、②炮只有一套明显的同相轴，③炮所有同相轴都不清晰，④炮也只有一套明显的同相轴，但与①、②炮同相轴位置明显不同，⑤炮有明显的两套同相轴。

上述单炮记录效果表明，不同位置单炮记录品质差异较大，同相轴的数量、清晰度及同相轴之间相对能量关系都不一样。在做地震数据采集施工总结时，通常要展示现场单炮记录的品质，以体现工区资料品质的一致性。上述现象必然导致难以找到品质相当的单炮资料，具有一定的挑战性。

2 问题分析

从以上剖面和单炮记录分析，因剖面中地层并未呈现突变消失现象，故排除地下地层因素，那么就可认为主要是地表因素引起的。下面对三种情形进行分析。

2.1 不同炮、相同排列

图 2是抽取的不同炮、相同排列资料，其炮检距相当。单炮记录下曲线是地表高程，这3炮的激发因素因受表层结构影响而略有差异。图 2a为自动增益(AGC)显示，图 2b为对应的40~80 Hz滤波显示。从这3炮资料品质分析，虽然激发因素不同，但由于是同一排列接收，其地表条件、沙丘起伏高差相同，这就使地表产生的次生干扰也相同，最终使这3炮资料品质相当，表现在单炮记录同相轴数量相同，同相轴之间能量关系相同，分频扫描(40~80 Hz)后都显示为一套同相轴。

图 3为上述3炮记录的定量分析，可见其频谱曲线基本相当，吻合度较好，能量和信噪比差异也较小。

2.2 相同炮、不同排列(相邻排列间相差300 m)

图 4是相同炮、不同排列资料，其中图 4a是自动增益、图 4b是40~80 Hz滤波显示。可见虽然激发因素相同，但不同排列位于不同地表位置，各自的沙丘起伏差异大，使次生干扰不同，最终导致不同排列资料品质差异大；从40~80 Hz分频数据看，3炮资料的同相轴的数量、清晰度及能量相对关系都不同。图 5为上述3个排列的定量分析，可看到其频谱曲线差异稍大，吻合度较低，能量和信噪比的差异也较大。

2.3 不同炮(两炮间相差1.8 km)、不同排列

图 6为不同炮、不同排列资料，即激发、接收因素都不同，导致资料差异更大。图 6a中红色箭头所示处两个单炮记录的同相轴数量差异较大，左边单炮记录只有一个明显的同相轴，而右边单炮记录则具有多个明显的同相轴。从40~80 Hz分频扫描(图 6b)结果看，其同相轴的数量及清晰度差异也较大。

图 7为上述两炮记录的定量分析，可见其频谱曲线差异大，吻合度差，能量和信噪比也差异大。

从以上三类情形分析可知，地表因素是造成不同位置单炮差异的主要因素，不同位置地表沙丘起伏差异大，导致次生干扰不同，最终导致不同位置单炮记录品质差异大，同相轴出现“上蹿下跳”现象。

既然单炮记录品质差异主要是由沙丘地表次生干扰引起，那么通过去除次生干扰，就可使不同位置资料品质趋于一致。为此，做沙丘鸣震压制分析。

3 沙丘鸣震压制分析 3.1 沙丘鸣震规律性分析

由于地表沙丘起伏大，产生强烈的次生干扰^[4]，将单炮记录面貌与高程曲线做对照分析，可知在高大沙丘位置有明显的沙丘鸣震噪声(图 8)，其特征为初至波及折射波位置具有方向相反的下传波组，红色箭头指示处呈“碗状”波组特征，延续时间长，强能量条带状，严重影响深层的弱反射信息。从固定增益更容易看到强能量条带状沙丘鸣震(图 8a)。

构建地质模型进行正演模拟，很好地解释了沙丘鸣震的产生机理：主要是初至能量在沙层(地表与潜水面之间)产生的多次反射，尤其是在高大沙丘内多次反射能量更强，形成了单炮记录中的强能量条带状噪声(图 9中红色方框)。

针对这种噪声的有效压制，许多学者进行了研究。凌云等^[5]利用地表一致性变预测步长反褶积方法压制沙丘鸣震；王立歆等^[6]探究了用Radon变换法消除沙丘鸣震的方法；张晴等^[7]提出利用变步长预测反褶积方法压制辽河地区沙丘鸣震的方法。本文研究了一种基于沙丘鸣震的波场传播特性的压制方法，取得较好效果。

通过前面分析，沙丘鸣震在单炮记录上表现为杂乱无章的强能量条带状噪声，似乎无规律，但由于井炮是在高速层下激发，且位置统一，该区近地表高速层顶界面是平缓界面，所以切换到共检波点道集时，沙丘鸣震呈现出一定的规律性，利用波场规律就可较好压制^[8-11]。下面是具体分析过程。

图 10a为典型的具有沙丘鸣震的单炮记录，其下为地表高程曲线，可看到在沙丘高部位(如B点)，沙丘鸣震表现为杂乱无章的强能量条带状噪声，在沙丘低部位(如A点)，对应的单炮记录信噪比略高，未见明显的沙丘鸣震现象。这是在炮域的表现形式，但将数据转换为共检波点道集，沙丘鸣震呈现规律性特征。从图 10c中B点抽取的共检波点道集可看到，沙丘鸣震表现为规律性的强能量线性噪声，掩盖了地下反射信息，其线性速度为近地表高速层顶界面速度。另外，从图 10b中A点抽取的共检波点道集可见，虽然在单炮记录中无明显的沙丘鸣震现象，但在共检波点道集中仍存在明显线性沙丘鸣震干扰，只是能量略弱，地下反射信息较清晰。因此，沙丘鸣震现象并不仅仅出现在沙丘高部位，在沙丘低部位也仍然存在，只是造成的影响不如沙丘高部位的大^[12]。

剖析检波点道集内沙丘鸣震呈线性特征规律的原因：该区高速层顶界面是平缓界面(图 11绿线)，较为规则，炮点在高速层顶界面下5m激发，则炮点激发的界面也是较平缓(图 11红虚线)。每炮产生的向上传播的波，有一部分会沿绿线滑行，以相同速度传入同一检波器，因此在共检波点道集呈线性特征。

图 12a是基于图 11构建地质模型模拟出的共检波点道集，与图 12b实际资料的共检波点道集相比，特征较相似，沙丘鸣震也呈线性特征，从而得到证实。

3.2 沙丘鸣震压制技术

沙丘鸣震在检波点域表现为线性特征，为其压制提供了便捷途径。采用去线性噪声方法在检波点域压制沙丘鸣震后，信噪比明显提升，反射信息非常清晰。图 13为检波点域压制共检波点道集沙丘鸣震前、后效果对比。

在共检波点道集进行压噪处理后，再将道集抽回共炮点道集(图 14)。可见压制前(图 14a)单炮记录信噪比较低，充斥着大量沙丘鸣震影响，红框位置为明显的条带状沙丘鸣震，能量较强，蓝框位置为目的层奥陶系地层，难以看到同相轴有效信息；而在压制后的图 14b中，信噪比明显提高，红框位置的强能量条带状沙丘鸣震明显减弱，有效波突出，蓝框位置的奥陶系地层的反射同相轴也非常明显，为后续处理、成像提供了较高品质资料。

图 15为沙丘鸣震压制前、后的叠加剖面对比，将沙丘鸣震分离之后的剖面中信噪比明显提升，主要目的层成像清晰，波组连续性提高，为地质任务的完成提供了较好基础资料。

采用该方法对相距2.3 km的两炮记录进行噪声压制(图 16)。受不同位置地表差异的影响，该两炮记录波场信息丰富程度、波组连续性、信噪比、波组强弱关系等方面相似度较低(图 16a)。当对该两炮数据进行去沙丘鸣震处理后，可看到其波场信息之间的相似度提高，同相轴数量、清晰度及能量强弱关系基本相当。

综上所述，导致一个工区中不同位置单炮资料差异的主要原因是不同排列位置地表产生的沙丘鸣震干扰不同，使得其信噪比、波场信息差异大。

4 结束语

南疆沙漠区不同位置单炮品质存在明显差异，表现为波组清晰度、数量及能量强弱关系不同，疑似反射波组在单炮间“上蹿下跳”。这种普遍存在的现象给人们在施工总结中挑选单炮带来一定困难。该现象缘于不同排列所处地表沙丘导致的沙丘鸣震不同，最终表现在资料上波场信息丰富程度呈现差异。当压制了沙丘鸣震后，不同位置单炮记录的品质趋于一致，波场信息丰富程度相当。

本文提出的压制沙丘鸣震的方法，不同于前人常用的预测反褶积方法，它是利用沙丘鸣震在共检波点道集呈现线性规律的特征进行压制，能取得较好去噪效果，且资料信噪比显著提升。