0 引言

在地震资料采集中，为了避免相邻时间激发信号之间的相互影响，确保所采集资料品质的方法主要有两种(Pecholcs et al.，2008)，即：将这两炮之间的激发时间差设计得足够大，或者是将它们的空间距离设计得足够远.由于采集工区面积是有限的，因此常规采集技术主要采用第一种方法，从而导致采集效率过低，采集成本过高.可控震源同步扫描高效地震采集技术因其能够大大提高采集效率而得到了业界的广泛重视，并逐步形成了以独立同步扫描(ISS)(Howe et al.，2008a)、滑动扫描(Rozemond，1996)和拉开距离的同步扫描(DSSS)(Bouska，2009)等为代表的主流高效同步采集技术.其中除了ISS是利用信号激发时间的随机性，在资料处理过程中采用去除随机噪声的方法来消除干涉炮噪声，因而不过多考虑采集资料的单炮品质外(Howe et al.，2008b)，滑动扫描技术和拉开距离的同步扫描就分别利用相邻时间激发信号之间的时间差和同步震源的空间距离来确保采集资料的单炮品质，因此其采集效率的提高是通过压缩相邻时间激发信号之间的时间差和同步激发震源的空间距离而实现的.由于受限于地震信号在地下的传播衰减规律和野外采集工区大小，这两种高效采集方法对采集效率的提高非常有限.

近年来，动态滑动扫描技术(D4S(DSSSS)技术，或拉开距离的滑动扫描技术)得到了越来越广泛的应用.它是一种将DSSS技术与滑动扫描技术相结合的采集技术，也可以看作是拉开足够距离的多个滑动扫描采集系统的同时使用，是从时间和空间两个方面综合提高采集效率的采集技术.从理论上讲，其采集效率比滑动扫描技术和DSSS都提高了很多.因此它是在确保所采集资料品质的情况下的一种更高效率的采集技术. 正是由于是一种DSSS与滑动扫描相结合的采集技术，特别是由于在实际采集中，难以拉开足够大的距离，其采集资料兼具了滑动扫描采集资料谐波发育和DSSS采集资料中干涉炮有效信号干涉严重的特点，如何有效压制谐波与干涉炮噪声，提高资料成像质量，是D4S资料处理中的一个难点.

TS地区的高效地震采集试验采用的就是动态滑动扫描技术，且工区范围很小，同步激发震源之间所拉开的距离都不是足够大，噪声比较发育.如何有效的压制这些噪声，实现高精度成像是该区资料处理的难点.本文首先分析了该资料中同步激发震源噪声的类型及其分布特点，然后分别采用反相关算子法与基于速度模型的有效信号提取波场分离技术来压制谐波干扰和同步激发震源的干涉炮噪声，最后利用常规处理技术对其进行成像处理.通过与该区常规采集资料的常规处理结果的对比分析，说明了采用谐波压制技术与波场分离技术对D4S采集资料的预处理能有效的压制谐波干扰和同步激发震源的干涉炮噪声，提高资料成像品质.

1 D4S技术采集资料噪声分析

TS地区高效地震采集实验采用的是D4S技术.实验采用单台单次扫描、10台震源同步施工的方式，10台震源被分成2个大组，每个大组5台震源，分布在5束测线内，组内的震源进行滑动扫描，并且其中的1台与另一大组的任意一台震源进行同步扫描.与一般的DSSS和滑动扫描方法不同的是，不固定滑动时间，按照分开距离进行变滑动时间扫描.由于是DSSS与滑动扫描相结合的采集技术，因此所采集资料应具有这两种技术所采集资料的特点，同时工区面积只有近130 km²，两大组震源相距较近，因此TS地区高效采集资料除了具有一般常规采集资料的噪声特点外，还存在由D4S采集所产生的谐波噪声和干涉炮噪声等.

1.1 谐波的形成机理与分布规律

在利用可控震源进行震源激发扫描时，由于震源自身的电路系统、机械系统、液压系统的非线性性，以及平板与大地之间耦合关系的不确定性，将会产生一些噪声，这就是谐波(Li et al.，1995)，而真正通过平板传播给大地的是谐波与激发信号叠加在一起的信号，也就是被谐波干涉的激发信号.

由谐波的产生机理可以看出，谐波都是高频信号，且都是激发信号的倍数.在现今大都采用升频扫描的情况下，当我们用扫描信号与接收信号进行互相关后，则相关后的谐波出现在负时间轴上.在常规地震采集或交替扫描采集中，由于每一炮的记录都是从0时刻开始，因此负时间轴出现的谐波对信号基本不构成影响，而在以滑动扫描为代表的高效采集中，相关前的地震记录采用的是连续记录方式，出现在负时间轴的谐波将对前一炮的信号造成污染.图 1就是TS地区高效采集相关后的单炮记录以及两炮记录时频分析图.由图 1a单炮记录中可以看出白色线条所圈的梯形区域中的高频成分，这种高频成分在常规采集资料中是不曾出现的，而在滑动扫描技术采集的资料中是普遍存在的.这就是谐波.它是由当前炮的后一炮激发信号产生的.当当前炮是连续采集的最后一炮时，则没有谐波产生.而在图 1b的时频分析图中以10秒为界分为两炮时频分析信号.假定10秒前的是当前炮，则10秒后是当前炮的后一炮.由此图可以看出每一炮的时频分析信号都有呈放射状的红色强信号，这种信号就是不同阶的信号，其中最下面的是基波，也就是我们的有效信号，其他的自下至上分别是一阶谐波、二阶谐波、以此类推.很显然图中所标注的后一炮的二阶、三阶等各阶谐波对当前炮记录中的基波造成了明显的污染(图中白色线条矩形区域)，由此也可以看出，是后一炮的高频谐波对当前炮记录造成了污染.

1.2 干涉炮信号噪声

在DSSS采集资料中会有同步激发震源的干涉信号，但是当同步激发的两个震源之间的间距超过最大目的层深度的两倍时，这种干涉信号与有效信号在时间上明显分开，不会对成像质量造成明显的影响，因此在资料处理过程中基本不做考虑，而且其采集资料是与常规采集技术采集的资料一样的相关后的资料.所以真正的DSSS采集资料是在不做特殊处理的情况下，直接利用常规采集资料的处理流程进行除.而在TS工区中，由于工区面积较小，从DSSS采集技术来考虑，其拉开的距离远小于最深目的层深度的2倍，此时干涉信号与有效信号相互干涉在一起，且这种干涉信号是干涉震源激发的信号，其动力学特征与有效信号完全一致，因此需要考虑同步激发震源干涉信号的影响.图 2是TS工区高效采集的单炮记录.图中可以看到由同步激发震源所产生的干涉信号(图中标注为同步震源干涉噪声)能量特别强，超过了有效信号强度.

2 针对性处理技术及其应用效果

高效地震采集技术能够大幅度提高采集效率，降低采集成本，而在大幅度降低了采集成本的情况下，在进行观测系统设计时，可以大幅度增加叠加次数，以提高采集资料的成像质量.因此高效采集资料大都具有更高的叠加次数.前已述及，由于同步激发震源之间的相互干涉，从单炮记录来讲，高效采集资料的品质普遍较差.如何消除高效采集地震资料中各种噪声，充分发挥其在成像上的优势是高效地震采集资料处理的难点.针对TS地区D4S采集资料的特点，分别采用谐波压制技术和波场分离技术来压制谐波和消除同步震源干涉噪声.

2.1 反相关算子谐波压制技术

谐波是可控震源自身系统产生的，因此是不可避免的，但是可以压制的.目前国际上已有多种谐波压制技术.由于TS地区采集资料是相关后的炮记录这个特点，这里采用反相关算子谐波压制技术(Zhang et al.，2012).他是利用相关后的炮记录及辅助道中的扫描信号来压制谐波.其基本原理是：升频滑动扫描数据中最后一炮的基波信息没有后炮的谐波干扰，首先将最后一炮的相关前数据分别与力信号中的基波和各阶谐波分量相关，只提取正时间轴中对应分量的自相关波形；然后利用对应分量的反相关算子，依次提取最后一炮的相关前基波和各阶谐波能量；然后从前一炮的数据中消除最后一炮的谐波成分，就可得到压制谐波后的倒数第二炮的地震记录，余此类推.

为了检验反相关算子法去谐波的效果，我们设计了一个2层水平介质模型，采用带谐波的扫描信号进行弹性波模拟，并用扫描信号与模拟记录进行互相关，所得结果如图 3a所示.由该图可以看出，在1～3 s之间出现了很强的谐波干扰.图 3b是用反相关算子法对其进行去谐波处理的结果，对比该图可以看出，反相关算子法能够很好的消除模拟地震资料中的谐波.

为了进一步检验反相关算子法谐波压制技术的实际应用效果，对图 1a单炮记录进行反相关算子法去谐波处理.具体做法是：由最后一炮，计算其谐波值，并且在道数第二炮中减去该谐波值，再计算道数第二炮的谐波值，以此类推.图 4就是采用反相关算子法谐波压制技术对图 1a的炮记录处理后的结果，对比这两幅图可以明显看出，经去谐波处理后，谐波基本被压制，而其他各种信号都保存完好，即使是死道噪声也能清楚看到.由此可以说明，反相关算子法具有很好的谐波压制效果，且能很好的保护其他非谐波信号.

2.2 波场分离技术

由图 2可以看出，由同步激发震源产生的干涉炮噪声极强，且其动力学特征与有效信号完全一致，如不对其进行处理，将严重影响成像效果，对于ISS采集资料，一般根据震源激发时间的随机性利用随机去噪技术来压制这种噪声，而对于D4S资料，由于各震源激发时间具有相对的确定性，随机去噪技术显然是不适用的.而波场分离是最主要的方式之一(Moore et al.，2008；Akerberg et al.，2008；Spitz et al.，2008；Huo et al.，2009；Kim et al.，2009；Mahdad et al.，2011).为此采用基于速度模型的弱信号提取波场分离技术由图 2所示的记录中分离出有效信号.基于速度模型的弱信号提取技术是一种针对强噪声背景的弱信号提取技术.这里将其应用于高效技术所采集资料的波场分离，不仅可以分离ISS采集资料，而且也可以分离D4S采集资料.

为了说明本方法的波场分离效果，我们首先对一个模拟的ISS采集资料进行波场分离实验.图 5a是采用2D高阶有限差分声波正演模拟技术模拟的5个同步震源的炮记录，由该记录可以看出，干涉炮噪声极强，严重掩没了有效信号.采用基于速度模型的有效信号提取波场分离技术对其进行波场分离，所得结果如图 5b所示.由图 5b可以看出，原先被掩没在噪声中的反射信号得到明显加强，干涉炮噪声基本被压制，只剩下一些弱的随机噪声，这种随机噪声可以利用一般去噪技术去除，也可以在处理过程中利用叠加等压制.

为了进一步分析基于速度模型的有效信号提取波场分离技术的实际应用效果，将该方法应用于对图 2所示的炮记录进行波场分离实验，结果如图 6所示.由该图可以看出，图 2中所标注的“同步震源干涉噪声”已基本不存在，说明了这种方法具有很好的实际应用效果.

2.3 综合应用实例

将反相关算子法去谐波技术与基于速度模型的弱信号提取波场分离技术应用于对TS地区高效采集资料的针对性处理，并在此基础上，对其进行常规处理，其结果如图 7a所示.图 7b是相同位置3D常规地震采集资料常规处理结果.对比这两个处理结果可以看出，与常规采集资料的成像结果相比，高效采集地震资料经过谐波压制和波场分离后的常规处理剖面中浅层成像质量更高，地层接触关系更清晰，中深层信噪比更高，主要反射层信号更清晰，且在中深层的强反射背景中出现了一些明显的相对弱反射异常信号.

3 结论

本文在分析了TS地区地震资料因D4S高效采集所产生的主要噪声类型及其特点的基础上，分别采用反相关算子法谐波压制技术和基于速度模型的弱信号提取波场分离技术进行针对性处理，由理论模型与实际资料的处理结果可以得出如下结论：

1) 谐波是由可控震源的结构系统产生的，因此是不可避免的，但是是可以压制的.采用反相关算子法谐波压制技术能够有效压制谐波干扰.

2) 采用动态滑动扫描采集技术采集地震资料时，当同步激发震源的距离拉的不是特别大时，会产生同步震源干涉噪声，采用基于速度模型的弱信号提取波场分离技术能够从强干涉背景中分离出有效信号.

3) 将反相关算子法谐波压制技术和基于速度模型的弱信号提取波场分离技术相结合对D4S进行预处理，能够充分发挥高效采集地震资料在成像精度上的优势.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！