反射波地震资料数字处理中的反滤波

反射波地震资料数字处理中的反滤波显然不会是针对前一节讨论的一维数字频率滤波设计的，而是针对反射波地震记录形成过程中的某些滤波作用而设计的。根据要“反”的这些滤波作用的不同可以设计不同的反滤波。

（一）针对大地滤波器的反滤波（提高分辨率的反滤波）

前面已经谈到过，从广义而言，任何对某一信号的改造作用均可以看作为滤波。从这个意义上讲，地震波所经过的地层介质也可以看作为滤波器，震源激发传出的信号是它的输入，接收到的地震记录是它的输出。

从震源激发传出的尖脉冲δ（t）到接收到地震记录x（t）的整个滤波过程可以细分为两部分。假设不考虑地层的吸收作用，震源脉冲δ（t）在地下只受到反射界面的影响（且不考虑多次反射），则震源脉冲经过各个界面反射后的反射波仍为尖脉冲，只是由于各反射界面的影响，这些反射回来的尖脉冲的大小与各界面反射系数的大小成正比，极性与各界面反射系数一致，出现的时间为从地面到界面再回到地面的双程运行时。地面接收到的反射地震记录正是这些尖脉冲之和（图5-3-2）。我们称这种反射地震记录为理想反射地震记录。之所以称之为“理想”反射地震记录有两层意义。一是讲这种记录合乎理想，因为记录上每一个尖脉冲的大小和极性均反映了界面反射系数的大小和性质，其出现的时间反映了界面的深度（或地层厚度）和波速；而且由于尖脉冲的持续时间很短，无论地下地层有多薄，也能从记录上分辨出来。另一层意义是讲这种地震记录实际上不可能出现，因为实际地层中不可能不存在吸收和多次反射。理想反射地震记录可以看作为震源脉冲受到一种称为反射滤波器的作用结果，其滤波因子正是理想反射地震记录或称为反射系数序列R（t）（图5-3-3）。其计算公式为

反射波地震勘探原理和资料解释

图5-3-2 理想反射地震记录的形成示意图

显然，反射滤波器是人们需要的，其作用不应当抵消，反射地震资料数字处理中的反滤波不是“反”这种滤波器的。

图5-3-3 反射滤波器作用示意图

实际地层存在着吸收作用，它也相当于一个滤波器，称之为地层吸收滤波器。地层吸收滤波器会使一个δ脉冲变为具有一定延续长度的波形，一般称之为地震子波b（t）。它实际上是地层吸收滤波器的脉冲响应（图5-3-4）。由于地层吸收滤波器的存在，震源脉冲受到二个滤波器的作用，故在地面获得的实际反射地震记录就不是一系列幅度、时延不同的尖脉冲之和，而是一系列幅度、时延不同的地震子波之和（图5-3-5）。根据实际反射地震记录的形成过程可以写出实际反射地震记录x（t）与地震子波b（t）和反射系数序列R（t）的关系

图5-3-4 地层吸收滤波器

图5-3-5 实际反射地震记录的形成示意图

反射波地震勘探原理和资料解释

由此可见，实际反射地震记录x（t）可以看作为当地层吸收滤波器b（t）的输入为理想地震记录R（t）时的输出。

实际反射地震记录x（t）与理想反射地震记录R（t）在构成上的主要区别是前者由有一定延续长度的“子波”相加而成，后者由没有延续时间的“脉冲”相加而成。因为子波有一定延续长度，当地下某个地层较薄以至于波在其中的双程运行时间比子波延续时间还要短时，该地层顶界面反射子波还没有完全消失时底界面反射子波就出现了，两者会发生叠加。叠加的结果会形成复波，顶、底界面反射波无法分开。因此，反射地震记录的分辨能力大为降低，一些较薄的地层无法分辨（图5-3-6）。为了提高反射地震记录的分辨率，最好能将实际反射地震记录x（t）转变为理想反射地震记录R（t），这正是反滤波要实现的。因此，提高分辨率的反滤波“反”的实际上是地层吸收滤波器。从广义上讲，大地滤波器包括反射滤波器和地层吸收滤波器。实际工作中更经常使用的是窄义的概念，即大地滤波器就是地层吸收滤波器；反大地滤波就是反地层吸收滤波。通过反大地滤波可以将实际反射地震记录变为理想反射地震记录，压缩子波，提高反射地震记录的分辨率（图5-3-7）。

图5-3-6 薄层情况

图5-3-7 提高分辨率的反滤波

应该指出，地震记录反滤波的输出，由于多方面的原因（主要是大地滤波器的特性难以完全了解），只会接近而不会完全等于反射系数序列，即分辨率的提高是有限的。

（二）针对海水层滤波器的反滤波（提高信噪比的反滤波）

由于海面和海底是两个强反射面，在这两个面之间会形成能量很强的多次反射。这些多次反射在记录上以等间隔的时间出现，严重地干扰了记录上的有效波，这就是鸣震（或称交混回响）干扰。可以将海水层形成交混回响的作用看作为一个滤波器，无鸣震干扰的记录经海水层滤波作用后形成了有鸣震干扰的记录（图5-3-8）。

图5-3-8 鸣震干扰机理及相应的滤波作用

为了消除鸣震干扰，提高记录信噪比，可以设计一个针对海水层滤波器的反滤波，“反”掉海水层滤波器的作用，得到无鸣震干扰记录。由于海水层滤波器的特性相对于大地滤波器的特性而言更易获得，因此用反滤波方法反鸣震干扰获得了巨大的成功。

除了海上工作会有鸣震干扰之外，江、河、湖上工作时也会出现鸣震干扰，有时在陆上工作地下存在较强的二个反射界面时也会形成很强的多次反射波干扰，这些干扰均可以用上述反滤波方法“反”掉，提高记录的信噪比。