零相位化和非線性疊加對提取氣槍震源地震信號波形的影響研究

姚佳琪+曹文忠+葉泵+張偉

摘要：使用零相位化處理和非線性疊加方法提取低信噪比記錄中的有效信號，通過定量評估結果波形的走時和振幅等信息的精準程度，探究此處理流程是否可提高提取氣槍震源有效信號波形的準確性。對合成波形和云南賓川主動源實驗中實際資料數據進行零相位化處理，選用相似性加權、時間域相位加權、時頻域相位加權、改進的時頻域相位加權4種非線性疊加方法提取有效信號。結果表明，基于上述處理方法可有效提高提取波形的準確性：（1）零相位處理可以提高波形數據的分辨率，使有效信號到時點變為波形峰值點，有利于在非線性疊加后拾取出準確的到時位置；（2）零相位化數據的非線性疊加結果卷積震源子波可基本恢復地震信號波形記錄，可降低非線性疊加對有效信息的損失；（3）使用時間域相位加權疊加和相似性加權疊加方法可獲得較好結果，但可能會壓制低信噪比小振幅信號；基于時頻域的相位加權類疊加方法對有效波形成分影響較大，但對小振幅信號保幅較好。

關鍵詞：主動源；氣槍震源；零相位化處理；非線性疊加；信號提取

中圖分類號：P315.3文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）04-0581-14

0引言

人工震源技術可以克服傳統天然震源時空分布不均的制約，為獲得高時空分辨率的區域尺度地下結構和介質變化信息提供可能（陳颙，朱日祥，2005；王寶善等，2016）。與天然震源相比，人工震源單次激發能量較低、遠距離傳播易受噪聲干擾，需要大量重復激發再從中提取有效信號（張軍華，2011；楊微等，2013；倪宇東，2014；顧廟元等，2016；武安緒等，2016）。提取結果的可靠性將直接影響后續地震資料處理結果的準確性。因此，如何從低信噪比的重復激發地震記錄中獲取高質量有效信號，是人工震源實驗中的重點研究問題之一。

非線性疊加類方法是從低信噪重復激發記錄中提取有效信號最為常用的方法之一。此類方法利用了有效信號的一致性，從而實現保留有效隨機信號、壓制噪聲的目的（Kennett，1987；Schimmel，Paulssen，1997；Schimmel，Gallart，2007；Li，Gao，2014）。相比線性疊加，非線性疊加可大幅提高信噪比，但會造成信噪比過低的信號發生波形畸變和相位偏移等（武安緒等，2016）。在主動源實驗中，非線性疊加方法也被應用于大容量氣槍震源、低頻可控震源等地震資料有效信號提取中。武安緒等（2016）使用線性疊加、時間域相位加權疊加、時頻域相位加權疊加方法對接收到的波形記錄直接處理并定量評估提取結果的可靠性。經合成測試和實際數據處理后，認為加權疊加會影響有效信號提取的波形質量和時間精度。與大容量氣槍震源不同，低頻可控震源選用震動時間較長的掃頻信號激發且激發能量更低（陶知非等，2011）。為了降低不同震相的地震信號重疊干擾并提高數據分辨率，需要對接收到的原始波形做零相位化處理，通常是將地震記錄與震源子波做互相關，將地震記錄轉化為地下介質脈沖響應與震源信號自相關子波的卷積記錄（熊翥，2008；倪宇東，2014）。顧廟元等（2016）使用線性疊加、非線性疊加、直接分離類多種方法對主動源實驗中零相位化的低頻可控震源數據進行處理，獲得了較好的有效信號信息。本文將零相位化處理流程引入氣槍震源資料有效信號提取中，通過定量評估提取結果波形的走時和振幅等信息的準確性，探究使用零相位化數據是否可降低非線性疊加對低信噪比記錄中有效信號波形的影響。

本文首先使用相似性加權疊加、時間域相位加權疊加、時頻域相位加權疊加、改進的時頻域相位加權疊加4種非線性疊加方法提取未經零相位化處理的加噪合成低信噪比信號，提出了非線性疊加直接提取氣槍震源信號所存在的問題。然后，引入零相位化處理流程，分別使用互相關和反褶積兩種常用的零相位化處理方法對氣槍震源子波零相位化，對比兩種處理手段得到的零相位化子波形態特征來確定適合氣槍震源資料的零相位化處理方法。最后，通過對合成地震剖面數據和云南賓川主動源實驗實際數據的處理，探究并驗證先對數據做零相位化處理再疊加的可行性及優勢，為主動源實驗的信號提取提供參考。

1非線性疊加

1.1方法原理

非線性疊加是在線性疊加基礎上發展起來的，是基于記錄中有效信息波形或相位等的一致性來計算各采樣點的疊加權重以提高信噪比，又稱加權疊加。此類疊加方法既可在時間域中實現，又可在時頻域中實現。時間域非線性疊加可表示為：yws（t）=w（t）γ yls（t）（1）式中：yws（t）為時間域加權疊加結果；w（t）表示時間域的加權系數；γ為加權指數因子，用于控制加權強度，一般在1.5～2.5之間；yls（t）為線性疊加結果，即：yls（t）=1N∑Nj=1xj（t）（2）式中：N為疊加次數；xj（t）為第j次激發所接收的地震記錄；yls（t）為線性疊加結果。而時頻域非線性疊加利用了有效信號時頻域分布的一致性，可表示為：yws（t）=T-1wγ（t，f）1N∑Nj=1T{xj }（t，f）（3）式中：T和T-1分別表示某種時頻變換及其逆變換算子，通常使用Stockwell變換及其逆變換；w（t，f）為時頻域下的加權系數。下面，介紹本文所用非線性疊加方法的具體原理。

1.1.1相似性加權疊加

相似性加權疊加是以波形相似性系數（Semblance）作為一致性測量準則而實現非線性疊加的（Kennett，1987）。所謂波形相似性系數是多道記錄疊加后瞬時總能量與各單道記錄瞬時能量總和之比，用于測量多道記錄一致性程度的常用參數（Taner，Koehler，1969；Neidell，Taner，1971），可直接用于加權系數計算：w（t）=∑n/2i=-n/2wG（i）∑Nj=1sj（t+i）2N∑n/2i=-n/2wG（i）∑Nj=1s2j（t+i）（4）式中：wG（i）為高斯窗函數exp[-（τ-t）22k2]，這里k為高斯窗寬度因子，一般應大于震源子波寬度，合理選取可使加權系數光滑穩定；n為窗函數的個數。endprint

1.1.2時間域相位加權疊加

時間域相位加權疊加是以波形記錄的瞬時相位作為衡量有效信號一致性依據的疊加方法（Schimmel，Paulssen，1997），其加權系數計算公式如下：w（t）=1N∑Nj=1exp[iΦj（t）]（5）式中：Φj（t）第j次激發記錄隨時間變化的瞬時相位，可通過Hilbert變換得到。由接收到的地震記錄x（t）和其Hilbert變換形式H[x（t）]可構建出解析信號：X（t）=x（t）+iH[x（t）]（6）式中：X（t）表示解析信號。再將解析信號用指數形式表達：X（t）=A（t）exp[iΦ（t）]（7）式中：A（t）為局部振幅；Φ（t）為瞬時相位，是用于判斷有效信號一致性、計算加權系數的重要參數。

1.1.3時頻域相位加權疊加

時頻域相位加權疊加是時間域相位加權在時頻域中的拓展，這種方法是以地震記錄的時頻域瞬時相位的一致性作為評估依據（Schimmel，Gallart，2007）。該方法是通過Stockwell變換將信號變換到時頻域中（Stockwell et al，1996，1999），其加權系數的表達式為：w（τ，f）=1N∑Nj=1Sj（τ，f）exp（i2πfτ）Sj（τ，f）（8）式中：Sj（τ，f）表示信號經Stockwell變換的時頻譜。Stockwell變換的表達式可寫為：Sj（τ，f）=∫∞∫-∞xj（t） wG（t-τ，f）exp（-i2πfτ）dt（9）這里，高斯窗函數wG（t-τ，f）隨頻率變化，其表達式為：wG（t，f）=f·（2π）-1/2·exp（-t2f2/2）（10）在時頻域中實現相位疊加后，再通過Stcokwell逆變換后可得到疊加后的波形記錄，如（3）式所示。

1.1.4改進的時頻域相位加權疊加

改進的時頻域相位加權疊加起初是為解決CMP道集疊加中的時移問題（Li，Gao，2014）而提出的，這里將其用于提取低信噪比信號。此方法是在基于Stockwell變換的自適應濾波疊加基礎上發展而來的（Pinnegar，Eaton，2003），它不僅以時頻域的瞬時相位為衡量一致性依據，同時也考慮了時頻域中信號局部振幅的一致性程度。與以上加權疊加方法不同，改進的時頻域相位加權疊加需要計算每一道記錄的加權系數，以第k次重復激發記錄的權重系數為例：wk（τ，f）=Uk（τ，f）-Vk（τ，f）maxτ，f{Uk（τ，f）-Vk（τ，f）}（11）其中，Uk（τ，f）=1N-1∑Nj=1，j≠kSj（τ，f）maxτ，f{Sj（τ，f） }v（12）Vk（τ，f）=minτ，f{Uk（τ，f）}（13）第k次記錄的加權系數是通過其他各記錄疊加、歸一化等計算得到的。然后對每條記錄乘以相應的權重系數后疊加，最終疊加結果為：y（t）=S-11N∑Nk=1Sk（τ，f）wk（τ，f）（14）該方法在實現過程中進行了兩次疊加，因此很大程度上壓制了隨機噪聲，保留并突出有效信號，但計算成本較高。

1.2非線性疊加提取有效信號存在的問題

這里使用簡單的合成波形來對比評估上述4種非線性疊加方法的信號提取效果。首先使用云南賓川實驗CKT臺記錄到的氣槍震源激發信號作為震源子波（圖1）構建時長10 s、采樣間隔0.01 s、有效信號到時3 s、最大絕對振幅為1的合成波形（圖2a）。再向合成波形中加入標準差為1、均值為0的高斯隨機噪聲（圖2b）得到了加噪波形記錄。重復上述操作，構建出300道加噪記錄。

對上述加噪波形帶通濾波2～8 Hz后（圖2c）做疊加，結果如圖3a所示。由圖可知，非線性疊加相比于線性疊加可有效壓制噪聲、提高信噪比，但會對波形等有效信息造成影響：（1）相似性加權疊加和時間域相位加權疊加方法在壓制噪聲的同時，也會壓制有效信號中小振幅波形使得小振幅波形信息難以完好保留；（2）基于Stockwell變換的時頻域相位加權疊加和改進的時頻域相位加權疊加方法雖然可以提取出小振幅波形信息，但會造成相位偏移產生虛假波形；（3）由于震相到時為波形起跳點，基于此從結果中拾取到時，從拾取結果（圖3中深灰色豎線所標）可看出震相的到時難以準確拾取；（4）線性疊加雖不會對信號波形造成影響，但隨機噪聲難以壓制完全，且當疊加次數有限時仍難以從結果中拾取出準確的到時位置。

由以上結果可看出，直接對氣槍震源記錄非線性疊加會對波形造成影響，甚至可能導致初至起跳時間拾取錯誤。之所以初至時間會被非線性疊加破壞，是因為對于因果信號（最小相位信號），初至時間位于能量較弱的起跳點。如果地震震源采用零相位子波激發，則初至時間位于零相位子波的峰值，有可能在非線性疊加過程中保留下來。本文嘗試先對氣槍信號進行零相位化處理，再進行非線性疊加，考察非線性疊加對零相位化后的信號走時和振幅等波形信息的定量影響，進而對能否應用非線性疊加提取氣槍震源激發的有效信號提供理論依據。

2零相位化處理

地震波的傳播可以看作是一個線性系統，符合褶積模型：x（t）=r（t）*s（t）（15）式中：x（t）為臺站接受到的地震記錄；r（t）為地下介質的脈沖響應（天然地震學中稱為格林函數）；s（t）為震源子波信號。由此可見，地震記錄可近似認為是地層脈沖響應與震源子波卷積的結果，各震相實際是混合相位的（熊翥，2008）。對于接收到的記錄，震相的到時位置為波形起跳點，但往往因噪聲的影響而難以準確拾取走時（倪宇東等，2010）。零相位化處理可將混合相位波形轉化為零相位子波，從而使震相到時點變為零相位子波的峰值點，易拾取有效信號信息。此外，零相位化處理可將震源子波壓縮為近似δ函數的零相位子波，提高數據分辨率，避免了多震相相互疊加、干擾等。下面介紹互相關、反褶積2種常用的零相位化處理方法原理。

2.1方法原理

2.1.1互相關

互相關方法是把地震記錄與震源子波作互相關，將記錄中的震源子波信號轉化為零相位的互相關子波。互相關方法常用于可控震源資料處理中（圖4a-1、a-2）。地震記錄與震源子波做互相關后可表示為：x（t）s（t）=r（t）*s（t）s（t）（16）式中：表示互相關算子。對上式簡化可表示為：x（t）s（t）=r（t）*k（t）（17）式中：k（t）表示震源信號互相關子波，這是零相位化的子波，此時震相的起跳點變為峰值點。endprint

2.1.2反褶積

反褶積方法是將地震記錄中的震源子波去除掉，從而得到具有較高分辨率的地下介質脈沖響應。反褶積處理被廣泛應用于地震學偏移處理等中（熊翥，2008；Shearer，2009），氣槍震源資料處理中也常用此種手段提取傳播路徑的格林函數。反褶積的方法有很多，最直接的處理方法是頻率域反褶積，即將式（15）作Fourier變換將其轉換至頻率域中：X（ω）=R（ω）S（ω）（18）式中：X（ω）為地震記錄x（t）的頻譜；R（ω）為地下介質脈沖響應r（t）的頻譜；S（ω）為震源子波的頻譜。將X（ω）與S（ω）相除可得到較高分辨率的地下介質信息：R（ω）=X（ω）S（ω）（19）因實際數據中混合有隨機噪聲，頻率域直接相除常由于分母頻譜出現極小值或零點，造成結果不穩定。為了避免此種現象，這里選用計算穩定且效率高的頻率域水準反褶積方法（Helmberger et al，1971；翟秋實等，2016）進行后續基于反褶積方法的零相位化處理。

2.2氣槍震源的零相位化處理方法

根據以上常用的零相位化處理方法，本文將探究適合氣槍震源的零相位化方式。首先分別使用互相關和反褶積方法獲得氣槍震源的零相位子波波形，對比2個子波形態以選擇適合氣槍震源資料的零相位化處理方法。為了更好地對比評估，選擇適合氣槍震源的零相位化方法，這里同時對云南賓川實驗氣槍震源ckt臺波形（圖4b-1）和長江計劃安徽實驗中低頻可控震源理論子波（圖4a-1）做零相位化處理，然后對比相應零相位化子波波形特征。在使用主動源進行探測試驗中，可控震源資料必須經零相位化處理后獲得較高分辨率數據再進行后續處理（Brittle et al，2000；倪宇東，2014；顧廟元等，2016），而氣槍震源較少使用此流程來提高數據質量。此外，可控震源由于掃頻信號自身的特性，其互相關子波主瓣明顯、旁瓣噪聲低可近似為δ函數，且互相關方法實現簡單且穩定（特別是對于低信噪比記錄），所以對于此類數據最常用的零相位化方法是互相關方法。

經互相關后得到的震源自相關子波波形分別如圖4a-2、b-2所示。使用反褶積方法進行零相位化處理后的子波波形如圖4a-3、b-3所示。

從圖4結果中可看出，氣槍震源的自相關子波（圖4b-2）不具備可控震源自相關子波（圖4a-2）高清晰度的特征，且時長過長而難以達到壓縮震源子波提高分辨率的目的，而利用反褶積得到的子波波形（圖4b-3）具有很好的分辨率。基于此結果，本文認為對于氣槍震源數據的零相位處理使用反褶積方法可獲得更好的零相位化處理效果，后續使用頻率域水準反褶積來實現氣槍震源數據的零相位化。

為了探究零相位化方法是否可以降低非線性疊加對波形信息的影響，這里對1.2中的300道加噪合成數據進行基于反褶積方法的零相位化處理，然后再進行非線性疊加。單道加噪合成記錄（圖2c）的零相位化處理結果如圖2d所示（經2～8 Hz濾波），零相位化后300次疊加結果如圖3b所示。對圖3b各結果設置2～4 s波形對比時窗定量評估提取波形的準確度，如圖中文字所標。由結果可看出：（1）非線性疊加可以很好地壓制隨機噪聲，并且較直接疊加結果（圖3a）相比可更為準確地保留波形信息；（2）經零相位化處理后震相拾取位置由拾取起跳點變為拾取波形峰值點，經非線性疊加后峰值點位置不受影響，因此震相到時仍可準確拾取；（3）對比4種非線性疊加結果，可以看出相似性加權疊加和時間域相位加權疊加可較好保留零相位子波信息并壓制子波旁瓣，而基于Stockwell變換的時頻域相位加權和改進的時頻域相位加權方法會導致子波波形相位變化而產生虛假波形，但波形峰值位置即有效信號的到時不受影響。由此可見，數據經零相位化后可降低非線性疊加對結果的影響，有利于保證后續處理的準確性。

3合成地震剖面數據處理測試

為了更準確地評估零相位化處理是否可降低非線性疊加對有效信號的影響，本文使用一維速度模型合成地震剖面數據來模擬大容量氣槍震源信號處理過程。

3.1數據合成

首先在PREM全球平均速度模型（Dziewonski，Anderson，1981）的基礎上（圖5a），仿照真實地下介質情況構建一維速度結構用于合成仿真剖面數據，即在0～0.5 km近地表深度范圍內加入了強衰減的低速層，衰減系數設置為QP=80、QS=40，并對加入了0.5～24.4 km地殼中設置速度逐漸變化的薄層，構建出的一維速度模型分布，如圖5b所示。然后使用FK程序（Zhu，Rivera，2002）計算上述一維速度結構（圖5b）的理論波形。氣槍震源的震源機制復雜，這里將大容量氣槍簡化為作用于地表的垂直單力源，震源子波采用云南賓川主動源實驗場ckt臺接收單次激發記錄（圖1）。為了便于研究體波信息，這里從正演所得波形中去除面波成分，最終得到了該速度結構的理論地震剖面記錄（圖6a）。并使用Taup震相走時計算程序（Crotwell et al，1990）計算對應的Pg、Sg、Pn、Sn震相走時，如圖6中所示。

然后，模仿真實噪聲情況向理論地震剖面中加入隨機噪聲，構建合成地震剖面數據。本文通過測量震中距為5 km左右的臺站接收的實際記錄中信噪比來確定所加隨機噪聲強度。這里所定義的信噪比為有效信號時段內有效信號的最大振幅與背景噪聲均方根振幅之比（林建民等，2008）。圖7為云南賓川主動源實驗中震中距為5.009 6 km的53260臺大容量氣槍震源單次激發記錄，從記錄中設置Pg波到時開始至10 s區間范圍內的信號窗和時窗長度為5 s的噪聲窗，分別如圖中深灰色陰影和淺灰色陰影區域所示，信噪比為244.437 4。根據測量出的信噪比，向震中距為5 km處的理論波形中加入相應強度的高斯隨機噪聲。由于接收臺站的噪聲水平基本一致，因此對其他震中距的理論合成記錄中加入與5 km臺站相同標準差的高斯隨機噪聲，合成出的單次激發仿真地震剖面如圖6c所示。重復上述加噪操作，構造出300次重復激發仿真數據。endprint

3.2數據處理與分析

首先，對加噪合成數據進行去均、去勢、去尖滅、2～8 Hz帶通濾波等預處理。然后，對預處理后的數據直接疊加得到線性及非線性疊加結果，分別如圖8a、c所示；而對于零相位化數據的疊加，則先使用頻率域水準反褶積對預處理后數據作零相位化處理，然后進行2～8 Hz帶通濾波處理再疊加，最后得到線性及非線性疊加結果分別如圖8b、d所示。

這里抽出震中距分別為20、50、100 km合成數據的疊加結果（圖9）以更好地觀察提取有效信號效果。根據Taup震相走時計算程序計算出的震相到時，可以從結果中看出直接疊加和零相位化后疊加的波形特征。對于直接疊加走時點位置為波形起跳點，但非線性疊加后初至時間破壞；而對于零相位化后疊加的結果，走時點位置為該震相時段內波形出現的第一個振幅明顯的峰值點處。因此本文認為：（1）低振幅的震相到時起跳點在疊加過程中振幅發生變化，導致很難從結果中拾取出準確到時；（2）而零相位化后數據的疊加結果可以避免上述問題，較好地保留有效信號信息；（3）將未零相位化數據的疊加結果和零相位化數據的疊加結果相結合可用于震相走時拾取。

4實際數據處理分析

將前文所用的先零相位化后非線性疊加處理流程應用于2013年云南賓川主動源實驗大容量氣槍震源地震資料實際數據處理中，驗證零相位化處理是否可以提高提取信號的可靠程度。本文選取了該實驗中的53280、53259、53270臺（震中距分別為18.108 3 km、46.545 2 km、91.609 4 km）記錄。對此實際數據進行了預處理、零相位化、疊加等流程處理，其中預處理流程中除去均、去勢、去尖滅及帶通濾波處理外，還需進行去儀器響應和分量旋轉。根據合成測試中的零相位化子波波形和震相到時點位置波形等特征，本文將氣槍震源波形記錄直接線性疊加結果和零相位化后的波形記錄非線性疊加結果相結合拾取震相到時，本文認為的到P、S波時位置分別如圖10中灰色實、虛線所示。

5討論

為定量評估各方法提取有效信號的效果，本文選用最大互相關系數R和時間延遲Td來評估提取波形的準確程度。最大互相關系數是所選取的波形對比時窗內的疊加結果與對應的理論波形的互相關系數最大值，時間延遲是互相關系數最大值所對應的時間偏移大小（王彬等，2012；肖卓，高原，2015；武安緒等，2016）。然后分別從圖3a、b兩組處理結果選取2～6 s和2～4 s的波形對比時窗，計算出的R、Td大小如圖中文字所標。

5.1非線性疊加對各頻段成分的影響

選取1.2和1.3中的非線性疊加結果，以時間域相位加權疊加結果為例分析非線性疊加結果的各頻率成分的影響。從頻率范圍為2～8 Hz的直接疊加結果（圖3a）和零相位化后疊加結果波形（圖3b）中分離出2～4、4～6、6～8 Hz頻段波形，如圖11紅線所示。將分離出的各頻段成分與對應頻段的理論信號做比較（圖11文字標出最大互相關系數R的大小）結果顯示，非線性疊加對4～6 Hz頻率成分影響最小，零相位化數據疊加結果各頻率成分保持良好。而大容量氣槍震源主頻在5 Hz左右，可以看出主頻范圍的信號成分保留較好。

5.2非線性疊加對振幅的影響

為了探究各疊加方法是否可以保留有效信號振幅，這里使用1.2中的合成波形（圖2a）構建一組振幅變化的合成數據，最大振幅從1至0.1，間隔0.1變化，共10道數據，如圖12a所示。再向數據中加入標準差為1的高斯隨機噪聲，產生300組數據，然后進行疊加。

從疊加結果的最大振幅變化情況（圖12b、c）中可看出：（1）非線性疊加可以基本保持未零相位化和零相位化數據的振幅信息，相似性加權和時間域相位加權疊加振幅結果與線性疊加基本一致，基本吻合真實振幅；（2）而時頻域相位加權疊加類方法雖基本擬合真實振幅，但是所得振幅偏小；（3）此外對于最大振幅為0.1的記錄，零相位化處理后數據的相似性加權疊加和時間域相位加權疊加結果的振幅保持效果較基于時頻域的相位加權疊加結果差，此測試結果與圖9b中遠震中距疊加結果相似。本文認為當信噪比過低時，相似性加權疊加和時間域相位加權疊加僅利用了時間域上的波形和相位信息，在壓制噪聲提高信噪比的同時，也將小振幅的有效信號信息壓制而無法獲得準確的波形信息；而時頻域相位加權疊加充分利用了有效信號的時頻分布特征，可從低信噪比記錄中提取出有效信息。

5.3零相位化非線性疊加結果恢復波形能力的討論由圖3所標文字可知，對于氣槍震源合成波形直接疊加，當疊加次數足夠時，非線性疊加的提取效果較線性疊加差；而對于零相位化的氣槍震源合成波形疊加，相似性加權疊加和時間域相位加權疊加的提取效果優于線性疊加方法；時頻域相位加權和改進的時頻域相位加權疊加會導致有效信號相位偏移而產生虛假波形，所提取的結果與真實波形差異較大。這里將零相位化數據疊加結果（圖3b）卷積氣槍震源子波波形（圖2a）測試零相位化的疊加結果是否可用于恢復原始信號并提高提取結果的可靠性，結果如圖13所示。設置2～6 s波形對比時窗與氣槍震源子波波形（圖3a）進行比較發現（圖13文字所標），零相位化數據非線性疊加結果的最大互相關系數高于數據直接進行非線性疊加結果的，其中零相位化波形疊加結果中相似性加權和時間域相位加權疊加所恢復的氣槍震源波形結果略優于波形直接線性疊加結果。這是由于波形經零相位化處理后原記錄中波形的起跳點轉化為了零相位子波的峰值點，峰值點的振幅較大，在疊加過程中不易受噪聲干擾，因此可以保留較好的走時信息和地下介質的脈沖響應信息；此外，相似性加權疊加和時間域相位加權疊加可以一定程度上壓制零相位子波的旁瓣噪聲，從而進一步提高數據的分辨率，而基于時頻域的相位加權類疊加方法由于Stockwell變換分辨率等問題造成相位偏移等現象，使得最終經逆變換至時間域后產生虛假波形而影響數據質量。

5.4以近臺站記錄近似震源子波對零相位化結果的影響由于氣槍震源的震源機制復雜，尚未有很好的理論震源子波，目前是在距震源0.05 km處放置參考臺站（CKT臺），使用參考臺接收記錄作為震源子波做后續處理。下面探究采用近臺站記錄作為理論震源子波是否會影響零相位化結果的準確性。使用FK程序計算3.1合成測試中所用一維速度模型下震中距為0.05 km處的理論波形，如圖14所示。以此近臺站理論波形作為零相位化處理中所用的震源子波與合成數據（圖6a）的波形做反褶積。圖15為震中距分別為20、50、100 km零相位化波形結果對比，圖中紅線波形為以近臺記錄近似震源子波得到的零相位化結果，從圖中可看出與以真實子波的零相位化結果（圖中黑線所示）存在的差異較小，但仍有必要對主動源實驗中氣槍震源機制進行深入研究。endprint

6結論

從合成數據和實際數據的處理結果和分析中可得到以下結論：

（1）零相位處理可以提高波形數據的分辨率，零相位化后有效信號到時點變為波形峰值點，從而減小了疊加過程中噪聲的干擾，經非線性疊加后可提高震相到時的準確性。在比較氣槍震源的零相位子波后，本文認為以反褶積方法作為零相位化處理手段更適用于氣槍震源有效信號的提取。且在實際數據處理中，使用近震中距的ckt臺站記錄近似氣槍震源的真實子波對零相位化處理結果影響很小。

（2）非線性疊加結果卷積震源子波可獲得與原始波形記錄較為一致的波形記錄，較大程度降低了非線性疊加對有效信息的損失。

（3）使用時間域相位加權和相似性加權疊加方法可獲得較好結果，而基于時頻域的相位加權類疊加方法對有效波形成分影響較大。基于時間域的相位加權和相似性加權疊加方法對于低信噪比記錄中小振幅波形的保幅能力較差，可將小能力信號波形壓制而損傷部分有效信息；基于時頻域的相位加權疊加類方法可較好保留疊加波形中的小振幅信息（保幅能力與線性疊加相比較差），但會造成信號相位偏移而產生虛假波形，進而影響提取信號的準確性。

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