根据野外采集阶段噪音的出现规律，可以将噪音分为规则干扰波和随机干扰波。前者包括面波、折射波、声波等干扰，后者包括风吹草动等引起的频带宽、速度多变的环境噪音。［4］无论是相干噪音还是随机噪音，野外采集阶段均可以通过组合检波、多次覆盖等方法进行衰减。但是，随着地震勘探区域在地表、地下两个方面的复杂化，在某些地区，特别是地表复杂地区，组合检波与多次叠加并没有有效地衰减各类噪音。究其原因，是因为当前地震采集阶段噪音的归类以及衰减方法仍然存在一定的误区。
（一）相干噪音
面波、折射波、声波等源自炮点的原生噪音是最典型的相干噪音，往往被视为提高信噪比的主要障碍，在采集阶段主要采取沿排列的组合方式进行衰减。沿排列的组合方式在地表条件比较单一的平原地区非常有效，保证了数据的质量。但是，除了源自炮点的噪音以外，还有其他非源自炮点的噪音也属于相干噪音，主要包括两类：由震源激发的次生噪音、具有相干特征的环境噪音。
1.原生噪音
这类噪音指的是由震源发出的、有一定主频和视速度的规则干扰波，具有很强的相干性，比如面波、声波、浅层折射波等。主要依靠沿排列方向的组合检波以及多次叠加进行衰减。在施工因素设计合理的情况下，可以得到有效衰减。
2.次生噪音
野外采集时，震源激发后，大地震动引起地表与大地耦合不良的部分产生对地的重新锤击，形成所谓的次生干扰波（图1-1）。这种次生干扰波之所以在地震记录上经常表现为随机性，是因为干扰源分布的随机性以及次生干扰波之间相互干涉造成的，并非干扰波本身是随机的。次生干扰波不属于随机干扰波，无法根据其统计特性进行有效衰减。
图1-1 山地勘探中的次生干扰波
3.具有相干特征的环境噪音
图1-2是某地区环境噪音调查的监视记录（道距2m）。记录中可以看到很多不同曲率以及强度的双曲线同相轴，说明此类干扰来自调查排列的侧面，位于排列的不同位置且有不同强度。这种环境噪音也不具有随机特性，属于相干噪音，不能按照统计特性进行衰减。
图1-2 环境噪音不等于随机噪音
次生噪音以及具有相干性的环境噪音都有多波源、多波速的特点，在监视记录上经常因为相互干涉而表现为类似随机噪音的杂乱反射。
所以，地震采集阶段的相干噪音应该包括3类：①源自炮点的原生噪音；②非源自炮点的次生噪音；③可能来自任何方向、具有相干性的环境噪音，而非仅仅是①。后二者的压制方法具有不同于①的特点。
平原地区监视记录中，往往因为面波或者折射波，这类原生噪音比较强，而导致记录面貌较差。但是经过处理后，仍然可以得到较好的剖面。在次生干扰非常严重的工区，则以次生噪音以及具有相干特征的环境噪音为主；此类地区有时甚至连完整的面波与折射波都看不清，这正是次生干扰非常严重的表现。在很多低信噪比地区，所期望的反射信号常被这些视波长可以达到150～250m的噪音所淹没。在一些次生干扰非常严重的地区，甚至在水平叠加剖面中可以清楚地看到强烈的次生干扰波。
就相干噪音而言，最有效的衰减方法是组合检波。但在平原地区，普遍采用的主要沿排列方向（in-line）方向展开的组合方式并不适合地表条件复杂、次生干扰严重的地区，而应该在垂直排列方向（cross-line）上横向拉开组合。［5］只要沿垂直排列方向拉开大约一个最长干扰波视波长的距离，同时配合室内道间混波，就能够较好地压制各种来自不同方向的原生、次生相干干扰，在地表复杂地区得到较好的采集资料。目前，中国西部部分地区采用的宽线大组合施工方法除了兼具横向拉开组合的作用外，还可以在室内先做静校正后再组合；同时，道内组合拉开的距离不必非常大，这样有利于缩小组内高差，从而可以在提高资料信噪比的同时改善分辨率。
（二）随机噪音
随机干扰的来源是多方面的，包括风吹草动、系统噪音等。文献［3］认为，随机干扰主要是由地面的微震、激发产生的不规则干扰以及仪器接收过程中的噪音引起的干扰（图1-3）。本书此前谈到，次生噪音具有相干性，应该根据其方向特性、依靠横向检波器组合进行衰减。随机干扰在地震记录上表现为杂乱无章的振动，无一定的视速度，频带很宽，主要利用统计特性进行衰减。
图1-3 次生噪音被认为是随机噪音的一种
在地震记录上，被视为随机噪音的干扰波至少存在以下3种来源：①系统噪音。因为当前采集设备的系统噪音已经远远低于环境噪音的强度，所以不是影响数据质量的主要方面。但是，当我们希望用反褶积的方法恢复极弱的低频信号时，系统噪音就会起作用（详见第三章《检波器性能指标与地球物理效果》）。②风吹草动等具有随机特征的、由环境扰动形成的干扰。这一来源因不同的地区、气候、地表条件而存在巨大差异。③检波器与地表之间的耦合关系也会产生噪音。当耦合较好时，会产生耦合噪音，但是这种噪音是可测量的，主要表现在高频端（详见第二章《检波器-大地耦合系统》）；如果耦合效果较差，尾锥与介质之间存在较大缝隙，检波器振动与大地振动之间的非线性因素增加，这种脱耦噪音是目前难以测量的。其中，第二种噪音以及震源激发的振动是第三种噪音的外在激励，内因则是检波器-大地之间耦合系统的线性以及非线性关系。目前对于前两种噪音的认识是比较明晰的，对于第三种噪音，特别是脱耦噪音，则缺乏明确的认识。
通过两个试验可以观察耦合噪音的存在及其影响程度。
1.检波器方形“超小排列”噪音接收试验
在同一种地表耦合介质的情况下，将每6个单点检波器放置为一排，共计放置4排，形成一个6×4的小型排列，检波器间距1cm（图1-4）。然后分为附近有人走动和平静两种情况（分别代表大、小噪音）录制噪音。
图1-4 检波器排列方式
从环境干扰的角度来看，无论是相干的噪音还是随机的噪音，在试验所示的狭小空间（35cm×23cm）内都是一样的。为了说明这一点，分别挑选了排列四角的4个检波器（红色，编号分别为1、6、19、23），计算记录长度为1s时4个检波器记录环境噪音的均方差振幅，共计算16个时段，得到图1-5。由图1-5可见，位于排列四角的4个检波器所记录的环境噪音基本上没有差别（即4条曲线基本重合），这说明排列中24个检波器所记录的环境噪音与检波器空间摆放位置没有关系；如果24个检波器接收到的噪音存在差异，则原因只有一个——耦合条件。
图1-5 位于排列四角的四个检波器（序号1、6、19、23）在16个时段的均方差振幅
图1-6 9个时段及其组合后的环境噪音（归一化后）
图1-6是在9个不同时间段记录的22个（排列中24个检波器坏了2个）检波器接收到的环境噪音（归一化后）。由图1-6可以看出，每个检波器在不同时段录制的环境噪音相对于其他检波器的态势，或者说每条曲线与其他曲线相比，其形状是非常相似的。也就是说，某些检波器，比如图中的第22个（对应排列中序号24）检波器，其噪音水平始终大于其他检波器；而第13个（对应排列中序号15）检波器的噪音则始终小于其他检波器。这说明即使在外界激励相同的情况下，检波器由于耦合条件不同，接收到的噪音也存在很大差异，并且这种“差异”相互之间具有一定的稳定性。这种由于耦合条件差异带来的噪音可以被称为耦合噪音。
以噪音（2）、（9）为例进行具体分析（图1-7）。
图1-7 耦合噪音强度大约在环境噪音的20%以内（只对试验1而言）(www.xing528.com)
目前，检波器与大地介质完全耦合是不可能的。实际的环境噪音要比埋置条件最好的第13道稍小一点（因为即使第13道也存在耦合噪音，也只不过比其他耦合较差的道要弱一些）。同时，第22道（对应排列中检波器24）是故意埋得较差的检波器，所以耦合噪音比较大。在实际施工中不会出现这种情形，可以视为耦合噪音的上限。
从图1-7可以看到，对环境噪音较强的噪音（9）而言，耦合噪音为1 000左右（图1-7上部曲线）；环境噪音较弱的噪音（2）中，耦合噪音则只有500左右（图1-7下部曲线）。这在一定程度上说明了选择低噪音天气施工具有重要意义。
根据试验（1）可以得到以下结论。
（1）无论环境噪音大还是小，耦合噪音均为实际环境噪音强度的5%～20%，并且对埋置好的每个检波器来说，其“相对幅度”是基本稳定的；耦合噪音越小的道（比如第13道），耦合效果越好。但是这种耦合噪音在某种程度上不是人为可以操控的。因为施工人员从主观上希望达到相同的耦合效果，但从试验（1）的结果来看，这种期望显然没有实现。耦合噪音之间的不一致性，使得检波器之间道间一致性的意义减小了。因为耦合噪音的差异远远超出了检波器-60dB或者-90dB的线性畸变范围，这也是数字检波器极低畸变指标难以体现优势的原因。
（2）多次叠加没有改变每个检波器对应的耦合噪音的相对幅度（环境噪音的5%～20%）。
（3）克服随机噪音除了选择低噪音天气施工、利用统计规律衰减环境噪音以外，还要通过改进埋置方法、保证耦合质量等措施来减小耦合噪音。
2.4种不同耦合介质、环形“超小排列”噪音接收试验
将12个相同的容器分为3组（每组4个），分别填满沙子、捣结实的硬土、稀泥。然后将其放入一个事先挖好的、宽度略大于容器直径、深度相当于容器高度、半径约为0.5m的环形槽中。3组交替依次排列。最后将容器缝隙填满土，在圆心处埋置4个检波器（图1-8）。
图1-8 环形“超小排列”示意图
因为圆形在各个方向具有相同的方向特性，同时在半径为0.5m的圆形面积中，环境噪音可以视为完全一致。如果4组介质（包括圆心的1组）同时接收到的环境噪音有所不同，就是因为介质不同，进而使得耦合条件不同产生的噪音差异，这种差异主要反映了检波器—介质之间耦合条件的不同。
录制噪音计算每组介质的均方差振幅（共计录制了5个时段，每个时段8s），得到图1-9。
图1-9 4种不同介质5个时段的均方差振幅
图1-9说明：由于耦合介质的不同，即使在环境噪音相同的情况下，因为耦合介质的不同，检波器接收到的噪音也不同。当环境噪音较小时（图1-9下部曲线），稀泥、捣结实的硬土、（圆心）普通地面、沙子4组介质接收到的噪音依次减小，差异在102%～106%之间（以噪音最小的沙子为标准）；当环境噪音较大时（图1-9上部曲线），这种差异则可以达到110%～ 120%，其中，稀泥的耦合噪音要远大于其他3种介质。这可以说明检波器-大地耦合系统对环境噪音的放大作用。
关于耦合噪音产生原因的理论分析以及衰减方法，详见第二章《检波器-大地耦合系统》。
随机干扰主要依靠组合检波与多次覆盖进行衰减，但有以下几点需要注意。
（1）在其他因素合理的前提下，不必拘泥于组内距大于相干半径的限制。计算表明，在固定组合基距的前提下，增加检波器个数有利于提高信噪比。
（2）数字检波器单点采集时覆盖次数往往不足以有效衰减随机噪音。我国东部某些地区模拟检波器施工常常采用10（纵）×2（横）＝20次覆盖，采用单点数字检波器，则可以达到20×6＝120次覆盖，甚至更高，看似覆盖次数有了很大提高。但是从压制随机噪音的角度考虑，使用模拟检波器时每道36个检波器，那么对于环境噪音来说，实际参与叠加的次数是36×10×2＝720次。从图1-10可以看出，模拟检波器覆盖720次对压制随机干扰是足够的，而数字检波器120次覆盖在衰减随机噪音方面与模拟检波器相比要差大约10dB。也就是说，数字检波器120次覆盖对于衰减随机噪音来说是不够的。
图1-10 随机噪音衰减与覆盖次数之间的关系曲线
（3）组合或者多次叠加对于衰减耦合噪音的相对幅度没有明显帮助。在试验（2）数据的基础上，计算4种不同耦合介质接收到的环境噪音在经过不同次数叠加后的均方差振幅（图1-11）。由图1-11可见，多次叠加对衰减环境噪音具有明显的作用，但是耦合噪音的相对幅度与多次叠加前相比并没有明显降低。
图1-11 环境噪音随覆盖次数变化曲线
（三）相干噪音与随机噪音的关系
就像“运动是绝对的，静止是相对的”一样；相干是绝对的，随机是相对的。相对于野外道距这个数量级的空间尺度来说，微观上的相干噪音表现为监视记录上的随机噪音，是因为地震勘探观测尺度相对大。比如，李庆忠院士曾经观测到视波长只有数米的次生低速干扰。这种干扰在道距为数十米时表现是随机的；但是当道距缩小到1m的话，则出现相干的特征。所以，在基于某种道距的基础上，有的噪音是真随机——道间不具有相干性，要利用统计效应进行衰减；有些则是假随机，从现象看是随机的，其实是相干噪音因为道距太大或者众多干扰源相互干涉而造成的随机表现。
所以，存在宏观与微观两种次生噪音。在风等的激励下，由于大地-检波器之间耦合不良导致的脱耦噪音（据李庆忠）是属于微观的次生噪音。风是外界激励，耦合不良则是脱耦噪音存在的内因。另一种是宏观的次生噪音。在震源或者巨大机械振动的激发下，产生次生振动，传播到排列上。这种干扰在记录上表现为双曲线，经常因为相互干涉而显得杂乱无章。
同时，耦合不良的介质往往吸收严重，并常常伴有强烈环境噪音。这3种因素的同时作用，对地区的高频勘探形成了一道目前技术条件下难以逾越的门槛，使得高于某个频段的高频勘探效果大大降低。
（四）小结
地震采集阶段是压制地震噪音的最重要阶段之一。根据噪音出现的规律，非源自炮点的次生噪音以及来自四面八方的具有相干性的环境噪音应该被列为相干噪音。如果不在采集阶段采用横向拉开的组合方式进行衰减，则很难通过室内处理加以有效消除。耦合噪音是随机干扰的重要组成部分，需要通过改进尾锥结构、低噪音条件施工、强化质量管理等措施进行衰减。采集阶段噪音的归类以及衰减方法可以总结为表1-1。
表1-1 采集阶段噪音的归类以及衰减方法
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