云美厚 趙秋芳 李曉斌

(河南理工大學資源環(huán)境學院，河南焦作 454003)

0 引言

在地震勘探中，地震分辨率問題具有引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展導向的作用。迄今為止，關(guān)于地震勘探可分辨極限的研究和爭論始終沒有間斷，關(guān)于地震分辨率與信噪比、地震資料品質(zhì)以及地震資料解釋的極限、高分辨率勘探與高精度勘探等之間的關(guān)系仍然存在模糊的認識。主要表現(xiàn)為：對地震分辨率概念的本質(zhì)理解不夠深入，對分辨率與信噪比相互纏結(jié)、彼此影響的根本原因不夠清楚，從而造成地震分辨率與地震資料解釋極限、高品質(zhì)地震資料等概念之間的混亂，以及分辨率影響因素和分類的混亂。本文試圖就這些問題進行初步分析和闡述，厘清概念，探究地震資料品質(zhì)定量表征方法，簡要闡述高分辨率勘探與高精度勘探概念的差異性，明確分辨率影響因素及分類。在此基礎(chǔ)上，從采集、處理和解釋三個方面簡要概述提高地震資料分辨率的技術(shù)途徑，以期對未來的高精度地震勘探提供借鑒和參考。

1 地震分辨率與信噪比的關(guān)系

眾所周知，地震勘探中分辨率和信噪比是作為兩個獨立概念存在的。地震分辨率一般是指利用地震波區(qū)分兩個相鄰地質(zhì)體的能力，常用可分辨地質(zhì)體之間的最小距離表示[1-3]。在空間上或時間上能夠區(qū)分兩個地層界面的最小距離稱為垂直分辨率； 在單一地層界面上，能夠區(qū)分兩個地質(zhì)特征的最小距離稱為水平分辨率[1]。本質(zhì)上地震分辨率主要決定于地震資料中有效信號(或者說地震子波)的特征，包括主頻、帶寬、相位等特性。地震分辨率量化描述的依據(jù)皆源于此。如，目前普遍認可的λ/4(λ為波長)垂直分辨率Rayleigh準則就是基于零相位Ricker子波的主頻特性確立的。同樣以菲涅爾帶半徑定義的未偏移地震資料水平分辨率也是基于λ/4波程差的Rayleigh準則導出的。當不考慮地層界面埋深和波前曲率的影響時，地震子波特性同樣是影響未偏移地震數(shù)據(jù)水平分辨率的決定因素。地震信噪比主要反映了地震資料中噪聲水平的強弱。通常定義為地震資料中有效信號與噪聲的能量比。顯然，地震分辨率和信噪比概念之間不存在交集，因此，地震分辨率與噪聲和信噪比無關(guān)[4-5]。圖1為楔狀模型及其合成地震記錄。由圖可見，按照λ/4垂直分辨率Rayleigh準則，楔狀模型(圖1a)的不同信噪比合成地震記錄(圖1b～圖1d)的地震分辨率均為25m。換言之，地震分辨率與信噪比無關(guān)。

圖1 楔狀模型及其合成地震記錄

迄今為止，人們普遍認為信噪比是分辨率的基礎(chǔ)，分辨率是由信噪比決定的[1,6-8]。造成這一認識的主要根源在于現(xiàn)階段還沒有完全分離信號與噪聲的手段或方法，從而使分辨率與信噪比研究中二者糾纏不清，表現(xiàn)為：在去噪時會不可避免地損失部分有效信號，從而降低分辨率； 在高分辨率處理時又會不可避免地放大噪聲。究其本質(zhì)，既不是信噪比影響了分辨率，也不是分辨率影響了信噪比，信噪比真正影響的是處理方法本身，并非分辨率。由于信號與噪聲無法徹底分離，使現(xiàn)有各種提高分辨率的方法均無法盡情地釋放自身潛力。如果不承認這一點，就會陷入分辨率與信噪比關(guān)系悖論： 若認為“信噪比決定分辨率”，那么就會有“信噪比越高，地震資料分辨率越好”； 但是去噪處理在提高地震資料信噪比的同時卻損失了分辨率，言外之意，“提高信噪比，將會降低分辨率”，進一步推論有“信噪比越高，分辨率越低”。顯然，前后兩種認識是矛盾的。無獨有偶，實施高分辨率處理不可避免地會放大噪聲進而降低信噪比。據(jù)此，是否可以認為是分辨率影響了信噪比呢？這樣一來，究竟是分辨率影響了信噪比，還是信噪比影響了分辨率呢？這將是另一個悖論。由此可見，“信噪比決定分辨率”，或者說“信噪比是影響分辨率的因素”等認識是不成立的。

綜上所述：理論上，地震資料分辨率與信噪比無關(guān)； 現(xiàn)實中，受制于無法完全分離信號與噪聲，實施高分辨率勘探必須要考慮噪聲和信噪比的影響。由此可見，目前業(yè)內(nèi)認為“信噪比是分辨率的基礎(chǔ)”并非信噪比與分辨率關(guān)系的內(nèi)在本質(zhì)，而是地震資料處理方法本身局限性導致的一種無奈現(xiàn)實。因為子波特性是決定垂直和水平分辨率的關(guān)鍵，所以上述基于垂直分辨率的分析結(jié)論對于水平分辨率同樣適用。

2 地震資料品質(zhì)定義及其定量表征

從嚴格意義上來講，通常所說的高分辨率地震勘探并非真正致力于追求最高分辨率，而是致力于獲得高品質(zhì)地震資料。那么，什么是高品質(zhì)地震資料？如何評價地震資料品質(zhì)？

眾所周知，地震分辨率和信噪比是衡量地震資料品質(zhì)的兩個重要指標。在傳統(tǒng)意義上，所謂高品質(zhì)地震資料實際上是指具有最佳信噪比和相對最高分辨率的地震資料。從這一點來看，假定地震子波為零相位子波，Widess[6]給出的有噪聲情形下的地震分辨率表達式完全可以作為地震資料品質(zhì)好壞的判別指標或定量表征

(1)

(2)

(3)

式中：Qs為地震資料品質(zhì)數(shù)值；A(f) 、N(f)分別為信號和噪聲的振幅譜，對應(yīng)A2(f) 、N2(f)分別為信號和噪聲的功率譜，f為頻率；Rw為無噪聲情形下零相位子波分辨率； RSN為信噪比，一般定義為信號與噪聲的總能量比；a(t)為地震子波信號；am為地震子波信號的最大振幅(即主峰極值)；E為地震子波信號的總能量。

顯然，當已知Rw和RSN時，利用式(1)即可定量評價地震資料品質(zhì)。但是，需要指出的是，式(1)是在假定兩個地震道信號相同，而噪聲互不相關(guān)，且信號與噪聲也互不相關(guān)的前提下給出的。此時，一個道的功率譜就是A2(f)和N2(f)之和，而兩道的互功率譜就是A2(f)。從嚴格意義上來講，式(1)只具有象征意義和理論價值，由于實際地震資料信噪無法分離，因此，無法準確確定Rw或RSN，充其量只能給定一個相對值或近似值，但式(1)的理論價值是不容忽視的。在實際工作中，通過分析反射波波形或振幅譜特性近似確定地震子波主頻和帶寬，進而可以利用λ/4垂直分辨率準則估算Rw，或者借助各種子波提取方法提取子波，再利用式(2)估算Rw。利用各種去噪濾波處理前、后的結(jié)果近似估算RSN，然后由式(1)近似估算Qs，進而定量對比、分析實測地震資料品質(zhì)。

對于圖1b～圖1d，由式(1)得到的Qs分別約為90、82和45，即無噪聲剖面(圖1b)品質(zhì)最佳，隨著RSN減小(圖1c、圖1d)，記錄品質(zhì)逐漸變差。圖2為圖1a的不同Ricker子波主頻合成地震記錄。由式(1)得到的Qs分別約為140(圖2a)、105(圖2b)、82(圖2c)和47(圖2d)，即在RSN均為10的情況下，Ricker子波主頻越高，記錄分辨率越高，相應(yīng)記錄品質(zhì)越好。

圖2 圖1a的不同Ricker子波主頻f0(不同分辨率)合成地震記錄(RSN=10)

考慮到無噪聲記錄的RSN→∞，不便于計算和圖示表達，為此，借助于李慶忠[8]基于振幅譜定義的含信比概念，定義功率譜含信比Rs為

(4)

與振幅譜含信比類似，Rs最大值(為1)表示無噪聲記錄，Rs最小值(為0)表示不存在有效信號的純噪聲記錄。顯然，Rs的變化與RSN具有內(nèi)在一致性，且更方便計算，也更容易圖形表達。為此，將式(4)代入式(1)，則

(5)

圖3為由式(5)得到的Qs隨Rw和Rs的變化曲面。由圖可見，Qs隨Rw和Rs(或RSN)的增加而增大。

圖3 由式(5)得到的Qs隨Rw和Rs的變化曲面

隨著地震勘探從常規(guī)構(gòu)造勘探進入巖性地層勘探領(lǐng)域，除了Rw和RSN外，地震資料的保真度已成為描述地震資料品質(zhì)的第三個重要參數(shù)。高保真數(shù)據(jù)采集以及地震保幅處理等已成為當今地震勘探研究的熱點問題[9-11]。所謂地震資料的保真度一般是指地震資料經(jīng)采集和處理系統(tǒng)作用前、后的數(shù)據(jù)相似程度。迄今為止，關(guān)于地震資料的保真度尚未建立統(tǒng)一的評價標準，現(xiàn)有的評價方法大多為定性判別或半定量計算[12-14]，存在很大的局限性。因此，目前難以構(gòu)建集Rw、RSN和保真度為一體的地震資料品質(zhì)定量分析算法。

3 地震資料解釋的極限

地震資料解釋是解釋人員將地震資料反映的地震波特征轉(zhuǎn)化為構(gòu)造、地層、巖性等地質(zhì)表達的過程。簡言之，就是將地震“語言”翻譯為地質(zhì)“語言”的過程。地震資料解釋的極限決定于地震資料品質(zhì)以及地質(zhì)、測井、取心等各種輔助資料的豐富程度等客觀因素，同時也與解釋人員自身水平(主觀因素)有關(guān)。如果說地震分辨率是從理論角度出發(fā)闡述基于地震子波本身區(qū)分最小地質(zhì)體能力的話，那么地震資料解釋的極限則是從現(xiàn)實角度說明解釋人員能夠從地震資料中分析、推斷和確定最小尺度地質(zhì)體的能力，可稱之為地震資料可解釋性或地震地質(zhì)解釋能力[4]。圖4為地震分辨率與地震地質(zhì)解釋能力對比圖[4]。由圖可見，地震分辨率極限與地震地質(zhì)解釋能力的極限是相同的(均為趨近于零)。但是，地震分辨率是客觀的，決定地震分辨率是否發(fā)生變化的關(guān)鍵不是人們從地震資料中看到了什么，而是地震子波本身是否存在變化。只要地震子波本身特性(主頻、帶寬或相位)沒有變化，則地震分辨率保持不變。因此，提高分辨率的根本出路在于改變地震子波特性，最理想的地震子波是延續(xù)長度趨于零的單一脈沖波，其頻寬趨于無限大。相比之下，地震資料的可解釋性或地震地質(zhì)解釋能力則具有一定的主觀性。當?shù)卣鹳Y料信噪比足夠大時，地震地質(zhì)解釋能力與分辨率呈正比關(guān)系，即地震資料分辨率越高，則相應(yīng)地震地質(zhì)解釋能力越強，可以揭示的地質(zhì)細節(jié)越詳盡。當?shù)卣鹳Y料分辨率一定時，決定地震資料地質(zhì)解釋能力的主要因素之一是信噪比。原則上，信噪比越高，相應(yīng)地震地質(zhì)解釋能力越強，越有利于地質(zhì)細節(jié)的識別和判定。在分辨率研究中，最容易出現(xiàn)的問題就是分辨率與地震地質(zhì)解釋能力兩個概念的混亂。通常認為，信噪比影響地震分辨率就是這種概念混亂的具體表現(xiàn)。從嚴格意義上來說，信噪比不會影響地震分辨率，但是會影響地震地質(zhì)解釋能力。純粹的高分辨率地震資料可能會因為低信噪比而喪失地震地質(zhì)解釋能力，但絕不會喪失分辨率(圖1)。由此可見，高品質(zhì)(即高分辨、高信噪比)地震資料是獲得最佳地震地質(zhì)解釋能力的基礎(chǔ)，也是目前地震勘探追求的現(xiàn)實目標。換言之，當今地震勘探并非追求純粹的高分辨率。

圖4 地震分辨率與地震地質(zhì)解釋能力對比圖[4]楔狀模型縱波速度V=2500m/s

4 高分辨率地震勘探與高精度地震勘探

高分辨率地震勘探的初衷是追求地震資料的最大分辨率，主要以高覆蓋次數(shù)、高采樣率、寬頻接收和寬頻檢波技術(shù)為基礎(chǔ)。野外地震數(shù)據(jù)采集一般具有小道距、小炮檢距、小組合基距以及小組內(nèi)距的“四小”特點。但是，受制于信噪分離的困難性，現(xiàn)實中高分辨率地震勘探并非以分辨率最大化為目標，而是以獲得具有最佳信噪比的最大分辨率為宗旨(圖5)。當?shù)卣鹳Y料分辨率Rw足夠大時，合理提高信噪比RSN盡管會在一定程度上損失Rw，但可明顯提高地震資料整體質(zhì)量或品質(zhì)數(shù)值Qs(圖5右半部分)，有利于提高地震地質(zhì)解釋能力。若想完全剔除噪聲，可能會嚴重降低Rw，進而降低Qs。同理，當RSN足夠大時，實施高分辨率處理盡管在一定程度上會放大噪聲，降低RSN，但整體上可明顯提高Qs(圖5左半部分)，有利于精細解釋地震資料。反之，若一味地追求最大Rw，地震資料可能會因為RSN不足而失去地震地質(zhì)解釋能力，剖面全部被噪聲淹沒，無法識別有效信號，地質(zhì)現(xiàn)象無法呈現(xiàn)，解釋無法實施。由此可見，目前，高分辨率地震勘探實際上是從實用出發(fā)，以獲得最佳地震資料品質(zhì)(兼具最佳信噪比和分辨率)為前提，以追求地震地質(zhì)解釋能力最大化為目的的一種勘探技術(shù)，也可稱之為高品質(zhì)地震勘探。

圖5 去噪和高分辨率處理方法與Rw和RSN關(guān)系示意圖

在高分辨率地震勘探概念出現(xiàn)的同時，高精度地震勘探的概念也應(yīng)運而生，最初基本上可視為高分辨率地震勘探的代名詞[15]。之后，隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展，高精度地震勘探日益盛行，甚至有取代高分辨率地震勘探的趨勢，并被賦予了新的含義[16-17]。具體來說，高精度地震勘探是以高分辨率地震勘探為基礎(chǔ)，以高保真地震資料處理為前提，以獲得高精度地震成像為目標的系列勘探技術(shù)的統(tǒng)稱。主要特點表現(xiàn)為“四高”，即高分辨率、高信噪比、高保真和高精度成像。代表性技術(shù)如“兩寬一高”地震采集技術(shù)[18]、全波形反演和最小二乘逆時深度偏移成像技術(shù)等[19]。目前，高精度地震勘探已成為深層復雜構(gòu)造勘探、儲層精細描述和預(yù)測以及非常規(guī)油氣勘探的基礎(chǔ)。

5 地震分辨率影響因素

迄今為止，關(guān)于地震分辨率的影響因素眾說不一[20]。根據(jù)地震分辨率定義和唯物辯證法內(nèi)外因理論，筆者認為決定地震分辨率的內(nèi)在因素均源于地震子波本身。一切可能造成地震子波特性變化的外在地質(zhì)條件和地震勘探方法(技術(shù))等均可視為影響地震分辨率的外在因素，可概括為地質(zhì)因素和地震因素兩個方面。

5.1 內(nèi)在因素

地震子波本身對地震分辨率的影響主要表現(xiàn)為地震子波主頻、帶寬、相位與波譜形狀等方面，分述如下。

5.1.1 地震子波主頻

對于零相位Ricker子波，主頻是地震分辨率的決定因素。一般子波主頻越大，地震分辨率越高[7]。

5.1.2 頻帶寬度

對于零相位帶通子波，決定地震分辨率的是子波振幅譜的絕對頻帶寬度(簡稱絕對頻寬)。一般振幅譜絕對頻寬越大，子波時間延續(xù)長度越短，地震分辨率越高； 兩個振幅譜絕對頻寬相同但主頻不同的零相位子波，地震分辨率相同[7-8]。

振幅譜相對頻帶寬度(簡稱相對頻寬)決定了地震子波的振動相位數(shù)，與地震分辨率無直接關(guān)系。若振幅譜相對頻寬不變，則子波相位數(shù)不變，波形不變，此時，子波主頻越高，則絕對頻寬越大，相應(yīng)地震分辨率越高[7-8]。

絕對頻寬及其所占頻段位置決定有效地震分辨率，只有那些不缺失低頻信息的頻寬才是對地震分辨率最有價值的頻寬。理論上，低頻最好低至1Hz。通過壓制子波旁瓣能量、提升子波主旁瓣峰值比的方式可增加低頻成分以提升地震分辨率。當?shù)卣鹱硬ǖ皖l一致時，不斷拓展高頻成分，子波主瓣變窄，從而可提高縱、橫向地震分辨率[8]。

5.1.3 相位與波譜形狀

零相位子波必然是對稱的，而對稱的子波不一定是零相位的。在具有相同振幅譜的諸子波中，零相位子波的地震分辨率最高，而最小相位子波的分辨率并不是最高的[7]。

在相同的頻帶寬度條件下，不同波譜形狀的子波地震分辨率不同，零相位且頻譜接近箱形的子波分辨率最高[19]。

5.1.4 水平分辨率[1-3,8,20-22]

未偏移剖面的水平分辨率由第一菲涅爾帶的大小衡量，其不僅與反射地震子波的頻率有關(guān)，而且與反射點或目的層到觀測點的距離(即目的層埋深)和波前曲率有關(guān)。一般目的層埋深越大，波前曲率越小，水平分辨率越低。

對于偏移剖面，第一菲涅爾帶的半徑不能作為水平分辨率的標準，空間采樣率決定了水平分辨率上限[21]。

5.2 外在因素

5.2.1 地震因素

主要包括地震采集、處理和解釋等多個方面可能造成地震子波變化的各個環(huán)節(jié)，分述如下。

(1)地震采集中激發(fā)(震源類型、藥量、激發(fā)井深、激發(fā)巖性、震源耦合等)、接收(檢波器類型、組合方式、觀測系統(tǒng)等)以及儀器系統(tǒng)(濾波器、采樣率、記錄動態(tài)范圍等)。一般來說，可控震源較炸藥震源更接近高分辨率勘探對震源的要求(即寬頻帶、高頻增強、性能穩(wěn)定)[7]； 小藥量激發(fā)對產(chǎn)生高頻更有利[8]，但小藥量激發(fā)也可能導致震源子波低頻缺失[7]。不論是震源組合還是檢波器組合均會造成地震子波的平均效應(yīng)，其作用相當于一個低通濾波器，不利于提高分辨率。地震記錄儀動態(tài)范圍不足不利于高頻弱信號的記錄，進而會影響地震分辨率[8]。

(2)地震處理中靜校正、動校正、疊加、反褶積、衰減補償、子波整形、相位校正、頻率濾波、偏移成像等。在水平疊加處理中，靜校正和動校正不準對疊加處理而言均相當于低通濾波作用[7]。但是，需要注意的是動校正拉伸本身不同于低通濾波，不能簡單地用高通濾波進行補償，因為動校正拉伸是直接把高頻成分拉伸成了較低的頻率成分[7-8]，信號振幅不變，頻率降低。而低通濾波則是壓制和削弱高頻成分，僅僅是高頻振幅減弱，頻率不變。反褶積主要是通過壓縮子波提高分辨率。衰減補償、子波整形以及相位校正等主要是通過補償?shù)卣鹱硬ǜ哳l衰減、或者改變地震子波相位特性提高分辨率。頻率濾波的主要目的是去除噪聲，在去噪的同時不可避免地會損失有效信號，進而降低分辨率。偏移成像最顯著的作用是使繞射波收斂、反射波回到真實的空間位置、菲涅爾帶半徑收縮到λ/4，進而提高地震資料的分辨率。

(3)地震資料解釋中各種反演技術(shù)、屬性分析技術(shù)以及譜分解技術(shù)等。從嚴格意義上來說，地震資料解釋本身不會對地震分辨率造成影響，因為在地震資料解釋過程中地震子波沒有發(fā)生變化。諸如疊前與疊后反演、屬性分析以及譜分解等不同解釋技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了地震資料的地質(zhì)解釋能力，但也不排除地震分辨率的提高。以波阻抗反演為例，由于反演處理過程中大多會對原始地震資料缺失的低頻信息進行補償處理，從而使阻抗反演數(shù)據(jù)體的頻帶更寬，分辨率更高。譜分解技術(shù)通過分頻處理凸顯了不同頻率成分分辨能力的差異，進而獲得最佳的地震地質(zhì)解釋能力。地震多屬性優(yōu)化分析技術(shù)充分實現(xiàn)了不同地震屬性的優(yōu)勢互補，進而使勘探目標體具有了更好的辨識度或地震地質(zhì)解釋能力。對于近年來飛速發(fā)展的疊前解釋技術(shù)，因其避免了疊加對分辨率的影響，與疊后地震資料解釋相比，先天具有更高的分辨率。

5.2.2 地質(zhì)因素

通常表現(xiàn)為地震波在地層內(nèi)傳播過程中地震子波的變化，分述如下。

(1)地層介質(zhì)的吸收衰減。由于地層介質(zhì)的非完全彈性特性，地震波在地層介質(zhì)中的傳播過程相當于一個低通濾波器的作用[7-8]，從而使地震波初始起跳時間延遲、時間延續(xù)度加長、振幅減弱、主頻降低，此即通常所說的地層吸收衰減效應(yīng)，突出表現(xiàn)為地震分辨率隨目的層埋深的增加而降低。應(yīng)當注意的是，水平分辨率與垂直分辨率隨深度增加而降低的本質(zhì)截然不同。垂直分辨率的降低主要受衰減地震子波頻率影響，而水平分辨率的降低則受子波頻率和波前曲率的雙重影響。在整個地層介質(zhì)吸收衰減效應(yīng)中，表層介質(zhì)的衰減對地震分辨率的影響尤為重要，在諸如沙漠區(qū)等特殊表層地質(zhì)條件下，近地表低、降速層對地震波高頻成分的吸收衰減量可達地層總吸收衰減量的80%左右[39]。此外，由于表層厚度和速度在橫向上常有顯著變化，這將引起不同記錄道地震子波的不一致和分辨率的差異。

(2)薄層濾波效應(yīng)。陸相沉積地層大多為薄層和薄互層，每一小層內(nèi)地震波的雙程旅行時均小于子波的延續(xù)長度，因而各層內(nèi)的層間多次波相互干涉，其作用相當于一個濾波器，必然會影響分辨率。對于薄層阻抗高于或低于上、下介質(zhì)的韻律型薄層結(jié)構(gòu)，一般表現(xiàn)為通中頻壓制高、低頻的帶通濾波效應(yīng)； 對于薄層阻抗介于上、下介質(zhì)之間的過渡型薄層結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)為對中頻的壓制作用[23]。

需要說明的是，對于同一厚度地層，隨炮檢距增加，由于地震波傳播路徑的變化，地層頂、底界面反射波旅行時差減小。當層厚較小時甚至出現(xiàn)遠炮檢距道頂、底界面反射波相互干涉難以區(qū)分。這一現(xiàn)象并不意味著地震分辨率降低，充其量是地震地質(zhì)解釋能力減弱。因為當不考慮地震波吸收衰減效應(yīng)影響時，對于不同炮檢距地震道，地震子波特性并未發(fā)生改變，所以地震分辨率是不會發(fā)生變化的。因此，通常將炮檢距或地震波傳播路徑的影響作為分辨率的影響因素是不合適的。

6 高分辨率技術(shù)途徑與發(fā)展方向

地震勘探是一個系統(tǒng)工程，地震分辨率的提高需要地震采集、處理、解釋各個環(huán)節(jié)的改進與提高。不過，處理方法和解釋技術(shù)的改進只能從一定程度上改善地震分辨率，真正制約地震分辨率的關(guān)鍵在于野外采集。正所謂“巧婦難為無米之炊”，只有野外采集獲得了所需要的有效地震信息，后繼的處理、解釋方法的改進才能獲得預(yù)期的效果。要提高地震分辨率就必須要改善地震子波本身的特性，如壓縮子波、提高主頻、擴展有效頻帶寬度、實現(xiàn)零相位化等。提高地震資料的信噪比并不能從根本上提高地震資料的分辨率，只能改善地震資料品質(zhì)或提高地震資料的地震地質(zhì)解釋能力。

6.1 高分辨率地震采集技術(shù)

地震采集是決定地震資料分辨率的根本。從地震數(shù)據(jù)采集的角度來看，展寬震源子波頻帶(即用物理方法展寬頻帶)是最基本的要求。目前陸上高分辨率采集技術(shù)及研發(fā)重點主要體現(xiàn)在寬頻激發(fā)、寬頻接收、單點高密度、寬方位采集以及高精度記錄等方面。

寬頻激發(fā)技術(shù)主要側(cè)重于低頻寬帶(如1～200Hz)震源研發(fā)。對炸藥震源而言，設(shè)法提高震源子波下傳能量、提高高頻成分能量以及改進震源組合與激發(fā)方式獲得寬頻帶、高能量激發(fā)效果仍然是不變的研究主題[24]。對于可控震源而言，在借助非線性掃描補償高頻吸收的同時，通過拓展低頻拓寬整體頻帶已成為目前研發(fā)的主要方向。中石油研發(fā)的新一代高精度可控震源EV-56不僅低頻1.5Hz 信號更穩(wěn)定，而且高頻信號也拓展至190Hz，是目前全球技術(shù)先進的經(jīng)過野外采集檢驗的最佳低頻震源[25]。

寬頻接收技術(shù)是在寬頻激發(fā)前提下確保信號“寬進寬出”的高分辨率數(shù)據(jù)檢波技術(shù)。與寬頻激發(fā)技術(shù)類似，寬頻接收技術(shù)同樣需要從保護高頻、拓展低頻或有效波頻寬兩個方向發(fā)展。研發(fā)具有寬帶響應(yīng)的單檢，特別是陸上節(jié)點檢波器是未來的發(fā)展趨勢。目前代表性技術(shù)或產(chǎn)品主要包括低頻檢波器接收技術(shù)[26]、基于MEMS(Micro Electronic Mechanical System)技術(shù)的數(shù)字檢波器接收技術(shù)[27]和基于傳感技術(shù)的光纖檢波器接收技術(shù)[28]。

鑒于傳統(tǒng)組合采集方式對地震分辨率的制約以及混波對地震信號保真度的影響，單點高密度采集已成為目前陸上地震勘探備受推崇的高分辨采集方式[19,29]，也是高精度地震成像的基本要求。于世煥等[30]對比了組合采集與單點采集試驗結(jié)果，表明后者較前者所得單炮記錄頻寬提高約5.0%～30.4%，相應(yīng)剖面頻寬提升約27.8%。

高精度記錄主要是指地震信息，特別是高頻信息的高保真無損記錄，主要與地震記錄儀器的動態(tài)范圍有關(guān)。如果儀器動態(tài)范圍不足，則微弱的高頻信號很難被記錄下來。因此，設(shè)法提高記錄儀器動態(tài)范圍或在現(xiàn)有儀器裝備條件下，采用分頻帶記錄方式可以確保最大限度地保留和記錄高頻弱信號，為后繼高頻恢復奠定基礎(chǔ)[8]。

需要指出的是，在當今高速無線通信技術(shù)、人工智能技術(shù)和無人運載設(shè)備快速發(fā)展的大背景下，地震采集技術(shù)正朝著自動化與智能化方向邁進。盡管采集技術(shù)的自動化與智能化不會對地震采集分辨率產(chǎn)生直接影響，但是必然會促進地震采集效率的極大提高。

6.2 高分辨率地震處理技術(shù)

高分辨率處理的根本任務(wù)是獲得比原始記錄更高的分辨率。目前提高垂直分辨率的主要方法有兩類。一類是以消除地震因素影響為目的，以改善子波特性為前提的處理方法。如，地表一致性相位校正、子波零相位化、反褶積、時變譜白化以及基于小波變換、廣義 S 變換等實施分頻處理的譜模擬或子波壓縮技術(shù)等。通過改變子波相位特性、壓縮子波寬度或展寬頻帶等技術(shù)手段達到提高垂直分辨率的目的。另一類是以消除地質(zhì)因素影響為目的，通過對近地表強吸收衰減以及深部地層衰減和地層濾波效應(yīng)的補償處理，提升高頻信息，拓展優(yōu)勢頻帶[31]，進而提高垂直分辨率。如頻率加強濾波、反Q濾波等。與此同時，地震波成像處理技術(shù)的發(fā)展極大地提高了地震資料的縱、橫向分辨率。

鑒于低頻信息在提高地震分辨率過程中具有與高頻成分同等的重要性，近年來各種低頻與高頻或低、高頻雙向拓頻處理技術(shù)得到了快速發(fā)展。如譜反演[32]、譜藍化[33]、壓縮感知信號重構(gòu)[34]以及廣義S變換與壓縮感知聯(lián)合分析法[35]等。不過，現(xiàn)有各種拓頻處理方法均無法避免地震子波的影響，在頻帶拓寬同時，均不同程度存在子波旁瓣增多、地震不保幅或部分頻率分量沖零現(xiàn)象。更為嚴重的是，大多數(shù)拓頻算法的輸出結(jié)果不僅可能改變地震記錄相位，而且對地震子波旁瓣的壓制效果欠佳、波組特征不明確。季煥成等[36]采用一種稱為 ButHRS的雙向拓頻高分辨處理技術(shù)，經(jīng)準噶爾盆地西北緣夏72井區(qū)三維地震資料的拓頻處理試驗，整體頻帶從原有的10～55Hz拓寬到7～90Hz。經(jīng)拓頻處理后很好地保持了原始地震數(shù)據(jù)的波組特征、時頻關(guān)系，不但保真，而且保幅。與此同時，隨著地震品質(zhì)因子Q值成像技術(shù)的發(fā)展，以精細Q值建模為基礎(chǔ)的吸收衰減補償處理技術(shù)得到飛速發(fā)展和應(yīng)用[37-39]。將微測井Q估算的縱向高分辨率與地面觀測Q估算的橫向高密度相結(jié)合，采用井、地聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)或多源、多波場數(shù)據(jù)估算和反演近地表Q值，構(gòu)建精細近地表Q模型已成為當前衰減補償處理研究的主旋律。

偏移成像處理是提高水平分辨率最有效的方法[40]。隨著地震偏移技術(shù)從疊后時間偏移向疊前深度偏移的不斷發(fā)展和完善，極大提高了復雜地質(zhì)構(gòu)造的地震成像能力和水平分辨率。面對不同品質(zhì)的地震數(shù)據(jù)、不同的地質(zhì)問題及其勘探風險，迄今為止已發(fā)展了種類繁多的反射波偏移成像方法。按照求解波動方程的不同大致分為常規(guī)聲波方程偏移、彈性波方程偏移、各向異性介質(zhì)彈性波方程偏移和黏彈性波動方程偏移四類[40]。未來地震成像技術(shù)將向著復雜、各向異性、多相介質(zhì)以及多波場疊前深度偏移發(fā)展，且振幅保真算法將成為地震成像研究的永恒主題[41]。除反射波成像外，針對地球介質(zhì)內(nèi)部多尺度非均勻變化引起的地震波散射問題，開展散射波成像研究是地震成像研究的一個較新的領(lǐng)域[42-43]。

6.3 薄儲層地震解釋技術(shù)

在地震勘探中，通常將厚度小于λ/4的地層或巖層定義為薄層。地震波主波長λ不僅與地層的速度有關(guān)，還與地層內(nèi)傳播的地震波的主頻有關(guān)，并非定值。因此，地震勘探中關(guān)于薄層和厚層的實際厚度分界線是動態(tài)的、相對變化的。這與普通地質(zhì)學中以絕對厚度值(一般以0.1m作為分界線)表述的薄層概念明顯不一致[44]。也就是說，在地質(zhì)學家眼中，同一厚度的地層，不論埋深如何變化，其要么為薄層，要么為厚層是確定不變的。但在地球物理學家眼中，由于深、淺層地震波主頻和主波長不同，同一厚度的地層，在深層反射記錄中可能被視為薄層，而在淺層反射記錄中則可能被視為厚層。此即地震薄層概念的相對性。目前地震勘探中可用于薄儲層解釋的方法(技術(shù))主要有地震切片解釋[45-46]、疊前與疊后地震反演[47-48]、地震屬性分析[49-50]、譜分解分頻解釋[51-52]以及疊前多維地震解釋技術(shù)[53-55]等。云美厚等[21]研究表明，對于地震垂直分辨率不足的薄儲層，若儲層巖體水平展布范圍足夠大，或者沿某一方向的延伸足夠大，以至于超出地震水平分辨率的限制，那么綜合利用各種地震屬性的切片技術(shù)和可視化顯示技術(shù)確定地質(zhì)體的平面展布范圍是可能的。這一論斷為利用地震資料識別低幅度構(gòu)造，檢測油氣，預(yù)測薄層砂體，識別河道、斷裂、裂縫和溶洞，甚至監(jiān)測地震油藏動態(tài)等奠定了理論基礎(chǔ)。

目前常用的地震切片解釋技術(shù)主要包括等時切片(Time Slice)、沿層切片(Horizontal Slice)和地層切片(Strata Slice)等。楊占龍[45]提出了地震地貌切片的概念及其制作方法。作為地震資料水平分辨率應(yīng)用的最佳解釋手段之一，地震切片解釋技術(shù)必將在未來非常規(guī)油氣儲層、深層與超深層儲層(尤其是薄層砂體)以及地層巖性圈閉的描述預(yù)測中發(fā)揮不可替代的作用[56]。

地震反演是定量地震解釋的重要支柱。按照資料來源不同，地震反演分為疊后和疊前反演兩大類[57]。疊后擬測井曲線反演技術(shù)可進一步提高反演結(jié)果的分辨率。疊前統(tǒng)計學反演在一定程度上可以拓展地震帶寬[58]。未來多相介質(zhì)中彈性波的傳播與流體識別將會成為油氣儲層反演研究的焦點。縱、橫波聯(lián)合反演將成為儲層定量化表征的重要途徑[59]。全波形反演可能會給地震反演帶來全新的視角[60]。

隨著地震屬性技術(shù)的發(fā)展，可以利用的屬性種類繁多，數(shù)量龐大，使地震屬性的篩選、融合、優(yōu)化成為研究熱點。地震屬性優(yōu)化方法一般分為地震屬性優(yōu)選與地震屬性降維映射(或稱為屬性壓縮)兩大類方法。近年來，基于地震屬性優(yōu)選的地震屬性融合技術(shù)開始興起[50]，并逐步從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用。除傳統(tǒng)的基于多元線性回歸和聚類分析的屬性融合技術(shù)外[61]，基于顏色空間的多屬性融合技術(shù)，如紅綠藍(RGB)融合，以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)[62]不斷被研究者投入使用。通過屬性融合可充分挖潛地震屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)含信息，去除重復、冗雜信息，進而降低儲層預(yù)測的多解性，提高儲層預(yù)測精度[50,63 ]。

地震譜分解技術(shù)是一種基于時頻變換的定量化和可視化儲層分頻解釋新技術(shù)，是地震屬性分析技術(shù)的重要組成部分。通過時頻變換可以獲得地震數(shù)據(jù)在時間域和頻率域的聯(lián)合分布，可大大提高儲層識別的橫向分辨率。未來頻譜成像技術(shù)將會極大地促進儲層定量解釋技術(shù)的發(fā)展[64]。

7 結(jié)論

(1)理論上，地震分辨率與噪聲、信噪比無關(guān)?，F(xiàn)實中，受制于信噪完全分離的困難性，實施高分辨率處理必須要考慮噪聲和信噪比的影響。

(2)地震分辨率、信噪比和保真度是衡量地震資料品質(zhì)的三個重要指標。限于保真度定量評價的困難性，當已知地震資料分辨率和信噪比且不考慮保真度影響時，有噪聲情形下的Widess[6]分辨率表達式完全可以作為地震資料品質(zhì)好壞的定量判別指標。

(3)地震分辨率是客觀的，決定地震分辨率的關(guān)鍵是地震子波本身是否存在變化。地震地質(zhì)解釋能力具有一定的主觀性，其與地震分辨率、信噪比以及地質(zhì)、測井資料等多種因素有關(guān)。信噪比不是地震分辨率的影響因素，而是地震地質(zhì)解釋能力的影響因素。

(4)高分辨率地震勘探的初衷是追求地震資料的最大分辨率，但受制于信號與噪聲完全分離的困難性，現(xiàn)實中，高分辨率勘探是以獲得兼具最佳信噪比和分辨率的最佳地震資料品質(zhì)為前提，以獲得最佳地震地質(zhì)解釋能力為目標。高精度地震勘探則是以獲得高分辨率、高信噪比、高保真和高精度成像為宗旨。

(5)地震分辨率影響因素分為內(nèi)在因素和外在因素。前者主要包括地震子波本身的主頻、帶寬和相位等特性； 后者則又可分為地震因素與地質(zhì)因素兩個方面。地震因素主要是指可能引起地震子波變化的各種地震采集、處理和解釋方法； 地質(zhì)因素則主要包括地層介質(zhì)的吸收衰減，特別是表層衰減以及薄層濾波效應(yīng)。一切外在因素均通過改變地震子波主頻、帶寬、相位等內(nèi)在因素影響地震分辨率。

(6)地震采集是決定地震資料分辨率的根本。發(fā)展寬頻激發(fā)和寬頻接收技術(shù)，提高地震記錄儀的動態(tài)范圍和地震采集資料的保真度始終是地震采集技術(shù)發(fā)展的主旋律。

(7)高分辨率處理的根本任務(wù)是設(shè)法消除外在地震和地質(zhì)因素對震源子波的影響。實現(xiàn)子波壓縮、整形以及頻率補償和拓展一如既往是高分辨率處理技術(shù)發(fā)展的重要方向。基于復雜介質(zhì)的多波場疊前保真成像處理技術(shù)的發(fā)展必將為高精度成像帶來更大福音。

(8)基于疊前地震數(shù)據(jù)解釋及其與地震反演、屬性融合、譜分解、深度學習等各種新技術(shù)(方法)的相互滲透和聯(lián)合應(yīng)用將成為未來高精度定量地震解釋技術(shù)發(fā)展的主要方向。