简述地震勘探的一些特殊方法
论文提要
地震勘探是石油和煤田勘探中的一种重要的物探方法。它是一种利用人工方（用炸药或各种非炸药震源）激发地震波，依据岩石的弹性，研究地震波在地层中传播的规律，来查明地下地质结构的方法。地震勘探时所采集到的野外地震资料中伴随着大量的噪声，需要对其进行数字处理，从中提取相关有用信息，从而为地震勘探的地质解释提供可靠的资料。地震资料数字处理包括若干个步骤：数据预处理、静校正、动校正、水平叠加、信号降噪、偏移处理等。
正文
一、地震资料数字处理技术的发展
自地震勘探方法问世以来，它的发展大致经过了三个阶段，第一阶段以光点仪器记录、人工处理资料为主要特点，第二阶段以模拟磁带记录、多次覆盖观测、模拟磁带回放仪处理资料为主要特点，第三阶段以数字磁带记录、高次覆盖观测、计算机处理为主要特点。在前两个阶段中，由于记录仪器的动态范围小，在记录过程中地震波的动力学特征遭到破坏，资料处理的效率低、质量差。1964 年第一台数字地震仪投入使用，地震勘探步入了第三个阶段。在这个阶段中，记录仪器的动态范围大，可以在记录过程中
1-1 第一台数字地震仪
保留地震波的动力学特征，计算机的引入使资料处理具有速度快、精度高、功能强等特点。早在二十世纪五十年代，地震勘探资料数字处理的基本理论开始萌芽。1953 年N.Ricker第一个提出了地震子波概念，他研究了地震子波的传播形式和规律，指出了它对地震记录分辨率的控制作用。随后人们引入了一维合成地震记录的褶积模型，它说明了地震记录形成的物理机制，从而奠定了反滤波技术的理论基础。在二十世纪六十年代中期，数字处理主要用来改造野外资料。其主要内容包括数字滤波、反滤波、动校正及
共中心点多次叠加。在六十年代后期和七十年代，为了在构造复杂地区勘探矿藏，要求地震勘探有更高的分辨率和准确性，地震勘探资料的采集技术因此得到了很大的发展。与此同时，地震勘探数字处理中的信息提取技术和叠加成像技术也得到了大力发展，并且叠加成像技术取得了突破性的进展。1971 年美国斯坦福大学 J.F.Claerbour提出了差分法波动方程偏移，根据波动方程的数值解法来建立地下反射界面或散射体的精确的二维或三维影像，使波动方程进入了地震勘探数字处理的领域。在七十年代，为了适应寻找非构造型矿藏的需要，岩性地震勘探得到了有效的发展。当时，岩性地震勘探的主要手段是建立在地震勘探资料数字处理基础上的波阻抗技术、三瞬参数剖面和碳氢检测技术。八十年代，地震勘探大多采用高分辨率、高信噪比、高保真度和多波勘探、多道仪器、多次覆盖、多种处理等技术。垂直地震剖面的数字处理发展非常迅速，目前已经基本上形成了一套完整的方法。近年来，随着计算机速度的飞速提高，处理周期大大缩短，基于解释性的目标处理发展迅速，偏移保幅处理、多分量与转换波数据处理、弹性波波动方程成像及在各向异性问题中的应用与日俱增。最终，处理与解释的界限将更趋于模糊，地震偏移成像将作为后续解释性处理的输入数据，用于储层岩性和物性的研究。
二、地震勘探信号降噪技术的发展概况
由于地表条件、激发、传播及接收等诸多方面的原因，相干噪声时常在地震记录中出现。如何处理这些相干噪声，地球物理界一直争论不休。有的学者认为，相干噪声的存在严重影响子波处理、速度分析与动校正，应在叠前加以消除；有的学者则认为，目前还没有一种精确的信噪分离的方法，因而，在消除相干噪声的过程中，有效波一定受到不可逆转的损失,另外叠加是最有效的去噪方法，故在叠前不进行消除相干噪声处理为好。正是由于这种争论推动了去噪技术的发展。持两种不同观点的学者对相干噪声的消除方法均进行了大量深入的研究,并提出了一些卓有成效的处理技术。现阶段对于相干噪声的消除,各处理中心大都采用切除、带通滤波、F-K 域消除及由其派生出的各种修改方法、小波变换分频去噪、小波分频及均值加权等方法。实际上,带通滤波、F-K 预测滤波及小波变换去噪这三种方法采用的也是切除技术。由于信号与干扰无论在时域还是在频域或其它域均十分复杂地叠合在一起,故采用切除技术来消除相干干扰总是以牺牲部分有效信号为代价的。另外，还有的采用中值相关滤波去噪和自适应相干噪声衰减
1-2实际地震数据剖面图 1-3 消除噪声的剖面图
方法来消除相干噪声。利用中值相关滤波进行信噪分离适应各种强烈干扰背景资料的信噪分离, 且对信号的保真度高, 是一些复杂地区的低信噪比地震资料处理的一种理想方法。自适应相干噪声衰减方法在消除干扰波的同时,使得有效波的频率分量可以保持,是消除线性干扰波、面波以及多次波等各种规则相干干扰波的一种有效方法。在地震信号中随机噪声也时常伴随在地震记录中出现。当这些噪声能量过大时,将影响动校正速度分析,影响静校正量的拾取,影响最终成像效果,给解释工作带来不利的影响。为此,人们设计了多种不同的随机噪声消除方法。目前生产实践中,常用的随机噪声消除方法有 F-X 域去噪、多项式拟合、径向预测滤波、矢量分解去噪及中值约束下的矢量分解去噪等。这些方法的设计思路大体分为两类:增强信号或压制噪声,目的是尽可能地提高信噪比。信号增强类在生产实践中经常使用的 F-X 域反褶积、多项式拟合、径向预测滤波；中值约束下的矢量分解方法则属于压制噪声类。这些方法在生产中得到了广泛的应用,也取得了理想的应用效果。不过，它们的共同前提为有效波具有一定相似性,只有满足一定信噪比的地震记录才能使用这些技术。由于方法的局限性,随机噪声消除技术在生产实践中经常达不到最佳去噪效果。
三、地震勘探信号降噪技术的意义
一般地说，地震记录中频段信噪比大于1，低频和高频段信噪比低。降噪主要是消除强低频和高频噪声，必然要损失信号的低、高频成分，使信号频带变窄，分辨率下降。
另外由于地层并非是一种理想的完全弹性介质，地震波在其中传播时会造成能量的衰减，地层对高频成分的吸收衰减高于低频成分，因而地震信号中高频段的信噪比往往低于低频段。如果能改善高频部分的信噪比，可使分辨率成倍增加。因此，研究能同时提高信噪比和分辨率的去噪方法，尤其是能提高高频段信噪比的方法是地震勘探资料处理的重点。我国陆上油气资源潜力空间比较广阔，但未来的勘探条件将越来越复杂，勘探难度越来越大，勘探目标越来越隐蔽。我们的主要勘探对象已经从以往构造背景比较大、油气藏类型比较简单、地面采集比较好的领域和地区转向地面以山地、沙漠、黄土源、滩海为特征，地下以低渗透、高陡构造、复杂油气藏类型为特征的地区和领域。由于采集条件越来越恶劣，使得采集到的地震资料中包含的干扰信息增多，严重地影响了地震剖面质量，因此对地震资料处理提出了更高的要求，即要求我们能够从强噪声背景中提取出微弱有用信号，去除或压制噪声信号，提高地震资料信噪比和分辨率，并使该处理成为整个处理流程中的关键工艺。地震信号降噪，从强噪声背景中提取出微弱有用信号是地震信号处理的难点和热点，开展这方面的研究，不但对于地震资料解释有极大的帮助，对解决石油勘探地质具有重要的指导意义，并且这种处理技术的研究也能够促进该学科的发展，对于其他领域的信号降噪研究也会起到极大的推动作用。尤其目前大庆外围油田地质结构复杂，勘探难度大，急需高精度的地质资料来指导油田开发。自1926 年反射波地震技术在石油勘探业应用以来，物探技术经历了光点时代、模拟数字时代和数字时代，并随着三维地震的广泛应用，物探技术进入了它的辉煌时期，在国际石油勘探开发领域中占据着举足轻重的位置，成为各油公司降低成本、实现高效益生产的主要手段。
在物探技术的发展过程中，勘探开发的需求一直是石油物探技术的原动力。随着石油工业逐渐走入成熟期，勘探的难度日益加大，物探工作已从简单地区转向了地表、地下复杂地区，对地震资料的信比、分辨率及构造像精度提出了更高的要求。而在提高产量、降低成本的双重压力下，开发生产对物探工作也提出了迫切的要求要求物探工作者以开发的尺度提供更高的储层情况，对油藏进行动态监测，最大限度地提高采收比，这不仅为物探技术的发展注入了新的活力，也使地震数据的应用价值得到了极大提高。与此同时，计算机技术、图形技术和网络技术的发展为物探技术的进步提供了强有力的技术保证。并行机、工作站逐渐被高性能的微机机群所取代，基于网络的超大存储器在卫星、网络技术的支持下使地球物理勘探从技术方法到管理观念上都发生着巨大变化，逐渐形成了现代物探技术的初步轮廓。
四、地震勘探原理简介
所谓的地震勘探就是利用人工方法引起地壳振动，如利用炸药爆炸产生人工地震，再用精密仪器记录下爆炸后地面上各点的震动情况。利用记录下来的资料，推断地下地质构造的特点。那么人工地震为什么能查明地下地质构造呢？在地面上某点打井放炮后，爆炸产生的地震波向下传播，地震波遇到地层的分界面时，通常会发生反射；同时另一部分地震波还会继续向下传播，碰到相似的地层界面后还会产生反射和透射，即一
