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地震处理20年回顾(1982～2002)
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在The Leading Edge杂志出版发行20周年之际，我们应当回过头来，对地球物理学科20年来的发展过 程做一个回顾。我主要想就地震资料处理谈一点看法，当然，我们不可能因这一回顾而重新阅读全部文 章、摘要或是题目。换句话说，我想从20年来从事数据处理教学和研究的角度，对众多的材料加以总结。 正如任何评论家都会做的那样，我在这里先讨论地震资料处理中头等重要的先进技术，因为这些技术在 世界范围内已改变了我们日常的工作方式。 首先是地震处理的特征。通过地震资料处理，我想任何计算技术为了生成地下图像，都要去除噪声或 波传播中的干扰。一旦这种图像生成后，就有许多方法对资料做进一步处理，以获取更多的信息。属性 分析、相干性和AVO分析等图象处理和抽取方法都很重要，但它们不在本文的讨论范围内。同样，还有 地震反演。 DMO—倾角时差 到1982年，二维叠前偏移的大致轮廓就已基本形成。但即使是二维，当时的计算机 处理能力也几乎难有作为。此外，众所周知，叠前偏移对速度误差非常敏感，这就意味着我们需要为 叠前偏移寻找另外的解决方法。解决这一难题的一种方法是把叠前偏移过程分为单独的步 骤，这种观点认为，叠前偏移是正常时差，其后是一个神秘的过程，接下来是共中心点叠加，最后是叠 后偏移。该过程要满足处理结果与叠前偏移结果相同的一切条件。希望这两种结果在复杂岩层或水平速 度变化大的情况下完全一致是不合理的，但在轻度变化条件下这一目标是可实现的。那么这一神秘的 处理过程是什么呢？早在1978年就有一种商业应用软件DEVILISH，其发行版本叫做叠前部分偏移，但未 被广泛接收和普遍使用。到1984年这种神秘处理的最终形式被称为倾角时差——DMO，由于人们的普遍 接受，很快被当作标准处理过程，它对速度误差并不敏感，而且效果很好。在过去的16年里，DMO已发 展成包括速度变化（垂直和水平）、波形变换、各向异性及三维应用。一些偏移纯粹主义者认为DMO只 是一种手段，是惹人分心之源，应当努力投入到解决叠前偏移的实际问题中去。也许这种观点是对的， 但是DMO所做的就是要在80年代叠前偏移的计算需要和实际的计算机能力的鸿沟之间架设一座桥梁。 此外，如果地下情况较好，DMO还是一种十分有效的处理手段。无论过去还是现在DMO依然是一个数据 处理的主要里程碑。 各向异性 众所周知，早在50年前对地震波的研究就倾向于有方向性的速度，而在此前的50年前就 提出了详细的理论，但事实上各向异性直至80年代末期以前一直都被人们所忽视。 为什么呢？因为各向异性是一种弹性效应。看起来我们无法对这种弹性效应做出评估，没有通过对 三分量数据的测量来观察全弹性波场也无法消除它的影响。普遍认为各向异性的影响是依据横波—即 横波的分解、偏振等来衡量的。但是起作用的横波数量很少，至少相对于大量的起作用的标准纵波是 这样。在70年代曾有过一个对横波研究的热潮，当时人们似乎认为横波数据可以提高分辨率，有些东 西可能值得对多分量资料勘探展开争论。这种认识是建立在横波的速度大约是纵波速度的1.5倍这一 事实基础上的。所以在频率相同的情况下，横波的波长大约是纵波长的一半。令人遗憾的是自然规律 并不是这样，从横波只能得到大约希望频率值的一半左右，并且分辨率并无根本性的提高。所以尽管 人们认识了各向异性，对它进行了讨论和分析，但其命运仍是如同以前一样，不被人们所重视。 到了1986年这种情况才有所改变，当时有人论证，各向异性是我们已处理了60年的纵波资料中的一 个重要因素。此外，有人提出设立易懂的，意义明确的各向异性参数，这使得各向异性的意义为 每个人所了解。人们更深入地理解了这个问题，这在各向异性的发展过程中是一个令人高兴的时刻， 人们把它论述得更清楚，而且在实际中有了很好的应用。如果你想寻找，各向异性随处可见，重要的 是，如果地下是各向异性的并且假定它不存在时你来处理数据，那么所得到的图像会变差，振幅都是 错的；反射层不在正确的深度或正确的水平位置；断层终点被拉长等等。解释员会受到处理员的各向 同性世界观的连累。1986年以来，我们经常会见到大量描述各种类型的各向异性的著作，介绍如何 从纵波资料中去掉各向异性旅行时及振幅效应，如何根据所得资料估算各向异性参数等等。现在已经 有了各向异性NMO、DMO及偏移，而且几乎每个月都有更多的新算法问世。 三维处理 虽然本文讨论的是处理，但我们都知道，是采集技术的进步推动了数据处理的发展。在过 去20年里开发了许多重要的采集技术，例如井间采集，海底电缆，遥测技术、海底地震检波器及垂 直电缆，这些只是其中的一小部分。但没有比三维采集所引起的变化更大的技术了。三维放炮的根 源可追溯到30年代，但在计算机问世之前没有多大进展。在80年代中期情况就改变了，三维变成了 工业标准。许多根据二维资料研制的处理程序都可直接应用于三维资料。二维和三维都是单道进 出的单一通道理处理，做三维处理时不需要做实质性的修改。但多道处理就不同了，例如正常时差， 二维与三维可视作相同。毕竟它只采用了建立在震源和检波器分离的时间轴的一种转换。但是假如 对一个2000米炮检距沿东北方向的地震道应用DMO时，那么另外一个2000米炮检距的地震道是在南 北方向吗？二维DMO并不能分辨这种情况，但三维NMO能够解决这类问题，因为NMO速度是方位角的 一个函数。NMO只是其中的一个例子，我们还要提及DMO、偏移、地表一致性处理（静校正、反褶积） 、压制多次波及各种各样的速度分析。除了理解这些处理在三维中是怎样工作的这个有争议的问题外，还存 在着卷积道的计算问题。1982年的一次大规模三维地震勘探其地震道数不高于二百万，而现在一次 更大规模的地震勘探会有多于两亿个地震道，在20年内地震道有了成千倍的增加。通过比较的方 法，莫尔定律告诉我们，印刷电路中晶体管的数量每18个月就会翻一番。同晶体管的 数量的增加一样，处理速度也是如此。令人惊奇的是，1964年的莫尔定律，恰好适用于今天计算技 术的发展。过去的20年可以用18个月为间隔划分为13个阶段，所以1982年的计算机速度到现在应为 213或者说大约快了8000倍。这似乎听起来变化是巨大的，我们有了比当时多1000多倍的数据，而 处理的速度却快了8000倍。只需用1982年时的1/8时间就可完成处理。但速度只是构成计算机性能 的一个组成部分，此外还有内存、磁盘空间、网络及批量处理的并行结构等。事实上，数据处理需 要远远超过当时的计算机处理能力，并总是如此。现在一分种所做的处理当时也许需要几个小时或 几天。由于计算机处理能力的提高，我们将能对更大的数据体进行空前复杂的地震处理。深度偏移 就是一个良好的范例。 深度偏移 如果我们把讨论的范围仅限于过去的20年，那么我们应当认识到在1982年时偏移就已经 是一项成熟的地震处理技术了。地震工作者都知道，人们几乎在放炮采集数据开始就知道存在水平 定位的误差。在50年代和70年代早期，人们对偏移是什么和怎样做偏移的一种综合性观点的形成做 了重要的工作。于是在1978年发表了数量众多的基础性论文，如克希霍夫偏移、相移偏移及f-k偏 移。其中克希霍夫和f-k偏移可运用于三维数据，而且后来f-k偏移还发展成叠前偏移。 1982年深度偏移有了重大进展而且超出了深度偏移领域，特别是叠前深度偏移。对这一技术需求的 上升是由于传统技术的失利。NMO、DMO（1984年后）、共中点叠加和叠后偏移这样的处理流程能对 大规模的数据产生满意的图像。从而把海上勘探引向更深的水域，可以探测水下盐丘四周情况，检 验盐下岩层，有效地处理极端恶劣的地形及难于成像的逆掩断层地区。这些情况都涉及到了剧烈的 三维水平速度变化。当地层的硬度达到一定程度后，就变成了偏移问题。在这种极端恶劣的地形条 件下，去偶处理流程根本不能提供精确的成像，这使得叠前深度偏移只不过成为了一种游戏。 归根结底标准处理流程全都建立在恒速物理性质的基础上，或表示为V（Z）。在1982年以来的连 续性进步过程中，偏移研究人员已经把越来越多的物理性质结合到了偏移处理当中，例如各向异 性、三维炮点几何及在V（x，y，z）的强烈变化。在探索偏移应用的新途径方面已经出现了显著 的理论进步，如各种各样的傅里叶域、有限差分、高斯射线束、筛式分布函数及长期使用的时空 域克希霍夫偏移。 克希霍夫深度偏移是目前正在使用中的一种主要技术，这或许是因这种技术能广泛适应各个震 源和检波器的各种坐标（x，y，z）。在80年代末和90年代初，旅行时和振幅繁琐的计算逐渐从 克希霍夫偏移分离了出来，并且隔绝于在日益复杂的射线追踪器。辐射特性图、衰减、各种弹性 波现象、各向异性、多路径传播及其他我们认为重要的特征都可在射线追踪器中起作用。偏移程 序本身看起来越来越象一种数据库和分类程序的组合体。速度更快、体积更小的计算机的发展不 仅渗透到了地震资料处理领域，同样也渗透到了采集技术当中，随着大型数据体中数据质量的改 进及用更先进的理论和计算机来进行处理，过去的20年将会被当作地震偏移的黄金时代来为人们 所回忆。毫无疑问这种进步将继续下去，而此前所奠定的基础也将继续发挥作用。 (原文作者：Christopher L.Liner, TLE编委；赵永臻 译自TLE，No.6，2002) |
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