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1、高分辨率地震勘探综述摘要 高分辨率是地震勘探的一个重要研究方向，涉及地震数据采集、处理与解释等各个方面。在回顾高分辨率地震勘探发展历程及存在问题的基础上，重点阐述了高分辨率的评价机制，并对近年来发展的高分辨率方法原理及应用实例进行了详细介绍。高分辨率是一个系统工程，实际生产中的各个环节都有可能对分辨率造成影响，因此，高分辨率不仅仅局限于某个单独的技术，需要同时发展采集、处理与解释各方面的技术，尤其是借鉴交叉学科的新方法。关键词：采集；处理；解释；高分辨率；评价机制1 概述1.1 高分辨率勘探的目的及技术发展历程地震勘探是一种应用地震波在地下介质中的传播来对地下地质构造与岩性进行测量的技术，经过
2、近一个世纪的发展，该方法已经成为最有成效的油气勘探物探方法。纵观地震勘探的发展历程，高分辨率一直是科研、生产的重点与难点。诚然，高分辨率地震勘探是一个系统工程，从地震资料采集、处理到解释，每一个环节都对分辨率有着重要的影响。虽然采集、处理与解释分属不同的环节，考量高分辨率的角度也有所不同，但三者是有机联系的。首先，野外地震数据的采集质量直接关系着地震勘探的成败，只有在采集质量得到保证的前提下，处理技术（诸如静校正、拓频与压噪技术等）才有发挥的空间，而地震处理得到的剖面又是解释的基础，解释成果则是高分辨率地震勘探的最终目标，三者环环相扣，紧密联系；其次，采集、处理与解释的方法也是相互影响与促进的
3、，例如，采集观测方式的改变有可能对处理方法或参数提出新的要求（如可控震源采集对处理提出了谐波压制的要求等），解释方法的突破也有可能对处理提出新的标准（如AVO解释技术要求处理方法具有高保真度等）。在阐述高分辨率地震勘探之前，有必要先介绍一下分辨率的概念及主要影响因素。地震勘探分辨率是基于地震测量技术对地下构造进行空间测量的精度描述，在反射波地震勘探中可以概括如下：可分辨的最小地质体的厚度或最窄地质体的宽度，前者称为垂（纵）向分辨率，后者称为横向分辨率1-2。马在田3（2004年）又提出了偏移成像广义空间分辨率的概念，扩展了分辨率的范畴。对于垂向分辨率，不少学者从不同的角度进行了研究，形成了几个
4、具有代表性的分辨率标准，如Rayleigh准则4（分辨率极限为）、Ricker准则（分辨率极限为）与Widess准则5（小于），其中，是目前生产中最常用的分辨率判断标准。上述准则都是以地震子波波长作为定量估算垂向分辨率的参量，这表明，在地震波速度一定的情况下，地震子波的优势频带越高，波长（主周期）越短，则垂向分辨率越高。对于横向分辨率，人们一般用菲涅尔带的半径进行描述6。横向分辨率主要取决于勘探深度、地层速度与地震波频率，速度越小、深度越浅、频率越高，则横向分辨率越高，反之亦然。广义空间分辨率除了及频率、速度有关，还受深度、距成像点地面投影的水平距离及炮检距等因素的影响7。高分辨率地震数据采集
5、技术主要表达在激发与接收两个方面。首先，激发效果的好坏，直接决定地震数据品质的高低。激发震源所产生的地震子波需要满足四个条件：1.具有较宽的频带，包含足够多的高频与低频成分；2.具有较高的主频，能够满足纵、横向的分辨率要求；3.具有足够强的能量，保证深层反射波能被地面检波器接收；4.具有较好的信噪比水平，尤其是高频成分的信噪比，为处理阶段改善信噪比提供必要条件。在科研与生产中，人们对激发因素的研究重点集中在埋藏井深与药量（以炸药震源为例）等方面8-13。其次，接收是另一个影响地震数据采集质量的关键点，包括检波器类型及组合方式、面元大小、炮检距、道距、覆盖次数等因素14-16。在具体生产中，需要
6、对工区进行反复试验，获得最佳激发接收参数，尽可能提高采集数据的信噪比、拓宽有效波频带范围以及提高地震子波的主频等。高分辨率地震资料处理技术是在数据有效采集的基础上拓宽频带、提高主频，其本质是对弱有效信号（一般指高低频成分）进行真振幅恢复。常用的方法主要分三大类：反褶积、吸收补偿及基于时频谱的拓频技术。反褶积的基础是维纳滤波与褶积模型，实质是从输出信号中提取或恢复原始信号，通过压缩地震子波，达到展开频谱、提高资料分辨率的目的。Robinson等17（1967）建立了预测反褶积的理论基础，有效地压制了海上鸣震与多次波。Ulrych T.J.18（1971）提出了同态反褶积，规避了地震子波最小相位及
7、反射系数白噪的假设，可以同时提取地震子波与反射系数。Wiggins19（1978）在反褶积中引入了熵的概念，提出了最小熵反褶积（MED），可以有效加强尖脉冲的特性，增强剖面“亮点”的识别能力。20世纪80年代出现了最大似然反褶积20，该方法有效地解决了传统反褶积无法进行信噪分离的缺点，实际资料测试表明，该方法可以求出高分辨与高信噪比的反射系数。随着盲系统理论的成熟，Haykin S21（1994）详细探讨了盲反褶积。地震反褶积基本是一个盲过程，因为地震子波通常是未知的，而且检波器接收到的地震子波是重叠的，常规反褶积假设很多理想条件，因此在无任何假设条件下完成地震反褶积（即盲反褶积），具有较好的
8、实用价值。20世纪90年代后，随着小波分析的深入研究与应用，章珂等22（1999）基于二进小波变换提出了一种新的多分辨率地震信号反褶积，在地震信号二进小波变换域中的各尺度上分别进行其分辨率随小波尺度变化的反褶积，利用不同分辨率反褶积结果之间的相关性，以及测量噪声随尺度的衰减特性，从低分辨率反褶积结果逼近高分辨率反褶积结果。Gary Margrave23-25（2002）提出了非稳态地震道褶积模型，并基于Gabor时频谱进行反褶积处理，突破了传统的时间域或频率域反褶积模式。李芳等26（2013）认为径向道域数据比时间域数据更符合非稳态模型关于地震波垂直入射的假设，将非稳态反褶积拓展到径向道域实现
9、，该技术处理的同相轴在横向上具有更好的连续性，对远炮检距与深层的地震资料恢复效果更好。李国发等（2012）27考虑了实际反射系数序列的非白噪特点，提出了有色反褶积，将信号纯度谱作为反褶积输出的期望振幅谱，并进行有色补偿，进一步提高了地震资料的分辨率与反映薄层真实细节的能力。吸收补偿是第二类高分辨率处理技术，以吸收与衰减为基础，具有物理意义。由于地下介质的黏弹性，地震波在传播过程中能量不可避免地减弱，且高频成分衰减比低频严重，导致中深层地震资料的分辨率减小、成像精度降低。补偿这种地层衰减常用的方法是反Q滤波，即在合理估算地下Q场分布的前提下，按照理论衰减模型（如Kjartansson衰减模型28
10、），对各频率成分进行振幅补偿与相位校正。在反Q滤波的具体实现方面，不同学者提出了不同的算法。Hale29（1981）根据Futterman物理模型提出了用泰勒级数展开近似高频补偿的反Q滤波。Hargreeaves30（1991）以一维方程为基础提出了及Stolt偏移相仿的针对常Q模型的相位反Q滤波。Bano31（1996）将常Q值相位反Q滤波拓展到层Q值模型。裴江云与何樵登32（1994）利用Fourier快速算法实现了基于波场延拓的反Q滤波处理，计算速度快、生产效率高。王仰华33（2002）基于Gabor变换提出了稳定高效的反Q滤波，其后34（2006）对理论进行了完善改进，该算法目前在生产
11、上颇受青睐。姚振兴35（2003）根据非弹性介质中波的传播规律提出了在深度域剖面进行反Q滤波的方法，不仅考虑了介质吸收对地震波振幅的影响，还保证了所造成的波形畸变满足因果规律，即地震波具有某种频散性质。陈增保等36（2014）将非稳态地震道褶积模型引入到反Q滤波中，用于消除地震记录的非稳态特性，取得了较好的处理效果。经过几十年的发展，反Q滤波从理论到实践、从不稳定到稳定、从只补偿相位到振幅相位同时补偿、从低效到高效，逐步得到了完善。另外，还有一类拓频技术，在高分辨率处理中起到了较为重要的作用。该类拓频技术主要以时频分解为基本手段，在时间-频率（尺度）域进行高低频成分的恢复处理，达到压缩子波、拓
12、宽频带的效果。例如，汪小将等37（2009）将希尔伯特-黄方法（HHT）引入到地震数据的处理中，通过统计不同时间、不同频率的能量分布趋势，求取时频域的补偿因子，在保持地震数据相对振幅关系的同时，较好地提高了资料的分辨率。尚新民等38（2014）利用谱拟合方法在地震数据的广义S变换谱上估算具有时变特征的地震子波谱，并通过消除地震子波谱的影响实现高分辨率处理。周怀来等39-40（2014，2015）将非稳态褶积模型（Gabor域）推广到广义S变换时频域，通过估算并消除吸收衰减项、初始地震子波谱与相位校正量，实现地震资料的拓频处理。张军华等41（2015）根据压缩感知理论用有限带宽地震数据恢复低频信
13、息，实现低频成分的有效拓宽。高分辨率地震资料解释技术是指在解释过程中为了获得更高分辨率而采取的各种技术手段，涵盖面较宽泛，这里主要介绍谱分解与谱反演技术。谱分解（Spectral decomposition）技术是Partyka42（1999）提出来的一项基于时频分析的地震属性分析技术，即对目的层段地震数据进行时频分解，并在频率域对数据进行重新成像，排除了时间域中不同频率成分的相互干扰，可以得到高于传统分辨率的解释成果。进一步地，Partyka（2004）将谱分解技术与地震反演方法结合，提出谱反演的理论。Castagna等43-46（2005-2008）对谱反演进行了系统的研究，丰富并完善了谱
14、反演理论。该理论认为，任何一个反射系数序列都可以分解成奇、偶分量，奇分量不利于检测薄层，而少量的偶分量可以提高薄层的分辨能力，其实质就是利用偶分量在厚度趋于零时的有效干涉提高地震资料的分辨率，该技术在薄层识别应用上取得了较好的效果。1.2 地震分辨率的判别准则及评价机制1.2.1 判别准则这里简单介绍垂向与横向分辨率的判别准则。（1）垂向分辨率对于垂向分辨率，一般有三个准则（假设地震子波为零相位）：Rayleigh准则、Ricker准则与Widess准则。Rayleigh准则：地震反射波的分辨率极限是。当两个子波的到达时间差大于或等于子波的半个视周期时，两个子波可以分辨，否则，不可分辨。半个视
15、周期指子波主极值及相邻异号次极值的时间间隔。Rayleigh准则适用于主极值幅度显著大于次极值幅度的零相位子波。Ricker准则：地震反射波的分辨率极限是。当两个子波的到达时间差大于或等于子波主极值两侧的两个最大陡度点之间的时间间隔时，两个子波可分辨，否则，不可分辨。对比发现，Ricker极限为子波导数两个异号极值点的间隔，Rayleigh极限为子波导数两相邻过零点的间隔。Widess准则：当两个极性相反的子波到达时间差小于1/4视周期时，复合波形接近子波的时间导数，不随时间差改变，两个异号极值间隔等于子波视周期的一半；复合波形的幅度及到达时间差近似呈正比关系，利用振幅可解释地层厚度。显然，W
16、idess准则适用于厚度小于的地层。（2）横向分辨率横向分辨率判别准则按照未偏移剖面与偏移剖面可以分为2大类。对于未偏移剖面，人们普遍用菲涅尔带(Fresnel Zone)来衡量横向分辨率。菲涅尔带的定义：反射波实际上是由反射面上相当大的一个面积内返回的能量叠加而成的，产生相干干涉的反射区域称为菲涅尔带。菲涅尔带半径： （1）其中，为平均速度，为反射时间，为地震子波主频。需要注意的是：上式是一个近似的公式，其假设前提条件为，当深度较小（及波长接近）时，该公式是不适用的。对于偏移后的地震剖面就不能再照搬上面的菲涅尔带准则了。很多人误认为偏移后的剖面好像是将震源放在了反射面上，并且接收点与震源重合
17、，此时反射界面深度为零，菲涅尔带的大小也为零，这种理解是错误的，错误地将该前提条件忽视了，当时，根据精确的公式，可推导出，在理想情况下这是地震剖面经过偏移处理后地震横向分辨率可达到的极限值。对于偏移后的剖面，其剖面的横向分辨率可以根据Chen与Schuster47（1999）提出的公式进行定量的计算。已知为地层深度、为波数、分别为、方向的偏移孔径的一半。 （2）另外，还可以根据Lindsey提出的理论估算偏移后的横向分辨率：菲涅尔带半径大致变为偏移前的十分之一。1.2.2 评价机制地震资料垂向分辨率高低的评价可以从两个角度进行：子波频谱与波形形态。（1）子波频谱（绝对频宽与相对频宽）绝对频宽是
18、最高频率及最低频率之差，相对频宽是两者之比。绝对频宽决定子波的包络，；相对频宽决定子波的相位数。通过零相位带通子波的频移及缩放可以得到两个重要认识：当绝对宽度不变时，子波包络基本不变，主频越高，振荡越多；当相对宽度不变时，子波形态基本不变，主频越高，波形越窄。频宽及分辨率的关系，已有相当经典的研究，读者可以参阅相关的文献，这里不作赘述。需要说明的是，在构造解释中，强调高频成分的恢复，主要看绝对频宽；在反演过程中，强调低频信息的恢复，主要看相对频宽。因此，从频谱带宽的角度，高分辨率可概括如下：拓宽高频（主要影响绝对频宽），提高构造解释的分辨率；拓宽低频（主要影响相对频宽），提高反演结果的分辨率。
19、（2）波形形态（波长与旁瓣）传统的分辨率判别准则主要以子波波长为标准，这容易让人产生误解，即高分辨率地震子波的要素就是波长。图1展示了不同带宽的理论子波波形（上）与振幅谱（下），频带宽度从左往右逐渐增加，分别为40Hz，50Hz，60Hz与80Hz。随着频宽的增加，子波长度明显变短，但同时，还有一个特征发生了变化，即旁瓣大小（见红色基准线）。因此，我们把零相位子波形态简化为两个要素来定量描述，即波长与主旁瓣极值比。下面重点考察子波形态及地震垂向分辨率的关系。图2a是两个理论子波波形，两者波长不同、主旁瓣极值比相同，图2b是仿真反射系数序列，图2c是子波频谱，图2d是合成地震记录（蓝色记录由蓝色
20、子波合成，红色记录由红色子波合成，下同）。对比反射系数序列与两个合成记录发现，蓝色记录在反射系数较为密集的地方（见红色框部分）分辨率明显低于红色记录，在不存在反射界面的地方（见黑色框部分）却产生了较强的波峰（谷），这是由子波复合调谐引起的假象，及波长有关。图3a是两个理论子波波形，两者波长相同、主旁瓣极值比不同，图3b是仿真反射系数序列，图3c是子波频谱，图3d是合成地震记录。对比发现，蓝色记录在不存在反射界面的地方（见黑色框部分）产生了较强的波峰（谷），这是由子波旁瓣过强引起的假象，及主旁瓣极值比有关。图1 不同频宽的理论子波波形（上）及频谱（下）（a） （b）（c） （d）图2 a：子波波
21、形（第一组）；b：反射系数序列；c：子波频谱；d：合成地震记录（a） （b）（c） （d）图3 a：子波波形（第二组）；b：反射系数序列；c：子波频谱；d：合成地震记录图4是一组模型数据的对比，其中，图4a是根据波动方程正演的宽频带高分辨率剖面（10-160Hz），图4b是窄频带低分辨率剖面（10-80Hz）。对比发现，高分辨率剖面中存在的同相轴（见红色圈部分），在低分辨率剖面中不明显；高分辨率剖面中不存在的同相轴（见蓝色圈部分），在低分辨率剖面中反而出现了。这个现象恰好可以用图2与图3来解释，同时道出了高分辨率处理的真相：压缩子波长度，同相轴数增加；压制旁瓣能量，同相轴数减少。因此，高分辨率
22、地震子波具有两个判别要素：波长与旁瓣。（a） （b）图4 a：宽频带高分辨率剖面（10-160Hz）；b：窄频带低分辨率剖面（10-80Hz）1.3 当前高分辨率勘探存在的问题高分辨率勘探是一个系统工程，牵一发而动全身。首先，在地震资料处理过程中，某些环节有可能对地震资料的分辨率造成影响。例如，叠加处理，如果时差校正不准确，横向非一致性叠加，将损失地震数据的高频成分，降低分辨率。图5是仿真数据测试，a为同相一致的叠前CRP道集，b为同相非一致的叠前CRP道集，各道波峰随机错开N毫秒（N2），c为叠加波形，d为叠加频谱，红线为一致叠加结果，蓝线为非一致叠加结果。数值计算发现，一致叠加波形相对长度
23、为4.86ms，非一致叠加波形为5.79ms，拉伸了19.1%；一致叠加谱频带宽度为68.77Hz，非一致叠加谱带宽为58.02Hz，降低了15.6%。对比表明，非一致叠加改变了叠加记录的波形，损失了相当程度的分辨率（尤其是高频成分）。因此，需要采用各种技术改善叠前道集，如高精度静校正、精细速度分析、子波整形与剩余时差校正等技术，尽可能实现同相一致叠加，保护高低频成分。同理，在其他处理过程中，应注意有可能造成高低频损失的因素。其次，信噪比水平是制约高分辨率的一大因素。在实际生产中，噪音是不可避免的，其对资料的品质与可信度造成非常大的影响。地震记录的高频成分能量相对较弱，信噪比较低，如果没有合理
24、有效的噪音滤除手段，即使在采集或处理过程中将高频信息恢复，也将因为信噪比过低而不得不放弃这些信息，高分辨率就不能很好地实现。因此，噪音压制技术是实现高分辨率的一个很重要的前提。第三，保真度是影响高分辨率的又一大因素。随着岩性等非常规圈闭逐渐替代构造圈闭，地震资料的保真度越来越受到重视。因此，地震资料处理过程中的保幅性是需要特别注意的一个方面，如去噪、偏移等技术，甚至连高分辨率处理本身也要考虑保幅性的问题。（a） （b）（c） （d）图5 模型分析（a：同相一致的CRP道集；b：同相非一致的CRP道集；c：叠加记录；d：叠加振幅谱）最后，就高分辨率处理技术而言，目前还存在一定的问题。反褶积技术对
25、地震模型存在较多的假设（如地震子波最小相位且非时空变、反射系数白噪、噪音干扰较小等），后来发展的反褶积技术都是尽可能避免或弱化某些假设，但始终不能精确地提取地震子波，处理效果受到不同程度的压制，不可避免地存在误差。反Q滤波存在三个关键问题：吸收衰减理论、稳定高效补偿与地层Q值估算。反Q滤波的基础是吸收衰减理论，目前使用的模型是基于一定的假设推导的，实际地震资料及理想模型存在一定的差异，当资料偏离模型较大时，反Q滤波存在适用性的问题。在补偿过程中，如何进行稳定高效的补偿，人们一直在尝试与探索新的算法。地层Q值的估算一直是个难题，而Q值又是反Q滤波的基础，其准确性将直接影响补偿效果的好坏。基于时频
26、分解的拓频技术存在的问题及反褶积类似，即拓频因子及相位校正量的准确提取。2 高分辨率勘探技术的应用效果这里，摘录一些（不包括全部）高分辨率勘探技术的应用效果，分别作展示与说明。2.1 宽频地震勘探技术宽频地震勘探技术是实现高精度勘探的重要方法之一48，涵盖了采集、处理与反演等各个方面，低频与高频端的拓宽显著提高了地震资料品质，改进了对深部地质体的穿透力与照明度，能够实现深部目标体的清晰成像，获得更多的地层结构及细节等信息，提供更稳定的反演结果，提高地震资料的解释精度。目前，国外先进的宽频技术采用单点激发、单点接收、室内组合处理的方式，形成了采集处理解释一体化的宽频地震勘探技术方案。要获得宽频的
27、地震信息，在震源激发时尽可能产生较宽的频谱，这需要对可控震源进行设计，定制扫描激发信号。在设计信号时，并不是盲目增加信号频宽、任意选取扫描信号，宽频信号受到激发条件、接收条件、大地介质条件与处理方法等因素的影响，只有针对工区地形地质条件与目的层要求，综合分析各要素的影响才能制定出最优的扫描信号，达到预期结果。同时，选择及宽频信号相匹配的采集设计与处理方法才能最大限度地发挥宽频信号的优势，改善地震资料的品质，提高勘探精度49。2.2 基于信号有色纯度谱的反褶积线性反褶积技术的核心是通过展开子波频谱达到压缩子波的目的。其中涉及两个主要方面：1.如何从地震记录中估算子波；2.如何确定期望输出子波。众
28、所周知，地震资料的分辨率与信噪比是两个相互矛盾的指标。由于反褶积本身并不改变资料的信噪比谱，高频成分的信噪比较低，高频能量的抬升将降低资料整体的信噪比水平。为了兼顾分辨率及信噪比，李国发等（2012）提出了基于信号纯度谱的有色反褶积技术，重点考虑了期望输出的问题。该技术以信号纯度谱（由信噪比谱定义）作为反褶积的期望输出，在输出的子波频谱中，高信噪比频段得到增强、低信噪比频段得到削弱，具有自适应的特点。同时，对输出频谱进行有色补偿，进一步改善了地震数据反映薄层真实细节的能力。图7是东部某油田地震数据的处理实例，a为原始叠加剖面，b为基于信号纯度谱的反褶积处理剖面，c为在b的基础上进行有色补偿的剖
29、面，红线为根据测井信息合成的地震记录。对比发现，b剖面整体的分辨率比原始剖面a高，且信噪比得到较好的兼顾；在2200ms附近（蓝色线圈内），a剖面为一根强轴，b剖面分离为一强一弱两个反射， c剖面则分离为两个能量相近的同相轴，在视觉分辨率上b与c数剖面及合成记录一致，不同的是，c在反射特征上及合成记录更匹配，更适用于薄储层的预测。（a） （b）（c）图7 东部某油田实际资料处理（a：原始剖面：b：基于信号纯度谱的反褶积处理剖面；c：基于信号纯度谱的有色反褶积处理剖面）（摘自基于信号有色纯度谱的反褶积，李国发等27，2012）2.3 Gabor反褶积褶积模型是反褶积的基础，模型可靠及否，直接影响
30、反褶积的效果好坏。传统的褶积模型认为地震子波是时不变的，即不考虑大地滤波对子波的影响。为了适应子波时变的情况，Margrave（1998）提出非稳态滤波方法，随后（2004，2011）将传统的稳态地震道模型推广为非稳态地震道模型，建立了基于Gabor变换的非稳态褶积模型。非稳态反褶积具有常规反褶积的优点，并且有效补偿地层吸收引起的能量衰减。近些年，不少学者对Gabor反褶积进行了研究，取得较好的应用实效。为了更好地满足自激自收的假设条件，李芳等（2013）将地震数据从XT域（时空域）变换到RT域（径向道域），基于广义自激自收模型提出了径向道域变步长采样非稳态反褶积技术，在模型测试与资料处理中取
31、得了优于常规方法的效果。图8是某工区单炮道集的处理实例，a为原始单炮道集，b为常规XT域非稳态反褶积处理道集，c为变步长XT域非稳态反褶积处理道集，d为变步长RT域非稳态反褶积处理道集。从处理效果中可以发现，变步长采样可以更有效地恢复中深层地震数据，从XT域变换到RT域能有效恢复大炮检距数据，增强横向连续性。（a） （b）（c） （d）图8 某工区单炮处理结果（a：原始单炮道集；b：常规XT域非稳态反褶积处理道集；c：XT域变步长采样非稳态反褶积处理道集；d：RT域变步长采样非稳态反褶积处理道集）（摘自径向道域变步长采样叠前非稳态反褶积处理方法研究，李芳等26，2013）2.4 基于HHT的拓
32、频技术在基于时频谱的拓频技术中，时频分解的精度对处理效果有着重要的影响。希尔伯特-黄（HHT）是由Huang等50（1998）提出的，具有非常高的时频分解能力，其核心思想是将时间序列的信号通过经验模态分解算法（EMD）分解为多个固有模态函数（IMF），利用Hilbert变换构造各分量的解析信号，计算出瞬时频率与振幅，即得到Hilbert谱。由于HHT没有固定的先验基底，IMF是基于信号的时间特征得到，其分解过程是自适应的，特别适用于非稳态信号（如地震记录）的处理。汪小将等（2009）将HHT引入高分辨率处理，基于HHT谱统计各频率能量的展布，通过估算合理的补偿因子对各频率的振幅进行有效补偿。实
33、际资料处理结果表明，该技术在提高地震分辨率的同时能较好地保持地震信号的保真度。图9是某工区二维测线的处理结果，a是原始剖面，b为HHT拓频剖面。及a剖面相比，b剖面的复合波得到较好的分离，几套薄层（见矩形框与椭圆圈中）清晰可见，并在局部出现一些小断层，地层间的接触关系清楚，分辨率提高。（a） （b）图9 某工区测线处理结果（a：原始剖面；b：HHT拓频剖面）（摘自HHT振幅频率恢复处理技术研究及应用，汪小将等37，2009）2.5 基于广义S变换的振幅补偿与相位校正技术该技术基于时频谱实现地震资料的拓频处理（周怀来等，2014），即在时频域利用谱模拟技术拟合得到时变子波谱，并通过相位扫描拾取最
34、佳相位校正量。该技术能较好地恢复反射系数的振幅谱，有效消除子波剩余相位的影响（子波接近或达到零相位），提高地震分辨率。图10是四川某工区二维线处理实例，a是原始剖面，b是振幅补偿剖面，c是振幅补偿与相位校正剖面。对比a与b发现，振幅补偿后剖面的波形得到压缩，分辨率提高，成层性更好；对比b与c发现，相位校正后剖面薄层弱反射同相轴的连续性增强，剖面质量得到改善。（a） （b）（c）图10 四川工区二维线处理结果（a：原始剖面；b：振幅补偿剖面；c：振幅补偿与相位校正剖面）（摘自基于广义S变换的地震资料振幅谱补偿与相位谱校正方法研究，周怀来等39，2014）2.6 吸收补偿技术反Q滤波是补偿地层吸收
35、衰减效应的技术，具有两个作用：振幅补偿与相位校正。补偿过程中的主要关键点有：地下介质Q值、稳定性与算法速度。首先，品质因子Q不仅用于烃类检测等解释技术中，还是反Q滤波的重要参数，其准确性直接影响补偿的效果51。近年来陆续出现了一些新的Q值估算技术，主要有时频域方法52-54与全波形反演Q值方法55等，取得了一定的效果，但Q值提取精度仍需改善。其次，补偿算法存在稳定性问题，包括数据溢出与低信噪比高频成分过补偿等。最后，反Q补偿是逐点实现补偿的，计算量较大，算法速度是限制其工业应用的一大因素。王仰华提出在Gabor时频域实现补偿，并采用自适应的振幅补偿因子（低信噪比高频成分自动使用弱补偿因子），较
36、好地解决了补偿稳定性差与速度慢的问题。另外，吸收补偿的理论基础是吸收衰减模型，理论模型及实际资料的匹配度也是实际应用中需要考虑的一个方面，这也是为什么有时候反Q补偿后资料的品质改善达不到预期的一个原因。图11是西部准噶尔工区的反Q补偿实例，a为原始剖面，b为稳定补偿剖面，c为商业模块补偿剖面。对比a与b发现，补偿后剖面的同相轴增多，中深层能量得到有效的抬升，分辨率提高；对比b与c发现，在常规商业模块补偿剖面上，道号为1100-1300（见黑色框部分）的记录出现了异常，表明该模块采用的补偿算法尚存在不稳定的情况。（a） （b）（c）图11 西部工区反Q补偿图（a：原始剖面；b：稳定补偿剖面；c：
37、商业模块补偿剖面）（摘自连续介质稳健Q补偿方法研究，张浩然等56，2015）2.7 谱反演技术反射系数序列可以看作是一系列的脉冲信号组成，可进行奇、偶分量的分解，奇分量不利于薄层检测，少量的偶分量可以提高薄层的分辨能力。谱反演是在谱分解的基础上，通过反演方法使频率域目标函数达到极小，进而反演出反射系数，其实质是利用偶分量在厚度趋于零时的有效干涉提高地震资料的分辨率。谱反演有不同的形式，Puryear等给出了一种奇、偶分解的谱反演形式，Yuan等给出了一种等价的矩阵反演形式，相对直观，并可处理非整采样的反射系数反演问题。图12是大庆某工区二维测试的处理结果，a为原始剖面，b为谱反演反射系数及给定
38、宽频带子波的褶积剖面，c为根据a提取的沿层切片，d为根据b提取的沿层切片。可以看到，b剖面对薄层的分辨能力明显比a剖面高；在切片c上，部分断点（箭头所示）并未显示在相干性较差的地方，而在切片d上，构造信息更详细，部分低相干值区域（椭圆圈中部分）更加突出。（a） （b）（c） （d）图12 大庆某工区测线处理结果（a：原始剖面；b：谱反演反射系数及给定宽频带子波褶积剖面；c：根据a提取的沿层相干切片；d：根据b提取的沿层相干切片）（摘自谱反演在地震属性解释中的应用，刘万金等57，2013）2.8反演技术现今地震反演方法的分类多而繁杂，人们根据求解问题的不同、输入数据的不同、所用算法的不同等，提出
39、了多种分类方法。如将地震反演分为基于旅行时的反演方法与基于振幅的反演方法、叠后反演方法与叠前反演方法、非线性反演方法与线性化的迭代反演方法等，具体采用什么分类方法，主要取决于研究问题本身。可以肯定的是，反演提高了常规地震分辨率，并不同程度地改善了储层参数的研究条件，可获得优化的数据体，提高了对资源的评价能力，提出了有利的井位建议。因此，地震反演已成为油气勘探开发中的常规技术，而且正在成为储层表征中的关键环节。有学者认为，地震反演的发展正走向AI（声波阻抗）与EI结合、EI与AVO结合、FWI（全波形反演）与JMI（联合偏移反演）结合的定量预测阶段58。图13是某实际工区的叠前反演实例，a为地震
40、资料，b为纵波速度反演剖面，c为流体因子（泊松比）反演剖面。该反演结果采用的技术是基于Zoeppritz方程的叠前地震反演技术58，在纵波速度剖面（b图）上，获得了比地震剖面（a图）更高的分辨率，低速砂岩储层的形态、展布及尖灭特征较为清晰；在泊松比剖面（c图）上，预测的有利低值区及钻遇的储层吻合度非常高。该反演结果为工区的进一步井位部署提供了较为可靠的依据。（a） （b）（c）图13 某工区叠前反演实例（a：地震剖面；b：纵波速度反演剖面；c：泊松比反演剖面）（摘自基于Zoeppritz方程的叠前地震反演方法研究及其在流体识别中的应用，黄捍东 等59，2015）4 高分辨率勘探技术总结及展望经
41、过几代人的努力，地震勘探的分辨率得到不断提高，可分别的地质体越来越小。但实际生产对分辨率的要求越提越高，目前的分辨率尚不能满足生产需求，因此，高分辨率是一个任重而道远的艰巨任务，也将是地震勘探工作者们一直追求的目标。地震勘探是一个系统工程，高分辨率也不仅仅局限于某个单独的技术，需要发展采集、处理与解释各方面的技术，尤其是借鉴交叉学科的技术。以往采集领域的重大变革主要来自于电子工程领域的贡献，而下一次的变革有可能来自于信号处理领域的技术革新压缩感知60-61（Compressed Sensing，简称CS）。CS是一个新的采样理论，通过开发信号的稀疏特性，在远小于Nyquist采样率的条件下，用
42、随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法完美的重建信号。BP与康菲是两家较早推动CS研究的地球物理公司，拥有多项相关专利。目前，在生产上成熟的技术是Blended观测系统，在海上与陆地均可实现。该观测系统的特点是：炮点与检波器按一定非规则排列采集数据，但不是任意的，按照设计，多炮同时或延迟放，大幅度减少勘探时间。在同样检波器数量条件下，更多的放混合炮，更少的勘探时间，在节省30%采集成本（时间）的情况下，获得2倍的成像频率。另外，CS技术在数据处理与成像领域有着非常大的应用潜力，也意味着更多的CS问题需要进一步探索与研究。致谢感谢新疆油田勘探研究院各级领导专家对笔者科研小组工作的长期
43、支持与鼓励，尤其是为高分辨率处理技术提供了验证与改进的良好平台。参考文献1 李庆忠走向精确勘探的道路M北京：石油工业出版社，19942 Ma Zaitian，Jin Shengwen，Chen Jiubin，er alQuantitative estimation of seismic imaging ResolutionCExpanded Abstract of 72nd Annual Internat SEG Mtg，2002，228122843 马在田地震偏移成像广义空间分辨率的定量计算J油气地球物理，2004，2（3）：1144 Ralph WKnappVertical resolut
44、ion of thick beds，thin beds and thin-bed cyclothemsJGeophysics，1990，55（9）：118311905 Widess，MBQuantifying resolving power of seismic systemJGeophysics，47（8）：116011736 Lindsey，JPThe Fresnel zone and its interpretive significanceJThe Leading Eage，1989，8（10）：33397 马在田反射地震成像分辨率的理论方法J同济大学学报（自然科学版），2005，33
45、（9）：114411538 田建胜，程玉生岩石爆破中爆炸能量分布理论及控制方法研究进展J爆破器材，1998，27（6）：20249 刘树田地震勘探中炸药震源药性选择问题研究J石油物探，1999，38（4）：667310 傅朝奎关于地震采集中的井深与药量的研究J石油地球物理勘探，1998，33（增刊1）：323411 潘文锋，赵伟卫，孟祥顺，等高分辨率地震勘探中最佳药量及耦合条件的选取J石油地球物理勘探，2000，35（4）：44345112 王海，赵会欣，晋志刚高分辨率地震勘探激发参数的优选J石油地球物理勘探，2009，44（3）：26126413 姜福豪，王德江可控震源高分辨率地震勘探采集技
46、术以莫桑比克2005项目为例J石油地球物理勘探，2007，42（2）：12713114 钱绍瑚高分辨率勘探及地震仪器J物探及化探，1995，19（2）：11512115 孟宪民高分辨率地震勘探关键措施论述J中国煤炭地质，2008，20（9）：616716 曹菁适合高分辨率勘探要求的检波器J石油仪器，1998，12（6）：313317 Robinson，EA，Treitel，SPrinciples of digital Wiener filteringJGeophysical Prospecting，1967，15（3）：31133218 Ulrych，TJApplication of homomorphic deconvolution to seismologyJGeophysics，1971，36（4）：65066019 Wiggins，R