地震分辨率思考与高分辨率勘探对策

云美厚 赵秋芳 李晓斌

(河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454003)

0 引言

在地震勘探中，地震分辨率问题具有引领技术发展导向的作用。迄今为止，关于地震勘探可分辨极限的研究和争论始终没有间断，关于地震分辨率与信噪比、地震资料品质以及地震资料解释的极限、高分辨率勘探与高精度勘探等之间的关系仍然存在模糊的认识。主要表现为：对地震分辨率概念的本质理解不够深入，对分辨率与信噪比相互缠结、彼此影响的根本原因不够清楚，从而造成地震分辨率与地震资料解释极限、高品质地震资料等概念之间的混乱，以及分辨率影响因素和分类的混乱。本文试图就这些问题进行初步分析和阐述，厘清概念，探究地震资料品质定量表征方法，简要阐述高分辨率勘探与高精度勘探概念的差异性，明确分辨率影响因素及分类。在此基础上，从采集、处理和解释三个方面简要概述提高地震资料分辨率的技术途径，以期对未来的高精度地震勘探提供借鉴和参考。

1 地震分辨率与信噪比的关系

众所周知，地震勘探中分辨率和信噪比是作为两个独立概念存在的。地震分辨率一般是指利用地震波区分两个相邻地质体的能力，常用可分辨地质体之间的最小距离表示[1-3]。在空间上或时间上能够区分两个地层界面的最小距离称为垂直分辨率； 在单一地层界面上，能够区分两个地质特征的最小距离称为水平分辨率[1]。本质上地震分辨率主要决定于地震资料中有效信号(或者说地震子波)的特征，包括主频、带宽、相位等特性。地震分辨率量化描述的依据皆源于此。如，目前普遍认可的λ/4(λ为波长)垂直分辨率Rayleigh准则就是基于零相位Ricker子波的主频特性确立的。同样以菲涅尔带半径定义的未偏移地震资料水平分辨率也是基于λ/4波程差的Rayleigh准则导出的。当不考虑地层界面埋深和波前曲率的影响时，地震子波特性同样是影响未偏移地震数据水平分辨率的决定因素。地震信噪比主要反映了地震资料中噪声水平的强弱。通常定义为地震资料中有效信号与噪声的能量比。显然，地震分辨率和信噪比概念之间不存在交集，因此，地震分辨率与噪声和信噪比无关[4-5]。图1为楔状模型及其合成地震记录。由图可见，按照λ/4垂直分辨率Rayleigh准则，楔状模型(图1a)的不同信噪比合成地震记录(图1b～图1d)的地震分辨率均为25m。换言之，地震分辨率与信噪比无关。

图1 楔状模型及其合成地震记录

迄今为止，人们普遍认为信噪比是分辨率的基础，分辨率是由信噪比决定的[1,6-8]。造成这一认识的主要根源在于现阶段还没有完全分离信号与噪声的手段或方法，从而使分辨率与信噪比研究中二者纠缠不清，表现为：在去噪时会不可避免地损失部分有效信号，从而降低分辨率； 在高分辨率处理时又会不可避免地放大噪声。究其本质，既不是信噪比影响了分辨率，也不是分辨率影响了信噪比，信噪比真正影响的是处理方法本身，并非分辨率。由于信号与噪声无法彻底分离，使现有各种提高分辨率的方法均无法尽情地释放自身潜力。如果不承认这一点，就会陷入分辨率与信噪比关系悖论： 若认为“信噪比决定分辨率”，那么就会有“信噪比越高，地震资料分辨率越好”； 但是去噪处理在提高地震资料信噪比的同时却损失了分辨率，言外之意，“提高信噪比，将会降低分辨率”，进一步推论有“信噪比越高，分辨率越低”。显然，前后两种认识是矛盾的。无独有偶，实施高分辨率处理不可避免地会放大噪声进而降低信噪比。据此，是否可以认为是分辨率影响了信噪比呢？这样一来，究竟是分辨率影响了信噪比，还是信噪比影响了分辨率呢？这将是另一个悖论。由此可见，“信噪比决定分辨率”，或者说“信噪比是影响分辨率的因素”等认识是不成立的。

综上所述：理论上，地震资料分辨率与信噪比无关； 现实中，受制于无法完全分离信号与噪声，实施高分辨率勘探必须要考虑噪声和信噪比的影响。由此可见，目前业内认为“信噪比是分辨率的基础”并非信噪比与分辨率关系的内在本质，而是地震资料处理方法本身局限性导致的一种无奈现实。因为子波特性是决定垂直和水平分辨率的关键，所以上述基于垂直分辨率的分析结论对于水平分辨率同样适用。

2 地震资料品质定义及其定量表征

从严格意义上来讲，通常所说的高分辨率地震勘探并非真正致力于追求最高分辨率，而是致力于获得高品质地震资料。那么，什么是高品质地震资料？如何评价地震资料品质？

众所周知，地震分辨率和信噪比是衡量地震资料品质的两个重要指标。在传统意义上，所谓高品质地震资料实际上是指具有最佳信噪比和相对最高分辨率的地震资料。从这一点来看，假定地震子波为零相位子波，Widess[6]给出的有噪声情形下的地震分辨率表达式完全可以作为地震资料品质好坏的判别指标或定量表征

(1)

(2)

(3)

式中：Qs为地震资料品质数值；A(f) 、N(f)分别为信号和噪声的振幅谱，对应A2(f) 、N2(f)分别为信号和噪声的功率谱，f为频率；Rw为无噪声情形下零相位子波分辨率； RSN为信噪比，一般定义为信号与噪声的总能量比；a(t)为地震子波信号；am为地震子波信号的最大振幅(即主峰极值)；E为地震子波信号的总能量。

显然，当已知Rw和RSN时，利用式(1)即可定量评价地震资料品质。但是，需要指出的是，式(1)是在假定两个地震道信号相同，而噪声互不相关，且信号与噪声也互不相关的前提下给出的。此时，一个道的功率谱就是A2(f)和N2(f)之和，而两道的互功率谱就是A2(f)。从严格意义上来讲，式(1)只具有象征意义和理论价值，由于实际地震资料信噪无法分离，因此，无法准确确定Rw或RSN，充其量只能给定一个相对值或近似值，但式(1)的理论价值是不容忽视的。在实际工作中，通过分析反射波波形或振幅谱特性近似确定地震子波主频和带宽，进而可以利用λ/4垂直分辨率准则估算Rw，或者借助各种子波提取方法提取子波，再利用式(2)估算Rw。利用各种去噪滤波处理前、后的结果近似估算RSN，然后由式(1)近似估算Qs，进而定量对比、分析实测地震资料品质。

对于图1b～图1d，由式(1)得到的Qs分别约为90、82和45，即无噪声剖面(图1b)品质最佳，随着RSN减小(图1c、图1d)，记录品质逐渐变差。图2为图1a的不同Ricker子波主频合成地震记录。由式(1)得到的Qs分别约为140(图2a)、105(图2b)、82(图2c)和47(图2d)，即在RSN均为10的情况下，Ricker子波主频越高，记录分辨率越高，相应记录品质越好。

图2 图1a的不同Ricker子波主频f0(不同分辨率)合成地震记录(RSN=10)

考虑到无噪声记录的RSN→∞，不便于计算和图示表达，为此，借助于李庆忠[8]基于振幅谱定义的含信比概念，定义功率谱含信比Rs为

(4)

与振幅谱含信比类似，Rs最大值(为1)表示无噪声记录，Rs最小值(为0)表示不存在有效信号的纯噪声记录。显然，Rs的变化与RSN具有内在一致性，且更方便计算，也更容易图形表达。为此，将式(4)代入式(1)，则

(5)

图3为由式(5)得到的Qs随Rw和Rs的变化曲面。由图可见，Qs随Rw和Rs(或RSN)的增加而增大。

图3 由式(5)得到的Qs随Rw和Rs的变化曲面

随着地震勘探从常规构造勘探进入岩性地层勘探领域，除了Rw和RSN外，地震资料的保真度已成为描述地震资料品质的第三个重要参数。高保真数据采集以及地震保幅处理等已成为当今地震勘探研究的热点问题[9-11]。所谓地震资料的保真度一般是指地震资料经采集和处理系统作用前、后的数据相似程度。迄今为止，关于地震资料的保真度尚未建立统一的评价标准，现有的评价方法大多为定性判别或半定量计算[12-14]，存在很大的局限性。因此，目前难以构建集Rw、RSN和保真度为一体的地震资料品质定量分析算法。

3 地震资料解释的极限

地震资料解释是解释人员将地震资料反映的地震波特征转化为构造、地层、岩性等地质表达的过程。简言之，就是将地震“语言”翻译为地质“语言”的过程。地震资料解释的极限决定于地震资料品质以及地质、测井、取心等各种辅助资料的丰富程度等客观因素，同时也与解释人员自身水平(主观因素)有关。如果说地震分辨率是从理论角度出发阐述基于地震子波本身区分最小地质体能力的话，那么地震资料解释的极限则是从现实角度说明解释人员能够从地震资料中分析、推断和确定最小尺度地质体的能力，可称之为地震资料可解释性或地震地质解释能力[4]。图4为地震分辨率与地震地质解释能力对比图[4]。由图可见，地震分辨率极限与地震地质解释能力的极限是相同的(均为趋近于零)。但是，地震分辨率是客观的，决定地震分辨率是否发生变化的关键不是人们从地震资料中看到了什么，而是地震子波本身是否存在变化。只要地震子波本身特性(主频、带宽或相位)没有变化，则地震分辨率保持不变。因此，提高分辨率的根本出路在于改变地震子波特性，最理想的地震子波是延续长度趋于零的单一脉冲波，其频宽趋于无限大。相比之下，地震资料的可解释性或地震地质解释能力则具有一定的主观性。当地震资料信噪比足够大时，地震地质解释能力与分辨率呈正比关系，即地震资料分辨率越高，则相应地震地质解释能力越强，可以揭示的地质细节越详尽。当地震资料分辨率一定时，决定地震资料地质解释能力的主要因素之一是信噪比。原则上，信噪比越高，相应地震地质解释能力越强，越有利于地质细节的识别和判定。在分辨率研究中，最容易出现的问题就是分辨率与地震地质解释能力两个概念的混乱。通常认为，信噪比影响地震分辨率就是这种概念混乱的具体表现。从严格意义上来说，信噪比不会影响地震分辨率，但是会影响地震地质解释能力。纯粹的高分辨率地震资料可能会因为低信噪比而丧失地震地质解释能力，但绝不会丧失分辨率(图1)。由此可见，高品质(即高分辨、高信噪比)地震资料是获得最佳地震地质解释能力的基础，也是目前地震勘探追求的现实目标。换言之，当今地震勘探并非追求纯粹的高分辨率。

图4 地震分辨率与地震地质解释能力对比图[4]楔状模型纵波速度V=2500m/s

4 高分辨率地震勘探与高精度地震勘探

高分辨率地震勘探的初衷是追求地震资料的最大分辨率，主要以高覆盖次数、高采样率、宽频接收和宽频检波技术为基础。野外地震数据采集一般具有小道距、小炮检距、小组合基距以及小组内距的“四小”特点。但是，受制于信噪分离的困难性，现实中高分辨率地震勘探并非以分辨率最大化为目标，而是以获得具有最佳信噪比的最大分辨率为宗旨(图5)。当地震资料分辨率Rw足够大时，合理提高信噪比RSN尽管会在一定程度上损失Rw，但可明显提高地震资料整体质量或品质数值Qs(图5右半部分)，有利于提高地震地质解释能力。若想完全剔除噪声，可能会严重降低Rw，进而降低Qs。同理，当RSN足够大时，实施高分辨率处理尽管在一定程度上会放大噪声，降低RSN，但整体上可明显提高Qs(图5左半部分)，有利于精细解释地震资料。反之，若一味地追求最大Rw，地震资料可能会因为RSN不足而失去地震地质解释能力，剖面全部被噪声淹没，无法识别有效信号，地质现象无法呈现，解释无法实施。由此可见，目前，高分辨率地震勘探实际上是从实用出发，以获得最佳地震资料品质(兼具最佳信噪比和分辨率)为前提，以追求地震地质解释能力最大化为目的的一种勘探技术，也可称之为高品质地震勘探。

图5 去噪和高分辨率处理方法与Rw和RSN关系示意图

在高分辨率地震勘探概念出现的同时，高精度地震勘探的概念也应运而生，最初基本上可视为高分辨率地震勘探的代名词[15]。之后，随着地震勘探技术的发展，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趋势，并被赋予了新的含义[16-17]。具体来说，高精度地震勘探是以高分辨率地震勘探为基础，以高保真地震资料处理为前提，以获得高精度地震成像为目标的系列勘探技术的统称。主要特点表现为“四高”，即高分辨率、高信噪比、高保真和高精度成像。代表性技术如“两宽一高”地震采集技术[18]、全波形反演和最小二乘逆时深度偏移成像技术等[19]。目前，高精度地震勘探已成为深层复杂构造勘探、储层精细描述和预测以及非常规油气勘探的基础。

5 地震分辨率影响因素

迄今为止，关于地震分辨率的影响因素众说不一[20]。根据地震分辨率定义和唯物辩证法内外因理论，笔者认为决定地震分辨率的内在因素均源于地震子波本身。一切可能造成地震子波特性变化的外在地质条件和地震勘探方法(技术)等均可视为影响地震分辨率的外在因素，可概括为地质因素和地震因素两个方面。

5.1 内在因素

地震子波本身对地震分辨率的影响主要表现为地震子波主频、带宽、相位与波谱形状等方面，分述如下。

5.1.1 地震子波主频

对于零相位Ricker子波，主频是地震分辨率的决定因素。一般子波主频越大，地震分辨率越高[7]。

5.1.2 频带宽度

对于零相位带通子波，决定地震分辨率的是子波振幅谱的绝对频带宽度(简称绝对频宽)。一般振幅谱绝对频宽越大，子波时间延续长度越短，地震分辨率越高； 两个振幅谱绝对频宽相同但主频不同的零相位子波，地震分辨率相同[7-8]。

振幅谱相对频带宽度(简称相对频宽)决定了地震子波的振动相位数，与地震分辨率无直接关系。若振幅谱相对频宽不变，则子波相位数不变，波形不变，此时，子波主频越高，则绝对频宽越大，相应地震分辨率越高[7-8]。

绝对频宽及其所占频段位置决定有效地震分辨率，只有那些不缺失低频信息的频宽才是对地震分辨率最有价值的频宽。理论上，低频最好低至1Hz。通过压制子波旁瓣能量、提升子波主旁瓣峰值比的方式可增加低频成分以提升地震分辨率。当地震子波低频一致时，不断拓展高频成分，子波主瓣变窄，从而可提高纵、横向地震分辨率[8]。

5.1.3 相位与波谱形状

零相位子波必然是对称的，而对称的子波不一定是零相位的。在具有相同振幅谱的诸子波中，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]。

在相同的频带宽度条件下，不同波谱形状的子波地震分辨率不同，零相位且频谱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尔带的大小衡量，其不仅与反射地震子波的频率有关，而且与反射点或目的层到观测点的距离(即目的层埋深)和波前曲率有关。一般目的层埋深越大，波前曲率越小，水平分辨率越低。

对于偏移剖面，第一菲涅尔带的半径不能作为水平分辨率的标准，空间采样率决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、处理和解释等多个方面可能造成地震子波变化的各个环节，分述如下。

(1)地震采集中激发(震源类型、药量、激发井深、激发岩性、震源耦合等)、接收(检波器类型、组合方式、观测系统等)以及仪器系统(滤波器、采样率、记录动态范围等)。一般来说，可控震源较炸药震源更接近高分辨率勘探对震源的要求(即宽频带、高频增强、性能稳定)[7]； 小药量激发对产生高频更有利[8]，但小药量激发也可能导致震源子波低频缺失[7]。不论是震源组合还是检波器组合均会造成地震子波的平均效应，其作用相当于一个低通滤波器，不利于提高分辨率。地震记录仪动态范围不足不利于高频弱信号的记录，进而会影响地震分辨率[8]。

(2)地震处理中静校正、动校正、叠加、反褶积、衰减补偿、子波整形、相位校正、频率滤波、偏移成像等。在水平叠加处理中，静校正和动校正不准对叠加处理而言均相当于低通滤波作用[7]。但是，需要注意的是动校正拉伸本身不同于低通滤波，不能简单地用高通滤波进行补偿，因为动校正拉伸是直接把高频成分拉伸成了较低的频率成分[7-8]，信号振幅不变，频率降低。而低通滤波则是压制和削弱高频成分，仅仅是高频振幅减弱，频率不变。反褶积主要是通过压缩子波提高分辨率。衰减补偿、子波整形以及相位校正等主要是通过补偿地震子波高频衰减、或者改变地震子波相位特性提高分辨率。频率滤波的主要目的是去除噪声，在去噪的同时不可避免地会损失有效信号，进而降低分辨率。偏移成像最显著的作用是使绕射波收敛、反射波回到真实的空间位置、菲涅尔带半径收缩到λ/4，进而提高地震资料的分辨率。

(3)地震资料解释中各种反演技术、属性分析技术以及谱分解技术等。从严格意义上来说，地震资料解释本身不会对地震分辨率造成影响，因为在地震资料解释过程中地震子波没有发生变化。诸如叠前与叠后反演、属性分析以及谱分解等不同解释技术的应用在很大程度上提高了地震资料的地质解释能力，但也不排除地震分辨率的提高。以波阻抗反演为例，由于反演处理过程中大多会对原始地震资料缺失的低频信息进行补偿处理，从而使阻抗反演数据体的频带更宽，分辨率更高。谱分解技术通过分频处理凸显了不同频率成分分辨能力的差异，进而获得最佳的地震地质解释能力。地震多属性优化分析技术充分实现了不同地震属性的优势互补，进而使勘探目标体具有了更好的辨识度或地震地质解释能力。对于近年来飞速发展的叠前解释技术，因其避免了叠加对分辨率的影响，与叠后地震资料解释相比，先天具有更高的分辨率。

5.2.2 地质因素

通常表现为地震波在地层内传播过程中地震子波的变化，分述如下。

(1)地层介质的吸收衰减。由于地层介质的非完全弹性特性，地震波在地层介质中的传播过程相当于一个低通滤波器的作用[7-8]，从而使地震波初始起跳时间延迟、时间延续度加长、振幅减弱、主频降低，此即通常所说的地层吸收衰减效应，突出表现为地震分辨率随目的层埋深的增加而降低。应当注意的是，水平分辨率与垂直分辨率随深度增加而降低的本质截然不同。垂直分辨率的降低主要受衰减地震子波频率影响，而水平分辨率的降低则受子波频率和波前曲率的双重影响。在整个地层介质吸收衰减效应中，表层介质的衰减对地震分辨率的影响尤为重要，在诸如沙漠区等特殊表层地质条件下，近地表低、降速层对地震波高频成分的吸收衰减量可达地层总吸收衰减量的80%左右[39]。此外，由于表层厚度和速度在横向上常有显著变化，这将引起不同记录道地震子波的不一致和分辨率的差异。

(2)薄层滤波效应。陆相沉积地层大多为薄层和薄互层，每一小层内地震波的双程旅行时均小于子波的延续长度，因而各层内的层间多次波相互干涉，其作用相当于一个滤波器，必然会影响分辨率。对于薄层阻抗高于或低于上、下介质的韵律型薄层结构，一般表现为通中频压制高、低频的带通滤波效应； 对于薄层阻抗介于上、下介质之间的过渡型薄层结构，通常表现为对中频的压制作用[23]。

需要说明的是，对于同一厚度地层，随炮检距增加，由于地震波传播路径的变化，地层顶、底界面反射波旅行时差减小。当层厚较小时甚至出现远炮检距道顶、底界面反射波相互干涉难以区分。这一现象并不意味着地震分辨率降低，充其量是地震地质解释能力减弱。因为当不考虑地震波吸收衰减效应影响时，对于不同炮检距地震道，地震子波特性并未发生改变，所以地震分辨率是不会发生变化的。因此，通常将炮检距或地震波传播路径的影响作为分辨率的影响因素是不合适的。

6 高分辨率技术途径与发展方向

地震勘探是一个系统工程，地震分辨率的提高需要地震采集、处理、解释各个环节的改进与提高。不过，处理方法和解释技术的改进只能从一定程度上改善地震分辨率，真正制约地震分辨率的关键在于野外采集。正所谓“巧妇难为无米之炊”，只有野外采集获得了所需要的有效地震信息，后继的处理、解释方法的改进才能获得预期的效果。要提高地震分辨率就必须要改善地震子波本身的特性，如压缩子波、提高主频、扩展有效频带宽度、实现零相位化等。提高地震资料的信噪比并不能从根本上提高地震资料的分辨率，只能改善地震资料品质或提高地震资料的地震地质解释能力。

6.1 高分辨率地震采集技术

地震采集是决定地震资料分辨率的根本。从地震数据采集的角度来看，展宽震源子波频带(即用物理方法展宽频带)是最基本的要求。目前陆上高分辨率采集技术及研发重点主要体现在宽频激发、宽频接收、单点高密度、宽方位采集以及高精度记录等方面。

宽频激发技术主要侧重于低频宽带(如1～200Hz)震源研发。对炸药震源而言，设法提高震源子波下传能量、提高高频成分能量以及改进震源组合与激发方式获得宽频带、高能量激发效果仍然是不变的研究主题[24]。对于可控震源而言，在借助非线性扫描补偿高频吸收的同时，通过拓展低频拓宽整体频带已成为目前研发的主要方向。中石油研发的新一代高精度可控震源EV-56不仅低频1.5Hz 信号更稳定，而且高频信号也拓展至190Hz，是目前全球技术先进的经过野外采集检验的最佳低频震源[25]。

宽频接收技术是在宽频激发前提下确保信号“宽进宽出”的高分辨率数据检波技术。与宽频激发技术类似，宽频接收技术同样需要从保护高频、拓展低频或有效波频宽两个方向发展。研发具有宽带响应的单检，特别是陆上节点检波器是未来的发展趋势。目前代表性技术或产品主要包括低频检波器接收技术[26]、基于MEMS(Micro Electronic Mechanical System)技术的数字检波器接收技术[27]和基于传感技术的光纤检波器接收技术[28]。

鉴于传统组合采集方式对地震分辨率的制约以及混波对地震信号保真度的影响，单点高密度采集已成为目前陆上地震勘探备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。于世焕等[30]对比了组合采集与单点采集试验结果，表明后者较前者所得单炮记录频宽提高约5.0%～30.4%，相应剖面频宽提升约27.8%。

高精度记录主要是指地震信息，特别是高频信息的高保真无损记录，主要与地震记录仪器的动态范围有关。如果仪器动态范围不足，则微弱的高频信号很难被记录下来。因此，设法提高记录仪器动态范围或在现有仪器装备条件下，采用分频带记录方式可以确保最大限度地保留和记录高频弱信号，为后继高频恢复奠定基础[8]。

需要指出的是，在当今高速无线通信技术、人工智能技术和无人运载设备快速发展的大背景下，地震采集技术正朝着自动化与智能化方向迈进。尽管采集技术的自动化与智能化不会对地震采集分辨率产生直接影响，但是必然会促进地震采集效率的极大提高。

6.2 高分辨率地震处理技术

高分辨率处理的根本任务是获得比原始记录更高的分辨率。目前提高垂直分辨率的主要方法有两类。一类是以消除地震因素影响为目的，以改善子波特性为前提的处理方法。如，地表一致性相位校正、子波零相位化、反褶积、时变谱白化以及基于小波变换、广义 S 变换等实施分频处理的谱模拟或子波压缩技术等。通过改变子波相位特性、压缩子波宽度或展宽频带等技术手段达到提高垂直分辨率的目的。另一类是以消除地质因素影响为目的，通过对近地表强吸收衰减以及深部地层衰减和地层滤波效应的补偿处理，提升高频信息，拓展优势频带[31]，进而提高垂直分辨率。如频率加强滤波、反Q滤波等。与此同时，地震波成像处理技术的发展极大地提高了地震资料的纵、横向分辨率。

鉴于低频信息在提高地震分辨率过程中具有与高频成分同等的重要性，近年来各种低频与高频或低、高频双向拓频处理技术得到了快速发展。如谱反演[32]、谱蓝化[33]、压缩感知信号重构[34]以及广义S变换与压缩感知联合分析法[35]等。不过，现有各种拓频处理方法均无法避免地震子波的影响，在频带拓宽同时，均不同程度存在子波旁瓣增多、地震不保幅或部分频率分量冲零现象。更为严重的是，大多数拓频算法的输出结果不仅可能改变地震记录相位，而且对地震子波旁瓣的压制效果欠佳、波组特征不明确。季焕成等[36]采用一种称为 ButHRS的双向拓频高分辨处理技术，经准噶尔盆地西北缘夏72井区三维地震资料的拓频处理试验，整体频带从原有的10～55Hz拓宽到7～90Hz。经拓频处理后很好地保持了原始地震数据的波组特征、时频关系，不但保真，而且保幅。与此同时，随着地震品质因子Q值成像技术的发展，以精细Q值建模为基础的吸收衰减补偿处理技术得到飞速发展和应用[37-39]。将微测井Q估算的纵向高分辨率与地面观测Q估算的横向高密度相结合，采用井、地联合观测数据或多源、多波场数据估算和反演近地表Q值，构建精细近地表Q模型已成为当前衰减补偿处理研究的主旋律。

偏移成像处理是提高水平分辨率最有效的方法[40]。随着地震偏移技术从叠后时间偏移向叠前深度偏移的不断发展和完善，极大提高了复杂地质构造的地震成像能力和水平分辨率。面对不同品质的地震数据、不同的地质问题及其勘探风险，迄今为止已发展了种类繁多的反射波偏移成像方法。按照求解波动方程的不同大致分为常规声波方程偏移、弹性波方程偏移、各向异性介质弹性波方程偏移和黏弹性波动方程偏移四类[40]。未来地震成像技术将向着复杂、各向异性、多相介质以及多波场叠前深度偏移发展，且振幅保真算法将成为地震成像研究的永恒主题[41]。除反射波成像外，针对地球介质内部多尺度非均匀变化引起的地震波散射问题，开展散射波成像研究是地震成像研究的一个较新的领域[42-43]。

6.3 薄储层地震解释技术

在地震勘探中，通常将厚度小于λ/4的地层或岩层定义为薄层。地震波主波长λ不仅与地层的速度有关，还与地层内传播的地震波的主频有关，并非定值。因此，地震勘探中关于薄层和厚层的实际厚度分界线是动态的、相对变化的。这与普通地质学中以绝对厚度值(一般以0.1m作为分界线)表述的薄层概念明显不一致[44]。也就是说，在地质学家眼中，同一厚度的地层，不论埋深如何变化，其要么为薄层，要么为厚层是确定不变的。但在地球物理学家眼中，由于深、浅层地震波主频和主波长不同，同一厚度的地层，在深层反射记录中可能被视为薄层，而在浅层反射记录中则可能被视为厚层。此即地震薄层概念的相对性。目前地震勘探中可用于薄储层解释的方法(技术)主要有地震切片解释[45-46]、叠前与叠后地震反演[47-48]、地震属性分析[49-50]、谱分解分频解释[51-52]以及叠前多维地震解释技术[53-55]等。云美厚等[21]研究表明，对于地震垂直分辨率不足的薄储层，若储层岩体水平展布范围足够大，或者沿某一方向的延伸足够大，以至于超出地震水平分辨率的限制，那么综合利用各种地震属性的切片技术和可视化显示技术确定地质体的平面展布范围是可能的。这一论断为利用地震资料识别低幅度构造，检测油气，预测薄层砂体，识别河道、断裂、裂缝和溶洞，甚至监测地震油藏动态等奠定了理论基础。

目前常用的地震切片解释技术主要包括等时切片(Time Slice)、沿层切片(Horizontal Slice)和地层切片(Strata Slice)等。杨占龙[45]提出了地震地貌切片的概念及其制作方法。作为地震资料水平分辨率应用的最佳解释手段之一，地震切片解释技术必将在未来非常规油气储层、深层与超深层储层(尤其是薄层砂体)以及地层岩性圈闭的描述预测中发挥不可替代的作用[56]。

地震反演是定量地震解释的重要支柱。按照资料来源不同，地震反演分为叠后和叠前反演两大类[57]。叠后拟测井曲线反演技术可进一步提高反演结果的分辨率。叠前统计学反演在一定程度上可以拓展地震带宽[58]。未来多相介质中弹性波的传播与流体识别将会成为油气储层反演研究的焦点。纵、横波联合反演将成为储层定量化表征的重要途径[59]。全波形反演可能会给地震反演带来全新的视角[60]。

随着地震属性技术的发展，可以利用的属性种类繁多，数量庞大，使地震属性的筛选、融合、优化成为研究热点。地震属性优化方法一般分为地震属性优选与地震属性降维映射(或称为属性压缩)两大类方法。近年来，基于地震属性优选的地震属性融合技术开始兴起[50]，并逐步从理论走向实际应用。除传统的基于多元线性回归和聚类分析的属性融合技术外[61]，基于颜色空间的多属性融合技术，如红绿蓝(RGB)融合，以及基于神经网络的融合技术[62]不断被研究者投入使用。通过属性融合可充分挖潜地震属性数据的内含信息，去除重复、冗杂信息，进而降低储层预测的多解性，提高储层预测精度[50,63 ]。

地震谱分解技术是一种基于时频变换的定量化和可视化储层分频解释新技术，是地震属性分析技术的重要组成部分。通过时频变换可以获得地震数据在时间域和频率域的联合分布，可大大提高储层识别的横向分辨率。未来频谱成像技术将会极大地促进储层定量解释技术的发展[64]。

7 结论

(1)理论上，地震分辨率与噪声、信噪比无关。现实中，受制于信噪完全分离的困难性，实施高分辨率处理必须要考虑噪声和信噪比的影响。

(2)地震分辨率、信噪比和保真度是衡量地震资料品质的三个重要指标。限于保真度定量评价的困难性，当已知地震资料分辨率和信噪比且不考虑保真度影响时，有噪声情形下的Widess[6]分辨率表达式完全可以作为地震资料品质好坏的定量判别指标。

(3)地震分辨率是客观的，决定地震分辨率的关键是地震子波本身是否存在变化。地震地质解释能力具有一定的主观性，其与地震分辨率、信噪比以及地质、测井资料等多种因素有关。信噪比不是地震分辨率的影响因素，而是地震地质解释能力的影响因素。

(4)高分辨率地震勘探的初衷是追求地震资料的最大分辨率，但受制于信号与噪声完全分离的困难性，现实中，高分辨率勘探是以获得兼具最佳信噪比和分辨率的最佳地震资料品质为前提，以获得最佳地震地质解释能力为目标。高精度地震勘探则是以获得高分辨率、高信噪比、高保真和高精度成像为宗旨。

(5)地震分辨率影响因素分为内在因素和外在因素。前者主要包括地震子波本身的主频、带宽和相位等特性； 后者则又可分为地震因素与地质因素两个方面。地震因素主要是指可能引起地震子波变化的各种地震采集、处理和解释方法； 地质因素则主要包括地层介质的吸收衰减，特别是表层衰减以及薄层滤波效应。一切外在因素均通过改变地震子波主频、带宽、相位等内在因素影响地震分辨率。

(6)地震采集是决定地震资料分辨率的根本。发展宽频激发和宽频接收技术，提高地震记录仪的动态范围和地震采集资料的保真度始终是地震采集技术发展的主旋律。

(7)高分辨率处理的根本任务是设法消除外在地震和地质因素对震源子波的影响。实现子波压缩、整形以及频率补偿和拓展一如既往是高分辨率处理技术发展的重要方向。基于复杂介质的多波场叠前保真成像处理技术的发展必将为高精度成像带来更大福音。

(8)基于叠前地震数据解释及其与地震反演、属性融合、谱分解、深度学习等各种新技术(方法)的相互渗透和联合应用将成为未来高精度定量地震解释技术发展的主要方向。