[科普中国]-地球物理勘探数据处理

工作简史

物探数据的整理加工，从20世纪20年代开始到50年代初期，以手工操作为主，50年代到60年代初期以模拟回放为主，60年代中期逐渐实现了物探数据的数字处理。物探数据的数字处理是物探工作同计算机技术相结合的产物，已逐渐形成一个新的专业技术部门。

中国于1973年使用国产DJS-11大型计算机开始了物探数据的数字处理。20世纪80年代的物探数据处理中心，都配备有大型电子计算机设施以及远程终端和卫星数据传输系统。
在软件方面，为了适应物探数据数量大、重复运算次数多和记录道数不断增加的特点，相应地设立物探处理程序系统。其主要功能是用来控制物探数据的输入和输出，组织以记录道为单位的文件，分析并执行以固定格式编写的物探数据处理方案。

地震勘探数据的处理地震数据处理的对象是记录在磁带上，经过采样的人工激发的地震波，包括反射波或折射波，同时还包括绕射波、多次波和干扰波等。
地震勘探数据处理应满足：

①消除或削弱各种干扰波，保留和加强用于勘探目的的反射波或折射波。采用各种手段提高信号-噪声比；

②把反射波（或折射波）归位到产生反射（或折射）的地下反射点的位置上去；

③提取地震波传播介质和界面的物理参数，用于定性和定量地解释地震层位的岩层物理特征；

④提供地震正、反演问题的人机联作终端的各种处理方案和程序，以提高解释成果的精度；

⑤使处理方案自动化，缩短处理周期，减少人工干预。

为了满足上述5个方面的要求,人们从不同的角度针对不同的问题，已经提出了多种处理方法和数学物理模型。这些方法和模型有的是在弹性波传播方程的原理上提出来的，有的是在其他学科中成功地应用之后被引进到地震数据处理中来的。地震勘探可以被看做是以地层为传输道的通信系统。它所记录的离散时间序列从一个角度来看是确定性过程，而从另一个角度看又是随机性过程。因此，在地震数据处理中常常是兼用数学分析方法和数理统计方法。地震勘探数据处理正处于不断发展和完善的进程中。

地震勘探数据处理是通过由若干个具有不同功能的环节称之为处理模块组成的流程来实现的。反射法地震勘探中最常用的数据处理流程有以下几个主要模块。 预处理地震数据采集系统──数字地震仪输出的是数字化了的磁记录。由于地震工作的需要，野外的采集点是多道的，而采样系统是单道的，因此，在数字记录磁带上采样点不是按地震道的顺序排列，而是按采样时间的先后顺序排列的。
预处理，的目的是把上述采样序列重新排列成按道的次序。

反褶积处理目的是去掉接收系统和大地滤波作用的影响，使输出成为与反射系数成比例的脉冲序列，从而使地震记录能够清楚地反映出地下反射面的准确位置和反射系数的大小，为解释提供可靠的数据。对地震道做反褶积处理，是基于把地震道看作是地震子波与反射系数序列褶积的结果。反褶积就是对地震道进行滤波，使其输出为反射系数的序列。地震子波是未知的，而且在传播过程中逐渐变化，常用的求反褶积因子的方法为最小平方法，即维纳法。
地震波谱分析地震波是一个随时间变化的函数,可以用傅里叶变换表示为频率的函数。地震波谱是反映地层性质的一种参数，波谱分析是提取频率参数的一种方法。在地震数据处理中，为了加速计算与相对保持波谱成分，常常在频率域进行数据处理。
地震波速度分析，地震波在岩石中的传播速度，是反映岩石性质的一种参数，也是进行时差校正的不可缺少的处理参数，速度的应用几乎贯穿着地震勘探数据处理的全过程。
用于提取地震波在地层中传播速度的原始数据有：声波测井数据、地震测井数据和多次观测的大量地震记录。
在地震勘探数据处理中常用的速度概念有：层速度、平均速度、均方根速度和叠加速度。这些速度概念既适合于地震纵波，也适用于横波，但二者的量值是不同的。
层速度是地震波在均质地层中的传播速度。它等于水平地层厚度除以波在垂直方向的传播时间。
平均速度是地震波沿法线方向通过一组水平层状地层时，把该组水平地层看做是均质地层时计算出的传播速度。
均方根速度是水平层状地层中各层速度平方的平均值的平方根值（取正值）。
叠加速度是根据共中心点道集通过1速度谱实际计算出来的一种等效速度，它即不同于平均速度也不等于均方根速度，但是在水平层状介质中很接近于均方根速度的一种速度。叠加速度随界面倾角而变。
各种速度之间存在下列关系，即叠加速度大于均方根速度，均方根速度大于或等于平均速度。但差别不是很大。

叠加处理是地震勘探数据处理中实现提高地震记录信噪比的一种处理方法，是把来自同一个反射点上的反射波同相地叠加在一起。为了要做到各道同向相加，必须对不同炮检距（炮点到检波点间的距离）的地震道进行正常时差校正。在地表不均匀和有高程差的地区还要进行表面校正即静校正。
叠加的方法除了直接相加外，还有各种加权法叠加，以取得同相叠加的最佳效果。
偏移（归位）处理 在叠加剖面上，地层是从地震波形2同相轴表示的。当地下地层为水平状态时，反射波形正好反映记录道正下方的地层。如果反射地层是倾斜界面时，地震反射同相轴就要向下倾方向移动。这时在叠加剖面上反射同相轴的视倾角Ф*与地层的真倾角Φ是不等的。在均匀介质的条件下二者存在下列关系：

sinΦ=tgФ*。

为了使地震剖面能够真实地反映地下的构造情况，把由于地层倾斜而引起的反射波记录位置偏移，归位到产生它的反射点位置上去，此即地震波的偏移处理。常用的处理方法为波动方程法和与绕射叠加法。图2是水平叠加处理和偏移处理地震剖面。 滤波，在接收地震波信号的同时也收到各种干扰波，如随机干扰、面波、声波和水波等。为了消除这些干扰波需要对地震记录进行频率滤波和频率-3波数域二维滤波。地震波的滤波和其他物理领域所用的滤波原理是一样的。
如果地震波与干扰波的频带范围不同，则有针对性地使用带通频率滤波，即可把干扰波消除。这表现在时间域就是一个褶积过程。
如果干扰波是按照一个与地震波的传播方向不同的某个方向传播的，如面波、声波、水波，同时它们的频带又与地震波的频带部分地相重合，这时一般是采用二维滤波来消除这类干扰波,二维滤波在时间-空间域表现为二维褶积。

重力和磁法勘探数据的处理重力场和磁场都满足拉普拉斯方程，有许多共同之处。重力勘探和磁法勘探数据的处理包括数据输入和自动编校以及校正运算。
数据输入和自动编校 将野外采集的数据输入计算机。计算机自动地对所有数据根据事先安排好的检查程序，逐点检查，把不合要求的数值剔除。并以某种内插值来代替它。同时把观测值与测点坐标对应地编组，以备计算和制图使用。
校正运算无论是重力、磁法或者测点坐标数据,都要进行各自所需的各种校正计算。对磁法观测值要进行高程校正和磁日变校正；对重力值要进行纬度校正、高程校正、地形校正和布格校正等；对测点坐标值要进行误差校正。
计算基础的重力、磁法异常值和绘制相应图件磁法勘探的基础图件是总磁场异常图或垂直分量异常图。重力的基础图件是布格异常图。
重、磁异常的转换与处理。 重、磁异常是由地下地质体的密度或磁化强度变化所引起的，因此要对重、磁异常进行分析处理和解释，以达到勘探各种矿产资源的目的。由于重、磁异常本身具有复杂多变性，同时由于测量误差、外界干扰等使异常进一步复杂化，所以要对异常做各种转换与处理，以区分出地下地质体产生的异常，并得以做出正确的解释。
重、磁异常转换的内容有：空间换算、导数换算、磁场分量间的换算及不同磁化方向的换算等。处理是指如何把复杂异常化为简单异常，以便于解释。如叠加异常的分离，三维异常化为二维异常，把非水平面的观测结果化为水平观测面上的结果。
重、磁异常的转换也可以在频率域中进行。其优点是转换简单，并能清楚地看出换算过程的滤波作用。
在频率域可以设计各类高通、低通或带通滤波器来分离叠加异常。其中包括有：消除随机干扰，将区域异常与局部异常分开，把几个范围、强度相近的异常分开。
地质体的参数计算 根据重、磁异常可以计算出各种形状的地质体或矿体的埋藏深度、大小和质量等。各种比较规则的地质体都有固定的计算式。对不规则的地质体可以用模拟来计算，这在计算机上进行是很方便的。

电法勘探数据的处理电法勘探中的各种方法都是利用不同岩石的电性差异来查明地质构造和有用矿产的。由于电法勘探的各种野外观测方法的不同，所以处理和解释也不相同。电法勘探数据的处理一般分为预处理和处理。
预处理主要是检验野外原始数据，从大量的数据中分析、查找有效信号或有用数据。根据信号和干扰频率的不同，有时要进行滤波处理，有时要进行多路解编，登录施工和供电参数等。
处理是把预处理后的数据绘制成各种曲线图和电剖面图，然后根据方法原理和解释要求进行各种定量计算。
放射性勘探数据的处理 放射性强度的记录是以单位时间内脉冲数进行测量的，因此，其数据很容易在计算机上进行处理。地面放射性勘探数据的处理在许多方面与重、磁勘探数据的处理相似,如等值线图的绘制,局部放射性异常的区分等。然后根据处理后所输出的图件进一步做定性的和定量的计算，以确定放射性元素矿体的大小和放射性元素的含量。

地球物理测井数据的处理根据各种测井仪器所记录的测井资料，采用人工或计算机技术进行处理（见地球物理测井）。
参考书目
K.H.Waters.Reflectionseismology, Wiley-Inter-science,New York,1978.
E.A.Robinson,Deconvolution of Geophysical TimeSeries in the Exploration for Oil and Gas,Elsevier,New York,1979.