地球物理学家Oz Yilmaz在介绍其出版的SEG教科书《地震数据处理》时,选择了反褶积、共中心点叠加和偏移作为常规地震资料处理中最主要的三个处理步骤。自从Yilmaz的著作于1987年首次出版后,石油物探界发表了大量论文和会议报告,内容涉及到了地震处理的各个方面。但是,在21世纪初的今天,我想仍然是这三个处理步骤主导着地震资料处理的处理流程。当然,这并不是说在地震资料处理的各个方面没有取得什么大的进步,也不是说我们没有采用更先进的处理流程处理过一些数据。相反,我们对我们行业中那些真正的先驱者们极为赞赏,他们逐步引导着我们关于地震资料处理的思想不断前进,从野外模拟记录的检查,到通过反褶积、叠加、偏移等处理形成用计算机生成的关于地下模型的清晰图像,他们发明的那些算法或非常类似的算法,仍然是当今全世界进行常规处理的主要组成部分。事实上,我们常把Carl Friedrich Gauss看作最伟大的地球物理学家,因为他在1823年发表的最小化误差平方和的方法几乎应用于地震资料处理的方方面面,从反褶积到偏移。
因此,如果很久以前就已经取得所有基础性的进步,那么是什么促使地震处理人员继续开展这方面的研究呢?一个可能的回答是,处理中还有许多方面需要改进,这是一个无可辩驳的事实,但又是一个老掉牙的回答。实际上,如果你听一个地震成像专家来介绍的话,你可能会得出这样一种印象:很快就不会再需要数据处理员了,因为将来的偏移成像会包含我们目前称为处理的所有内容。包括定比、静校正、反褶积、反Q滤波、波场分离、叠加,当然也包括偏移在内的所有这一切,将从野外原始记录到完成处理得到最终结果的庞大的反演程序中的一部分。然而,从目前地震资料处理的工作中我并没有看到这种变化会在不远的将来发生。
我更相信,隐藏在我们不断变革的背后可能会有某种更为不同寻常的东西,它会大大改进地震资料的处理。在此让我来回顾一件我还是一个研究生时发生的事,这件事事实上使我对地震信号处理产生了长期的兴趣。那时一个地震处理“专家”对我表达了一个特别率直而认真的结论,大意是“地震处理基本上没有什么新东西可研究的了”。说这话的人肯定熟悉我的性格,因为我立刻被吸引住了。一个真正的处理员听到这个玩世不恭的结论一定会把它当成一个挑战,并竭力去证明它是错误的。我认识的大多数经验丰富的处理员不会只看地震剖面而不对它品头论足并加以改进的(包括对他或她自己的剖面)。我们都有这样一种癖好,希望从地震记录中挖掘出比记录本身自愿输出的更多的信息,通常这是一件无益的商业活动,就象要从骨头里榨出血一样。但是,我们偶而确实能取得真正的进步,这使我们陷入一种圈套。
但是,激发资料处理人员的因素很多,在过去的10年或20年里,我们真正取得了些什么?无疑,一个该领域的专家一定可以列出一个长长的清单,列举《GEOPHYSICS》杂志上发表的大量论文、每年SEG年会上宣读和张贴的500多篇文章,来说明近年来地震资料处理方面所取得的所有进展。但是,在我15-20年的技术生涯中,我大多数时间都是从事地震资料处理工作,因此我更喜欢用15或20年前与现在我们怎样处理资料之间存在的实际差异来衡量地震资料处理所取得的进步,我认为这样的分析结果比调查学术文章更加实在。
地震资料处理员的日常生活中最明显的差异是跟计算机打交道比跟地球物理打交道多。我从20世纪70年代初期开始使用计算机,我相信我可以代表对使用那些麻烦的机器还记忆犹新的处理员表达我们的感受:我们庆幸那些日子已经成为过去!现在我们处理用的机器要好得多—彩色大屏幕用来对数据和流程进行显示和交互操作,磁盘和磁盘驱动器、磁带和磁带机可以容纳海量数据,运行更加可靠(至少大部分时间如此),内存比我们20年前做梦梦到的还要大,当然,我们今天每台台式机的计算能力比“美好的过去”整个公司用于资料处理的计算能力还要强。是的,关于“美好的过去”最好的事情已经在我们身后了。
计算机硬件上的这些发展对我们地震资料的处理工作产生了巨大的影响。现在地震数据采集所用的道数更多,面积更大,而处理周期却大幅度压缩,同时最后的处理结果的质量却大为改善。在过去的20年中,即使我们不考虑地球物理算法的改进,就是操作简便这一点就已经使解释人员大受裨益。因为处理操作简便,如观测系统定义和错误检查、初至拾取和检查、静校正解的试验、参数测试、速度拾取及修正等等,使处理人员提交成果的质量明显改善。
随着计算机的发展,三维地震勘探的数量和规模不断增长。处理算法和软件也随之发展,以便能处理新的空间维数。对于象带通滤波等单道处理算法当然没有问题,但对象DMO、f-k滤波、偏移等多道算法就不是那样简单了。虽然海上三维测量采用多缆、多震源方式采集数据,其工作效率非常高,但由于震源枪的选择性点火方式而导致的空间采样问题在某种程度上来说对三维测量比对传统的二维测量更糟。这就使得处理员面临新的如叠前炮内插问题,要用新的处理方法(如方位时差校正)解决电缆羽状化问题。
三维采样对多道算法的影响,对于宽方位角的陆上勘探和窄方位角的海上勘探是不同的。一个炮点间隔等于四到五倍检波点间隔的典型二维叠前陆上数据集可以被描述为稀疏采样的三维函数(时间、沿线炮点位置、沿线检波点位置),一个三维叠前陆上数据集是一个稀疏采样的五维函数(时间、纵测线和横测线炮点位置、纵测线和横测线检波点位置),这就产生了怎样应用二维和三维算法的一个根本性差别。例如,用于单独的二维炮点道集的叠前偏移算法,就不能应用于绝大多数陆上三维数据,即使作了三维修改也不行,这是因为三维炮点道集无论是在纵测线还是在横测线上都存在严重的假频现象。只是最近几年“十字排列(cross-spread)”这个词(炮线和检波线相交叉采集地震数据)才进入了我们的词典,以期能解决这些空间采样问题。十字排列是宽方位角全三维数据集的采样充分的子数据集,每个子数据集可以单独成像。所以,从成像的角度看,十字排列是二维测量中炮点道集的三维模拟。
最近几年曾经开展过关于三维空间采样和三维测量设计对处理算法与最终处理结果影响的辩论,辩论是很有启发作用的,充满了朝气。参加辩论的地球物理人员中,有喜欢稀疏采样、低覆盖次数三维测量的,有喜欢规则采样、高覆盖次数三维测量的,有倾向于根据重迭十字排列设计三维勘探的,还有主张随机采样以减少采集痕迹的,认为稀采样和密采样得到的分辨率一样的,主张窄方位角而反对宽方位角的,等等。通过这场辩论我们受益匪浅,这是学术健康的标志,我们可以就我们不同的观点进行公开辩论。我相信,未来对问题将有更深刻的理解,或许不同观点会取得更大的一致。地球物理毕竟是一门科学,所以不会象宗教和政治辩论那样,我们的辩论最终会对问题得出一个客观的解答。但是,围绕着这场辩论还存在许多复杂的问题,所以可能会继续一段时间。
就20年前完全没有预见到的进步来说,那么位居最突出进步前两位的是双传感器(2C)海底地震数据采集以及最近的四分量(4C)海底地震数据采集。2C和4C海底地震数据采集技术的出现,都引起了一系列的活动和兴奋,程序员、处理员和解释人员都在抓紧学习如何处理这些不同的数据。因为我们的行业正在向如何获得现有油藏越来越详细的信息方向迈进,时延(4D)4C地震勘探将成为我们未来处理业务中的一个重要组成部分。确实,现在4D地震已经成为现实,许多公司已经对老的和新的三维地震资料进行了处理和重新处理,以解释其中的差异,研究储层特征的变化。
在压制多次波方面最近取得的重要进展是一种称作与地表相关的多次波压制技术。这种技术已经取得了成功的结果,特别是对海上数据,它克服了严重限制了老式预测反褶积技术应用的关于地下介质的一维假设。但这种方法今天还没有普遍应用,使用成本还较高,不能简单地推广到三维数据,没有考虑诸如电缆羽状化、横向倾斜等三维效应。但不管怎样,与地表相关的多次波压制技术肯定会成为多次波压制武器库中一种较常用的武器。
在过去的15年中,采用抛物线或双曲线拉冬变换压制多次波已经成为一种最常用的技术,尽管这种方法有其局限性。从20世纪80年代中期引入抛物线拉冬变换压制多次波以后,没有多长时间就压倒了基于一次波与多次波时差不同原理的其它方法,如先出现的f-k扇形滤波技术。值得注意的是,拉冬变换的迅速普及在很大程度上得益于该方法相对易于使用、很早发现了一系列窍门使其运行速度快这样一个事实。当然,新方法的效果好,这对于该技术被接受也是至关紧要的。但这样的规律今天仍然存在,即新的处理技术,哪怕它的处理效果明显好,但如果计算速度太慢或使用不方便,也难于普及。
尽管有许多压制随机噪声的方法,但最重要的方法仍然是普通的叠加,今天f-x反褶积的方法也很普及。此外,该方法是另外一个重要新进展的基础,即f-x插值,它不用任何先验信息就可以内插出多个假频和非假频同相轴,只要单个同相轴的假频在f-k空间不互相覆盖。十年以前我们大多数人肯定会认为这是不可能的事情。
如果不提及反褶积,那么关于数据处理的讨论就不能算是全面的。相对一二十年前,现在运用地表一致性限制条件提取反褶积算子(和振幅恢复因子)越来越普及,叠前和叠后谱白化应用更加自由,除此以外没有什么新东西广泛应用于实际生产,直到子波处理的出现。尽管有些孤立的证据说明了确定性反褶积方法的优点,但统计性反褶积仍然占优势。由此可以推论,我们的地震数据的相位在一定程度仍然不确定,无法将它与由测井资料导出的合成地震记录进行匹配。
21世纪的地震数据处理究竟是个什么样子呢?我想相同点会多于不同点。我们没有必要去研究更多的新问题,因为我们还有许多老问题没有完全解决。我相信:从现在起二十年内,我们仍然在努力改进反褶积、静校正、多次波和噪声压制、采样和插值等等。对此我们没有理由沮丧,只要“地震资料处理中还有新东西可研究”,就没有理由失去信心。