地震勘探分辨率与信噪比谱的关系——答云美厚“地震分辨力新认识”一文

　2008年4月石油地球物理勘探第43卷　第2期　

3河北省涿州市范阳路东方地球物理公司,5本文于8年月3日收到。

讨论

地震勘探分辨率与信噪比谱的关系

———答云美厚“地震分辨力新认识”一文

李庆忠3

(东方地球物理公司;中国海洋大学)

李庆忠.地震勘探分辨率与信噪比谱的关系.石油地球物理勘探,2008,43(2):244～245

摘要　云美厚曾对笔者专著《走向精确勘探的道路》一书中阐述关于分辨率与信噪比有密切关系的论点提出质疑,他认定地震分辨率只与地震波的主频有关,而与地震波的信噪比无关。笔者认为有必要对这个问题进行澄清。对同一地震资料而言,在不同的处理阶段其反射波的主频不是固定的,尤其是通过反褶积或者高通滤波的处理,人们可以轻易地把高频端的振幅譜提起来,即主频可以变高。如果没有噪声,通过脉冲反褶积可以把子波压缩成接近一个窄脉冲,可使分辨率达到任意高,可见认定地震分辨率只与地震波的主频有关的结论是不正确的。此外应看到,地震分辨率是由地震数据的有效频宽决定的。关键词　地震勘探　分辨率　主频　信噪比谱　有效频宽

《石油地球物理勘探》于2005年第5期上刊登了

云美厚的“地震分辨力新认识”一文[1](以下简称“新认

识”),该文对我在《走向精确勘探的道路》[2]

一书中阐述关于分辨率与信噪比有密切关系的论点提出质疑。因此,我认为有必要对此加以进一步澄清。

(1)“新认识”一文,重新引入有些外国人使用的“分辨率(Resolution )”与“分辨力(R esolv i ng power )”两个概念,这无助于勘探地球物理的具体分析工作。要知,外国人对有些技术术语的叫法未必是合理的,我们不必照抄。例如外国人将“子波”与“小波”统称为Wave let ,这是很糟糕的,而我们中国人把它们分开翻译,以示区别,这很好呀。同理,外国人对“Resolution ”与“Resolving po wer ”两个概念原本就说不太清楚,我们又何必非要釆纳“分辨力”的说法呢?

(2)“新认识”一文认为,地震分辨率等于地震波四分之一视波长的准则是客观存在的一个标准,并且认为地震分辨力与信噪比无关,这是极不恰当的。

视波长是由地震信号的主频决定的。对同一地震资料而言,在不同的处理阶段其地震波的主频不是固定的,野外原始记录的主频一般最低,随着不同的处理环节,主频也在不断改变。那么,“新认识”文中说的客观存在的分辨力所依据的主频到底指哪一个主频?大家知道:通过反褶积或者高通滤波,人们可以轻易地把高频端的振幅譜提起来,即主频就可以变高。如果

没有噪声,通过脉冲反褶积可以把子波压缩成接近一个窄脉冲,也就是说分辨率就可以任意升高,此时只取决于釆样率的大小。

以上事实表明,有关地震分辨率与信噪比无关的认识是不符合事实的。我认为造成这种错误认识的根本原因可能在于“新认识”的作者没有明白“信噪比谱”的基本概念。

如果“信噪比谱”很理想,即“有效频宽”

(即信噪比大于1的那些频率成分)很宽,那么人们可以把子波的视周期通过反褶积将其压缩成接近一个窄脉冲,分辨率就可以变高。但请注意:“滤波和反褶积都不改变每个频率成分的信噪比”。因而人们通过反褶积虽然可以轻而易举地把高频提升起来,但提升后的高频成分如果信噪比小于1的话,非但不能提高分辨率,反而造成地震剖面面貌变乱,或者说制造了“假分辨率”,导致波阻抗反演结果的错误。

因此一般的处理人员为了不让地震剖面变乱,提升高频端的幅度只能适可而止,子波也就只能压缩到某一个程度就不能再改进。由此可见,限制着分辨率提高的主要因素(或障碍)是高频端的信噪比谱,也就是说,我在《走向精确勘探的道路》一书中表达的概念是基本正确的,地震勘探的分辨率大小必然与信噪比谱有关联。

(3)现今人们看到的原始单炮地震记录及处理过

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程中的地震剖面,直到最终的偏移剖面,都是地震资料在某一个频档上的表现形式,人们看到的都只是“视觉分辨率”与“视觉信噪比”。在最终成果剖面上,只有当频档刚刚展宽到“有效频宽”时,才能获得最佳的“视觉分辨率”与“视觉信噪比”。也就是说,地震剖面的实际分辨率是由它的“有效频宽”所决定的,而有效频宽又可以通过“分频扫描”对它进行具体分析。这也是我们所提倡的、和人们普遍应用而行之有效的一套分析方法。

可能“新认识”的作者认为信噪比谱是看不见、摸不着的东西。似乎在问:如果知道哪儿是信号,哪儿是噪声,就说明信号和噪声是可以分离开的,于是就不会在信噪比的公式中再牵涉到信噪比了。其实(包括Widess在内的)在信噪比的公式中牵涉到信噪比谱只是一个理论的表达,并不意味着他已经准确知道了信噪比谱。我在文献[2]中的理论分析也是采用已知的信号加上已知的噪声模型道所得的结果。此结果有理论上的指导意义。

诚然,求准信噪比谱不是一项容易的事。过去人们使用互相关除以自相关的办法求取信噪比谱,精度不是很高。1993年我们提出采用“分频扫描”的方法就可以直观地判断各频带范围的信噪比,后来为我国物探界普遍使用。我认为这是分析信噪比谱、确定“有效频宽”,以及判断记录好坏的最重要的标准。

此外,“新认识”的作者可能对资料处理不熟悉,仅从解释人员手里的剖面来认识问题,于是便认为剖面上有一点噪声不要紧,主频起主要作用。

(4)关于分辨率的定义,近年来大家争论比较多,过去文献上说的“Resol ut io n”及“Resolving power”都是人们生硬地照搬光学仪器的分辨率及分辨力而得来的。瑞利准则使用了两个雷克子波相隔一个过零点距离相加的办法,这实际上不能代表一个砂层的厚度,因为砂层顶和底的反射系数是相反的,相加时应该把第二个雷克子波振幅倒过来。而对光学望远镜,人们只要求它能把两颗星分开就行,没有正负之分。可见,研究地震勘探的分辨率比研究光学仪器的分辨率要复杂得多。

在实际应用中,大家发现四分之一视波长的定义已经不能说明问题了,所以,我在2007年《岩性油气田勘探》[3]一书第六章中作了详细讨论,表达了我对分辨率的观点。主要的意思是,两个雷克子波相加的做法不能解决我们地震勘探面临的砂泥岩互层的条件下表达分辨率的问题。

有时候地下1m厚的砂岩是可以识别的,而在砂泥岩互层的条件下,有的30～50m的厚砂层组却由于前后子波的相互干涉反而识别不出来。所以我认为应当从统计概率的角度来认识地震勘探的分辨率的定义。惟一的办法是通过砂泥岩互层理论模型的测试,来分析分辨率是什么情况。笔者通过大量理论模型的测试,得到一个初步结论:垂向分辨率的定义以1/8视波长为最合适,此时在砂泥岩互层的条件下,波阻抗反演对砂层分布的推断有70%以上的符合率。如果定义垂向分辨率为1/16视波长,那么波阻抗反演的符合率要大大降低。

(5)在地震勘探中只有通过各种压噪手段,才能改变地震资料中某些频率的原始信噪比。但彻底地压制噪声是极困难的。各种压制规则干扰波的程序在压制干扰波的同时,也可能损害一部分有效反射波。例如F2K滤波就是这样。

提高地震资料分辨率的主要努力方向应是改进高频端的信噪比。高频部分的干扰波往往具有随机干扰的特性,通常使用的RN A(FXD ECON)是个强大的压噪程序,它可以把随机干扰压制到6～10倍,但是剩下来的1/6至1/10的部分就是“道间相干”的“假信号”,它们与真信号无法区别,难以在后续处理中消除掉。如果某一个高频范围的原始信噪比小于1/10,则一般在室内处理过程中是无能为力的。可见通过室内处理的压噪手段想扩展“有效频带”的能力也是有限的。有人说通过“三高”处理,可使3s处的反射波主频达到100Hz,这纯粹是在制造假分辨率。

当然,在改进RN A模块保留对高频信号的真实性方面,还是有很大潜力的,例如国九英、周兴元的FX算子频域外推方法[4]及朱生旺的思路[5]还是很不错的方法,今后还应加以改进,这是拓展高频信噪比谱的一个正确途径。

以上请大家读一读,并加以批评指正。

参考文献

[1]　云美厚,丁伟.地震分辨力新认识.石油地球物理勘

探,2005,40(5):603～608

[2]　李庆忠.走向精耕勘探的道路———高分辨率地震勘探

系统工程剖析.北京:石油工业出版社,1994

[3]　李庆忠,张进.岩性油气田勘探———河道砂储集层的

研究方法.青岛:中国海洋大学出版社,2006

[4]　国九英等.f2x,y域随机噪声衰减.石油地球物理勘

探,1995,30(2):207～215

[5]　朱生旺信号方向约束噪声压制石油地球物理勘探,

6,3(3)3～

(本文编辑任敦占)

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