劉家豪,嚴(yán)加永* ，王栩,陳淼,張文文，佘京瑾，姜昶旭

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學(xué)院深部探測中心，北京 100037;3.中國地質(zhì)大學(xué)中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100083)

地球在為人類提供賴以生存的資源能源的同時，也存在著毀滅人類的災(zāi)害，如地震、火山和海嘯等。這些都與地球內(nèi)部物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及動力學(xué)過程息息相關(guān)，因此需要采用各種方法對地球內(nèi)部特別是地球深部進(jìn)行探測。地球物理學(xué)研究是20世紀(jì)40年代逐步發(fā)展起來的一門交叉學(xué)科，是探索和研究現(xiàn)代地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地球動力學(xué)演化過程的主要方法，其中深反射地震探測技術(shù)被公認(rèn)為探測大陸巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)、大陸基底、上地幔精細(xì)結(jié)構(gòu)等深部問題的有效手段[1-5]。

目前中外學(xué)者利用深反射地震方法對地球深部開展了探測工作并取得了許多重要的成果，如美國的COCORP(the Consortium for Continental Reflection Profiling)和EarthScope計(jì)劃、歐洲的EuroProbe計(jì)劃等。在中國，對地球深部的探測可以追溯到1958年，采用地震勘探在柴達(dá)木盆地開展的深部探測，自此中國大陸深部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程研究的大門打開了。自20世紀(jì)90年代以來，中國學(xué)者在青藏高原、秦嶺、昆侖山、大別山、松遼盆地等地，開展了深反射地震勘探；以及在2008年啟動了國家深部探測專項(xiàng)(SinoProbe)使中國進(jìn)入了深部探測大國行列[6-16]。這些研究在揭示Moho面結(jié)構(gòu)、深部找礦、災(zāi)害預(yù)測、構(gòu)造演化等方面發(fā)揮了重要的作用[17-18]。

近些年來，深反射地震地震得到了長足發(fā)展，在震源激發(fā)方面不但有傳統(tǒng)的大藥量激發(fā)的炸藥震源，也將可控震源引進(jìn)深反射地震勘探中；在接收方面從單線接收發(fā)展到寬線接收，以及大偏移距和檢波器多組合接收方式；在數(shù)據(jù)處理方面，如在靜校正和去噪方面采用多域多方法結(jié)合的方式提高數(shù)據(jù)的信噪比；在解釋上，有Skeletonization技術(shù)、圖像處理技術(shù)和χ2分布處理等。但這些方法都有著限制性，并不能達(dá)到高精度的深部探測的要求，目前深反射地震勘探面臨的難題有如改進(jìn)激發(fā)震源與接收方法進(jìn)一步提高勘探深度和地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量；得到的數(shù)據(jù)與石油地震勘探的數(shù)據(jù)有著很大的不同，面對這些數(shù)據(jù)如何改進(jìn)和創(chuàng)新處理手段，如結(jié)合深度學(xué)習(xí)進(jìn)行智能去噪；以及改進(jìn)和發(fā)展解釋方法，提高對數(shù)據(jù)的解釋精度等，現(xiàn)系統(tǒng)總結(jié)目前深反射地震數(shù)據(jù)采集、處理以及解釋的方法，在此基礎(chǔ)上對未來的發(fā)展做出展望。

1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

通過地震波在地球內(nèi)部的傳播，可以得到地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、變化過程和未來的發(fā)展方向等。如利用天然地震記錄得出的地球內(nèi)外核旋轉(zhuǎn)速度不同[19]。目前，與其他勘探方法對比，采用地震勘探是探測地球內(nèi)部構(gòu)造的最有效的手段，尤其是在探測地球深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面[20]。在地震勘探中，采集是重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，它直接影響著后續(xù)數(shù)據(jù)的處理和解釋的工作。

1.1 震源

深反射地震勘探主要采用主動震源激發(fā)，在震源激發(fā)的位置、方式和時間以及儀器的接收等方面可以精準(zhǔn)把控。因此與被動源探測相比最大的優(yōu)勢是具有可控性甚至與其他地球物理方法相比，主動源探測技術(shù)(如深反射地震)對深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的刻畫更加精細(xì)，探測成果解釋更加準(zhǔn)確，對地球深部精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究具有特殊意義，在深部探測中得到廣泛應(yīng)用，在青藏高原腹地及其周邊完成的典型地震剖面約24條，累計(jì)長度達(dá)15 000 km左右[21-24]。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了各種類型的人工震源，人工震源的能量如圖1所示[25]，根據(jù)不同的特點(diǎn)其應(yīng)用領(lǐng)域也不同，目前深反射地震勘探的震源主要有炸藥震源和可控震源。

ACROSS(accurately controlled routinely operated signal system)表示精密可控常時震源系統(tǒng)圖1 幾種人工震源釋放能量比較[25]Fig.1 Comparison of energy released by several artificial sources[25]

1.1.1 炸藥震源

目前在地震勘探中炸藥震源激發(fā)的地震波的脈沖性質(zhì)較好，探測距離較遠(yuǎn)，適合應(yīng)用于深部結(jié)構(gòu)的勘探，同時炸藥震源使用的時間最長、用途也較廣，可以在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展炸藥震源的激發(fā)效果，因此炸藥震源在深部勘探中得到了廣泛的應(yīng)用，且采集到的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，經(jīng)過處理能對深部構(gòu)造進(jìn)行了較好的解釋[26-28]。但是地球內(nèi)部不是均勻的介質(zhì)而且隨著傳播距離的增加，地震波的振幅呈現(xiàn)出不同的衰減特征，頻帶及相位也會發(fā)生顯著變化，爆炸產(chǎn)生的地震波在傳播過程中能量逐漸減少。因此采用炸藥震源激發(fā)時，需要根據(jù)探測目的選擇合適的炸藥量和震源組合方式。

(1)不同的探測深度使用的炸藥量不一樣，在探測淺部構(gòu)造時使用數(shù)十千克級炸藥量，要探測深部構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)數(shù)百千米的探測距離，必須加大震源能量，使用上百千克乃至噸級炸藥[29]。以探測地殼和上地慢結(jié)構(gòu)的地震測深為例，通常使用噸級藥量，1999年完成的青藏高原東北緣和鄂爾多斯深地震寬角反射折射剖面使用的單炮藥量為2 t出動200臺數(shù)字地震儀，最大接收距離為300 km[30]。但王冠等[31]在花海盆地的深反射地震采集試驗(yàn)中，通過對比不同炸藥量，得出炸藥量增大的同時也增大了干擾波的能量，增加了后續(xù)處理和解釋的誤差，因此并不是炸藥量越大所探得的數(shù)據(jù)質(zhì)量越好。所以為得到高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)，可以事先通過系統(tǒng)性的試驗(yàn)得到勘探區(qū)不同激發(fā)條件下的藥量-振幅曲線(圖2)[32]，確定飽和激發(fā)的藥量。

圖2 典型的單井激發(fā)藥量-振幅曲線[32]Fig.2 Typical single-well excitation dose-amplitude curve[32]

(2)而且根據(jù)研究區(qū)域和探測目的，深部地震數(shù)據(jù)的采集通常按照“淺深兼顧、大中小炮結(jié)合”的原則設(shè)置激發(fā)組合方式，針對淺、中、深部不同目的層采用大、中、小3種藥量激發(fā)。通過與常規(guī)剖面對比分析發(fā)現(xiàn)小炮適合中上地殼成像，大炮和中炮深部信噪比較高，適合中下地殼和上地幔成像[33]。同樣符偉等[34]采用不同藥量作為激發(fā)震源，得出小炮藥量可以提供更多的高頻信息，用于對中、上地殼的精細(xì)成像，而中炮以及大炮則主要用于深部地殼以及上地幔頂部的成像。

(3)目前在深部探測中多采用深井以及多個井中組合激發(fā)的方式。深井和組合井激發(fā)的方式可以避免虛反射，突出增強(qiáng)有效波，壓制干擾波[32，34-35]。組合方式的不同得到的結(jié)果也不相同，如賈海青等[36]在遼西地區(qū)對比了4種井組合的方式得出單井和三井組合相結(jié)合更有利于該地區(qū)的深部數(shù)據(jù)采集。

因此在實(shí)際勘探中需要根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)情況和勘探目的，選擇合適的激發(fā)方式，為確定最佳采集參數(shù)，在采集前需開展點(diǎn)試驗(yàn)，進(jìn)行激發(fā)參數(shù)的對比優(yōu)選，獲得的最佳采集參數(shù)將有利于深部地震探測工作的開展，降低采集成本同時獲取高分辨率的地震剖面。但是炸藥震源花費(fèi)較高，重復(fù)性較低，且破壞了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，并且隨著城市化的發(fā)展和對環(huán)保的考慮，炸藥作為激發(fā)震源進(jìn)行勘探逐漸的不可取，同時炸藥震源的能量轉(zhuǎn)化率偏低，頻帶寬，各頻帶能量都比較豐富，但是對于深部探測而言，高頻的能量大多損失在傳播中，存在能量的浪費(fèi)。

1.1.2 可控震源

可控震源技術(shù)源于20世紀(jì)50年代，與炸藥震源相比可控震源具有安全環(huán)保、重復(fù)性、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)?？煽卣鹪粗饕幸簤菏健㈦姶攀?、精密控制機(jī)械震源。液壓式可控震源研制最早在陸上油氣地震勘探中應(yīng)用較廣，電磁式可控震源在解決工程勘探上發(fā)揮著重要的作用[37]，精密控制機(jī)械震源主要應(yīng)用在淺層地震勘探中，同時在對地殼結(jié)構(gòu)探測中該震源也有應(yīng)用的例子[38-39]。

可控震源的激發(fā)能量從早期16 000磅級發(fā)展到現(xiàn)在80 000磅級，但是能量的提高并沒有顯著的提高資料的信噪比，反而在激發(fā)高頻信號時缺失了高頻能量[40]。而低頻地震信號在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，不易衰減和散射，因而在深部勘探中多采用低頻可控震源。顧廟元等[41]采用高精度可控震源EV56低頻多次激發(fā)、密集臺陣接收，深反射地震有效信號在50 km范圍內(nèi)能清晰地提取到。王海波等[42]同樣采用高精度可控震源激發(fā)，采用串聯(lián)低頻檢波器的接收方式，獲得的數(shù)據(jù)信噪比較高，經(jīng)過處理后得到的疊加剖面上地殼和莫霍界面的反射特征清楚(圖3)，為高精度可控震源進(jìn)行深部探測積累了經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。吳多平等[43]采用低頻可控震源點(diǎn)群激發(fā)以及高覆蓋次數(shù)觀測技術(shù)，提高了激發(fā)能量以及數(shù)據(jù)的信噪比。

圖3 疊加剖面(修改自文獻(xiàn)[42])Fig.3 Stacked sectiont(modified according to ref.[42])

可控震源激發(fā)探測是深反射地震采集的有效激發(fā)方式之一，更加符合綠色環(huán)保、安全和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢，但同樣可控震源受激發(fā)能量有限和有效信號頻帶窄的限制仍然具有局限性，因此除了考慮能量級的增加，更應(yīng)改善激發(fā)信噪比和頻帶寬度，提高地震信號對地質(zhì)目標(biāo)的分辨能力。

1.2 接收

1.2.1 寬線接收

在深反射地震勘探初期，中外多使用單線接收方法，當(dāng)勘探深度和震源確定時，單線接收的效果主要取決于覆蓋次數(shù)。當(dāng)莫霍面較淺時低覆蓋次數(shù)也可得到高質(zhì)量的地震記錄，但是當(dāng)莫霍面較深時單線接收方法得到的數(shù)據(jù)信噪比較低、能量較弱。而寬線接收方法可以大幅度的提高覆蓋次數(shù)和疊加次數(shù)，如若是采用三排檢波點(diǎn)、三排炮點(diǎn)可獲得9線144次疊加的地震資料，而且當(dāng)接收線之間的線間距大于勘探區(qū)內(nèi)隨機(jī)干擾的相關(guān)半徑，噪聲在不同線剖面上的特征不同時，寬線接收方法可數(shù)倍的提高地震數(shù)據(jù)的信噪比。但該方法受地形影響較大且費(fèi)用較高，因此可考慮小寬線工作方法，部署一條激發(fā)線和多條接收線，該方法在東秦嶺深反射地震中取得了高質(zhì)量的深反射地震剖面[44]。

1.2.2 大偏移距和檢波器組合

在深反射地震勘探中大偏移距和檢波器接收組合的方式也影響著數(shù)據(jù)的質(zhì)量。檢波器接收長度應(yīng)與探測的層深度相當(dāng)，而深反射地震勘探勘探深度較深因此多采用大偏移距，如大炮的最大偏移距最大可達(dá)到50 km以上，小炮的最大偏移距也有十幾千米。檢波器接收組合也是壓制干擾波提高數(shù)據(jù)信噪比的一種方法，檢波器接收組合方式主要有點(diǎn)組合、線形組合、梭形組合和矩形組合等?？筛鶕?jù)實(shí)際勘探區(qū)的情況選擇合適的組合方式，如盧占武等[45]針對青藏高原羌塘盆地地質(zhì)條件，得出線形組合在波組連續(xù)性、能量以及數(shù)據(jù)信噪比等方面效果較好。賈海青等[36]對正方形組合、線性組合以及點(diǎn)組合進(jìn)行采集試驗(yàn)，綜合考慮能量大小、同相軸連續(xù)性、組合覆蓋范圍以及勘探區(qū)的地質(zhì)情況，認(rèn)為點(diǎn)組合方式為最優(yōu)的組合方式。而檢波器的連接方式對數(shù)據(jù)的采集也有重要的影響，連接方式有串聯(lián)、并聯(lián)和兩者結(jié)合的方式，根據(jù)研究區(qū)域的不同選擇不同的連接方式，在干擾嚴(yán)重的地區(qū)，可選擇并聯(lián)組合方式，對高精度勘探目標(biāo)地區(qū)，應(yīng)選擇串聯(lián)組合方式，如張尚坤等[46]在對沂沭斷裂帶巖石圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)探測時采用6只檢波器串聯(lián)組合的方式。

2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)處理是深地震反射剖面探測的第二步驟，它是采集和解釋之間的橋梁，數(shù)據(jù)處理的好壞直接決定著后續(xù)解釋的可靠性。因此對數(shù)據(jù)處理的改進(jìn)一直是科學(xué)家們大力研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。目前，深地震反射數(shù)據(jù)處理步驟主要包括靜校正、能量補(bǔ)償、噪聲壓制、反褶積、速度分析、動校正、疊加、偏移等，根據(jù)深反射地震資料的特點(diǎn)，在處理過程中，采用的方法與常規(guī)反射地震略有差異[47]。

2.1 深反射地震數(shù)據(jù)特點(diǎn)

由于深反射地震剖面探測深度大，深層的有效信號弱，且剖面長，跨越多個構(gòu)造單元，復(fù)雜的地質(zhì)條件會對原始地震記錄形成強(qiáng)干擾，降低信噪比，給數(shù)據(jù)處理和解釋工作帶來困難。深反射地震數(shù)據(jù)一般有以下特點(diǎn)：①由于探測的深度大使得測線的剖面過長，進(jìn)而使得巖性和地表起伏變化較大，造成干擾波發(fā)育以及引起嚴(yán)重的靜校正問題；②由于球面擴(kuò)散以及地層的吸收衰減作用，使得深部的信號能量較弱，背景干擾較強(qiáng)，資料的信噪比非常低；③為采集到淺、中、深層高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，采取的激發(fā)和接收條件不一致，使得地震數(shù)據(jù)在振幅、能量和相位等方面的差異較大[48]；④由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，如地表起伏落差大、褶皺和斷層發(fā)育、地層傾角大以及切割性強(qiáng)等，使得在縱橫向上地層速度變化較大，進(jìn)而導(dǎo)致反射界面物性分辨較差。

雖然更具經(jīng)濟(jì)性的可控震源已驗(yàn)證可以在深部反射地震勘探中應(yīng)用，但是由于地形條件和技術(shù)的限制，目前多數(shù)的深部反射地震多采用的是炸藥震源，采集花費(fèi)較大，使得重復(fù)采集可能性大大降低。因此在采集到數(shù)據(jù)后，就需要針對數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)開展處理工作，采用合理的處理方法，去除干擾波，提取和增強(qiáng)深部弱反射信號，提高信噪比、分辨率和成像精度，更好地為解釋深部構(gòu)造的特征做好準(zhǔn)備。

2.2 深部反射地震數(shù)據(jù)處理

2.2.1 組合靜校正

由于測線過長，經(jīng)過的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地表起伏較大而且?guī)r性也不盡相同等原因，使采集到的深反射地震數(shù)據(jù)靜校正問題嚴(yán)重，降低了數(shù)據(jù)的信噪比和對深部地質(zhì)構(gòu)造的分辨率，也嚴(yán)重影響了速度分析的質(zhì)量，進(jìn)而影響著數(shù)據(jù)解釋的可靠性[49-51]。靜校正可分為基準(zhǔn)面靜校正和剩余靜校正?；鶞?zhǔn)面校正包括了高程靜校正、折射靜校正和層析靜校正和改進(jìn)后的無射線層析成像靜校正技術(shù)等。高程靜校正不考慮低速帶，僅對物理點(diǎn)與固定基準(zhǔn)面的高程差進(jìn)行校正，計(jì)算效率高，能較好地解決長波長靜校問題，但適應(yīng)范圍局限在無低速帶或低速帶橫向無變化的地區(qū)[52]，而且對短波長靜校正問題上表現(xiàn)較差。折射波靜校正利用地震波的初至?xí)r間計(jì)算折射層速度和延遲時，結(jié)合表層信息反演近地表模型，進(jìn)而計(jì)算靜校正量的一種靜校正技術(shù)，在低信噪比地區(qū)，折射靜校正能能解決低速帶靜校正問題，但若是地質(zhì)條件復(fù)雜，缺少穩(wěn)定的折射層區(qū)域內(nèi)，折射波靜校正應(yīng)用效果較差[53-54]。而層析靜校正利用初至波走時和路徑反演速度模型，并根據(jù)模擬和實(shí)際勘探之間的初至?xí)r間的誤差，不斷對模型進(jìn)行迭代改正，最終得出高精度速度模型，在這個過程中不受地表和近地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的約束，因此可以用于在復(fù)雜的地質(zhì)條件的情況下，但同時層析靜校正也受限于實(shí)測數(shù)據(jù)的影響。改進(jìn)后的無射線層析成像靜校正技術(shù)，迭代得出的靜校正量更準(zhǔn)確，更加適應(yīng)于復(fù)雜地區(qū)[55]。

上述可知，各個靜校正方法的優(yōu)缺點(diǎn)不同，結(jié)合深反射地震的特點(diǎn)，在深反射地震數(shù)據(jù)處理中多采用組合靜校正的方法，解決全線的靜校正問題，刻畫地下構(gòu)造形態(tài)[45-56]。如徐泰然等[57]對比不同巖性區(qū)域使用不同的靜校正方法，如圖4所示，得出在左側(cè)的花崗巖出露區(qū)內(nèi)層析靜校正明顯好于折射靜校正和高程靜校正，在右側(cè)的沉積區(qū)內(nèi)折射靜校正的效果明顯好于層析靜校正和高程靜校正，因此可組合使用靜校正技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。高磊等[58]為解決興蒙造山帶深反射地震數(shù)據(jù)的靜校正問題，對比多種靜校正方法，確定了不同區(qū)域采用不同靜校正方法的組合靜校正技術(shù)，通過測試發(fā)現(xiàn)在測線1～20 km，折射靜校正效果優(yōu)于層析，在20～80 km區(qū)域?qū)游鲮o校正效果相對優(yōu)于折射效果，故對該區(qū)域應(yīng)用組合靜校正，在兩個區(qū)域重疊部分根據(jù)折射和層析的校正量用最小二乘法擬合靜正量。

圖4 組合靜校正效果對比(修改自文獻(xiàn)[57])Fig.4 Combined static correction effect comparisont(modified according to ref.[57])

在基準(zhǔn)面靜校正后，仍有短波長靜校正量的存在，而剩余靜校正是去除短波長靜校正量、提高信噪比和疊加成像質(zhì)量的重要方法[59]。剩余靜校正利用折射波或反射波的空間相干性和道間時差來解決殘余靜校正問題[60]。剩余靜校正有地表一致性和非地表一致性剩余靜校正，可進(jìn)一步分為分頻剩余靜校正技術(shù)、Stack-Power剩余靜校正、模型迭代剩余靜校正、模擬退火法剩余靜校正等。由于地震波傳播規(guī)律使得深反射地震數(shù)據(jù)具有深部信號低頻豐富，而中高頻較少，不同頻率成分對剩余靜校正量的精度要求不同，如高頻成分精度要求更高，因此，在處理中可采用分頻剩余靜校正技術(shù)[61]，去除低頻段的剩余靜校正量，然后去除中高頻段的。模擬退火算法是利用全局尋優(yōu)問題和物理的退火過程具有相似性，將退火的思想引入到組合優(yōu)化問題中，發(fā)展起來的一種全局最優(yōu)化算法[62]，如高磊等[58]通過對比常迭代剩余靜校正和模擬退火法剩余靜校正，后者的校正效果較好。同時剩余靜校正技術(shù)可與高精度速度分析相結(jié)合，速度分析提取速度的準(zhǔn)確性嚴(yán)重影響著剩余靜校正效果，如Stack-Power剩余靜校正技術(shù)可以在選定的時窗內(nèi)最大限度地獲取道時移量，從而獲得剩余靜校正量進(jìn)行校正，該方法與高精度速度分析迭代分析，剩余靜校正后的剖面品質(zhì)得到明顯提升[55]。但在復(fù)雜地表區(qū)，存在與地表一致性假設(shè)不符的實(shí)際情況，在剖面上會表現(xiàn)為同相軸存在時差，信噪比較低，特別是對深反射地震而言，區(qū)域地質(zhì)更加復(fù)雜，因此，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中還需結(jié)合非地表一致性靜校正求取小的高頻分量，以解決最后剩余的短波長靜校正量問題。

2.2.2 能量補(bǔ)償

地震波在傳播過程中會發(fā)生能量衰減和相位的畸變。尤其是在深反射地震勘探中，縱向上探測目標(biāo)較深和地下介質(zhì)的非均勻性以及球面擴(kuò)散作用等，導(dǎo)致振幅能量損失嚴(yán)重；橫向上因跨越的構(gòu)造單元復(fù)雜，使得激發(fā)和接收點(diǎn)位置以及近地表結(jié)構(gòu)的差異較大，造成數(shù)據(jù)在炮與炮之間、道與道之間的能量差異較大[63-64]。使得到的深部地震數(shù)據(jù)信噪比和成像分辨率較低，因此，在深反射地震數(shù)據(jù)處理中，能量補(bǔ)償十分重要。

針對縱橫上導(dǎo)致能量變化原因的不同，分別采用不同的方法進(jìn)行能量補(bǔ)償。在縱向上，多采用球面擴(kuò)散和吸收補(bǔ)償?shù)姆椒āＧ蛎鏀U(kuò)散補(bǔ)償是利用水平層狀模型得到速度參數(shù)和恢復(fù)系數(shù)，然后補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)中縱向能量的衰減[65-66]。吸收補(bǔ)償?shù)姆椒òǚ碤濾波法、反Q偏移方法時頻分析法、譜白化方法等。其中反Q濾波法針對單道記錄，利用地下介質(zhì)的品質(zhì)因子Q，通過多次褶積補(bǔ)償頻率，但是其關(guān)鍵在于得到準(zhǔn)確的Q值，而且對傳播路徑上的吸收衰減缺少考慮，容易造成能量補(bǔ)償不足。反Q偏移方法通過精準(zhǔn)的傳播算子，對地下介質(zhì)的吸收衰減進(jìn)行高效補(bǔ)償[67-68]。時頻分析法無需用到Q值，結(jié)合時間域和頻率域的信息進(jìn)行能量補(bǔ)償，有基于短時傅里葉變換、S變換、小波變換以及基于Curvelet等變換的能量補(bǔ)償法。譜白化是對振幅譜的信號展平進(jìn)行衰減的補(bǔ)償，并不改變信號的相位譜。

在橫向上，多采用地表一致性的方法進(jìn)行補(bǔ)償，包括地表一致性振幅補(bǔ)償和地表一致性反褶積。地表一致性振幅補(bǔ)償是通過計(jì)算某一時窗內(nèi)的能量，根據(jù)振幅歸一化標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算共炮點(diǎn)、共檢波點(diǎn)、共偏移距的振幅調(diào)整因子，并對各自的地震道進(jìn)行調(diào)整，使地震記錄在空間上達(dá)到能量均衡，從而消除地表非一致性對炮點(diǎn)及接收點(diǎn)的影響[69]。地表一致性反褶積是多道計(jì)算反褶積，消除了混合效應(yīng)，更好的壓縮地震子波，提高分辨率。各種能量補(bǔ)償?shù)姆椒ǘ加衅溥m用范圍，因此在縱橫向上采取不同方法綜合使用，補(bǔ)償?shù)卣鸩ㄔ跁r空上振幅和能量的衰減，平衡縱橫向上的能量，最終得到高質(zhì)量的深反射地震數(shù)據(jù)(圖5)[70]。

圖5 振幅補(bǔ)償前后(修改自文獻(xiàn)[70])Fig.5 Before and after amplitude compensationt (modified according to ref.[70])

2.2.3 多域組合去噪

反射地震資料的噪聲是指除一次反射波以外的任何其他地震能量[71]，噪聲的產(chǎn)生及性質(zhì)與接收環(huán)境、觀測方式、震源類型、復(fù)雜的地表和地下地質(zhì)條件等息息相關(guān)。在深反射地震勘探中，上述原因更加突出，噪聲更加發(fā)育。噪聲可分為相干噪聲和隨機(jī)噪聲，相干噪聲主要有面波、聲波和多次波等，在地震剖面上表現(xiàn)出規(guī)律性；隨機(jī)噪聲沒有固定的頻率和視速度，主要包括低頻干擾、微震和高頻干擾等，在剖面上表現(xiàn)出無規(guī)律性[72-73]。深反射地震剖面去噪的主要目的是提高全地殼地震反射的信噪比，提取、保護(hù)以及增強(qiáng)來自地殼深部和地幔的有效弱反射信息。因此，需要根據(jù)噪聲特征、種類和形成機(jī)制，干擾波與有效波在頻率、時間、視速度、空間分布區(qū)域和振幅等方面存在的差異，采用多域多方法結(jié)合的去噪方法來壓制干擾波突出有效波，提高深反射地震數(shù)據(jù)的信噪比。

首先對深反射地震數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過人機(jī)交互包括壞道和廢炮的去除、極性反轉(zhuǎn)以及振幅異常道的剔除，減少強(qiáng)振幅隨機(jī)干擾對有效深反射信息的影響。去除噪聲也可在采集時通過激發(fā)和接收的設(shè)置進(jìn)行壓制，大的激發(fā)藥量會導(dǎo)致面波干擾嚴(yán)重，因此需要確定飽和激發(fā)的藥量；當(dāng)井深較深時，面波較弱，較淺時，面波增強(qiáng)；在接收方面，通常采用檢波器的排列組合方式來減少噪聲的干擾，因此，在野外需先調(diào)查該區(qū)域噪聲發(fā)育、分布特征，設(shè)計(jì)合適的觀測系統(tǒng)[74]。在數(shù)據(jù)處理方面不同類型的噪聲去除的方法也不一樣。

(1)去除面波。面波是一種低頻、低速、高振幅且頻帶變化范圍大，在原始地震剖面上多以“掃帚狀”形式出現(xiàn)，降低了地震數(shù)據(jù)的信噪比[75-76]。在深反射地震數(shù)據(jù)處理中，去除方法有高通濾波、自適應(yīng)面波壓制方法、區(qū)域異常振幅衰減、定向?yàn)V波、頻率-波數(shù) (frequency-wavenumber,F-K)濾波和小波變換等。高通濾波是在頻率域?yàn)V波，保留高頻，但破壞了低頻成分。而自適應(yīng)面波壓制方法，定義了面波和有效信號的主頻，對面波具有更好的識別壓制，對有效信號破壞較小，并具有加強(qiáng)剖面一致性的作用[77]。同時，針對面波和有效信號能量存在差異明顯的地震數(shù)據(jù)，特別是在大偏移距，深層的深反射地震中，面波能量與有效信號能量存在數(shù)量級的差異，可以采用區(qū)域異常振幅衰減，該方法通過在時間域計(jì)算均方根振幅、平均絕對振幅和數(shù)據(jù)的主頻等進(jìn)行去噪，壓制效果較好。但是當(dāng)近道、淺層，有效波能量與面波能量接近，此時單純用能量差異的辦法無法壓制面波干擾[78]。定向?yàn)V波是指在給定的時窗利用定向?yàn)V波法進(jìn)行面波預(yù)測和壓制，區(qū)域外的信息不受影響，保護(hù)了目的層的低頻有效信息，于常青等[79]通過區(qū)域異常振幅衰減和定向?yàn)V波的方法對面波進(jìn)行壓制，得到了質(zhì)量較高的地震剖面。F-K濾波方法利用視速度的差異，從時間空間域到頻率波數(shù)域的轉(zhuǎn)換分開有效信號與干擾信號，進(jìn)而去除干擾信號，但是，隨著接收時間的增長，面波頻散加劇，面波的速度線性關(guān)系丟失，該方法對于深部域面波和有效信號分離能力有限，同時，該方法也不可避免的會損失深部目的層的信號，而且若是觀測數(shù)據(jù)不夠規(guī)則，隨著道間距和傾角增大，數(shù)據(jù)產(chǎn)生假頻概率逐漸增大。面波的去除可以在小波域中進(jìn)行，一維小波變換可以將地震道變換到二維的時間頻率域上，然后去除面波[80]，為在更高的維數(shù)空間上去除面波，Zhang等[81]提出了新的二維小波變換，利用深部有效信號和面波在空間分布的差異來濾除面波，鄧攻[35]根據(jù)羌塘的深反射地震資料特點(diǎn)，經(jīng)過對比認(rèn)為二維小波變換去除面波的效果要好于常規(guī)的F-K濾波方法。

(2)去除線性干擾。線性干擾具有能量強(qiáng)、寬頻、速度范圍廣、頻率比面波高與有效波的頻率相差不大的特點(diǎn)。目前去除線性干擾的方法主要有以下幾種：F-K濾波、τ-p變換、預(yù)測濾波、徑向道域?yàn)V波和T-X(時間-空間)域去噪等。采用F-K濾波方法會產(chǎn)生假頻和折疊效應(yīng)，對強(qiáng)線性干擾的消除能力有限，因此多在動校正后使用該方法去除線性干擾[82]。τ-p變換是通過函數(shù)投影變換方法，根據(jù)地震數(shù)據(jù)射線參數(shù)的差異，實(shí)現(xiàn)信噪分離，與F-K濾波方法相比τ-p變換去除線性干擾的能力更強(qiáng)，但易破壞有效信號。深反射地震勘探的道間距一般較大，為保護(hù)有效信號避免假頻的出現(xiàn)，在去噪前對數(shù)據(jù)可進(jìn)行插值處理，然后采用自動識別技術(shù)找出線性干擾波的位置并確定其視速度，用預(yù)測濾波方法去除線性干擾波，但若構(gòu)造復(fù)雜情況下則會引起有效信號的畸變[83]。20世紀(jì)末Henley[84]將徑向道變換技術(shù)用于消除相干噪聲，該方法易實(shí)現(xiàn)，濾波效果明顯具有較好的保幅性且不受假頻的影響以及波形不發(fā)生畸變，因此可以應(yīng)用在深反射地震數(shù)據(jù)的去噪中。在徑向道域中，通過不同的徑向道參數(shù)，降低線性干擾的頻率，然后再利用帶通濾波去除線性干擾，隨后進(jìn)行徑向道反變換得到壓制后的結(jié)果，對有效信號的破壞極小且連續(xù)性得到加強(qiáng)，在深反射地震數(shù)據(jù)應(yīng)用中，為保證變換精度，需要適量增加徑向道數(shù)[47-48]。根據(jù)線性干擾波的特點(diǎn)可在T-X域采用傾斜疊加和向前、向后線性預(yù)測的方法去除線性干擾，與F-K濾波相比具有保持振幅、波形無畸變和蚯蚓化現(xiàn)象等特點(diǎn)[57，85]。韓淼等[86]在炮點(diǎn)域和檢波域采用多傾角濾波方法進(jìn)行串聯(lián)去噪。

(3)去除隨機(jī)噪聲。隨機(jī)噪聲的強(qiáng)度變化大、頻帶范圍廣，最高頻率可以達(dá)到150 Hz，低頻干擾的頻率范圍為10～30 Hz，高頻干擾頻率范圍為80～200 Hz，隨機(jī)噪聲的存在降低了信號的相干性和信噪比[87-88]。疊加可以壓制部分隨機(jī)噪聲，但殘留的噪聲仍會對地震數(shù)據(jù)的解釋產(chǎn)生干擾，特別是對深反射地震數(shù)據(jù)而言。因此，研究人員提出了眾多的去除方法。有采用F-X(頻率-空間)域去除隨機(jī)噪聲，該方法首先使同相軸的連續(xù)性得到增強(qiáng)，然后對線性同相軸進(jìn)行預(yù)測，而隨機(jī)噪聲的相干性與有效信號相比較弱，根據(jù)相干性差異可分離出隨機(jī)噪聲進(jìn)行壓制，但是該方法會增強(qiáng)相干噪聲，而且在復(fù)雜地質(zhì)條件下，不滿足該方法的使用條件；可采用依據(jù)有效信號相似性，利用多道相關(guān)的多項(xiàng)式擬合方法去除隨機(jī)噪聲[89-90]。F-X反褶積和中值濾波相結(jié)合以及小波變換與空間頻率域預(yù)測去噪技術(shù)相結(jié)合對去除隨機(jī)噪聲也得到了較好的結(jié)果[48，91]。通過Shearlet稀疏變換對深反射地震數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度分解，再通過分角度和分尺度的自適應(yīng)閾值方法去除隨機(jī)噪聲，該過程不破壞有效信號，如圖6所示，采用該方法后得到的疊加剖面成像效果較好，中深層的構(gòu)造細(xì)節(jié)和莫霍面的走勢都得到清晰呈現(xiàn)[92]。

圖6 疊加剖面對比圖(修改自文獻(xiàn)[92])Fig.6 Overlay profile comparison diagramt (modified according to ref.[92])

(4)其他干擾去除方法。對于其他干擾如50 Hz工業(yè)交流電可采用陷頻濾波去除，對于多次波可以根據(jù)與一次波的瞬時視速度差采用相干濾波法去除[71，93-94]。利用線性或非線性Radon變換也可以對多次波和隨機(jī)噪聲進(jìn)行壓制，相對于相干濾波法該方法對多次波壓制時不需考慮多次波和一次波的速度，但是會在壓制時引入新的噪聲。而且隨著技術(shù)的發(fā)展越來越多的去噪方法應(yīng)用到地震數(shù)據(jù)中。曲中黨等[95]根據(jù)深反射地震數(shù)據(jù)的非平穩(wěn)且能量弱低信噪比的特點(diǎn)，通過S變換，利用軟閾值濾波方法壓制了有效頻帶范圍內(nèi)的混頻干擾。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種去噪方法層出不窮，地震數(shù)據(jù)去噪方法還有F-X域擬線性變換法[96]、F-X域EMD(empirical mode decomposition)和多道奇異譜分析結(jié)合法[97]、結(jié)合深度學(xué)習(xí)去除隨機(jī)噪聲[98-99]以及基于改進(jìn)的CEEMD(complementary ensemble empirical mode decomposition)自適應(yīng)小波熵閾值地震隨機(jī)噪聲壓制算法[100]等，這些方法主要應(yīng)用在常規(guī)地震數(shù)據(jù)去噪中，但是也為深反射地震數(shù)據(jù)去噪提供了新的思路。

在深反射地震中，噪聲的類型多樣且復(fù)雜，在去噪過程中要在不同域中采用不同的組合去噪方法，壓制噪聲的同時保護(hù)有效信號，另外，疊前的去噪并不一定能滿足后續(xù)處理的需求，因此還需要進(jìn)行疊后去噪，疊后去噪一般去除的主要是線性干擾和隨機(jī)干擾，從而進(jìn)一步提高深反射地震數(shù)據(jù)的信噪比和成像質(zhì)量。

2.2.4 反褶積

地震記錄是地震子波與地下反射系數(shù)褶積的結(jié)果，反褶積是通過優(yōu)化時窗和參數(shù)，壓縮地震子波，壓制交混回響和短周期多次波來提高地震剖面的分辨率，并給出地下反射系數(shù)序列[101-102]，自從Peacock等[103]提出預(yù)測反褶積以后，此技術(shù)廣泛地應(yīng)用在地震資料處理中。目前在深反射地震中主要應(yīng)用的有地表一致性反褶積、多道預(yù)測反褶積、地表一致性預(yù)測反褶積等。地表一致性反褶積是一種多道反褶積[104-106]，該方法能夠矯正反褶積算子的畸變，達(dá)到保真保幅的要求，消除了激發(fā)和接收條件以及穿越構(gòu)造單元復(fù)雜等因素造成的波形差異，也解決了剩余靜校正時差問題[13，63]。但是非地表一致性噪音的存在使得該方法具有局限性，而地表一致性穩(wěn)健反褶積在保證反褶積效果的同時，也對噪聲進(jìn)行了壓制[107]。馬昭軍等[108]根據(jù)超深層資料低分辨率、低頻率以及子波不穩(wěn)定等特點(diǎn)對比不同的反褶積的方法，得出穩(wěn)健反褶積在兼顧信噪比、波組特征和成像等方面效果較好，更適用于超深層地震數(shù)據(jù)的處理，不同反褶積方法的對比對深反射地震數(shù)據(jù)的處理具有一定的啟發(fā)意義。徐泰然等[109]和羅文強(qiáng)等[69]根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況、原始資料情況，選擇了地表一致性預(yù)測反褶積，提高了分辨率，但是在選擇參數(shù)的時候要謹(jǐn)慎，避免損失有效信號。而反褶積方法組合使用也得到了實(shí)踐應(yīng)用，并得到了較好的效果[110]。

2.2.5 速度分析

從觀測系統(tǒng)的優(yōu)化到疊加偏移都有著速度參數(shù)的參與，速度分析的結(jié)果影響著解釋成像的質(zhì)量和可靠性。深反射地震剖面處理中采用的速度主要指疊加速度，進(jìn)行速度分析時對速度譜進(jìn)行放大逐步分析，同時顯示速度剖面，以其上速度趨勢來控制速度譜不好的點(diǎn)，并參考CDP(common depth point)動校正道集以及譜點(diǎn)附近的疊加效果來控制當(dāng)前譜點(diǎn)速度的準(zhǔn)確性，保證速度拾取的精確程度[57]。在一般的地震地質(zhì)條件下，速度譜能給出的疊加速度，一般可以滿足后續(xù)處理的要求。但由于深反射地震剖面長，信噪比低、時間長、有效信號能量弱、地下構(gòu)造復(fù)雜以及速度橫向變化大，僅靠速度譜方法難以準(zhǔn)確求取其疊加速度。而百分比速度提取方法，利用速度掃描出速度百分比疊加剖面，并根據(jù)對橫向和垂向的成像估計(jì)進(jìn)行搜索的方法，從而得到有效速度，解決了能量譜不收斂，構(gòu)造傾角估算困難，速度參數(shù)誤差大的問題，在低信噪比資料上拾取優(yōu)于常規(guī)速度分析方法，提高了低信噪比地震數(shù)據(jù)的處理效率。變速掃描與速度譜結(jié)合交互速度分析，速度譜和百分比速度掃描相結(jié)合，或者是疊加速度掃描、百分比掃描和精細(xì)切除相結(jié)合方法進(jìn)行精細(xì)速度分析，也取得了較好的結(jié)果[14，111]。動校正速度的精度直接影響后續(xù)疊加和偏移的成像質(zhì)量，而動校正速度隨炮檢距對動校正速度影響較大，而深反射地震采用的炮檢距較大，為保證動校正的精度，在速度分析時采用人機(jī)交互和高階動校正聯(lián)合的方法進(jìn)行速度分析，特別是對復(fù)雜山區(qū)的地震數(shù)據(jù)處理中，該方法提高了速度分析精度，取得了良好的效果[35，112]。速度模型和剩余靜校正值相互影響與制約，如反射波分頻剩余靜校正以速度模型為基礎(chǔ)，對校正量的計(jì)算采用的是NMO(normal moveout correction)后的道集，而速度的估算與分析又要求在道集上的數(shù)據(jù)不存在靜校正量，當(dāng)存在靜校正量時，速度分析的質(zhì)量和精度會大大降低；因此，處理過程中，始終遵循著校正、壓噪、速度分析循環(huán)迭代，逐次逼近的處理思路，可提高速度分析的精度[61]；高精度交互速度分析及Stack-Power剩余靜校正技術(shù)相互循環(huán)進(jìn)行得到更精準(zhǔn)的速度模型和去除剩余校正量。在地震勘探的早期，通常采用基于雙曲線型時距方程的疊加速度分析技術(shù)，后又發(fā)展了適用于大偏移距的非雙曲線速度分析技術(shù)，以及各向異性介質(zhì)的速度分析、轉(zhuǎn)換波速度分析等。

2.2.6 疊加

疊加可將反射信號歸為到產(chǎn)生的位置上，并消除時差，用于后續(xù)的偏移，同時也是對前期處理效果的質(zhì)檢，在地震數(shù)據(jù)處理中處于重要的地位[113-114]。常規(guī)的NMO疊加，假設(shè)地表無起伏為水平狀態(tài)，且地下的介質(zhì)橫向速度變化不大，是一種常用的成像方法。但實(shí)際的地下情況是復(fù)雜的，因此該方法并不能實(shí)現(xiàn)所有同相軸的疊加，特別當(dāng)?shù)貙拥膬A角過大的情況下，該方法并不適用。而DMO(dip-moveout processing)疊加方法解決了傾角導(dǎo)致同相軸不連續(xù)的問題，并有一定的去除噪聲的作用，在深反射地震數(shù)據(jù)處理中DMO疊加使得有效波能量得到加強(qiáng)，線性干擾得到提高，繞射波較豐富，更有利于偏移成像，在多斷裂，繞射波發(fā)育地區(qū)該方法較為適用[14]。但是深反射地震數(shù)據(jù)傳播路徑復(fù)雜，得到的疊加剖面還做不到精細(xì)追蹤與解釋，而Hubral等[115]提出的CRS(common reflection surface)疊加將有效信號分布在多個CMP(common middle point)道集上然后進(jìn)行疊加，能處理任何形狀的反射界面，適用于更加復(fù)雜地質(zhì)條件下。劉金凱等[55]對廬樅多金屬礦集區(qū)的深反射地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了CRS疊加對比處理，如圖7所示，CRS疊加處理的刻畫能力較強(qiáng)。另外，CRS疊加可以通過高覆蓋次數(shù)來壓制隨機(jī)噪音,進(jìn)而提高數(shù)據(jù)的信噪比。然而在CRS疊加中，波場運(yùn)動學(xué)參數(shù)控制著疊加效果的好壞，因此參數(shù)的搜索尤為重要，孫小東等[116]采用PSO(particle swarm optimization)算法實(shí)現(xiàn)對CRS參數(shù)的搜索，在保證疊加效果的基礎(chǔ)上，提高了參數(shù)搜索效率，并通過模型和實(shí)際數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗(yàn)證了該方法在保證疊加質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高了處理效率。

圖7 精細(xì)處理常規(guī)NMO疊加與CRS疊加對比(修改自文獻(xiàn)[55])Fig.7 Fine processing of conventional NMO superposition is compared with CRS superposition(modified according to ref.[55])

2.2.7 偏移

偏移在地震數(shù)據(jù)處理中處于核心的地位，可以使反射波和繞射波收斂到相應(yīng)的位置，消除傾斜界面和構(gòu)造的影響，提高成像橫向分辨，從而展現(xiàn)地下形態(tài)和構(gòu)造的變化情況。影響深反射地震資料偏移結(jié)果的因素較多有偏移速度、偏移參數(shù)以及前期的去噪等，因此建立高精度的速度模型、選擇合適的偏移孔徑，對偏移成像的結(jié)果對構(gòu)造解釋有著十分重要的作用[65，83，117-120]。

根據(jù)疊加方式的不同，可分為疊前和疊后偏移。①疊后偏移是假設(shè)地下為水平層狀介質(zhì)，在共中心點(diǎn)疊加剖面的基礎(chǔ)上進(jìn)行零偏移距剖面偏移。疊后偏移主要包括相移偏移、有限差分波動方程偏移、頻率-波數(shù)偏移等多種方法[121]。于常青等[79]在塔里木盆地深反射地震數(shù)據(jù)處理中采用有限差分波動方程偏移，得到的剖面分辨率較高。②疊前偏移是對共反射點(diǎn)反射波的疊加，依據(jù)任意的非水平層狀的速度模型，具有復(fù)雜的非雙曲線時差或不同疊加速度的相沖突疊加地層可使用疊前偏移。疊前偏移可分為疊前時間偏移和疊前深度偏移，目前疊前時間偏移越來越多地應(yīng)用到了深地震反射數(shù)據(jù)[122-125]。Kirchhoff疊前時間偏移是建立在起伏地表基礎(chǔ)上的，該方法為彎曲射線偏移，具有高精度和高保真度的優(yōu)勢。對于地下構(gòu)造復(fù)雜，有效信號質(zhì)量差，信噪比低且難以確定準(zhǔn)確的地下速度的深反射地震數(shù)據(jù)而言，偏移方法的選擇尤為重要。而各向異性Kirchhoff疊前時間偏移，結(jié)合巖石的各向異性參數(shù)，將水平層狀介質(zhì)視作為垂向橫向各向同性介質(zhì)，采用各向異性射線追蹤消除各向異性效應(yīng)，從而改善大偏移距的成像，該方法在針對該地區(qū)的深反射地震資料得到了應(yīng)用，得到的各向異性的偏移疊加剖面成果的信噪比更高，地震成像得到改善，構(gòu)造形態(tài)更清晰，如圖8所示[126]。

圖8 各項(xiàng)同性與各項(xiàng)異性疊前時間偏移效果對比(修改自文獻(xiàn)[126])Fig.8 Comparison of the effect of homogeneity and specificity presuperposition time offset(modified according to ref.[126])

疊前深度偏移技術(shù)可分為Kirchhoff積分法、波動方程法[127]、多聚焦成像技術(shù)、逆時偏移法[128]等。其中Kirchhoff積分法通過在偏移剖面輸出點(diǎn)處定義繞射曲線為雙曲線，然后計(jì)算加權(quán)因子，同時進(jìn)行去假頻濾波處理，對繞射曲線上的能量加權(quán)求和，將求和結(jié)果放在偏移剖面的輸出點(diǎn)上，對每一個輸出點(diǎn)重復(fù)這一過程直至完成整個剖面的偏移，是應(yīng)用最廣泛的偏移方法。該方法能夠?qū)植磕繕?biāo)成像，并具有效率高、無散射、對速度精度要求低以及網(wǎng)格剖分靈活等優(yōu)勢，和波動方程法一樣可以高效解決橫向速度變化的能力，對于復(fù)雜的觀測系統(tǒng)和起伏地表情況下，Kirchhoff積分法偏移效果較好。由于深反射地震資料的測線太長一般為(300～700 km)，記錄的時間也長，所以主要利用Kirchhoff積分法進(jìn)行偏移成像，如朱小三等[129]采用該方法對四川盆地的華南深反射地震資料進(jìn)行偏移影響因素的對比說明。針對復(fù)雜非均勻介質(zhì)成像效果差的問題，Hill[130]對Kirchhoff積分法偏移進(jìn)行了改進(jìn)，提出了束偏移的方法，該方法提高了成像質(zhì)量以及計(jì)算的效率和精度。McMechan[131]首次提出了逆時偏移的概念，被公認(rèn)為目前最精確的深度偏移成像方法，該方法在差分中采用了聲波方程本身，且計(jì)算從最大的時間開始向最小的時間方向計(jì)算，不存在傾角限制，適用于復(fù)雜區(qū)域和高陡構(gòu)造成像，但該方法計(jì)算和存儲量大、存在偏移假象、效率低、對速度模型精度要求高等問題[132]。

此外，偏移按照維數(shù)，可分為二維、三維偏移；根據(jù)地下介質(zhì)，可以分為聲介質(zhì)偏移、彈性介質(zhì)偏移以及各向異性偏移等。但是這些方法在深反射地震數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用較少，而且偏移方法需要針對實(shí)際地震資料的特點(diǎn)具體問題具體分析，選擇合適的偏移方法。

3 解釋技術(shù)

地震資料解釋為地震勘探的最后一個環(huán)節(jié)，它為勘探提供最終成果[133]。由于勘探區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜、采集方法的局限性，得到的地震數(shù)據(jù)信噪比較低，雖然經(jīng)過處理，但得到的反射界面上同相軸的能量仍然較弱具有不連續(xù)、呈現(xiàn)出帶狀和交織狀的特點(diǎn)，給地質(zhì)人員的精確解釋帶來了極大困難。在深反射地震剖面解釋中有以下解釋方法。

(1)Skeletonization技術(shù)。目前對深反射地震勘探深度過深，對剖面的解釋無法由鉆井?dāng)?shù)據(jù)約束，因此以構(gòu)造解釋為主，Skeletonization技術(shù)是基于模式識別針對深反射地震剖面同相軸提取的技術(shù)，最初是為了提取剖面信息進(jìn)而簡化剖面，實(shí)現(xiàn)對同相軸的自動識別，后添加了空間屬性分析功能，通過該方法將剖面轉(zhuǎn)化為線條圖進(jìn)行人工構(gòu)造解釋。在同相軸識別方面，首先將描述波形的特征參數(shù)，按照波峰波谷關(guān)系及與相鄰道的關(guān)系構(gòu)成的準(zhǔn)則將每道數(shù)據(jù)分離成獨(dú)立的模式基元；建立目標(biāo)函數(shù)，衡量模式基元間的連接代價,得到最優(yōu)的連接方式，最終形成同相軸，繪制剖面。屬性技術(shù)的提出為地震數(shù)據(jù)的解釋提供了新的思路和方法，Li等[134]在屬性技術(shù)的啟發(fā)下，建成了模式基元和同相軸屬性的屬性關(guān)系表，并在此基礎(chǔ)上對同相軸的長度、傾角和能量等屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和空間分析。對于注重構(gòu)造解釋的深地震反射剖面而言，Skeletonization技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，如在加拿大的Lithoprobe計(jì)劃中，剖面均以線條圖的形式發(fā)布[8，34，135]。雖然該方法應(yīng)用效果較好，但是算法較為復(fù)雜、計(jì)算量較大，需要后續(xù)的改進(jìn)。

(2)數(shù)字圖像處理技術(shù)。目前為提取地震剖面中的信息，各種方法應(yīng)用而生，不再僅僅地球物理這單獨(dú)的學(xué)科，而是多學(xué)科交叉融合，其中數(shù)字圖像處理技術(shù)主要有提高處理的精度、人機(jī)互動潛力大和靈活性增強(qiáng)等優(yōu)勢[136-137]。如在地震資料解釋上，圖像處理邊緣檢測技術(shù)是識別斷裂的重要方法，它能減小人工解釋時間，降低噪聲干擾，增強(qiáng)解釋準(zhǔn)確性。針對深反射地震數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和對剖面解釋中存在的問題，李文輝等[138]提出了可用于深反射地震剖面解釋的圖像處理方法，通過截圖局部剖面作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后優(yōu)化改進(jìn)空域增強(qiáng)、頻域增強(qiáng)、圖像分割等方法，最終形成了適用于深反射地震剖面解釋的圖像處理流程。該方法基本能夠提取剖面上表示的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)剖面分辨率，并可以對特殊的構(gòu)造信息進(jìn)行識別增強(qiáng)和挖掘。

χ2分布處理針對深反射地震資料特點(diǎn)，應(yīng)用圖像處理的研究成果，從反射結(jié)構(gòu)與能量的角度，突出深部構(gòu)造。將深反射剖面作為灰度圖處理，在最優(yōu)相干屬性指導(dǎo)下應(yīng)用模式識別、邊緣檢測等技術(shù)。根據(jù)深反射地震剖面的灰度概率密度分布滿足自由度的不同，將深反射地震剖面視為線條圖剖面或構(gòu)造與能量疊合剖面。在松遼盆地以及塔里木盆地，該方法都得到了較好的應(yīng)用效果[79，139]。數(shù)字圖像處理技術(shù)現(xiàn)在快速的發(fā)展著，特別是在引入人工智能的情況下，但是在采用人工智能數(shù)字圖像處理技術(shù)在深反射地震剖面的解釋上的研究現(xiàn)在還不多見。

(3)深反射地震剖面構(gòu)造格架識別方法。實(shí)現(xiàn)自動線條圖的方法可歸納為基于數(shù)字圖像處理和基于模式識別兩大類，如上所述，但是數(shù)字圖像處理方法僅考慮地震波的振幅信息，但其對復(fù)雜情況的識別效果一般；模式識別方法經(jīng)驗(yàn)參數(shù)多，實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜。因此李文輝等[140]結(jié)合兩種方法提出了新的深反射地震剖面構(gòu)造格架識別方法，該方法通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、振幅提取、對象識別、連續(xù)性計(jì)算和連續(xù)性濾波實(shí)現(xiàn)深地震反射剖面線條化，同時還可通過對象傾角計(jì)算對復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行屬性分析。過程可分為四個步驟：①根據(jù)振幅分布特征，按照一定閾值，提取強(qiáng)振幅信息；②對提取的信息進(jìn)行對象識別，按照經(jīng)典8方向flood-fill(漫水填充)算法通過對圖像進(jìn)行逐元素連通性搜索來實(shí)現(xiàn)，生成對象關(guān)系表；③以像元為單位，通過計(jì)算對象長度來衡量同相軸的連續(xù)性，并通過連續(xù)性濾波獲得剖面線條圖；④針對復(fù)雜區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法進(jìn)行傾角計(jì)算，并通過統(tǒng)計(jì)其分布規(guī)律達(dá)到定量分析的目的，對解釋起到輔助的作用。針對廬樅地區(qū)深地震反射剖面進(jìn)行該方法的應(yīng)用，如圖9所示[140]，與原始剖面相比，應(yīng)用該方法得到的剖面簡潔清晰對同相軸識別效果更好。

圖9 廬樅地區(qū)深地震反射剖面(修改自文獻(xiàn)[140])Fig.9 Deep seismic reflection profile in Luzong area(modified according to ref.[140])

(4)時深轉(zhuǎn)換技術(shù)。地震剖面可以分為時間域剖面和深度域剖面，而采集到的地震數(shù)據(jù)是時間域剖面，雖然處理方法得到了很大的進(jìn)步和改進(jìn)，但是目前處理方法大多是基于時間剖面進(jìn)行的，得到的疊加或偏移剖面雖然可以進(jìn)行解釋，但是時間域剖面仍然存在著直觀性和交互性較差的缺點(diǎn)。而時深轉(zhuǎn)換通過速度模型實(shí)現(xiàn)了時間域向深度域的轉(zhuǎn)換，相比時間域，深度域剖面對構(gòu)造的顯示和解釋更直觀。楊瑨[141]在松遼盆地深部結(jié)構(gòu)研究中通過時間域向深度域轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果更加真實(shí)深度信息準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造傾角和接觸關(guān)系的校準(zhǔn)，達(dá)到了深部構(gòu)造歸位的目的，如圖10所示。

圖10 長嶺-梨樹段優(yōu)化后速度場時深轉(zhuǎn)換結(jié)果[141]Fig.10 Speed field deep conversion results after Changling-Lishu section[141]

(5)地震相分析。地震相可以理解為沉積相在該地震剖面上表現(xiàn)的總和，是巖相的地震波或聲波的響應(yīng)，地震相內(nèi)的反射層代表地層層面、有地層意義的不整合面和可能的流體接觸面。地殼隨著深度的變化其巖性、物性都會發(fā)生一定的變化。隨著深度的變化，巖石的密度存在著一定的變化范圍[142]。由于地殼內(nèi)巖性、物性的縱向變化，在深反射地震剖面上表現(xiàn)出不同的地震相特征，雖然縱向巖性的變化是漸變的，其相變的特征不明顯，在深反射地震剖面上看不到代表相變界面的強(qiáng)反射同相軸，但當(dāng)?shù)貧な艿酵饬ψ饔迷诓煌较虬l(fā)生片理化時，在不同方向上可以看到能夠?qū)Ρ鹊牡卣鹣嗵卣?。這種地震相特征的變化通常并不十分明顯，需要反復(fù)對比相應(yīng)的縱、橫剖面才能做出判斷。由于深反射地震資料有限,在不同地區(qū)的地震相特征對比分析還需進(jìn)一步研究。該方法在青藏高原南部的深反射地震剖面得到了應(yīng)用，得出地震相不僅能夠反映不同的沉積相特征，而且對地殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征也有良好的反映[143]。

(6)綜合解釋。依據(jù)對剖面解釋得到對深部構(gòu)造的特征、演化過程以及對地表的影響等方面的認(rèn)識，難以通過鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，因此為得到精準(zhǔn)的認(rèn)識，可以聯(lián)合深反射地震勘探、重磁和航磁以及地球化學(xué)等方法，進(jìn)行對深部數(shù)據(jù)的綜合利用和解釋。如可以借助勘探區(qū)的地磁場特征和地震剖面的綜合解釋，得到存在于深部的能反映地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)活動的證據(jù)——構(gòu)造活動的形跡和巖性分布。重力異常與深反射地震結(jié)果相結(jié)合，可以進(jìn)一步研究造山帶的形成和演化，圈出成礦遠(yuǎn)景帶。此外，也可結(jié)合放射性資料和電阻率和地球化學(xué)資料對深反射地震剖面進(jìn)行綜合解釋，提高解釋精度。

4 結(jié)論與展望

(1)在數(shù)據(jù)采集方面，主動源探測技術(shù)對深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的刻畫更加精細(xì)，探測成果更加準(zhǔn)確。炸藥、可控震源為深反射地震主要使用的震源，其中炸藥震源按照“淺深兼顧、大中小炮結(jié)合”的原則設(shè)置激發(fā)組合方式，可控震源具有綠色環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。在深反射地震勘探中多采用大偏移距和檢波器接收組合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。高密度地震采集技術(shù)增加采樣率，主被動源同時采集接收，以及對寬線接收的優(yōu)化改進(jìn)，采用多方法處理提高資料，并提高分辨率，獲得更豐富的速度信息是地球深部采集和接收重要的發(fā)展方向。

(2)目前深地震反射地震數(shù)據(jù)處理步驟主要包括靜校正、能量補(bǔ)償、噪聲壓制、反褶積、速度分析、動校正、疊加及偏移等，隨著對深部探測的重視，這些處理方法得到了有效的發(fā)展，根據(jù)勘探區(qū)域的不同，學(xué)者提出了具有針對性的處理方法，但方法仍然具有局限性。而且隨著技術(shù)的進(jìn)步，人工智能在地震勘探取得一定的突破和效果，顯示出巨大潛力和應(yīng)用價值，但是在深反射地震數(shù)據(jù)處理上，人工智能應(yīng)用較少，而且深反射地震數(shù)據(jù)在逐漸的增多，和對勘探精度要求的提高，需要加強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用攻關(guān)。

(3)目前深反射地震剖面數(shù)據(jù)解釋以構(gòu)造解釋為主，解釋方法有Skeletonization技術(shù)、χ2分布處理、時深轉(zhuǎn)換、數(shù)字圖像處理技術(shù)、地震相分析以及綜合解釋等。其中Skeletonization技術(shù)在中外應(yīng)用較廣，雖然Skeletonization技術(shù)能夠使得剖面更加清晰，提高了解釋的精度，降低了解釋的難度，但是該技術(shù)算法較為復(fù)雜、計(jì)算量較大，這也是后面該技術(shù)克服的方向。χ2分布處理的應(yīng)用為深反射地震數(shù)據(jù)的解釋提供了新的方法。時深轉(zhuǎn)換對速度模型的要求較高，在目前的大數(shù)據(jù)時代，獲取高精度速度方法較多，常規(guī)的是通過正演模擬獲取。而且三維可視化、不透明顯示和屬性分析以及人工智能等，在反射地震剖面的解釋中得到了廣泛的應(yīng)用，但在深反射地震剖面解釋中應(yīng)用較少，需要發(fā)展多學(xué)科結(jié)合的深反射地震剖面解釋方法。