信息化背景下地震处理技术的一些发展趋势及对策探讨

邱铁成， 焦叙明， 李 欣， 谢 涛， 李永超

(中海油服物探事业部， 天津 300451)



信息化背景下地震处理技术的一些发展趋势及对策探讨

邱铁成， 焦叙明， 李 欣， 谢 涛， 李永超

(中海油服物探事业部， 天津 300451)

基于信息化对地震处理技术影响的认识，结合实例分析，总结了地震处理技术的一些发展趋势及对策，具体从四个方面对信息化背景下地震处理技术的发展趋势进行了探讨，即技术理论基础的扩展、技术的交叉融合发展、海量资料中有效信息的提取、数据及系统管理的信息化。最终认为，深入认识信息化背景下地震处理技术的一些发展趋势，有利于把握处理技术未来发展方向、明确未来工作重点。

地震处理； 信息化； 发展趋势； 对策； 交叉融合

0 引言

信息化指的是社会经济的发展，从以物质与能源为经济结构的重心，向以信息为经济结构的重心转变的过程。进入21世纪，以物联网、云计算等为代表的新一代信息技术掀起了一场全新的科技革命，从大的战略方面来说，国家根据工业和科技发展的需要，提出了信息化和工业化相融合的发展战略。

从具体方面来说，随着信息化的不断发展，人们的工作、生活、学习等各方面都在不断地随之发生改变，各类学科之间、技术之间的界限变得更加模糊，作为传统能源工业的石油勘探领域，包括地震处理技术在内的各类物探技术也在逐步向融合化、信息化的技术发展方向推进，尤其是随着网络期刊、电子书籍、会议交流等信息传播媒介种类的不断增加，处理技术发展的深度和广度在迅速提升。

信息化使得大量处理研究人员能够紧跟国际前沿技术，并将其应用到各类生产实践中，从而及时指导地震资料处理、改善资料品质。 目前研究较热门的叠前深度偏移技术，大量科研及生产机构都在深入研究[1-9]，段鹏飞等[6]针对典型的横向各向同性(TI)介质，根据深度域构造成像与偏移速度分析的需要，研究了基于射线理论的局部角度域叠前深度偏移成像方法；吴帮玉等[7]将局部余弦基小波束波场分解、传播与观测系统沉降法叠前深度偏移相结合，推导了源-检波器观测系统沉降法传播算子；谢飞[8]等研究了高斯射线束叠前深度偏移成像方法。就目前而言，从信息化的角度对地震处理技术的发展趋势的研究明显不足，这里将结合以往的相关处理工作经验，具体从四个方面对信息化背景下地震处理技术的发展趋势进行探讨，并针对这些方面提出相应对策。

1 处理技术的一些发展趋势及对策

1.1 技术理论基础的扩展

1.1.1 特点

处理技术的信息化发展趋势之一是其理论基础在不断更新扩展，一些过时的理论逐渐被舍弃，如偏移成像方面，叠后偏移理论本身无法解决倾斜界面情况下共反射点叠加的问题，从而降低了横向分辨率，该理论基本被叠前偏移理论取代，近些年，叠前深度偏移、逆时偏移技术的不断尝试及应用有效地促进了叠前偏移理论的发展。在信息化背景下，处理技术理论基础的范围更宽泛、相关技术间理论基础的联系更紧密，出现相互融合发展的特点，如GPU技术与逆时偏移技术的结合[10-14]有力地促进了计算科学与地球物理学的交叉融合。

1.1.2 对策

1)处理人员理论基础的完善。信息化发展要求重视处理技术的理论基础，在面对复杂的处理问题时，扎实的理论基础对处理员有重要指导作用。具体而言，从处理问题的接触，到处理方法、技术的试验，再到形成解决问题的思路，需要处理员自身对问题有独立思考的能力、能不断领悟并形成一套正确认识问题的模式，提高解决处理难题的研究能力，在这个过程中，理论基础的完善(包括物探、地质、计算机等多学科)对创造性解决问题有重要意义，它不仅强调物探基础的重要性，也强调了知识体系的完整性，在解决问题的过程中才能不断加深对处理工作的认识，否则就只是操作处理软件、熟悉流程，认知能力有限，一旦遇到非常规处理问题，则无法触类旁通、找到根本原因，对技术的创新更是无从谈起。

另外，处理思维能力也属于理论基础的范畴，而且是更重要的理论基础，面对处理难题，有意识地自我训练解决问题的思维能力，理清问题中各要素间的因果联系，进而找准解决问题的突破口。

2)不同专业人员的沟通交流。信息化决定了处理技术的开放性，物探、地质、系统维护等人员很容易通过各种途径的学习，对彼此掌握的技术有一定程度的认识，同时从自身的视角可以更好地发现对方的不足，在理论基础等方面互相学习、优势互补。在面对复杂的处理问题时，仅依靠自身能力及经验明显不够，要想形成解决问题的完整思路，需要大家不断沟通、合作，知识、经验、技巧的碰撞才能得到灵感，并能弥补信息不对称造成的不足，进而完善解决问题的思路。

例如在速度分析方面，需要投入更多的时间进行细致研究，不同的地质认识对速度场的解释影响较大，与地质人员进行有效沟通以强化对研究区的地质认识，条件允许情况下与地质人员共同解释速度场，这在地质复杂区和重要目标区会取得明显效果。将经过细致调整后的速度场进行偏移，然后输出速度线，经过多次反复的速度迭代分析，形成了更精确的速度场，这使得新处理资料(图1)在花状断层区比老资料成像更清楚、合理，地层的接触关系更可靠。

图1 珠江口盆地A区块相同测线新老偏移速度场叠加剖面对比

1.2 技术的交叉融合发展

1.2.1 特点

在信息化的背景下，处理技术与其他技术间的联系越来越紧密，技术间的界限更加模糊，例如，一个区块的偏移成像结果不仅与处理方法有关，更与数据采集因素密切相关，为提高各向异性、复杂构造情况的成像效果[15]，应当从偏移方法、观测系统等多方面综合考虑，加强技术间的联合应用。

1.2.2 对策

1)提高综合技能 。对处理人员来说，要注重各项处理技能的训练，掌握理论基础是动脑能力的训练，掌握处理软硬件资源(包括处理软件的熟练操作、软硬件设备的有效配置、计算机系统的熟悉掌握等)，则是对动手及动脑能力的训练。另外，还包括其他各种处理技术、方法等。各项技术本身都有其局限性，尤其是一些常规技术在长期的应用中其缺点不断显现，而很多新技术通常包含着新思路，处理工作中应当重视新技术的应用及经验积累，在面对不同的处理难题时才会有更多的处理思路，有时会起到意想不到的效果。图2是渤海湾盆地B区块常规资料与OBC采集处理资料对比图，对比可见，采用新的采集及处理技术后使得资料成像质量有了较大提高，成像模糊区变得更清晰，地层内部信息更丰富。

图2 渤海湾盆地B区块常规资料与OBC采集处理资料对比

2)重视处理思路。尽管处理技术向交叉融合方向发展，对综合技能的要求也更高，但从根本上来讲，处理的任务是得到更高品质的资料，因此如何熟练掌握、灵活应用好这些综合技能至关重要，这就需要重视处理思路，可以将各类技术按功能进行分类管理、按适用范围进行合理搭配，针对不同的处理目的采用相应的技术组合，进而形成几种处理思路，在大量试验的基础上对处理思路进行优选。表1总结了海洋地震资料的典型噪音类型及去噪思路，去噪思路的划分借鉴了以往的去噪经验，并针对不同资料进行了相应试验，在具体的处理工作中可以选择相应思路或者将这些思路灵活搭配形成组合思路，以取得最佳去噪效果为目的。

表1 海洋地震资料的典型噪音类型及去噪思路

1.3 海量资料中有效信息的提取

1.3.1 特点

信息化背景下，有关地震处理的各种技术、方法、思路、经验等信息量越来越多，信息的获取范围更宽泛、获取方式更灵活，其他研究领域中具有借鉴意义的方法、思路，也可以作为处理工作的有益参考，因此对有效信息的鉴别提取变得越来越难。分析认为，可以从信息获取途径的优选及信息的分类利用两方面入手解决该问题。

1.3.2 对策

1)信息获取途径的优选。信息获取途径的优劣决定了信息的质量，信息的获取是要花功夫去搜集、挖掘的，得来的信息要尽可能真实可靠，这就需要对信息获取的途径进行选择，例如，从处理经验丰富的专家那里获得的处理经验比一般处理员那里准确度、说服力更高；某项新技术的理论和发展思路等信息应优先选择在该领域研究较领先的科研机构中获取；某项新技术的应用效果等信息应优先选择在该方面实践经验丰富的生产单位中获取。以上这些是相对可靠的获取信息的间接途径，如果时间等方面允许，应花一定精力多搜集原始信息，原始信息中包含更多可供研究的对象，有些甚至能直接影响研究结果，间接得来的信息中，这些对象可能被弱化或去除了。

目前来看，信息化的重要特点之一是人们在信息提取的途径上越来越依赖于网络媒介，书籍等纸质媒介使用频率变少了，这改变了人们的研究习惯，网络媒介获取信息具有快捷性、及时性的优点，但对处理研究人员来说则不能只看重这一点，应优先考虑信息的质量，选择从重要学术期刊等专业资料中获取信息，避免选择一般报刊、百科搜索等证据来源不足的渠道。

2)信息的分类利用。信息时代，在地震处理方面，即使通过信息获取途径的优选，获取的有效信息也是海量的，若将这些有效信息不分主次地全部利用是不可能的，应将这些有效信息进行合理的分类，在面对不同的处理问题时，按重要性依次采用相应的有效信息来快速解决问题。

不同的外部条件下，面对同一问题，需要的有效信息的重要性是不同的，最重要的信息应优先考虑和应用，相反若将一般信息当作最重要信息优先应用，必然造成结果的偏差。表2是不同条件下相邻区块拼接问题的有效信息重要性划分，由此可见，当相邻区块资料信噪比相差大时，提高信噪比是首要考虑的信息，除了考虑去噪方法外，还可考虑用叠后拼接方案来改进拼接效果，在能量、相位、频率匹配的时窗选择上，也应选择信噪比接近的范围，可见，有效信息A影响甚至决定了B和C的应用。

表2 不同条件下相邻区块拼接问题的有效信息重要性划分

1.4 数据及系统管理的信息化

1.4.1 特点

随着地震探区采集、处理工作量的累积，地震资料的数据量越来越大，大数据量的存储、传输、分析等工作也越来越难，对某一特定区块而言，可能有三套以上不同年度采集或处理的数据，新、老数据内部均蕴藏着多种有潜在价值的信息，因此需要对这些数据进行信息化科学管理，为新老地震资料对比等方面研究做好铺垫。集群计算机系统是目前地震处理的主流平台[16]，随着叠前深度偏移等新技术的成熟，对数据的存储、传输、运算要求更高，集群系统的配置规模在不断扩大，这也要求对该系统体系架构进行科学管理和维护。

1.4.2 对策

1)强化数据管理技术。地震勘探已进入大数据时代，传统的数据管理技术在数据传输、分析等方面表现出效率低、效果差等缺点，物联网、云计算、数据挖掘等前沿技术[17-19]对物探大数据管理有重要意义，例如，结合物联网技术，可以帮助搭建科学合理的云计算平台，从而快速提升海量数据组织、运算的效能；运用聚类分析、神经网络等数据挖掘方法可以对海量地震数据进行高效分析、快速挖掘有用信息。

2)提高集群系统的稳定性与运算效率。提高集群系统的稳定性和运算效率是数据信息化科学管理的基础，要达到这点，需要对系统中的计算节点、I/O节点进行优化配置，找到制约系统性能的关键问题及解决办法，例如，针对目前制约系统性能的I/O瓶颈问题，可以选择合适的并行文件系统应用到实际的地震处理系统中[20-21]，提高 I/O 效率。

由于集群系统包括高性能节点、高性能网络、操作系统、并行编程环境、应用程序等多个部分，系统的稳定性和运算效率的提高首先取决于如何将这些部分进行最优化配置，以组成高性能的集群系统结构，其次，提高各部分本身的性能，例如，近几年CUP/GPU协同并行运算技术日益成熟[11-12]，在计算量大、并行化较强的叠前深度偏移等方面表现出明显优势，大幅提高了集群系统的运算效率。

2 结束语

1)作者从技术理论基础的扩展、技术的交叉融合发展、海量资料中有效信息的提取、数据及系统管理的信息化四个方面，探讨了信息化背景下地震处理技术的一些发展趋势，并提出了相应对策。

2)认识信息化背景下地震处理技术的一些发展趋势，能够帮助把握处理技术未来的发展轨迹，跟踪与捕获前沿研究问题，对今后处理工作的安排有一定借鉴意义。

3)随着信息化水平的不断提高，其对处理技术的影响会更加深远，有待研究人员在此方面进行更进一步的研究。

[1] SANDBERG K, BEYLKIN G. Full-wave-equation depth extrapolation for migration[J].Geophysics, 2009, 74(6) : 121-128.

[2] HERVE CHAURIS,MONDHER BENJEMAA. Seismic wave-equation demigration/migration [J]. Geophysics,2010,75(3):111-119.

[3] JOHN ETGEN, SAMUEL H. GRAY, et al. An overview of depth imaging in exploration geophysics[J]. Geophysics,2009, 74(6):5-17.

[4] SCHNEIDER W. Integral formulation for migration in two and three dimensions[J].Geophysics,1978,43(1):49-76.

[5] JIN S W, MOSHER C C, WU R S.Offset-domain pseudo-screen prestack depth migration[J]. Geophysics, 2002.67(6):1985-1902.

[6] 段鹏飞,程玖兵,陈三平，等. TI介质局部角度域射线追踪与叠前深度偏移成像[J]. 地球物理学报,2013,56(1):269-279. DUAN P F, CHENG J B, CHEN S P, et al.Local angle-domain ray tracing and prestack depth migration in TI medium.Chinese Journal of Geophysics，2013,56(1):269-279.(In Chinese)

[7] 吴帮玉,吴如山,高静怀.基于局部余弦基小波束的观测系统沉降法叠前深度偏移[J].地球物理学报,2013,56(2):635-643. WU B Y, WU R SH, GAO J H. Survey sinking prestack depth migration using local cosine basis beamlets. Chinese Journal of Geophysics,2013, 56(2):635-643.(In Chinese)

[8] 谢飞，李佩，黄中玉，等. 高斯射线束叠前深度偏移成像研究[J]. 石油物探, 2013, 52(1): 65-71. XIE F，LI P，HUANG ZH Y, et al. Gaussian beam prestack depth migration. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2013, 52(1): 65-71.(In Chinese)

[9] 杜启振, 李芳, 侯波，等.角度域弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析方法[J].地球物理学报, 2011,54(5):1327-1339. DU Q ZH,LI F,HOU B,et al.Angle-domain migration velocity analysis based on elastic-wave Kirchhoff prestack depth migration.Chinese Journal of Geophysics,2011,54(5): 1327-1339.(In Chinese)

[10]SANG, SUH, BIN WANG. Expanding domain methods in GPU based TTI reverse time migration. 2011 SEG Annual Meeting. Society of Exploration Geophysicists, 2011,30:3460-3464.

[11]刘守伟, 王华忠, 陈生昌，等.三维逆时偏移GPU/CPU机群实现方案研究[J].地球物理学报, 2013,56(10): 3487-3496. LIU SH W,WANG H ZH,CHEN S CH,et al. Implementation strategy of 3D reverse time migration on GPU/CPU clusters. Chinese Journal of Geophysics,2013,56(10): 3487-3496.(In Chinese)

[12]李博, 刘红伟, 刘国峰，等.地震叠前逆时偏移算法的CPU/GPU实施对策[J].地球物理学报, 2010,53(12): 2938-2943. LI B,LIU H W,LIU G F,et al.Computational strategy of seismic pre-stack reverse time migration on CPU/GPU.Chinese Journal of Geophysics,2010,53(12): 2938-2943.(In Chinese)

[13]孔祥宁,张慧宇,刘守伟，等. 海量地震数据叠前逆时偏移的多GPU联合并行计算策略[J]. 石油物探, 2013, 52(3): 288-293. KONG X N,ZHANG H Y,LIU SH W,et al. Multi-GPUs parallel computational strategy of prestack reverse-time migration for mass seismic data. Geophysical Prospecting for Petroleum,2013, 52(3): 288-293.(In Chinese)

[14]唐祥功, 匡斌, 杜继修，等.多GPU协同三维叠前逆时偏移方法研究与应用[J].石油地球物理勘探, 2013,48(6):910-914. TANG X G, KUANG B,DU J X,3D prestack reverse time migration based on multiple-GPU collaboration.Oil Geophysical Prospecting,2013, 48(6):910-914.(In Chinese)

[15]李伟波, 李培明, 王薇，等.观测系统对偏移振幅和偏移噪声的影响分析[J].石油地球物理勘探, 2013, 48(5):682-687. LI W B,LI P M,WANG W,et al.Geometry impacts on migration amplitude and migration noise.Oil Geophysical Prospecting,2013,48(5):682-687.(In Chinese)

[16]赵改善,包红林.集群计算技术及其在石油工业中的应用[J].石油物探,2001,40(3) :118-126. ZHAO G S, BAO H L. Cluster computing technique and its application to petroleum industry.Geophysical Prospecting for Petroleum, 2001, 40(3) :118-126.(In Chinese)

[17]宋传平,吴兵舰,王鹏飞.基于物联网技术的设备状态维修安全管理研究[J].中国安全科学学报,2011,21(1):77-81. SONG CH P,WU B J,WANG P F.Study on safety management of condition-based maintenance based on internet of things technology.China Safety Science Journal,2011,21(1):77-81.(In Chinese)

[18]陈康,郑纬民.云计算:系统实例与研究现状[J].软件学报,2009,20(5):1337-1348. CHEN K,ZHENG W M.Cloud computing:system instances and current research.Journal of software,2009,20(5):1337-1348.(In Chinese)

[19]黄哲学,曹付元,李俊杰,等.面向大数据的海云数据系统关键技术研究[J]. 微计算机应用,2012,1(6):20-26. HUANG ZH X,CAO F Y,LI J J,et al.Developing sea cloud data system key technologies for large data analysis and mining.Microcomputer Applications, 2012,1(6):20-26.(In Chinese)

[20]李兴盛.地震资料处理PC集群并行效率研究[D]. 山东：中国石油大学，2010. LI X S.Research on parallel efficiency of PC cluster for seismic data processing.Shandong:China University of Petroleum,2010.(In Chinese)

[21]都志辉.高性能计算之并行编程技术——MPI 并行程序设计[M].北京：清华大学出版社,2001. DU ZH H.High-performance computing of parallel programming techniques--MPI parallel programming .Beijing:Tsinghua University Press, 2001.(In Chinese)

The information development trend and countermeasures of seismic data processing technique

QIU Tie-cheng， JIAO Xu-ming， LI Xin， XIE Tao， LI Yong-chao

(Geophysical-China Oilfield Services Limited，TianJin 300451，China)

Based on understanding of information effect on seismic data processing technique, combined with case analysis, the seismic processing technology information development trend and countermeasure are summarized. Specifically, information development trend of processing technology is discussed from four aspects: extension of seismic processing theory, integration development of seismic processing technology, effective information extraction from mass data and information management of data and the system. Finally, by deeply understanding the information development trend of seismic data processing technique, it can help grasp the future direction of seismic processing technology development and understand future work's focus.

seismic data processing； information； development trend； countermeasures； integration

2014-08-26 改回日期：2014-11-12

邱铁成(1983-)，男，硕士，研究方向为石油物探处理技术及方法，E-mail:qiutch001@163.com。

1001-1749(2015)04-0512-05

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.16