谈谈地震勘探的分辨率和精度

The resolution and accuracy of the seismic exploration

梁光河

在地球科学研究中，地质学家往往需要使用地球物理勘探方法来说明问题，比如板块构造和海底扩张假说的支持者就经常使用地震层析成像的结果来说明这些假说是正确的。但隔行如隔山，部分地质学家也许并不是十分清楚地球物理学中各种方法都有一个分辨率和精度的限制。比如在大地构造学研究中常用的地震勘探方法大致分3类：

（1）反射波地震勘探方法：利用人工爆炸震源激发的地震反射波得到地下结构和分层信息。这种方法在工程地质和石油勘探及煤田勘探中得到了广泛应用，分辨率和精度最高。

（2）天然源接收函数方法：利用天然地震远震P波波形的垂直分量对径向分量和切向分量做反褶积后得到的时间序列，代表台站下方远震的平面波响应，是研究深部结构的有效方法。

（3）传统的天然源层析成像方法：利用天然地震激发的地震波，使用类似医学CT层析成像的方法，对地下进行地震波速度成像。医学CT可以做360度扫描，但天然源层析成像无法取得这种信息，而且台站分布稀疏，因此其分辨率和精度很低。当然最新的阵列array观测会有很大改进，这里暂不讨论。

      这3种方法的精度各不相同，分辨率（包括垂向分辨率和水平分辨率）也有很大差异。

深反射波地震勘探，其垂向分辨率在浅层可以达到十米左右，在深层可以达到百米左右；而水平分辨率取决于菲涅耳带宽度和接收点距，通常也能达到数百米到数公里尺度。

天然源接收函数方法，其垂向分辨率浅层往往可达到公里级别，深层可以达到数十公里，水平分辨率也能达到数十公里级别。

新的研究成果已经把层析图像的水平由分辨率为3000Km提高到2000Km或者1000Km，垂直分辨率为250Km提高到近地表的70-80Km和500Km深处的300Km（滕吉文等，2004）。

以上只是给出了各种方法在探测地质分界面（波阻抗界面）方面的分辨能力。那么这三种方法的精度如何呢？精度和分辨率往往呈正相关。这里说的精度要统一到对地震波层速度的反演来讲。反射波法通常在资料质量好的情况下对层速度反演的误差约为5%左右，而接收函数法应该大于5%，层析成像方法应该远大于5%。

三种常用地震勘探的分辨率和精度分析表

也就是说，这3种地震勘探方法，其分辨率和精度应该相差数量级。层析成像法最低，而反射波法最高。目前对海底扩张和板块俯冲的证据基本上都用的是层析成像方法。可以想象，如此低的分辨率和精度，所得到的结果有多大意义。

参考文献：滕吉文，张中杰，白武明等，2004，岩石圈物理学，北京.科学出版社，P565