地球科學基本概念理解（筆記）

地球科學在電腦科學的輔助下，近年獲得跨越式發展。本文從問題及動機的角度分析一些基本概念，都是一些粗淺甚至錯誤的理解，敬請批評指正。

勘探是人類為了獲得地球的地質情況進行的研究工作，其最終目的是對地球（特別是近地面）建立乙個完備的三維模型，以掌握什麼地方有什麼礦藏、油氣，以及儲量。由於地層結構的複雜性、物質的不透明性，了解地球有時比了解太空更困難，成本更高昂，所使用的裝置更尖端。

測井(well logging) 是指在地球上打一口井 (深度從幾百到幾千公尺)，將專用儀器放置到井內，直接測量井眼周圍一定範圍內地層的物理和化學等屬性。

當然在鑽井的過程中，將其中物質 (如岩芯) 取出來，可以直接分析地下的各種資訊。這相當於對地球做開顱手術。

如果可以打很多井，然後在其它地方使用插值法，勘探就非常方便了。然而，測井的成本很高，動輒幾千萬元 rmb，而且鑽探的深度也比較有限，所以必須用其它方法。

測井主要的作用是驗證其它方法獲得的資料是否正確。從機器學習的角度，測井就是獲得準確的標籤資訊。

**是指天然或人為在地球產生的振動。人為的方式包括：放炮 (使用炸藥)、機械震動 (使用**車) 等。

**波是指**產生的波。為了節約勘探的成本，人們通過採集**波來進行勘探。這與醫院的 x 光檢查、ct 檢查等目標相似，但更加困難。

炮點是指放炮的位置。

檢波器是指採集**波的感測器。放炮時通常使用一組 (如1000個) 檢波器，同時採集**波。

單炮資料是指放一炮所對應的檢波器採集的資料。它可以用乙個二維矩陣來存放，每一列對應乙個檢波器，每一行對應於乙個時間點 (以放炮時刻為0)。一般而言，檢波器所採集的資料，反映的是檢波器與炮點的中點所對應座標的地層資料。

自激自收是指在炮點放置檢波器，接收相應的訊號。

正演是指在已知模型下，使用正演模擬演算法獲得**波的過程。

反演是指從通過接收的**波場，重建模型的過程。

地層是指具有相似介質的、連續的層面。一般而言，地表有土層，下面有沙層，不同的岩石層。在岩石層中，還可能有油氣的層。

速度分析是指對各地層的傳播速度進行估計。由於單炮資料以時間為縱軸，而地層是以厚度為縱軸。時間、距離要換算，就必須用到速度。

反射發生在相鄰地層介面上，與光波在水面的反射原理相同。相應地，應該有反射係數。

折射特指**波在反射介面上，入射角達到臨界角後，**波沿介面滑行，產生的擾動傳播到地表後的資訊。這光學裡面的折射是完全不同的概念。光學裡面的折射，在**勘探裡面稱為透射。

直達波是指炮點直接傳播至檢波器的波。

反射波是指炮點到達地下，經過地層 (可能多層) 中的傳播，最終到達檢測器的波。對於離炮點比較近的檢波器，直達波到達更快。但對於較遠的檢波器，由於岩石中波的傳播速度更快 (相當於走了一段高速路)，反射波到達可能更快。

波自然的疊加是指波從不同的的路徑同時到達檢波器，所產生的效果。顯然，隨著t

tt剩餘靜校正是指將來自同一介面、同一點的反射波進行微調，以保證波峰(波谷) 的對應。靜校正以最大化能量為優化目標，可以增大訊雜比。靜校正的約束條件為：同一炮點或檢波點有固定的校正值。由於炮點很多，檢波點更多，該約束條件導致問題的求解複雜度很高。

雷克子波是**子波中的一種，是乙個短的脈衝振動。它通常用於反演建模。

**資料的地質解釋指根據**資訊確定地質構造形態和空間位置，推測地層的岩性、厚度及層間接觸關係，確定地層含油氣的可能性，直接為鑽探提供井位。

初學，未完待續…