地震勘探（圖）

概述

    利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發(fā)地震波的響應(yīng)，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法叫作地震勘探。地震勘探是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段，在煤田和工程地質(zhì)勘查、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面，也獲得廣泛應(yīng)用。 

    在地表以人工方法激發(fā)地震波，在向地下傳播時，遇有介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射與折射，在地表或井中用檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經(jīng)過的地下巖層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過對地震波記錄進行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。地震勘探在分層的詳細(xì)程度和勘查的精度上，都優(yōu)于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般從數(shù)十米到數(shù)十千米。 

    爆炸震源是地震勘探中廣泛采用的非人工震源。目前已發(fā)展了一系列地面震源，如重錘、連續(xù)震動源、氣動震源等，但陸地地震勘探經(jīng)常采用的重要震源仍為炸藥。海上地震勘探除采用炸藥震源之外，還廣泛采用空氣、蒸汽及電火花引爆氣體等方法。 

    地震勘探是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段。在煤田和工程地質(zhì)勘察、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面，地震勘探也獲得廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代以來，對某些類型的金屬礦的勘查也有選擇地采用了地震勘探方法。 

 發(fā)展簡史　

    地震勘探始于19世紀(jì)中葉。1845年,R.馬利特曾用人工激發(fā)的地震波來測量彈性波在地殼中的傳播速度。這可以說是地震勘探方法的萌芽。在一次世界大戰(zhàn)期間，交戰(zhàn)雙方都曾利用重炮后坐力產(chǎn)生的地震波來確定對方的炮位。

　　反射法地震勘探早期起源于1913年前后R.費森登的工作,但當(dāng)時的技術(shù)尚未達(dá)到能夠?qū)嶋H應(yīng)用的水平。1921年，J.C.卡徹將反射法地震勘探投入實際應(yīng)用，在美國俄克拉荷馬州開始記錄到人工地震產(chǎn)生的清晰的反射波。1930年，通過反射法地震勘探工作,在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了3個油田。從此，反射法進入了工業(yè)應(yīng)用的階段。 

　　折射法地震勘探始于20世紀(jì)早期德國L.明特羅普的工作。20年代，在墨西哥灣沿岸地區(qū)，利用折射法地震勘探發(fā)現(xiàn)很多鹽丘(見底辟構(gòu)造)。30年代末，蘇聯(lián)Г.А.甘布爾采夫等吸收了反射法的記錄技術(shù)，對折射法作了相應(yīng)的改進。早期的折射法只能記錄先到達(dá)的折射波，改進后的折射法還可以記錄后到的各個折射波，并可更細(xì)致地研究波形特征。50～60年代，反射法的光點照相記錄方式被模擬磁帶記錄方式所代替，從而可選用不同因素進行多次回放，提高了記錄質(zhì)量。70年代，模擬磁帶記錄又為數(shù)字磁帶記錄所取代，形成了以高速數(shù)字計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字記錄、多次覆蓋技術(shù)、地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)相互結(jié)合的完整技術(shù)系統(tǒng)，大大提高了記錄精度和解決地質(zhì)問題的能力。 

　　從70年代初期開始，采用地震勘探方法研究巖性和巖石孔隙所含流體成分。根據(jù)地震時間剖面振幅異常來判定氣藏的“亮點”分析，以及根據(jù)地震反射波振幅與炮檢距關(guān)系來預(yù)測油氣藏（見圈閉）的AVO分析,已有許多成功的例子。從地震反射波推算地層波阻抗和層速度的地震擬測井技術(shù)，在條件有利時，可以取得有地質(zhì)解釋意義的實際效果。現(xiàn)代的地震勘探正由以構(gòu)造勘探為主的階段向著巖性勘探的方向發(fā)展。 

　　中國于1951年開始進行地震勘探，并將其應(yīng)用于石油和天然氣資源勘查、煤田勘查、工程地質(zhì)勘查及某些金屬礦的勘查。 

勘探過程　

    地震勘探過程由地震數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和地震資料解釋3個階段組成。 

地震數(shù)據(jù)采集

    在野外觀測作業(yè)中，一般是沿地震測線等間距布置多個檢波器來接收地震波信號。安排測線采用與地質(zhì)構(gòu)造走向相垂直的方向。依觀測儀器的不同，檢波器或檢波器組的數(shù)量少的有24個、48個，多的有96個、120個、240個甚至1000多個。每個檢波器組等效于該組處的單個檢波器。每個檢波器組接收的信號通過放大器和記錄器，獲得一道地震波形記錄，稱為記錄道。為適應(yīng)地震勘探各種不同要求，各檢波器組之間可有不同排列方式，如中間放炮排列、端點放炮排列等。記錄器將放大后的電信號按一定時間間隔離散采樣，以數(shù)字形式記錄在磁帶上。磁帶上的原始數(shù)據(jù)可回放而顯示為圖形。 

　  常規(guī)的觀測是沿直線測線進行，所得數(shù)據(jù)反映測線下方二維平面內(nèi)的地震信息。這種二維的數(shù)據(jù)形式難以確定側(cè)向反射的存在以及斷層走向方向等問題，為精細(xì)詳查地層情況以及利用地震資料進行儲集層描述，有時在地面的一定面積內(nèi)布置若干條測線，以取得足夠密度的三維形式的數(shù)據(jù)體，這種工作方法稱為三維地震勘探。三維地震勘探的測線分布有不同的形式，但一般都是利用反射點位于震源與接收點之中點的正下方這個事實來設(shè)計震源與接收點位置，使中點分布于一定的面積之內(nèi)。 

地震數(shù)據(jù)處理 

    數(shù)據(jù)處理的任務(wù)是加工處理野外觀測所得地震原始資料，將地震數(shù)據(jù)變成地質(zhì)語言──地震剖面圖或構(gòu)造圖。經(jīng)過分析解釋，確定地下巖層的產(chǎn)狀和構(gòu)造關(guān)系，找出有利的含油氣地區(qū)。還可與測井資料、鉆井資料綜合進行解釋(見鉆孔地球物理勘探)，進行儲集層描述，預(yù)測油氣及劃定油水分界。 

　　削弱干擾、提高信噪比和分辨率是地震數(shù)據(jù)處理的重要目的。根據(jù)所需要的反射與不需要的干擾在波形上的不同與差異進行鑒別，可以削弱干擾。震源波形已知時，信號校正處理可以校正波形的變化，以利于反射的追蹤與識別。對高次覆蓋記錄提供的重覆信息進行疊加處理以及速度濾波處理，可以削弱許多類型的相干波列和隨機干擾。預(yù)測反褶積和共深度點疊加，可消除或減弱多次反射波。統(tǒng)計性反褶積處理有助于消除淺層混響，并使反射波頻帶展寬，使地震子波壓縮，有利于分辨率的提高。 

　　地震數(shù)據(jù)處理的另一重要目的是實現(xiàn)正確的空間歸位。各種類型的波動方程地震偏移處理是構(gòu)造解釋的重要工具，有助于提供復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)的正確地震圖像。 

　　地震數(shù)據(jù)處理需進行大數(shù)據(jù)量運算，現(xiàn)代的地震數(shù)據(jù)處理由高速電子數(shù)字計算機及其相應(yīng)的外圍設(shè)備組成。常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理程序是復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。 

地震資料解釋 　

    包括地震構(gòu)造解釋、地震地層解釋及地震烴類解釋或地震地質(zhì)解釋。 

　　地震構(gòu)造解釋以水平疊加時間剖面和偏移時間剖面為主要資料，分析剖面上各種波的特征，確定反射標(biāo)準(zhǔn)層層位和對比追蹤，解釋時間剖面所反映的各種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，構(gòu)制反射地震標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)造圖。 

　　地震地層解釋以時間剖面為主要資料，或是進行區(qū)域性地層研究，或是進行局部構(gòu)造的巖性巖相變化分析。劃分地震層序是地震地層解釋的基礎(chǔ)，據(jù)此進行地震層序之沉積特征及地質(zhì)時代的研究，然后進行地震相分析，將地震相轉(zhuǎn)換為沉積相，繪制地震相平面圖，劃分出含油氣的有利相帶。 

　　地震烴類解釋利用反射振幅、速度及頻率等信息，對含油氣有利地區(qū)進行烴類指標(biāo)分析。通常需綜合運用鉆井資料與測井資料進行標(biāo)定分析與模擬解釋，對地震異常作定性與定量分析,進一步識別烴類指示的性質(zhì),進行儲集層描述，估算油氣層厚度及分布范圍等。 

勘探方法　

    包括反射法、折射法和地震測井（見鉆孔地球物理勘探）。前兩種方法在陸地和海洋均可應(yīng)用。 

　　研究很淺或很深的界面、尋找特殊的高速地層時，折射法比反射法有效。但應(yīng)用折射法須滿足下層波速大于上層波速的特定要求，故折射法的應(yīng)用范圍受到限制。應(yīng)用反射法只要求巖層波阻抗有所變化，易于獲得滿足，因而地震勘探中廣泛采用的是反射法。 

反射法

    利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層界面時，一部分能量被反射,一部分能量透過界面而繼續(xù)傳播。 

    在垂直入射情形下有反射波的強度受反射系數(shù)影響，在噪聲背景相當(dāng)強的條件下，通常只有具有較大反射系數(shù)的反射界面才能被檢測識別。地下每個波阻抗變化的界面，如地層面、不整合面（見不整合）、斷層面（見斷層）等都可產(chǎn)生反射波。在地表面接收來自不同界面的反射波，可詳細(xì)查明地下巖層的分層結(jié)構(gòu)及其幾何形態(tài)。 

　　反射波的到達(dá)時間與反射面的深度有關(guān)，據(jù)此可查明地層埋藏深度及其起伏。隨著檢波點至震源距離（炮檢距）的，同一界面的反射波走時按雙曲線關(guān)系變化，據(jù)此可確定反射面以上介質(zhì)的平均速度。反射波振幅與反射系數(shù)有關(guān)，據(jù)此可推算地下波阻抗的變化，進而對地層巖性作出預(yù)測。 

    反射法勘探采用的炮檢距一般不超過目的層的深度。除記錄到反射波信號之外，常可記錄到沿地表傳播的面波、淺層折射波以及各種雜亂振動波。這些與目的層無關(guān)的波對反射波信號形成干擾，稱為噪聲。使噪聲衰減的主要方法是采用組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個檢波器，有時還需用組合震源代替單個震源，此外還需在地震數(shù)據(jù)處理中采取進一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射，因而在地面可記錄到經(jīng)過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射系數(shù)的界面,可能產(chǎn)生較強振幅的多次反射波,形成干擾。 

　　反射法觀測廣泛采用多次覆蓋技術(shù)。連續(xù)地相應(yīng)改變震源與檢波點在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面，反射點在炮檢距點的正下方。具有共同反射點的相應(yīng)各記錄道組成共點道集，它是地震數(shù)據(jù)處理時所采用的基本道集形式，稱為CDP道集。多次覆蓋技術(shù)具有很大的靈活性，除CDP道集之外,視數(shù)據(jù)處理或解釋之需要,還可采用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。采用多次覆蓋技術(shù)的好處之一就是可以削弱這類多次波干擾，同時尚需采用特殊的地震數(shù)據(jù)處理方法使多次反射進一步削弱。

　　反射法可利用縱波反射和橫波反射。巖石孔隙含有不同流體成分，巖層的縱波速度便不相同，從而使縱波反射系數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)所含流體為氣體時，巖層的縱波速度顯著減小，含氣層頂面與底面的反射系數(shù)絕 對值往往很大，形成局部的振幅異常，這是出現(xiàn)“亮點”的物理基礎(chǔ)。橫波速度與巖層孔隙所含流體無關(guān)，流體性質(zhì)變化時，橫波振幅并不發(fā)生相應(yīng)變化。但當(dāng)巖石本身性質(zhì)出現(xiàn)橫向變化時，則縱波與橫波反射振幅均出現(xiàn)相應(yīng)變化。因而，聯(lián)合應(yīng)用縱波與橫波，可對振幅變化的原因作出可靠判斷，進而作出可靠的地質(zhì)解釋。 

　　地層的特征是否可被觀察到，取決于與地震波波長相比它們的大小。地震波波速一般隨深度增加而，高頻成分隨深度增加而迅速衰減，從而頻率變低，因此波長一般隨深度增加而。波長限制了地震分辨能力，深層特征須比淺層特征大許多，才能產(chǎn)生類似的地震顯示。如各反射界面彼此十分靠近，則相鄰界面的反射往往合成一個波組，反射信號不易分辨，需采用特殊數(shù)據(jù)處理方法來提高分辨率。

折射法　

    利用折射波（又稱明特羅普波或首波）的地震勘探方法。地層的地震波速度如大于上面覆蓋層的波速，則二者的界面可形成折射面。以臨界角入射的波沿界面滑行，沿該折射面滑行的波離開界面又回到原介質(zhì)或地面，這種波稱為折射波。折射波的到達(dá)時間與折射面的深度有關(guān)，折射波的時距曲線（折射波到達(dá)時間與炮檢距的關(guān)系曲線）接近于直線，其斜率決定于折射層的波速。 

　　震源附近某個范圍內(nèi)接收不到折射波，稱為盲區(qū)。折射波的炮檢距往往是折射面深度的幾倍，折射面深度很大時，炮檢距可長達(dá)幾十公里。

地震測井 

    直接測定地震波速度的方法。震源位于井口附近，檢波器沉放于鉆孔內(nèi)，據(jù)此測量井深及時間差，計算出地層平均速度及某一深度區(qū)間的層速度。由地震測井獲得的速度數(shù)據(jù)可用于反射法或折射法的數(shù)據(jù)處理與解釋。在地震測井的條件下亦可記錄反射波，這類工作方法稱為垂直地震剖面(VSP)測量,這種工作方法不僅可準(zhǔn)確測定速度數(shù)據(jù)，且可詳查鉆孔附近地質(zhì)構(gòu)造情況。

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