地震技术新型发展.ppt

地震勘探,地震勘探新技术简介,GPS技术勘探,三维地震勘探,槽波地震勘探,海上地震勘探,GPS新技术在石油地震勘探中的应用,GPS 技术的特点随着经济社会的不断发展和科技技术的进步,石油供求矛盾日益突出。近年来,GPS系统在陆地石油地震勘探测量和海洋石油地震勘探测量中被广泛应用。这主要依赖于GPS系统能够在各个领域内向用户提供实时、全天候和全球性的导航服务,通过GPS卫星发送的导航定位信号能够进行静态定位、动态定位、速度测量等,促进了陆地石油地震勘探测量和海洋石油地震勘探测量的顺利实施。,GPS新技术在石油地震勘探中的应用,GPS测量技术最基本的定位模式静态定位 在石油地震勘探野外生产中,主要用静态定位的方法来建立工区内的GPS控制网和用GPS快速静态定位的方法来建立相应的检查点或者加密、延伸控制点等。动态定位 就是在运动载体上安设GPS信号接收机,实时地测得GPS信号接收天线的所在位置。在石油地震勘探测量野外生产中,主要用RTK/RTD技术实时测定流动站GPS信号接收天线的位置,从而把已经设计好的接收点和激发点准确的放样在野外实地上。,GPS新技术在石油地震勘探中的应用,主要有GPS RTK技术-即实时动态载波相位差分 技术和GPS RTD技术-实时动态伪距差分技术。GPS 新技术种类精密相对定位技术 数据处理的方法是常将精密星历及IGS站点联测作为起算数据。IGS免费发布其站点的观测值数据和精密星历,并采用ITRF作为精密星历计算和GPS数据分析的坐标框架基准。通常情况下可使用高精度数据软件对IGS跟踪站及所建网点的数据进行基线处理,并且空间卫星应采用精密星历来进行定轨。,GPS新技术在石油地震勘探中的应用,精密单点定位技术 采用精密单点定位时,首先要根据分布在全球的若干基准站的数据进行精密卫星轨道参数和卫星钟差的计算,再根据计算结果对单台接收机采集的非差相位数据进行处理,最终确定测站的精确坐标。广域差分技术 它是在广大的地域范围内,设立若干GPS跟踪站构成差分GPS基准网,对GPS观测量的误差源进行区分,并将每种误差源都模型化再由无线电通信数据链将计算出的误差源数值传送给用户,从而可更正用户GPS观测量,削弱误差源,使定位精度得到改善。,GPS新技术在石油地震勘探中的应用,网络RTK 技术 它是利用网络将计算机中心与基准站相连接,联合若干基准站数据解算或消除对流层、电离层等影响,从而达到RTK定位精度和可靠性的提高。通过对内部结构的改造,如GPS天线、处理器等,及通讯手段的完善,使得电台传输有限范围小的限制得到了突破。信标差分技术 它是利用已有的海上无线电信标台,加一个副载波调制在发射信号中,以发射GPS差分修正信号,该技术的定位导航可达到米级精度。,山地三维地震勘探技术,1 山地三维地震勘探的特点 地形复杂施工难点大 与平原地区地震勘探相比,山区海拔高,相对高差大,地形陡峭,沟谷纵横,地震施工的表层、浅层地震地质条件比较复杂。由于多年的风化剥蚀和水土流失,在山地相对突出的地段往往,形成大面积基岩裸露区;而在地势相对较低的沟谷地段,存在大量不均匀坡积洪积物,对钻机成孔及检波器埋置带来困难。山地交通运输条件也十分不便,道路崎岖,人员通行及作业十分艰难,现代化车载设备无用武之地,对钻探、物探设备性能要求较高,给地震施工带来诸多困难。,山地三维地震勘探技术,激发条件差 在岩石裸露区,与平原地区相比,没有相对稳定的激发层位。山区地表水径流严重,钻探水源问题无法解决,山高坡陡,常规钻探机械上不去,尤其在部分陡崖地段,轻便钻机也很难上去,易造成空炮。在基岩上激发,随机干扰较大,面波、声波、高频干扰严重。在冲沟内,多为山间冲洪积堆积物,第四纪浮土与大块滚石、砾石互层堆积,成井条件相当复杂。个别山梁地段分布有黄土及松软的风化壳,虽然成孔容易,但激发效果不好。,山地三维地震勘探技术,1.3 接收条件复杂 高山地形高差变化大,布线工作十分困难,一些陡崖地段对人员作业存在安全隐患。大片裸露基岩非常坚硬,无法直接放置检波器。因高山气侯原因,漏电干扰比较严重。迎风坡面风力很强,电缆和检波器抖动,噪声背景大,接收条件差。山区静校正难点多与平原区相比,山区地震勘探,地形起伏较大,有的相邻炮点、相邻检波点之间,高程突变可达数 m甚至十几 m,其影响已远远超过地质任务查明 5m断层、3m 断点的落差。因此,山区地震勘探对山区静校正工作要求非常严格,除保证每一个炮点、检波点的位置、高程及编号都要准确无,山地三维地震勘探技术,误外，还要采用基于折射波理论的折射静校正方法,对原始单炮初至折射波进行拾取,求取近地表模型,计算求取静校正量,最终消除由地形与低速带的速度和厚度变化等因素所带来的误差。2 山地三维地震勘探施工方法 2.1 试验 山区三维地震勘探正式施工前,结合山区地表条件、浅层地震地质条件、深层地震地质条件等,因地制宜做好试验工作。试验点的布置原则为:在测区内均匀分布,重点掌握基岩出露区、沟谷堆积区等不同地段的地震激发条件和有效波的发育情况。,山地三维地震勘探技术,试验内容主要包括波场调查、井深试验、药量试验、仪器因素试验。做好施工前实地踏勘,对重点影响施工质量及人身安全的陡崖、深谷等险要地段采取安全质量防范措施,提前编制施工预案。2.2 山地施工的激发方式 根据点试验成果及山区地表施工的具体特点,成孔时采用以轻便式风动钻机为主、其它轻便钻机为辅的设备组合。对山地钻机成孔和激发的总体要求如下。以下风动方式为主,适应山区表层硬岩和没有水源的条件。,山地三维地震勘探技术,钻机必须体积小、重量轻、解体性能好,适合陡峭山地人力搬运作业,能在险峻地段成孔,降低地震施工空炮率。做到闷井激发,下药后回填钻井碎屑,分段填实,保证闷井效果。在坡积物覆盖地段,先用人工挖去浮土后再用冲击钻施工,以保证炸药在岩石中激发。采用成型柱状炸药震源,携带运输方便,与成孔口径相当,下药通畅,防水性能好,爆速高,频带宽,适合山区复杂施工条件。2.3 山区三维地震接收条件 在岩石上布设检波器时,采用铁钎打眼、浮土填充、石膏粘贴等方法,确保检波器与地面有良好的耦合。,山地三维地震勘探技术,检波器在浮土地段,清除周围杂草,采用挖坑、插直、压实的方法埋置。大风天施工时,不但对检波器进行埋置,对检波器附近的大线也进行埋置,最大限度地减少随机干扰。同时加强警戒,杜绝人为和机械干扰。雨雾天气施工,对交叉站,大线接头,采集站和检波器夹子等经常用毛巾擦拭,保持清洁干燥,防止漏电情况发生。采用 Sercel-408UL 地震仪施工,该仪器压制噪音效果好。由于采集站和检波器接头为一体,防漏电能力强,具有先进的分布式布设大线技术,确保了电缆的正确铺设和对噪音、漏电的压制。该仪器精度高、频带宽、灵敏度高,能充分保留高频信息,提高地震反射波的分辨率。,山地三维地震勘探技术,2.4 山区地震静校正工作 由于山区地表高程的急剧变化及地表低(降)速带厚度、速度的横向变化,使得地震波旅行时间产生差异,这种时差对有效地震信号的叠加产生干扰,致使反射波同相轴信噪比下降、频率降低。采用合适的静校正方法和参数,可以消除这种时差,确保叠加剖面的质量。3 山区三维地震勘探工程实例 以山西省某地三维地震勘探为例,该勘探区位于山西太行山麓,区内山势险峻,陡崖壁立,海拔都在 1000m 以上。水力侵蚀和垂直切割作用明显,相对比高最大超过 200m,为典型的山地地貌。这次三维地震勘探从设计、试验、施工、资料处理和解释等环节进行了充分论证和严格把关,取得较好的地震成果,圆满完成设计规定的地质任务。,山地三维地震勘探技术,3.1 山区三维地震野外主要采集参数 数据采集系统采用法国产 408UL 型数字地震仪。激发参数。井深:3m17m(视黄土覆盖和基岩出露区不同情况);药量:基岩孔 12kg,黄土孔 23kg;震源:单井激发、成型柱状震源炸药。接收因素。实测炮点、检波点坐标和高程,点位要准确无误。按照三维设计观测系统图,要求每个炮点和检波点都有唯一的编号和位置,采用 6 个自然频率为 40Hz 的检波器组合,挖坑埋置。仪器因素。采样间隔:0.5ms;记录长度:1.5s;记录格式:SEG-D;记录频带:带宽 0512Hz。,山地三维地震勘探技术,3.2 技术保证措施 加强地震记录现场质量监控工作,发现地震原始记录变差时,及时查找原因,不合格记录及时补炮,确保原始记录质量。对现场获得的测线记录进行初步处理、及时分析,反馈质量信息,指导野外施工。炮点、检波点、磁带文件等编号,必须按设计要求进行,建立完整、准确地空间属性文件,以利于野外施工及资料处理。当因客观原因改变点位时,偏离垂距不得超过 1m,且必须在班报上标记清楚。,山地三维地震勘探技术,3.3 资料处理 地震勘探数据处理在 Sun Ultra 80 工作站上进行,采用 CGG 公司的 GEOVECTEURPLUS V7.0 软件包和 Green Mountain V5.1 版本的绿山初至折射静校正软件,处理过程以高保真度、高分辨率、高信噪比为原则。静校正处理。在处理时采用了美国绿山公司的折射静校正软件,以海拔标高1 000m 为基准面进行静校正处理,替换速度为3000m/s。本区地形高差相对变化大,单炮记录的初至波到达时间长短不一,静校正前后单炮记录面貌变化较大。,山地三维地震勘探技术,三维剩余静校正。首先在定义的时窗和倾角范围内确定计算自相关的同相轴,然后计算剩余静校正量。这样能够避免线束间的静校正差异,造成线束间同相轴不闭合的问题。这次资料处理时,进行了速度分析与剩余静校正的三次迭代工作,获得了较为满意的效果。,海上地震勘探新技术,近年来由于 国 际 油 价 一 直 居 高 不 下 石 油 公司加大了海洋 勘 探 投 入 力 度海上地震勘探新技术新方法随之 得 到 发 展 应 用海洋特别是深水领域蕴藏的油气资源丰富 勘 探 潜 力 巨 大 未 来 将持续成为勘探的热点领域由于海洋石油工业的特殊性 具有高投入高风险的性质因此海洋地震勘探技术的进步对于推动海上油田开发具有重大的经济价值和战略意义 随着油气勘探程度的不断提高 由 构 造 勘探向岩性勘探发展 勘探目标日益复杂 诸如高陡构造盐下成像等等中深层勘探的商业潜力日益凸显针对中深层的勘探技术日益得到重视 地震勘探难度的 加 大 对地震勘探分辨率和成像要求的提高使得常规地震勘探技术往往难以解决出现的复杂勘探问题 因此近年来国内进行了大量的海上地震 勘 探 新 技 术 的 研 究 与 应 用 有 力 推动了油田的勘探开发。,海上地震勘探新技术,深水长缆大震源采集技术 随着海洋勘探从浅海走向深水，勘探的目的层越来越深。为解决深部构造成像问题，所需电缆越来越长。由于目的层埋藏深，往往地质层位间的波阻抗差异比较小，此外部分海域存在高速屏蔽层的影响使得中深层地震能量弱，信 噪比差，通过增加震源能量特别是低频端能量以最大限度地提高下传激发能量，是当前中深层勘探方法中比较有效的手段之一。当然为了保证震源子波的频谱特性以及受空压机等其他设 备条件的限制，不可能为了提高激发能量而随意无限制的增加震源总容量。因此大多震源设计中，通过提高震源阵列中的大容量单枪比例，以增加震源子波中的低频成分，地层中高频成分衰减更快，增加低频有利于深层成像。从南海某海洋长缆大震源地震采集效果来看，相比于常规拖缆长缆大震源采集技术对深层成像效果（包括反射能量和分辨率）具有明显改善。,海上地震勘探新技术,立体震源技术 传统的气枪震源其所有子阵列都位于同一平面内，即所有气枪的沉放深度一致，相对而言操作方便、排列简单，目前海上地震勘探一般都使用这种传统的阵列设计模型，如图中所示。长缆大震源采集技术通常应用于深水构造勘探，近年来随着勘探难度的加大，对震源品质的要求更高，不仅要求震源子波具有主脉冲强、初泡比大、频带宽，而且要求低频能量强、频谱光滑、陷波点频谱能量相对较强。立体震源技术所设计的气枪阵列中各子阵沉放在不同的深度，具有多种优化组合方式，使得立体阵列的形式 变 化 多 样，图 中所示为常见的一种立体 震 源 设 计 方 式，对于海上双源物探船，左右震源的大小和尺寸一般是对称的，可以相对比较容易地通过左右源沉放不同的深度来实现立体震源采集。,海上地震勘探新技术,平面震源一般要求同步激发，每个气枪的同步精度要求在 1ms以内，而立体震源往往非同步（延迟）激发。图中所示的立体震源，上层震源先激发后，当脉冲波传播到下层震源处再激发下层震源，这样上下震源的子波脉冲同相叠加形成立体延迟震源子波脉冲，而上下震源的虚反射由于存在延迟时间不能实现同相叠加而有效降低了虚反射的影响。也即立体震源能够 同时保持浅层与深层阵列各自的优势，浅层阵列的高频成分和深层阵列的低频成分相互补充拓宽了震源频带，在基本没有改变震源总体能量的情况下，提高了低频能量。,海上地震勘探新技术,图所示是南海潮汕某工区立体震源采集资料与常规大震源采集资料的深层成果对比。可以看出采用立体震源的地震剖面成像效果更好，深部地层的反射特征更明显，分辨率更高。,海上地震勘探新技术,上下拖缆采集技术 海洋地震勘 探 中，由于海水面是一理想的镜像反射界面,受海面虚反射和震源的气泡效应的影响，地震采集数据存在不同程度的陷波，影响资料的频带宽度。浅震源和浅沉放拖缆增加了高频成分，而相应损失了低频成分；深震源和深沉放拖缆有利于增强低频成分，相应削弱了高频成分。常规拖缆无论二维或三维勘探，根据采集设计参数，拖缆沉放在设定的深度，作业标准规定拖缆的深度控制偏差在+1的范围内，这样很难采集到高、低频信息都比较丰富的地震资料。上下拖缆采集技术是由物探船同时拖带垂向上不同深度的两条拖缆进行数据采集，是随 物探装备技术的进步,特别是拖缆横向控制技术的突破而发展起来的一种地震勘探方法.,海上地震勘探新技术,图 所示为上下缆采集原理示意图,海上地震勘探新技术,2009年，南海潮汕工区完成国内首次上下缆采集试验，上缆沉放深度为9m。下缆沉放深度为16m，震源沉放深度为9m，图所示为该工区相同测线不同年度上下缆采集资料与常规拖缆采集资料处理成果剖面对比，可以看出，上下缆采集技术更有利于中深层成像，上下缆资料信噪比更高剖面中基底和凹陷内幕反射结构更加清合理。,海上地震勘探新技术,海上地震勘探新技术,海底电缆地震采集技术 海上拖缆地震勘探采集单一的纵波波资料，而海底电缆地震勘探是由气枪p波震源激发，海底电缆内的四分量检波器一般是一个压力检波器 水检和三个相互正交速度检波器（陆检）来接收纵波（水检分 量和速度检波器的垂直分量z)和转换横波(速度检波器的两个水平分量x、y）海底电缆技术正是基于此兼顾p 波和转换横波实现多波多分量勘探。相对于海上常规拖缆地震勘探，海底电缆具有无可比拟的技术优势，主要表现在以下几个方面：1海底电缆多波多分量技术,由于纵、横波传输机理的不同,横波具有 气云区成像、裂缝检测、流体识别等优势,纵、横波联合勘探能够有 效降低处理解释的非唯一性。,海上地震勘探新技术,2海底电缆布设在海底，作业中经过初至波和声学二次定位，能够获得更精确的检波点位置信息。3海底电缆作业中源缆分离，可实现束线、面积等不同方式采集，勘探施工更加灵，活可方便地实现宽方位、高密度地震采集技术，有利于观测系统变观，弥补拖缆无法在平台密集区施工的不足。4通过水陆检资料的合并处理可以消除鬼波干扰，拓宽地震资料频带，提高分辨率。由于海底电缆地震勘探的技术优势，近年来中国近海完成了多个区块的海底电缆三维地震勘探，采集作业工作量连年攀升，获得了大量高精度的多波地震数据，对油气勘探开发起到了重要作用。图 为渤海某区块海底电缆与拖缆采集资料成像效果对比,海上地震勘探新技术,海上地震勘探新技术,海底电缆地震双检波器数据合并处理技术的成功应用，有效地削弱了鬼波影响，地震 资 料 的 信 噪 比、连 续 性、分辨率均有了明显提高，断 层 断 点 清 晰 可 靠，构 造 形 态 清 楚，剖 面 中 断层和大倾角反射比常规叠后偏移有了明显提高。,槽波地震勘探技术,槽波地震勘探原理和方法井下使用的地震勘探方法分为两种：一种是在巷道中利用地震体波来探测或下伏地质构造的地震反身法，它类同于常规的地面地震反射方法;另一种就是井下槽波地震勘探 煤层的密度低于围岩,弹性波在煤层中的传播速度比围岩中低，因此煤层内震源激发的地震波不能向三维方向传播而总是在两个界面(顶板和底板)之间产生层内全反射形成槽波(或称煤层波)。槽波的一个重要特性是其能量被限制在煤层中且能在煤层中传播相当长的距离。槽波的类型和特点槽波的类型：根据槽波在煤层中传播时质点振动方向的不同,将槽波分为二类.,槽波地震勘探技术,拉夫型槽波：这种波的质点振动方向平行于煤层层面，垂直于波的传播方向 瑞利型槽波：当煤层和岩石质点运动方向与波的传播方向平行时，这种波称为瑞利型槽波。在实际观测中，只要将检波器轴平行于煤层和垂直于波传播的方向布置，则很容易接收到拉夫型槽波，而瑞利型槽波的产生件要难于拉夫型槽波，且在观测时，必须将检波器的轴垂直于煤层面和平行于波的传播方向布置，才可观测到瑞利型槽波，故在实际中主要是利用拉夫型槽波槽波槽波特点：振幅和能量，槽波是标准的频散波频散越大，煤层中的槽波能量就越高。所示当频率增高时槽波的振幅在岩石中较小，在煤层中较大，因为振幅的平方与波的能量成正比，所以高频槽波与煤层的关系非常密切，不离开煤层。,槽波地震勘探技术,一般地讲拉夫型对称槽波在横向上振动，在煤层中心振幅最大，朝顶底板方向振幅变小；相反对称的瑞利型槽波由纵波和垂直于煤层极化的横波运动分量组成，其垂直分量在煤层中心消失，而在煤层中心的上部和下部朝着顶板方向和底板方向变大，但相位相反。槽波的波散：作为频散的结果可以区分出相速度(主要是槽波第一个起始信号的传播速度)和群速度(波能量主要部分的移劝速度)。对于一定的波长来说相速度和群遭度差异越大频散就越大，槽波峋波散亦表现得越明显。槽波的频率和速度：与地面地震勘探相比较，槽波具有频率高而速度低的特点，槽波的频率随探测距离的增大而降低，另外槽波的速度还受矿山压力，煤层结构，煤质等因素影响。,槽波地震勘探技术,槽波地震的测量方法利用槽波地震勘探探测工作面前方小型地质构造的方法有两种：即反射法和透射法。前者用来探测构造破坏的位置，后者用来了解落差与煤层厚度可比拟的断层构造。(l)槽波反射法利用槽波反射法，进行反射测量时要有合适的巷道或工作面，在这样的巷道或工作面中布置激发槽波的爆炸点和接收反射槽波的检波器。利用炸药震源或机械震源在煤层中激发槽波，在煤层内从爆炸点呈圆形向所有方向传播，当遇到断层时，由于断层面是一个良好的反射层，因而形成反射，这时利用特殊的槽波地震仪，记录由置在巷道壁或工作面壁上的检波器所接收到的反射槽波信号，然后通过专用的槽波地震数字处理方法，确定煤层中断层的位置和走向。,槽波地震勘探技术,槽波反射测量时，在地震记录上可以反射指示的形式直接给出所测断层位置的资料。炮点和检波器的布置原则要使反射层的槽波能被检波器接收到，这通常可以把炮点布置注检波器排列附近很小的距离上来实现，当然，反射体的位置必须允许在现有开采巷道中接收槽波。(2)槽波透射法从每个爆炸点把槽波发射到一个或数个检波器排列上，对此需要一条巷道安置检波器和测量基线，此外在该煤层中的另一条巷道布置爆炸点，便于能够收到通过要研究未揭露煤层部分而传播的槽波。这里研究的是一个扇面中槽波的直接路径，这个扇面的边界由爆炸点和排列最边上的检波器来确定。,槽波地震勘探技术,在透射法中如果检波器排列中证实有槽波 那么就表明在透射范围内不存在超过煤厚的干扰(断层冲刷煤层尘化等)如果没有收到槽波(图7 中虚线)则可以推断有错断煤层的破坏。上述两种方法在实际生产中究竟采用那一种，主要取决于研究的目的和现有井巷工程同断层的几何关系。为了给工作面设计和综采提供可靠的资料，两种方法组合往往是必要的。,震源、检波器、记录设备及处理系统 根据震源和检波器的位置不同,槽波地震还可分为三种不同的方式:l)煤巷与煤巷之间的探测,简称面到面法。2)煤巷与钻孔之间的探测,简称面到孔法。3)钻孔与钻孔之间的探测,简称孔到孔法。震源 在拉夫型槽波的激发中有三点要求:波的激发应在所要求的“正确频率范围”内,以便获得尽可能高的频率;应当产生“正确激化波即SH波(拉夫型槽波);震源必须满足防爆规程。在这些条件下,目前槽波的激发仍是锤击和放炮。出于能量的原因,一般采用小药量就足够了。在选择药量时,地面高分辨率地震的经验可以借用于槽波地震。小药量激发可以产生高频振动。另外,目前新震源研究的目的是制造具有可控辐射特性和信号形态的重复振源。,检波器检波点需用两个单分量或一个双分量检波器,且这两个分量要相互垂直,主要是在同一点观测两种平行振动分量.钻孔深度的选择要使检波器能很好地和硬煤偶合,而不是在疏松煤壁附近。一般需要2米深的钻孔,记录设备 槽波地震勘探仪器,英国是采用SN338;HR加防爆设备改装而成的。在联邦德国,油埃森采矿研究中心与普拉克拉一蔡斯莫斯陌司(汉诺威)合作研制成功fMDH数字测量仪器,它的主要部分是由美国的DFS一V数字地震仪组成。该仪器主要采用地面地震仪器的结构设计特点,成功地使之符合防爆要求以供井下使用,续缺点是仪器箱体比较大而笨重,联系单元和控制单元昂贵。在探测极薄煤层和离振源很近的破坏带时,频率范围高达Zoo0HZ,使用一般的地震仪是办不到的。联邦德国WBK地球物理研究所研制成功的SEAMEX一85型本质安全火花型矿井地震仪解决了这些问题,而且具有更进一步的优点.,处理方法 井下槽波地震勘探与地面地震勘探的主要差别在于槽波是一种制导波,具有很强的波散特性,这种性质使得地震脉冲被扩展成延续一段时间的长波列,很难确定槽波信号的初至。因此,槽波地震数据处理除了可以采用一般的地面地震数据处理方法外,针对槽波的特点,联邦德国研究出包络迭加法和两分量分析法(质点运动图和极化分析法)以及波列压缩处理,并研制成了一套处理槽波地震资料的标准程序。英国研究出自适应滞后相位求和法(ALM)(包括经向相位和椭圆相位和法)和动态(共深度道)选排法(DTG)并编制出绘制断层预测图的计算机程序。英、美还研究出相位和宽频带值全息成像法,能把槽波数据显示成全息三维图。,谢谢！,