地震勘探原理.ppt

地球物理方法与石油天然气勘探如果你去油田，看到一座座井架、一口口油井，自然会提出这样的问题，在这一望无际的大平原、戈壁滩上，怎么能知道石油和天然气埋藏在什么地方？这一个个油气田是用什么办法找到的呢？要寻找深埋在地下几千米的油气田资源，的确不是一件容易的事。人们经过不断的试验和总结，吸取和引用了许多其它学科的新技术、新理论，才建立了一整套油气勘探的方法和技术体系。,1石油勘探的主要方法 勘探石油的方法主要有三类。（1）地质法。它通过观测、研究裸露在地面的地层、岩石，对地质资料进行分析综合，了解一个地区有无生成油气和储存油气的条件，最后提出对该地区的含油气评价，指出有利地区。有时在岩石裸露的地区，也可能直接发现油气藏。（2）物探方法。在地表为松散沉积或沙漠覆盖的地区，被海水覆盖的海洋上，地面和海面上看不到岩石，地质法就受到了很大的限制。此时就要应用物探方法。它是根据地质学和物理学的原理，利用电子学和信息论等领域的新技术，建立起来的一种勘探石油方法。利用各种物理仪器，观测地壳上的各种物理现象，从而推断、了解地下的地质构造特点，寻找可能的储油构造。现代应用于石油勘探的主要物探方法有：重力勘探、磁法勘探，电法勘探，地震勘探。（3）钻探法。利用物探方法寻找到的地质构造是不是储存了油气，还需要通过钻探才能确定。,2物探方法 油田深埋在地下，浅则数百米、深则数千米。地球物理勘探是最有效的勘探方法。它是一种通过研究地层（岩石）某些物理性质来查明地下岩石分布形态及油气聚集情况的勘查方法。地球物理勘探依据地下存在着不同岩石，这些岩石的物理性质不同，从而产生不同的物理场，我们在地表，采用各种精密仪器将它测量下来，然后对这些场进行分析研究，作出解释，从而了解地下构造、岩性等地质特性。根据物性依据不同，而有不同的方法。（1）重力勘探方法：以岩石的密度差为依据，在地面测量由它引起的重力变化的方法。（2）磁法勘探：以岩石不同磁性为依据，在地面测量由它引起的磁场变化的方法。（3）电法勘探：以岩石的导电性、导磁性、介电性为依据，在地面测量由它们引起的电场变化的方法。（4）地震勘探：通过对岩石弹性性质的研究来解决地质构造问题。通过人工激发所产生的地震波在地壳内的传播，当遇到弹性性质不同的分界面时可以产生反射、折射等物理现象，利用地震仪在地面将反射及折射的地震波接收并记录下来，经过分析和研究，推算地下不同岩层分界面的埋藏深度等要素，来了解地层的构造形态。,3地球物理测井方法 地球物理测井是应用物理学的原理来解决地质学的问题。它利用专门的仪器设备放入井中，对地层的某些特性进行测量。它的目的就是利用测井技术去寻找地下的油气资源，解决油气田勘探、开发过程中的具体问题，例如岩性、沉积相、沉积环境、地层的地质构造，以及油、气、水的分布规律，油气层水淹情况及状态，储集层性能评价、油气藏描述等问题的研究。测井是对井所穿过地层的一个连续的测量，每一种测井资料都是对地层某种特性的客观反映，例如电阻率测井资料是对地层电学特性的反映，声波测井资料是对地层声学特性的反映，放射性测井是对地层核物理特性的反映。,地震勘探方法 地震勘探就是利用人工方法激发的弹性波，来定位矿藏（包括油气，矿石，水，地热资源等）、确定考古位置、获得工程地质信息。地震勘探所获得的资料，与其它的地球物理资料、钻井资料及地质资料联合使用，并根据相应的物理与地质概念，能够得到有关构造及岩石类型分布的信息。,地震勘探的生产工作，基本上可以分为三个环节：第一阶段是野外工作。在地质工作和其它物探工作初步确定的有含油气希望的地区，布置测线，人工激发地震波，并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来，得到记录了地面振动情况的磁带。第二阶段是室内资料处理。将野外记录的地震信息，转换成便于进行地质解释的形式，即将磁带上的资料转换成经过校正的类似于地质构造显示的地震记录剖面。资料处理更重要的目的，是消除或压制地震记录上的噪声，改善或加强反射信息，并提高反射信号的分辨率。第三阶段是地震资料的解释。运用地震波传播理论和石油地质学的原理，综合地质、钻井和其它物探资料，对地震剖面进行深入的分析研究，确定地质构造的形态和空间位置，推测地层的岩性、厚度和层间接触关系，确定地层圈闭及含油气可能性，直接为钻探提供井位。,地震勘探方法被广泛地应用于石油、天然气、煤田的普查与勘探中。同时，地震勘探方法在水文地质及工程地质中可解决厂址、坝基、桥址的探测，潜水位和含水层的探测，及追索断裂破碎带等。在勘探油气的各种物探方法中，地震勘探已成为一种最有效的方法。,一、地震勘探的基本原理 地震勘探就是利用人工方法引起地壳振动，如利用炸药爆炸产生人工地震，再用精密仪器记录下爆炸后地面上各点的震动情况。利用记录下来的资料，推断地下地质构造的特点。那么人工地震为什么能查明地下地质构造呢？我们知道，当投一块石头到平静的水池里，平静的水面就会出现一圈圈的波纹，向四面八方传播，形成了“水波”。“水波”传到水池边或遇到障碍物时还会返回来，发生所谓的“波的反射”。地震勘探的原理与此十分类似，在地面上某点打井放炮后，爆炸产生的地震波向下传播。地震波遇到地层(速度与密度的乘积有差异)的分界面时，通常会发生反射；同时另一部分地震波还会继续向下传播，碰到相似的地层界面后还会产生反射和透射，即一部分地震波的能量反射回地面，另一部分继续向下传播。与此同时，地面上精密的仪器把来自各个地层分界面的反射波引起地面振动的情况记录下来。然后根据地震波从地面开始向下传播的时刻和地层分界面反射波到达地面的时刻，得出地震波从地面向下传播到达地层分界面，又反射回地面的总时间，再用别的方法测定出地震波在岩层中传播的速度，最后就可得到地层分界面的埋藏深度了。如图1-4-1所示是地震勘探原理示意图。,图1-4-1 地震勘探原理示意图,沿着地面上的一条测线，一段一段地进行观测，对观测结果进行处理后，就可得到形象地反映地下岩层分界面埋藏深度起伏变化的资料地震剖面图。在一个可能有油气的地区（称为工区）内，布置多条测线，形成测线网，并在多条测线上进行这种观测之后，可得到地下地层起伏的完整概念，再综合其它物探方法和地质、钻井等各方面的资料，进行去伪存真，去粗取精，由此及彼，由表及里的分析、研究，就能查明可能储存油气的地质构造，最后确定钻探的井位。概括地说，地震勘探就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播情况，查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目标的一种物探方法。上面介绍的地震勘探原理不难理解，但是真正实现起来有很大的困难。例如在沙漠或黄土覆盖的地区要用人工方法产生较强的地震波就很不容易；炸药爆炸后，地面上的仪器除了接收来自地层界面的反射波外，还会接收其它各种各样的波，如风吹草动，树木、电杆、汽车等，它们都会干扰反射波的接收，往往造成以假乱真；为此人们发展了用于指导地震勘探生产实践的理论和专门的仪器设备，以及一套生产施工的组织和方法。,二、地震勘探的野外工作 野外工作是整个地震勘探重要的基础，它的基本任务是采集地震数据。野外工作是以地震队的组织形式来完成的。野外工作分试验阶段和生产阶段，主要内容是激发地震波和接收地震波。由于采集环境可以是陆地，也可能是海洋，需要研究的地质问题不同，各个工区的施工条件也不一样，所以采集反射地震数据的野外方法也各有不同。如果原始数据有严重缺陷，则没有任何办法可以修补这些问题，因此高质量的野外工作是地震勘探成功的基础。,1试验阶段 地震勘探的野外工作，在方法技术的选择上较为复杂，因为地震记录质量受到多种因素的影响。激发、接收条件不可能一成不变地统一固定下来，而需要进行试验。试验工作的目的是选取最适合本工区的野外方法和技术。试验的项目通常有：（1）干扰波调查，包括工区内干扰波类型，特征；（2）地震地质条件的了解，如低速带的特点、潜水面的位置、地震界面的存在与否、地震界面的质量如何（是否存在地震标准层），速度剖面的特点等等；（3）选择激发地震波的最佳条件，如最合适的观测系统、组合形式和仪器因素的选择等。试验工作一般放在生产之前进行，但在生产过程中如遇特殊情况，也可与生产同时进行。试验工作中必须注意：应由易到难一步一步地解决所提出的任务，逐步使条件复杂。试验中不能同时改变多个试验条件，否则将无法判断记录面貌变化的原因。在试验开始前要有明确的目的、方案。在试验工作进行中，必须及时分析、整理每次试验所获得的资料，总结经验，指导下一次试验的进行。,2生产阶段在试验完成，取得本工区地震标准剖面后，可转入正式生产。生产前应对地震仪器作详细检查，仪器工作正常，才能正式开始生产，生产的基本内容及步骤如下：（1）地震测量 把设计中规定的测线实际布置到工区，在地面上定出各激发点和检波点的位置，在每一排列的炮点位置埋上木桩，写明测线号及桩号，在检波点位置作上标记。最后要绘出测量成果图。（2）地震波的激发 使用炸药震源井中激发时，要在规定的位置钻炮井，把按规定炸药量装好的药包下至井中指定深度，引爆激发。爆炸组在做好激发工作的同时，必须严格做好安全工作。陆上地震勘探多用炸药作为震源，但也使用连续震源或其它激发方式。海上地震勘探多用气枪和电火花进行地震波激发。（3）地震波的接收 这项工作主要由仪器组完成。使用地震检波器、电缆线、野外地震仪等。要按测线上的桩号，摆好排列，在检波点上埋好检波器。排列摆好后，检查线路通畅与否，然后通知爆炸组放炮。在获得合格记录后，每放完一炮，可转移到下一排列继续工作。每天所获得的地震记录，经整理后交计算站或解释中心进行室内资料处理及解释工作。,野外地震勘探数据采集,现代地震勘探测网构成,共中心点（CMP）方法是目前野外使用最普遍的方法。通常要求在同一条直线上必须使用同样的采集方法，这样如果地震数据上发现变化，就可以认为这些变化是由地质原因造成的，而不是由于采集参数的变化造成的。每一道都会有检波器组合，炮点组合也经常用。组合的响应特性取决于地震波的频谱、速度和地震波的传播方向，利用这些性质可以衰减某些特定类型的噪音。,三、地震资料数字处理 地震数据处理强烈地受野外采集参数的影响。共中心点（CMP）记录是最广泛使用的地震数据采集技术，它给地震工作提供冗余度（以覆盖次数衡量），以提高信号质量。覆盖次数是使最终剖面的信号水平产生最大不同的原因。地表条件对野外数据采集质量起很大作用，环境及人口因素也会显著影响野外数据质量，气候条件、记录仪器条件同样对野外数据质量有一定的影响。地震数据采集往往不是在理想条件下进行的，所以我们只能希望在处理时压制噪音，并将信号增强到数据采集质量所允许的范围。,自从有了数字记录以来，地震资料处理流程就在不断发展。但是地震资料处理有三个基本阶段，即反褶积、叠加、偏移。反褶积是通过压缩子波，达到提高时间分辨率的目的。图1-4-2所示是带反褶积和不带反褶积的CMP叠加剖面对比，可以看到经过反褶积处理的CMP叠加剖面分辨率有了明显提高。共中心点叠加是利用CMP记录的冗余度，显著地压制不相关噪音，从而提高信噪比。偏移是使绕射波收敛并将陡倾同相轴移到大致真实的地下位置上，偏移是一个成象过程，可以改善空间分辨率。如图1-4-3和图1-4-4所示是CMP叠加剖面与偏移剖面对比。,图1-4-2 没做反褶积的CMP叠加剖面（左）和做过反褶积的CMP叠加剖面（右）,图1-4-3 CMP叠加剖面（左）和偏移剖面（右）,图1-4-4 CMP叠加剖面（a）和偏移剖面（b）,四、地震资料解释 经过数字处理得到的成果资料主要是水平叠加地震时间剖面，此外还有经过时深转换的水平叠加深度剖面或经过偏移处理的时间剖面或深度剖面。这些地震剖面，特别是水平叠加时间剖面，是目前地震资料解释所依据的最主要的资料。地下情况是复杂的，地震剖面上的许多现象既可能反映地下的真实情况，也可能是某些假象。而且地震剖面上只能大致反映地下地层的起伏形态，至于地下地层的岩性等特征并不清楚。一条条地震剖面只能反映地下地层沿这些剖面的起伏情况，而没有对地层在空间的整个起伏形态作出立体的、完整的描述。地震资料解释工作就是利用水平叠加剖面及其它物探资料（如重力、电法、磁法）和地质、钻井资料来解决这些问题。,利用地震波运动学特点可以进行构造解释，主要包括波对比，地震剖面的地质解释以及绘制构造图，最后根据石油地质方面的资料，推断构造是否有含油气的可能，提供钻井井位。充分利用地震波的动力学特点定量地直接用于确定地层岩性和含油气情况。目前，地震资料解释基本上都采取人机联作解释方法，尤其是三维地震资料解释工作，其数据量及所包含的信息量都是相当庞大的，如果不采用特殊的解释手段，仅仅使用常规的手工解释方法，其难度之大简直无法想象。,人机联作解释是二十世纪八十年代初期开始出现的技术，随着计算机技术及地震勘探技术的发展，它无论是在硬件设备上还是在应用软件上，都得到迅速发展，尤其是应用软件，目前已有很多完善的人机联作解释系统。如国内GRIStation交互综合解释系统包括二维、三维地震解释、三维可视化、地震交互处理、测井交互解释和地质综合分析等子系统。人机联作解释具有手工解释所无法比拟的灵活、方便、高精度和高效率，但也要求有更高水平的解释员。解释员应是精通勘探各领域的专家，并有一定的英语水平和计算机应用能力，否则人机联作解释的高效率和高精度是不易达到的。,一种解释系统性能的好坏，在很大程度上取决于该系统的软件，特别是其应用软件。软件系统大致可以分为三部分：解释程序、绘图程序和数据管理程序。用户可使用数据管理程序进行数据的加载、输入和输出等工作；可利用解释程序进行各种运算（包括数据运算和图形运算）、显示图形和提取所需要的各种地震参数等人机联作解释工作；可利用绘图程序进行原始底图、垂直剖面图、水平切片及各种成果图件（如振幅图、相位图、频率图、等t0图、等深构造图和层位拉平剖面图等等）的绘制和硬拷贝。,地震资料人机联作解释工作的主要内容包括地震构造解释和地震地层学解释。在一个地区取得地震数据后，首先要进行构造解释，在基本掌握了工区内地下地质构造情况后，再根据区域性特征进行地震地层学解释。两者紧密相联，不可截然分开。另外在解释过程中还可根据需要显示和绘制各种图形，特别是在进行地震地层学解释时，往往需要进行一些必要的特殊处理如人工合成声速测井曲线、声速反演、Q值估计、层析反演、波阻抗反演、人工合成地震记录、三瞬剖面显示及各种模型模拟等。在进行了横波勘探和VSP工作的工区还应充分利用这些资料进行综合，做出相应的孔隙度变化图、密度图、泊松比图、流体含量图等，便于岩性研究。结合钻井、测井资料做出速度异常图、速度压力异常相关图等。对三维地震勘探资料进行地层学和岩性学解释应充分利用三维地震的各种显示图件。,随着地震勘探技术的发展，综合地质、测井、地球物理资料进行储层研究、油藏综合描述是地质学家和地球物理学家多年的理想和追求。许多解释系统在具有基本的构造解释和地震地层学解释功能的基础上，还可以利用多种资料进行储层的综合精细解释，对沿层的或层间的信息进行图形分析，计算它们的变化率和变化方位，进行相变解释；对有关层位的多种信息进行多元统计模式识别，预测有利的含油气区，提取岩性参数，进行油藏描述。今天，地震勘探技术得到了飞速的发展，形成了一个复杂、庞大而完整的科技体系。数学、物理、计算机以及地质学的各个分支都逐渐渗透到这个领域中来。医学CT、生物进化、小波分析、神经网络等新的理论也不断地得到应用。我们相信，随着计算机的发展，新技术、新理论的应用，地震勘探技术必将得到更进一步的完善，新的油气田不断被发现，老的油气田重新焕发青春。,五、三维地震勘探 二维地震勘探是指地震波的激发和接收都在一条测线上进行，一般地震记录上应该只记录到来自激发和接收线组成的射线平面内的反射波，实际地下的地质体是三维的，在二维地震勘探测线上也可能记录到射线平面以外的各种波，即来自三维空间的各种波，地下构造的复杂化使二维地震勘探测线记录到的反射不在此射线平面内，这样二维地震勘探显然存在问题。对石油勘探来说，面对的地下地质问题越来越复杂，勘探程度加深，油田开发已经到了三次采油阶段，地质学家和油藏学家都对地球物理学家提出了更高的要求。许多地区，二维地震勘探已无能为力。目前较有效的方法是三维地震勘探和高分辨率地震勘探。三维地震勘探的工作量急剧上升，成为地球物理学界发展最快的一个领域。三维地震勘探可以得到更清晰、更准确的地震图象，在储层中可以发现其它方法发现不了的独立的小油藏，增加可采储量，而其成本并不比一般的勘探方法加上盲目投资与打空井的费用高。,六、多波地震勘探 长期以来，地震勘探是利用单一的纵波进行勘探。多波勘探是指不仅利用纵波，还利用横波、转换波进行勘探，以提供有关地质、油气藏更多的信息，解决单一纵波勘探所不能解决的问题。近年来，由于勘探目标区的复杂程度大大增加，油田开发的难度也日益增大。多波勘探是近年来发展较快的新勘探方法之一。由于采用三分量检波器记录，不仅记录Z分量，同时记录X分量和Y分量，且震源也可以沿X、Y、Z三个方向激发，这样在地震记录上就得到了更丰富的信息，不仅可以研究岩性，还可以研究地下介质的裂缝特性，为石油天然气的精细勘探和开发服务。,七、地震层析成象 层析技术首先在诊断医学中应用，逐步推广到非医学领域，诸如石油地震勘探、油气开发、地球物理学等等。地球物理层析主要包括井间地震层析和地震层析。井间地震是一种提高采收率的新技术。井间地震资料采集就是在一口井中利用井中震源激发地震波，在另一口井中接收地震波。如图1-4-5所示是井间地震射线数据采集的示意图。在一口井中激发，可以在邻近的两口井（或多口井）同时接收。,八、垂直地震剖面（VSP）在通常情况下，震源和检波器都位于地表或接近于地表。大多数测井方法，如常规地震测井，只拾取初至的走时。与此相反，垂直地震剖面（vertical seismic profiling）记录的是全波场，且检波点规则，间距很小。从VSP记录提取速度信息仅仅是VSP测量的目的之一。VSP的质量一般高于地面地震测量，这是因为它传播距离短，能量衰减小。因此，VSP的分辨率也高于地面地震资料。大多数VSP在垂直井观测，零井源距VSP的震源布置在井口附近，非零井源距VSP的震源离井口有一定的距离，通常900m2100m不等。另一种非零井源距VSP是移动震源，震源从近井距向远井距逐渐移动。方位VSP在井旁不同方位上激发，用以勘探地质情况方位的变化。以上几种方法的综合，用在斜井上，称作方向VSP。,九、折射波方法 折射方法主要有两方面的用途，一方面用于研究深层构造，另一方面用于确定近地表层的特征。在进行工程研究和对反射数据进行静校正时，常使用折射方法的后一种用途。用折射方法确定深层构造特征所需要的数据往往不足，且解释过分简化，所以就不可能得到精确的结果。折射方法和反射方法在许多方面都是类似的，但也有很多差别。它们之间的相似性很强，所以尽管反射地震队的工作效率没有专门的折射地震队高，但是也可以进行折射勘探。因为折射勘探的炮检距特别长，所以折射与反射野外工作对深层特征的定义存在差别。折射勘探的能量要比反射方法的大，所以尽管现在使用了一些其它的震源，但是炸药仍然是主要震源。随着传播距离的增加，高频成分大部分都被吸收掉了，所以折射勘探的频率要比反射勘探的频率低，因此折射检波器的固有频率比反射检波器的低，但用反射检波器记录的折射资料也是令人满意的。许多数字地震仪都可以记录折射资料。,十、四维地震勘探 四维地震勘探是重复进行三维观测，第四维是时间。在重复进行观测的过程中，保持数据采集和处理在所有的观测中的一致性是非常重要的，所以检波器通常固定在浅井的底部，以使检波器埋置条件一致，后续采集处理的垂直剖面和水平剖面可以和前一次的剖面相减，相减后的剖面称为差值剖面，它会很敏感地反映地下变化的情况。除了地面地震，井间地震和其它类型的观测，都可以隔一段时间重复观测。四维地震重复观测的目的是为了进行油藏监测。对重油油藏，为了提高采收率，通常采用热采方法（注入热蒸气或火驱）。在注入蒸气前观测一次，注入蒸气后重复观测一次，由于热蒸气会降低油的粘滞度，使石油易于运移，加热引起的温度升高又明显地降低重油油藏的地震波速度。因此，隔时重复观测可能检测出速度变化、气油底界反射界面的变化。在注水过程中，也可以隔时重复观测，监测油水反射界面的变化。四维地震技术的关键是如何把四维地震信息结合钻井资料反演并解释给出精确的油气藏空间位置、油源及运移的图象。四维地震处于试验阶段，技术将有较大的发展。,谢谢,