地球物理勘探(王永刚)01第一章绪论.ppt
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1、地球物理系 王永刚,地球物理勘探,第一章 绪论,课 程 内 容,第1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释,教材与参考书籍,教材陆基孟,王永刚主编的地震勘探原理第三版,中国石油大学出版社,2009年 主要参考书籍1、陆基孟主编的地震勘探原理,1993年2、R.E.谢里夫编勘探地震学,1999年3、R.E.SheriffExploration SeismologyVolume 1&2,Cambridge University Press,第1章 绪 论,一、石油勘探的主要方法二、地球物理勘探
2、方法三、地球物理勘探的特点四、地球物理勘探发展简史五、我国油气勘探概况六、物探技术发展趋势与特点七、参考信息,一、石油勘探的主要方法1、地质法(Geological)露头岩石、井孔岩心;在矿产调查中,地质方法是研究成矿的地质条件、地质环境和地质作用,实现找矿的一种方法。,第1章 绪 论,2、地球物理勘探(物探)法(Geophysical Prospecting)地表或水域覆盖区;连续测量、间接勘探,地球物理方法:它是根据地下岩石或矿体的物理性质差异所引起的某些物理异常现象的变化去判断地质构造或发现矿体的一种方法,包括地震、重力、磁力、电法及井孔地球物理测量等。,第1章 绪 论,3、地球化学探测
3、法(Geochemistry)取样、分析化验地球化学探测(化探)方法:这是对岩石、土壤、地下水、地表水、植物、水系以及湖底沉积物等天然产物中一种或几种化学特征作测定,再据测定结果所发现的化探异常,实现找矿之目的。包括岩石地球化学方法(金属量测量)、水化学方法和生物地球化学方法等。油气地球化学勘探方法的种类比较多,常用的是土壤烃气体测量、土壤硫酸盐法、稳定碳同位素法、汞和碘测量法等。,第1章 绪 论,油气化探异常的主要类型有:多环状(a);环状(b);块状(c);串珠状(d);如右图所示。,放射性晕圈异常的理论模型,美国Dora西面油田的非常规勘探实例,美国得克萨斯土壤气测量与地震的对比,4、钻
4、探法(Drilling)一点、直接勘探钻探法是为勘查地下含油气情况所钻的油气探井,有4大类:参数井:了解盆地或凹陷中生油岩和储集岩存在和分布情况的井;预探井:了解圈闭中是否含油气和储集岩分布情况的井;评价井:在预探井发现含油气储集层后,为探明该圈闭或油气藏含油气面积和地质储量所钻的井;资料井:为获得油气藏油层参数(钻井取心,供检测与分析)所钻的井。,第1章 绪 论,二、地球物理勘探方法重力法岩石密度差异(Gravity)磁法岩石磁性差异(Magnetic)普通物探电法岩石电性差异(Electricity)地震法岩石弹性或波阻抗差异,主要方法(Seismic exploration),第1章 绪
5、 论,1、重力勘探利用专门仪器并按特定方式观测岩层间密度差异,进而研究地下地质问题;重力勘探是研究反映地下岩石密度横向差异引起的重力变化,用以提供构造和矿产等地质信息。根据万有引力定律,在接近较大密度的物体时,其引力增大,反之引力减小,由此在地表上引起的重力变化称为重力异常。异常的规模、形状和强度取决于具有密度差的物体大小、形状及深度。在重力勘探中,习惯上将重力加速度简称为重力。,第1章 绪 论,重力勘探是在地表观测由于地下岩矿石存在密度差异而引起的重力场的变化,通过对观测资料的处理和解释,达到反求地下构造的一种勘探方法,其地球物理前提条件是:地下岩矿石存在密度差异。所依据讨论的物理场是重力场
6、。重力场是一种位场,即场的变化只与空间变化有关,与时间无关。主要用于区域勘探。主要应用领域:能源工业,国防工业,测绘工业。,第1章 绪 论,华北平原布格重力异常图(单位:mGal),第1章 绪 论,重力异常解释的工作步骤(1)阐明引起异常的地质因素确定异常是地壳深部还是浅部地质因素的反映;是矿体还是构造或其他不均匀体(如侵入体、岩性变化等)引起的。(2)对异常进行划分找矿时就是要将地壳浅部的构造或矿体引起的异常从深部因素引起的区域场中分离出来;研究地壳深部构造时,则要划分出的异常是反映地壳深部因素的区域性异常。(3)计算地质体产状参数根据重力资料估计产生异常的地质体的形状、产状和空间位置,并在
7、此基础上对异常做进一步的定量解释,以确定探测对象的产状要素及其在地下的赋存形态。,第1章 绪 论,重力异常的地质特征(1)沉积盆地重力异常的地质特征在平面等值线图上表现为:等值线的形状和盆地的形状一致;洼陷对应相对低的重力异常,凸起对应相对高的重力异常,重力异常最低的区域对应盆地中心;纯地形引起的重力异常与地形呈镜像关系。(2)断层在布格重力异常图上的表现形式为:沿一定方向延伸的梯级带;异常梯级带发生同形扭曲或方向变化;串珠状正或负异常;封闭异常突然变宽、变窄或轴线明显错动的部位;不同特征异常区域的分界线。,第1章 绪 论,绪 论,重力资料在油气勘探中的应用 利用重力资料可以研究区域地质构造、
8、圈定沉积盆地范围、划分次级构造单元、指出含油气远景区,有时还可以研究沉积构造甚至油气藏,具体包括:(1)研究区域地质构造,预测油气远景区研究含油气盆地的区域地质构造是一项综合的地质任务,它包括研究结晶基底成分和内部构造;确定基底顶面的起伏;圈定沉积岩系的分布范围和寻找构造;确定区域性断裂以及盆地与周围构造单元的关系等。最终目的是在盆地内部进行构造分区,判断深凹陷的存在,预测生油岩系的分布范围以及圈定进一步找油的远景区。,第1章 绪 论,(2)研究沉积盖层内部构造 绝大多数的油气藏都在沉积盖层中,多数沉积盖层构造与基底构造、断裂活动、乃至火成岩活动有关,因此通过研究结晶基岩可以间接寻找沉积岩构造
9、。主要体现:盖层构造与基底高点具有继承关系;根据断层的存在及其性质可以推断与其相关的构造,如滚动背斜;沉积盆地后期的岩浆侵入可以在盖层中造成正构造形态,此时,沉积盖层构造的核部是火成岩体。,第1章 绪 论,第1章 绪 论,任丘古潜山带重力异常和地震构造图1-布格重力异常2-二次微商3-四次微商4-地震构造图,2、磁法勘探利用专门仪器并按特定方式观测岩层间磁性差异,进而研究地下地质问题;在自然界中,由于受到地球磁场的作用,许多岩石或矿石都不同程度地被磁化而具有磁性。具有磁性地质体所产生的磁场迭加在正常地磁场之上的异常磁场。磁法勘探的主要任务就是测定和分析研究各种磁异常,找出磁异常与地下岩石、地质
10、构造及有用矿产的关系,作出地下地质情况和矿产分布等有关结论。,第1章 绪 论,地磁场和重力场一样,也有正常磁力场。但磁力勘探比重力勘探在原理和实际应用上都要复杂些,因为决定岩石磁性的是受地磁场磁化的程度(磁化强度),它取决于岩石的磁化率且具有不同方向和大小,同一点上的磁场强度每日不同时间都有变化,叫做日变,它是各种原因引起的长期变化和短期变化之和,而重力场就没有这些现象。,第1章 绪 论,在油气田勘探中,磁法资料普遍用来研究盆地基底的性质和起伏、圈定火成岩侵入体以及追踪深大断裂,阐明含油区区域构造特征和划分盆地构造单元。各类岩石的磁场特征 沉积岩磁化率小,引起的异常很微弱,属于无磁性或弱磁性岩
11、类。沉积岩中的磁性矿物分布较为均匀,形成的磁场也很平缓、光滑、梯度小。当沉积岩较厚时,常呈现平静的负异常区。火山岩所含铁磁性矿物分布不均匀,其磁化也不均匀,故其磁异常特点呈跳跃变化,异常尖锐而梯度大,以致相邻测线上异常难以对比。,第1章 绪 论,通常基性火山岩异常强度较大,酸性火山岩异常强度较小。火山岩的共同特点是剩余磁化强度往往超过感应磁化强度好几倍。此外火山岩的磁场特征与埋藏深度有关,出露地表或浅层的火山岩其异常强度大,变化大;而埋藏较深的火山岩的异常强度和变化都较弱。侵入岩的磁化强度一般都较稳定,尽管它们的磁场有强有弱,但比火山岩平稳得多。侵入岩的磁场一般按酸性中性基性超基性的顺序增加。
12、超基性岩体磁性最强,磁场强度可达几千纳特,变化剧烈,但不象火山岩那样呈锯齿状跳跃。相邻测线上的异常曲线可以进行对比。基性岩磁性也较强,一般表现为强度很大的升高异常,峰值可达一二千纳特。,第1章 绪 论,当侵入体埋藏较浅时,常表现为多个孤峰,随着埋深的加大,只显示异常不规则的背景。花岗岩种类较多,一般均具磁性,而磁性强弱取决于所含暗色矿物的多少。变质岩的磁性通常较强,可观测到几百至一二千纳特的磁异常。一般规模较大的断裂,多伴有岩浆活动,在磁场上反映为线性异常带、串珠状异常带、雁行异常带。,第1章 绪 论,断裂带上的T 异常,断裂的T 异常,第1章 绪 论,磁测资料的应用结晶基底内部构造的研究在结
13、晶基底埋藏不太深(23km)的地区,基底内部构造和岩石成分是决定重、磁异常特征的主要因素。由于在结晶基底内具有褶皱变质的地层和呈板状的侵入体,因此将出现具有明显走向的条带状异常,异常走向反映了基底褶皱的走向。根据磁场形态、幅度、走向、分布范围、梯度变化等特征,可将一个地区的磁场分为不同的区带,通过对露头区已知岩系上磁场特征的分析对比,可以了解基底的性质。,第1章 绪 论,内蒙大青山中段T 异常图,第1章 绪 论,3、电法勘探利用专门仪器并按特定方式观测岩层间电性差异,进而研究地下地质问题;电法勘探就是利用人工或天然产生的直流电场或电磁场在地下的分布规律来研究地球结构、地质构造及找矿的一种物探方
14、法。电法勘探是以岩石或矿石的电性差异位基础的,主要研究的电性差异参数包括:电阻率、激发极化率、介电常数、导磁率、电化学活动性等。电法勘探的内容十分丰富,它们广泛应用于金属及非金属、石油、工程地质、水文地质等勘探研究工作中。,第1章 绪 论,电法勘探方法的分类(1)直流电法(稳定场)垂向电测深 沉井电极法(2)过渡场法(时间场)瞬变电磁测深或建场测深法(TEM与TDEM)激发极化法 差分标定法(3)交流电法(交变场)大地电磁测深法(MT,自然场)可控源声频大地电磁测深法 电瞬变反射法,第1章 绪 论,目前国内电法勘探主要有两大类:(1)找构造,方法有大地电磁测深、EMAP(electromagn
15、etic array profiling,电磁阵列剖面法)、CSAMT(可控源声频电磁测深法)、建场法等;(2)直接找油,方法有激发激化法、电场差分法、复电阻率法(CR)、三极梯度法等。我国东方地球物理勘探公司拥有建场法、大地电磁测深等电法勘探手段,其中建场法在多个地区进行了试验和生产,取得了一定的成果。,第1章 绪 论,国外电法应用主要有以下几个方面:(1)利用大地电磁法来勘查地下构造,一些研究表明该方法在潜伏构造勘探及深层勘探中产生了明显的效果;(2)利用电场差分法、激发激化法、微分标准化电法等直接探测油气藏的方法对油气藏进行预测,微分标准化电法勘探(可探测油藏深度在1.76km)在俄罗斯
16、85口深井的预测中,不正确的预测只有3口;(3)利用地井方式的电法勘探对油水界面进行预测,另外对套管井也可以进行井间电磁法层析成像。电法勘探还不断出现以直接找油(气)为目标的方法,有的也见到一些效果。但总的来说,都尚处于试验阶段,目前作为油气勘探中的一项辅助方法。,第1章 绪 论,国内电法资料的应用(1)找构造大地电磁勘探相对于地震勘探而言具有如下特点:勘探深度更大,可以获得10Km 深地层的资料。具有在碳酸盐、火成岩、石膏岩地区的勘探能力,不受高速屏蔽层的影响。在地形相对复杂,有巨厚砾石覆盖区可以容易地获得深层资料,解决地质问题。价格低廉,勘探周期短,风险较小,是新区勘探的有利手段,用较小的
17、代价,查清区域构造特征。,第1章 绪 论,内蒙巴音浩特盆地MT综合解释剖面-205N测线,第1章 绪 论,根据大地电磁法的特点和勘探能力,该方法可以应用于如下方面:勘探新区,用MT 法进行区域概查、普查。地震地质条件差,地形复杂地区,可以用MT 及EMAP(电磁阵列剖面)法进行勘探,获得地下信息,解决一定地质问题。在盆地深层,用MT方法可以查清基底结构和深层区域背景(下图)。在当前地震解决深层问题较差的情况下,可以对深层地质特征作出概括的了解。,第1章 绪 论,东营凹陷WJG剖面电磁测深定量及地质解释图,第1章 绪 论,(2)直接找油电场差分法、复电阻率法、激发极化法目前在国内已有较多应用,从
18、效果上看能够较为显著地提高勘探成功率。微分标准化电法勘探在俄罗斯也取得了极高的成功率。胜利石油管理局物探公司装备了一支电法勘探队伍,拥有建场法、EH4 电磁成像设备各一套,拥有Sun 工作站和GeoTools 电法处理软件,具备了先进的处理及解释能力,能够对EH4、大地电磁测深等电法资料进行各种常规处理、一维和二维模型的正反演、二维BOSTICK 连续反演等处理,并进行资料的定性及定量解释。,第1章 绪 论,EH4 电磁成像系统于1997 年引进,它是美国EMI 公司近年来推出的新型大地电磁仪器,该系统使用天然和人工电磁场信号,在浅层和极浅层电阻率测量中具有较高的分辨率,能够测量几米到1000
19、 米深度内电阻率的变化,并能获得各种地形条件下电导率变化的连续剖面。EH4 电磁成像系统在浙江萧山完成406 个测点的寻找第四系浅层气的试验工作,成功地将气层反演出来,并准确地划分出第四系地层的埋藏深度。在青岛崂山地区完成了32 个测点的找水试验。电法解释异常位置与钻井显示结果完全吻合,解释深度与钻井深度的误差小于4。,第1章 绪 论,EH4 电磁成像系统具有轻巧便携、操作方便、施工简单、成本低廉等优点。通过试验验证,认为该方法对浅层异常体具有识别精度高、勘探周期短、成本消耗低的特点,因此可以有效地用于寻找地下水、工程地质调查、浅层油气及其他矿藏的勘探。(3)配合地震勘探,研究表层条件低降速带
20、或浅层地质结构的调查,在地震勘探、工程物探等领域非常重要,电法(如地质雷达等)可以提供该方面的信息。,第1章 绪 论,4、地震勘探利用专门仪器并按特定方式观测岩层间波阻抗差异,进而研究地下地质问题;地震勘探是利用人工方法激发的波动在地下岩层中传播的规律来确定地下矿藏的方法。实践表明,地震勘探的投资回报率很高,几乎所有的石油公司都依赖地震勘探资料来确定勘探和开发井位。三维地震勘探技术能提供丰富的地质细节,极大地发掘了油藏工程的潜力。,第1章 绪 论,典型的地面地震勘探野外工作示意图,此外,地震勘探方法在寻找地下水资源和民用工程建设中发挥着重要作用,尤其是建造高楼、堤坝、公路及海港等大型建筑物时,
21、利用工程地震勘探可以测量基岩深度,探测建筑物下面是否有溶洞或松软地质体,探测核电站周围是否存在断层,以免形成潜在的危险。,第1章 绪 论,地震勘探的基本任务产生地震波震源:炸药,可控震源,汽枪接收地震波检波器(动圈式,压电式,数字式),记录仪器重建地震波路径地震资料的处理与解释地震勘探的基本方法折射波法反射波法透射波法,第1章 绪 论,反射波法地震勘探的方法原理基本原理(回声测距原理)s=1/2vt,第1章 绪 论,第1章 绪 论,实际地震勘探的三大基本环节:地震资料的采集、处理和解释,5、矿场地球物理测井利用井下仪器观测井筒周围岩层的地球物理异常,进而研究其地质问题。地球物理测井是用多种专门
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