地震方法与技术

地震勘探技术是什么？~

地震勘探技术是通过人工震源(如钻眼放炮等)产生地震波，在地面或井下接收和观察地震波在地层中传播的信息，以查明地质构造、地层等，为寻找油气田(藏)或其他勘探目的服务的勘探方法。它是油气勘探工程中最重要的勘探方法之一，其优点是精度高、分辨率高、探测深度大、勘探效率高。
地震波可分为纵波(P波)、横波(S波)和面波(瑞利波)。纵波的质点运动方向与地震波的传播方向一致，它使得介质的质点局部密集或局部分开，产生一密一疏的交替变化，并以这种方式进行波的传播，又称疏密波。横波的质点运动方向与地震波的传播方向相垂直，伴随着波的传播，它使介质发生剪切变形，又称剪切波。面波是一种沿地表传播的干扰波，主要使质点做长轴垂直于地面的、逆时针方向转动的椭圆运动。
地震勘探方法分为反射波法、折射波法和透射波法。反射波法是在离震源较近的若干测点上，测定地震波从震源到不同弹性的地层分界面上反射后回到地面的旅行时间，获得反射时间界面，多个时间界面就构成一个反射时间剖面。这种方法在地震勘探中广泛应用。折射波法是研究在速度分界面上滑行波所引起的振动，从而了解速度界面的深度和速度信息，这种方法仅在普查或特殊环境下使用。透射波法是研究透过不同弹性分界面的地震波，根据透射波的传播时间，可以测定钻井或坑道附近地质体的形态及波在介质中的传播速度。
数据采集方法可分为一维、二维、三维和四维。
工作内容包括三个方面：地震数据采集（图4.6）、地震数据处理和地震成果解释。

图4.6　石油地震勘探数据采集示意图
● 一维、二维、三维和四维地震勘探
维是构成时空理论的基本概念。构成时空的每一个因素(如长、宽、高、时间)都是一个维度。地震勘探方法按照维的不同，可分为一维地震、二维地震、三维地震、四维地震等四种勘探方法。
地震勘探中的一维勘探是观测一个点的地下情况。二维勘探是观测一条线下面的地下情况。三维勘探是观测一块面积下面的地下情况；若在同一地区不同时间重复做三维地震勘探，则可称之为四维地震勘探。四维是观测同一块面积下面不同时间的地下变化情况。根据地质任务和要达到的目的不同，可采用不同维的勘探方法。
一维地震勘探：将检波器由深至浅放在井中不同深度，每改变一次深度在井口放一炮，记录地震波由炮点直接传到检波器的时间。这种只在一口井中观测的方法，叫一维地震勘探。它能测出该井孔中地层的速度，借此可以确定各个地层的深度和厚度。
二维地震勘探：将多个检波器与炮点按一定的规则沿一直线(称测线)排列，在测线上打井、放炮和接收。采集完一条测线再采集另一条测线。最后得出反映每条测线垂直下方地层变化情况的剖面图。
三维地震则是将多道(必要时可达上千道、上万道)检波器布成十字状、方格状、环状或线束状等，炮点与检波点在同一块面积上，形成面积形状接收由地下返回地面的地震波。
四维地震勘探始于20世纪90年代初，是三维地震的延续。它要求在同一块工区不同时间(可能相隔几个月或几年，时间为第四维)用相同的采集和处理方法将所得到的三维地震勘探成果进行比较。犹如将人物传记的立体电影一帧帧放一遍，细看每帧之间的不同就可以看出人物的成长过程一样。
● 地震检波器
接收微弱地震波的第一步，是用灵敏度很高的地震检波器。它甚至能将其旁边一根小草的摆动所引起的振动记录下来。
地震数据采集系统主要由传感器(又称检波器)和数字地震仪组成。检波器埋置于地面的装置，把地震波引起的地面震动转换成电信号并通过电缆将电信号送入地震仪；数字地震仪将接收到的电信号放大、经过模数转换器转换成二进制数据、组织数据、存储数据。
地震检波器是一种将机械振动转换为电能的机电转换装置。由于各种检波器的设计不同，因而，灵敏度和频率特性也不同，所以，形成了不同的检波器型号。
● 地震道
在每个观测点上记录地震波,都必须经过检波器、放大系统和记录系统三个基本环节。它们连在一起总称“地震道”。为了提高生产效率和便于识别地震波,每次人工激发地震波时，都在许多观测点上同时接收。所以，地震仪一般是多道的。为了便于解释记录,地震仪中还设有不包括检波器在内的专用辅助地震道。

所谓多波地震即为多分量地震，于20世纪末引入我国，它是利用流体界面上纵、横波振幅及速度差异，以及横波双折射等进行分析，为直接寻找石油和天然气提供了一个有发展前景的方向。
多波地震就是在一个检波器组常用X，Y，Z等三个相互垂直的质点检波器和一个压敏检波器H同时记录，其中Z，H分量检波器接收反射的地震纵波，X、Y分量检波器接收反射的转换波。通过对记录的数据进行处理，分离不同的波场，形成不同波场的地震剖面，可以为地质学家提供各种纵、横波地震剖面。
多波多分量地震勘探一般是采用与纵波地震勘探相同的震源激发，而地面用多分量检波器来接收。这种检波器可以同时接收到地面多个水平方向和一个垂直方向上的地震信息，也就是说它既能接收到纵波，同时也能接收到横波或者说转换波。横波具有对流体的敏感性差却对传播介质的各向异性敏感的特点，正好与纵波在油气藏的预测中形成互补。很显然，如果能够获得质量较高的多波多分量地震记录，那么对于解决目前在油气藏的勘探开发中所面临的种种问题，具有十分重大的意义。这项技术已经在世界上许多含油气盆地尤其是海上油气藏勘探中得到了有效应用［5～7］。
多波地震也称为四分量地震（英文为“4 Components”），在我国海洋石油工业中亦称为4C地震，陈卫东［8］归纳了该方法的以下优点。
（1）充分利用地震中的横波信息
在理论上，地球物理学家很早就认识到地震横波具有与地震纵波不同的特征，如横波不能在流体中传播、岩石孔隙中的流体对横波的传播几乎不造成任何影响等。所以横波中有纵波中没有的（对勘探家而言又是十分重要的）某些地球物理信息。多年来，人们一直努力探索将横波用于石油勘探的可能性。随着科学技术的进步和油气勘探开发市场的迫切需求，运用多波地震处理的剖面，无论在成像还是在分辨率方面都超过了过去仅依靠纵波所处理的剖面，且质量高出许多。
（2）可以更精确地进行烃类的直接检测
多波地震提供的信息比常规的纵波地震要多得多，特别是横波信息的应用大大提高了地震反射的分辨率，因此，它用于解决浅层气屏蔽、“气烟囱”模糊带成像和真假亮点分辨率方面的问题，具有纵波地震和其他方法手段不具备的优势。
（3）具有很大的发展潜力
目前由于多波地震的采集要求高、四分量检波器和多分量电缆价格昂贵，加上在横波激发与接收识别、静校正等方面还存在一系列的技术问题，故距离工业应用尚有一段距离。但它毕竟代表了一种信息的高分辨率技术，因此各大型油公司都在进行不懈的努力。可以肯定，它是继三维地震之后，未来石油勘探开发中最重要的技术之一。

地震勘探是通过人工手段激发地震波，研究地震波在地层中的传播规律，以查明地下地质小构造及获取地层、岩性信息的一种物探方法。所采用的浅层反射法，不仅能直观地反映地层界面的起伏变化，而且还能探测地下隐伏断层、空洞、陷落柱及各种异常物体。其基本原理如图5-13、图5-14所示。

图5-13　反射地震法流程图

图5-14　共反射点激发接收示意图

在震源处激发地震波，该波在地表下半空间进行传播，当碰到基岩面或其他波阻抗（地层波速与密度的乘积）分界面时，就会产生反射波返回到地表，并被安置在1,2，…，M等处的检波器所接收，检波器将反射波引起的微波地面振动转化成电信号，然后再传输至接收仪器中，经过放大，以数字方式被记录下来。

在地震勘探的野外工作和资料处理过程中，总是尽量增强有效波，压制干扰波，即提高地震资料的信噪比（S/N），以提高地震勘探的解释精度和地质效果。目前，在地震勘探中广泛使用的用以提高信噪比的方法是共反射点叠加法，简称水平叠加或多次覆盖技术。

通常基岩面是一个良好的反射界面，可以得到连续追踪的反射波。煤系地层中，煤层的顶底板也是良好的波阻抗界面，能够形成较强的反射波。这些反射波的振幅、波形、频率等特征稳定。由于陷落柱的存在，波阻抗分界面被破坏，致使反射波追踪中断，动力学特征（波形、振幅、频率）明显变化。所以，在地震记录或剖面上确定陷落柱的位置是可行的。利用反射波地震法对陷落柱这样的局部小构造进行研究所面临的主要问题之一是横向分辨率（指地震剖面横向上能分辨的最小地质体宽度）问题，这是与常规区域性构造地震勘探的最大不同。

反射波地震在现有的物探手段中是分辨能力最高的，但是也存在着一些致命的弱点：对施工条件要求严格，地形起伏及低速带对资料的解释影响较大，反射波是续至波，浅层勘探时干扰影响特别突出，比其他物探方法成本高。所以，只能在其他物探方法大致确定陷落柱位置的基础上，在地形较平坦的地段利用反射波地震技术准确圈定陷落柱的边界。

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