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三维地震勘探1章

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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三维地震勘探任务: 通过本课程的学习,更深了解地震勘探的基本原理、物理实质、实用条件及野外工作方法;深入了解三维地震勘探的过程、特点及基本的资料解释方法。教学任务和目的目的: 在学完本课程后,能根据具体的地质任务合理布置观测系统,采集高精度数据;能结合地质和钻探资料对物探成果进行综合地质解释,提高勘探精度;并培养自己利用物探手段解决地质问题的意识和能力。主要内容第一章 概述(原理及方法)第二章 三维地震勘探数据采集第三章 三维地震勘探数据处理第四章 三维地震勘探资料解释二维地形图三维地形图二维地形图三维地形图二维地震图维地震勘探发展的背景三维地震技术兴起在 70年代末,正值世界范围内出现石油供应紧张的尖锐矛盾时期,当时由于二维地震方法的局限性,即使反复加密测线、增加覆盖次数,也难于查明较复杂的油气田地质问题 ,并且钻探成功率低,或成本幅度上升。在这种形势下,已经从试验阶段发展到理论与实践都较成熟的三维地震技术得到了迅速发展。第一章 概述三维地震勘探的必要性随着大型矿井的建设,煤炭资源、石油资源的不断开发利用等原因,单纯的资源勘探逐步进入开发勘探,要求提供精确的地质构造信息,因为二维地震勘探的局限性及条件性,妨碍了勘探精度的提高;三维地震勘探原理与条件与三维地质体相对应,并且具有 高密度 , 三维空间 成像归位 以及 多种灵活的显示方式 等优点,因此很容易得到正确的构造形态及各种显示图像,因此三维勘探在工程地质、灾害地质、矿产、煤炭资源勘探等方向发挥着无可替代的重要作用。第一章 概述第一章 概述三维地震勘探三维地震勘探技术是一项集 物理学、数学 、计算机学为一体的综合性应用技术,其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。三维地震勘探技术是从二维地震勘探逐步发展起来的,是地球物理勘探中最重要的方法,也是当前全球石油、天然气、煤炭等地下天然矿产的主要勘探技术。与二维地震勘探相比,三维地震勘探不仅能获得一张张地震剖面图,还能获得一个三维空间上的数据体。三维数据体的信息点的密度可达 ,而二维测线信息点的密度一般最高为 1千米 × 1千米 。由于三维地震勘探获得信息量丰富,地震剖面分辨率高,地下的古河流、古湖泊、古高山、古喀斯特地貌、断层等均可直接或间接反映出来。地质勘探人员利用高品质的三维地震资料找油找气,中国近期发现的渤海湾南堡大油田、四川普光大气田、塔里木盆地塔中 Ⅰ 号大气田等,全要归功于高精度的三维地震勘探技术。第一章 概述二维地震勘探示意图二维地震勘探方法是在地面上布置一条条的测线,沿各条测线进行地震勘探施工,采集地下地层反射回地面的地震波信息,然后经过电子计算机处理得出一张张地震剖面图。经过地质解释的地震剖面图就像从地面向下切了一刀,在二维空间(长度和深度方向 )上显示地下的地质构造情况。同时几十条相交的二维测线共同使用,即可编制出地下某地质时期沉积前地表的起伏情况。第一章 概述三维地震勘探示意图三维地震勘探又称 面积勘探 ,是在地面上同时布置规则或非规则多条测线和多个激发点。采集地下地层反射回地面的地震波信息,然后经过电子计算机处理得出一个三维空间数据体。地震解释剖面显示方式灵活,有垂直向地震剖面和水平切片两种。三维地震勘探295 305 315维地震油藏监测技术是在油藏生产过程中,在同一油气田不同的时间重复进行三维地震测量,地震响应随时间的变化可以表征油藏性质的变化(岩石物理性质、流体运移、压力、温度)。通过特殊的四维地震处理技术,差异分析技术和计算机可视化技术来描述油藏内部物性参数的变化(孔隙度、渗透率、饱和度、压力、温度)和追踪流体前缘。重复三维地震勘探差异数据分析重复地震数据相减时间 2时间 1剩余油气分布预测三维地震勘探的优点第一章 概述三维地震勘探的优越性:三维数据采集不存在二维数据采集时来自非射线平面内的侧面反射波。三维采集的数据按 三维空间成像 处理,可以真实地确定反射界面的空间位置。三维观测可以避开地形、地物的障碍,对地表条件适应性很强。三维观测可对原始数据有更大的保真度,相位数据更齐全,便于研究地层的岩性。三维地震勘探资料的完整统一性及显示技术的现代化,更便于人工联机解释。第一章 概述三维地震勘探的应用实例美国在墨西哥湾近海所作的 28个区块的三维地震工作,总投资 1500万美元,相当于钻研 3国加利福尼亚州费布霍克气田、由于地面为果园,二维无法施工,而三维对于复杂的地表条件,炮点和接收点线的布置有很大的灵活性,采用公路、大路、小路布置闭合圈观测,发现了 亿立方米的气田。中国石油天然气股份有限公司在松辽盆地开展了的高分辨率地震攻关研究,使得 5~ 505~ 70带宽度从 10~ 700~90以从剖面上识别出 10此基础上的约束反演剖面可以识别出 5一是发展万道地震采集技术。采用万道地震仪 (测线在30000道以上 )和数字检波器进行单点激发、单点接收、大动态范围、多记录道数、多分量地震、全方位信息、小面元网格、高覆盖次数的特高精度三维地震采集技术。二是发展数据处理和数据存储技术。为提高处理精度,必须发展海量机群并行处理和海量存储技术。海量机群并行处理技术是指针对大型数据库及大负荷运算量的集群计算机的节点要多,同时发展相关的静校正处理、组合处理、叠前时间偏移、叠前深度偏移、全三维各向异性等处理技术,以提高地下成像精度和储层描述精度及含油气分析精度。海量存储技术指发展大容量的磁盘和自动带库,以满足大数据量的存储需求。第一章 概述三维地震勘探的发展方向三是进行高精度精细地震解释。随着微机性能的提高、成本的降低以及可视化解释软件的发展,三维可视化解释技术的发展趋向是微机群,即用于解释的微机群将以两种形式存在:一种是集成并行机群,用于大数据量的计算和三维可视化分析;另一种是分布式机群,人手一台,通过网络连接,用于精细解释研究。第一章 概述三维地震勘探的发展方向应用地球物理勘察地球物理 简称 物探地球物理勘探物探知识回顾傅承义教授曾下过这样一个精辟的定义:“地球物理学,顾名思义,就是以地球为研究对象的一门应用物理学”。利用物理学的电学、磁学、热学、运动学和动力学等方面的原理和方法,研究地球各部分的物理条件、物理性质、物理状态,从空间和时间两个方面找出以上各方面的发展和联系,以寻求其变化规律,这就构成了地球物理学的内容。地球 物理学研究对象理论基础物探知识回顾什么是地球物理学?简而言之,地球物理学 研究地球内外,包含地核、地幔、地壳以及水圈、大气圈及其空间的物理场和物理现象,如地磁、重力、地震、放射性、地电、地球热学、气象等。广义地球物理学:大气圈地球物理学水圈地球物理学固体地球物理学 又称 狭义地球物理学地球 物理 勘探什么是地球物理勘探? (究对象 方法原理找,用 — 目的应用 物理学 原理,勘查地下 矿产 ﹑ 研究 地质构造的一种方法和理论,简称 物探 。广泛用于石油、天然气、煤田等勘探中,此外,在 工程建设和环境保护,考古研究 等方面也有较广泛的应用。它是地质调查和地质学研究不可缺少的一种手段和方法应用地球物理学, 即勘探地球物理学从专业学科(理论体系)而言称之为: 应用地球物理学从方法技术角度而言称其为: 地球物理勘探 种重要物探方法重力勘探重力勘探是以地壳中岩矿石等 介质密度差异 为基础,通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产、解决工程环境问题的一种物探方法。它主要用于探查含油气远景区的地质构造、研究深部构造和区域地质构造,与其他物探方法配合,也可以寻找金属矿,近年来重力勘探在城市工程、环境方面也有应用。磁法勘探磁法勘探是以地壳中岩矿石等 介质磁性差异 为基础,通过观测与研究天然磁场及人工磁场的变化规律以查明地质构造、寻找矿产的一种物探方法。它主要用于各种比例尺的地质填图、研究区域地质构造、寻找磁铁矿、勘查含油气构造、预测成矿远景区以及寻找含磁性矿物的各种金属非金属矿床,近年来磁法勘探在城市工程、环境方面主要用于开发区、核电站、大坝选址,寻找沉船、炸弹等金属遗弃物与地下管道,考古等方面。地热勘探和放射性勘探司南 指南车指南鱼电法勘探电法勘探是以研究地壳中各种岩石,矿石的 电学性质差异 为基础,利用电场或磁场(人工或天然)在空间和时间上的分布规律,来解决地质构造或寻找有用矿产的一类物理勘探方法。主要用于水文地质、工程地质、煤矿地质和金属矿产的勘查等方面。水文地质中主要研究含水储水构造及其空间分布形态,划分 咸水 、 淡水 界线;工程地质中主要用于研究建筑基础的地质情况, 基岩埋深 和 起伏情况, 断裂构造岩溶发育 情况等;煤矿地质主要用于研究 陷落柱、断层构造、煤层顶、底板含水情况,隔水层厚度、裂隙发育情况 等。地震勘探地震勘探是以研究地壳中各种岩石,矿石的 弹性差异为基础,岩石弹性差异引起弹性波场的变化,表现为弹性异常,即 速度不同 ,根据其异常值的大小及变化规律反演地下介质地质构造情况。常用于石油、煤田勘探和水文地质、工程地质勘查。地震勘探 是通过观测和研究人工激发的 地震波 在介质中的传播规律,以达到勘探地下岩层的构造形态和岩土力学性质。不同岩石的地震波速度地震勘探天然地震由地球内部的构造力、火山活动、塌陷引起的地震。利用天然地震了解地球内部(地壳、地幔等情况),进行地球的分层等。人工地震人工地震是人工作用产生的地震,人们通过炸药爆炸、敲击振动,引起地动,产生地震波用仪器测量这些地震波(速度、到达的时间等),目的是了解地下介质的分层情况、界面的埋藏深度,构造分布情况等。地震又称为地动,分为天然地震和人工地震,两种地震主要区别在于 震源不同 。地震勘探的发展与展望起源于自然地震观测,我国是世界上最早有地震记载的国家,也是第一个设计成功观测地震仪器的国家。公元 132年,东汉时期杰出的自然科学家张衡就设计成功了世界上第一台观测地震的仪器 ―― 候风地动仪。当时在首都洛阳已经能记录到远在千里之外的甘肃的地震,还能够测定发生地震的方向。但由于封建社会历史条件的限制,妨碍了科学的进一步向前发展。地震理论研究直到十九世纪初,随着西方国家的大工业以及数学、力学和 弹性力学的发展,科学家才从理论上证明了纵、横波的存在。在第一次世界大战期间,德国和同盟国双方都做过试验,试图利用三个或更多的机械式地震仪来定位对方的炮兵阵地(后座力产生地震波)。战后,地震波应用于工业就逐步发展起来,在二十世纪 20年代,利用初至折射波法曾找到了大量浅的盐丘;从 30年代开始,折射波法和反射波法才开始应用于找煤和寻找石油、天然气;第二次世界大战后,随着工程建设项目的大量兴起,地震勘探才在土木工程、矿山工程、交通工程以及其它工程地质中得到应用与发展。我国的浅震发展情况如下:定岩土波速。 60年代末我国生产多道光点式轻便地震仪,光点示波、打纸记录,手工作图进行资料解释80年代使用信号增强型浅震仪,磁带,计算机,自动成图。在工程勘察中的应用:测定覆盖层厚度、基岩起伏情况,测定隐伏断层、破碎带的位置,评价岩体质量和工程地质围岩分类等。展浅反技术。50~ 70年代,试验阶段,没有多少进展。80年代发展迅速,地矿、铁道、水电、核工业各部门相继研究,包括:震源研制、数据采集方法研究、资料处理方法研究以及处理软件的研制。工作方法有:浅层纵波反射法,浅层横波反射法,反射 — 折射法联合应用观测系统:共深度点水平叠加、共炮点接收、定能量衰减规律原位测定地层速度(纵波和横波速度)圈定地层介质速度或能量异常带测动弹性模量、动泊松比等弹性力学参数透射波层析( 术 面波勘探测桩等 物探是一种 间接 的勘探方法用钻机或其他机械手段从地下取出岩样来认识地质构造是 直接 的勘探方法。物探无须从地下取出岩样,而是通过使用专门的仪器设备在地面观察由地下介质引起的某种物理场的分布状态, 收集和记录某些物理信息随空间或时间场的变化 ,并对这些信息的分布特征作出解释和推断,从而揭示地球内部介质物理状态的空间变化和分布规律,来了解矿产资源分布和赋存状态,查明地质构造;在工程勘察和检测方面属于无损检测,对检测对象不会造成破坏。物探方法特点物探工作具有 效率高、成本低 的特点物探工作为矿产资源调查、水文地质及工程地质工作提供了大量、获得实践检验的重要资料;尤其在覆盖地区对研究地质构造、指导勘探、成井等方面发挥了重要作用,加快了勘探速度,降低了施工成本,提高水文地质钻孔成井率。在工程勘察方面,正确的物探方法不仅可减少钻探工作量,而且还能够提高勘探精度。物探方法特点物探方法特点物探工作相对而言能从整体上了解隐伏的勘探目标体的全貌,避免钻孔勘探‘ 一孔之见 ’的弱点,即透视性高物探工作能够提供勘探区域内二维、三维的地下岩溶分布状态,克服钻孔‘一孔之见’的局限性。跨孔声波、电磁波透视法能了解两孔之间岩体的完整性,能从整体上评价岩体的完整性与基础的稳定性 法应用具有 条件性由各种物探方法的工作原理可知,物探工作能否有效的解决地质问题,首先决定于 探测对象与围岩 之间 是否存在物理性质上的差异 及使物理场分布状态及强度发生足够的变化的体积。物探方法的有效应用首先要求探测目标与围岩之间存在可被利用的物性差异以及目标体要有足够大的体积;其次,物探效果还受地形条件的影响、勘探场地的局限、地表覆盖层的性质及厚度、勘探现场噪声与地质环境中一些干扰体的影响。物探方法特点物探资料的反演解释具有 多解性 ,其解释结果具有一定的 概略性和近似性多解性: 同一物理现象可以由多种不同因素引起。例如,电法勘探中,视电阻率的变化可以由被测目标体电阻率值变化引起,也可以由其体积变化或埋藏深度变化引起;其他物探资料异常的反演解释也是如此。因此物探资料具有多解性。克服资料解释多解性必须将其与钻井资料或地质资料相结合进行推断解释,必须掌握一定的地层岩矿石的物性参数。物探方法特点近似性和概略性 :影响物探解释精度的主要原因:物探仪器本身观测精度有一定的限度,其观测数据必然带一定的误差受观测系统的影响和限制,观测数据的空间有限环境因素的干扰影响使观测数据不准确实际地质条件的复杂性以及地质体的物理性质和形状、产状要素的多变性的影响正演和反演的数学物理方法的水平有限物探方法特点物探工作的特点优点: 透视性高 缺点: 条件性效率高 多解性成本低物探工作的地位在我们国家的铁路、公路、水利水电、工程建设,煤矿床勘查、石油天然气勘察等各个领域都具有重要的地位,但由于其本身的特点,又加上地质体及构造是复杂多样的,因此物探工作并不能取代其他的地质工作,而必须采用多种勘察手段并举,综合利用与分析 。物探工作的作用物探方法特点地震勘探实例一次完整的地震勘探包括:原始数据采集地震数据处理地震资料解释地震仪器是获得数据的工具,包括震源、地震仪和地震车,地震仪包括检波器、放大器和记录器。地震勘探仪器三维地震仪建立在微型计算机上的网络通讯和控制技术。实时显示野外采集的数据,并存储在硬盘、光盘及外置磁带机中。采集站采用 24位模数转换器和无址连接技术,动态范围大,使用方便,功耗低特点。采集站防水,体积小,重量轻,野外操作简单,可利用计算机资源丰富。系统兼顾工程地震勘探和石油地震勘探特点。1、数据采集首先测量,确定勘探范围;收集区域地质资料;设计观测系统,布置测线;采集原始数据即地震记录的获取原始地震记录反射波原始地震记录2、室内资料处理目的:得到与地质剖面在形态上有一定对应关系的时间剖面;消除噪音提取速度、岩性等参数最终得到一种时间剖面动校正动校正是数据处理基本步骤,即将各道记录的反射波旅行时逐点减去因 炮检距不为零 引起的时间差。校正结果使同相轴形态和地下界面形态相同。共反射点叠加消除干扰波,多次波,增强有效波。当界面倾斜时,不存在共反射点,必须引入“ 偏移叠加 ”技术,三维地震勘探特点之一。面积显示)地震时间剖面(彩色显示)3、室内资料解释目的:得到地质剖面图 ——平面构造图(等 供勘查目的所要求的含油气、煤层走向、断层或盆地、褶皱等地质构造的具体位置与深度等资料,即最终成果由地质院或者物探公司地质解释人员完成1、地震资料初步整理和评价2、进行波的对比3、绘制平面图4、速度参数的研究5、进行地震剖面的地质解释6、作出勘查目标评价资料解释步骤对时间剖面进行分类,优良、合格、废品三级信噪比高目的层全,地质现象清楚为优良;可用于作解释的剖面为合格。分析研究时间剖面上反射同相轴特征,识别追踪同一界面反射波绘制深度剖面图、构造图和等厚度图求取速度参数,进行时深转换根据地质剖面或者时间剖面的对比,推断解释地质层位和地质构造根据地震资料解释成果,综合地质资料,写出地震勘探成果报告。第一章 概 述本章提要 (…)§ 1 三维地震勘探的必要性§ 2 三维地震勘探原理§ 3 三维地震勘探特点本章主要介绍三维地震勘探的必要性、基本原理及三维地震勘探的特点。三维地震勘探定义三维地震勘探又称 面积勘探 ,是在地面上同时布置规则或非规则多条测线和多个激发点。第一章 概 述共反射面元 —— “共反射点”面积测量和折曲测线观测系统的三维多次覆盖技术不能严格遵守共反射点叠加的定义,实际的共反射点道集随着测线的改变或测线弯曲会有一定的离散,围绕着理论共反射点位置的这些实际的地下共反射点道集,称为“ 共反射面元 ”。第一章 概述三维地震勘探野外观测示意图:二维地震勘探野外观测示意图:第一章 概 述三维地震勘探与二维勘探共反射点示意图:第一章 概 述仪器车采集站交叉站三维地震勘探原理三维地震勘探基本原理与二维地震勘探相同;常用反射波法实现第一章 概述一、波动理论二、射线理论三、波阻抗分界面上的反射与折射四、层状介质中发射波时距关系波动理论惠更斯-菲涅尔原理绕射波 (反射波 )时距方程第一章 概 述射线理论几何地震学 - 研究地震波的运动学特征,研究波在介质中传播的空间位置与传播时间的几何关系。包括:惠更斯原理、费马原理第一章 概述惠更斯原理 :介质中波阵面(波前)上的各点,都可以看作为发射子波的波源,其后某时刻这些子波的包迹便是新的波阵面。用惠更斯原理可以解释波的衍射 (绕射 )现象水波通过窄缝时的衍射第一章 概述波阻抗分界面上的反射与折射波阻抗 - 介质密度 与 波在介质中传播速度 的乘积入射角、反射角、折射角遵循斯奈尔定律。反射角和透射角的大小取决于反射波速度与透射波速度。产生折射波条件?下层介质速度大于上层介质速度。在弹性分界面上波的反射和透射反射和透射当波入射到 2种介质分界面时,会发生反射和透射。11v第一种介质第二种介质22v当 时:2211  地震波才会发生反射。波阻抗反射定律入射面: 入射线和法线 11  反射定律: 反射线位于入射面内,反射角等于入射角, 。透射定律22112121s 斯奈尔( 律:在一个分界面上产生的入射、反射和透射波都具有相同的射线参量。22111 s in's 弹性分界面上波的转换一个纵波入射到反射面时 ,即产生反射纵波和反射横波,也产生透射纵波和透射横波。与入射波类型相同的反射波或透射波称为同类波。改变了类型的反射波或透射波称为转换波。横波中 产生同类波。 入射角不大,转换波很小,垂直入射不产生转换波。第二介质是液体时不产生横波。21c折射波的形成当出现全反射时的入射角称为 临界角。全反射折射波当入射角大于等于临界角时,发生 全反射 ,产生滑行波,没有 透射波 ,由于两种介质互相密接,滑行波在传播过程中影响第一种介质,并在第一种介质中激发新的波,这种由滑行波引起的波,在地震勘探中叫 “ 折射波 ” 。21s 第一章 概述波阻抗分界面上的反射与折射分界面上反射波 与折射波的形成第一章 概述波动理论绕射波时距方程二维地震绕射波时距曲线: 双曲线三维地震勘探绕射波时距曲面: 旋转双曲面202020202020 )()(1 ])([1 22221第一章 概述层状介质中反射波时距关系 2222 2),(1 均匀介质:虚震源位置:( 0、 0、 2H)震源位置 ( 检波点位置 ( 源面及检波器接收面 :z= z= x2,21212212 )2()()(1 22211212212 ]2),(),([)()(1 第一章 概述水平层状介质:震源 之间距离为 s,则第   Nk   Nk 第一章 概述三维偏移剖面二维偏移剖面三维地震勘探特点“三高一准确”1、高分辨率2、高信噪比3、高保真度4、反射波归位准确第一章 概述三维时间剖面与二维时间剖面比较第一章 概述5述三维地震勘探特点面积测量:第束三维地震勘探特点偏移归位二维地震勘探偏移:沿着测线视倾角方向三维地震勘探偏移:在空间上偏移第一章 概述三维地震勘探偏移归位可以消除剖面中绕射波的痕迹三维波动方程:222222222 1二维波动方程:2222222 1由数学知识可知,对于二维地震勘探观测不能满足二阶偏倒数在平面上处处为 0的要求。第一章 概述三维地震勘探特点资料处理: 编观测系统定义置道头带通滤波观测系统质量检查道编辑动校正去噪道内插初至波折射静校正速度分析地表一致性反褶积三维一步法偏移剩余静校正 三维数据体第一章 概述反射波折射静校正前单炮记录第一章 概述折射静校正后单炮记录反射波第一章 概述剩余静校正前时间剖面述剩余静校正后时间剖面述述述去噪前时间剖面述去噪后时间剖面述偏移时间剖面维地震勘探特点第一章 概述资料解释流程图第一章 概述资料显示(二维地震原始记录)反射波第一章 概述资料显示(二维地震变面积显示)资料显示( 三维数据体 )第一章 概述第一章 概述资料显示 (原始单炮记录)第一章 概述资料显示( 时间剖面图 )第一章 概述资料显示 (沿地层走向时间剖面图)述资料显示( 沿地层倾向时间剖面图 )述资料显示( 等时线平面图 )第一章 概述资料显示( 等时切片 )
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