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地震勘探技术的发展与应用

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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地球探测与信息技术读书报告课题名称:地震勘探的发展与应用班 级:064091姓 名:吴浩学 号:20091004040指导老师:胡祥云 地震勘探的发展与应用吴浩(地球物理与空间信息学院,地球科学与技术专业)摘要 地震勘探是地球物理勘探中发展最快的一项技术,近年来,高分辨率地震勘探仪器装备、处理软件升级换代速度明显加快,地震资料采集、处理与解释出现了一体化的趋势。从常规的地震勘探发展到二维地震、三维地震、高精度地震勘探等先进技术,应用于石油、煤炭、采空区调查、地热普查等重要领域,由陆地不断向海洋发展。本文着重针对地震勘探过程和技术的发展几个重要阶段及应用进行展开。关键字 地震勘探 三维地震 石油勘探 煤矿 发展与应用1 引言地震勘探是利用岩石的弹性性质研究地下矿床和解决工程地质,环境地质问题的一种地球物理方法。地震勘探应用领域广泛,与其他物探方法相比,具有精度高、分层详细和探测深度大等优点,近年来,随着电子技术、计算机技术的高速发展,地震勘探的仪器装备、处理软件升级换代的速度明显加快,地震资料采集、处理与解释的一体化趋势得到加强。从常规的地震勘探发展到二维地震、三维地震、高精度地震勘探等先进技术,通常用人工激发地震波,地震波通过不同路径传播后,被布置在井中或地面的地震检波器及专门仪器记录下来,这些地震拨携带有所经过地层的丰富地质信息,计算机对这些地震记录进行处理分析,并用计算机进行解释,便可知道地下不同地层的空间分布,构造形态,岩性特征,直至地层中是否有石油、天然气、煤等,并可解决大坝基础,港口,路,桥的地基,地下潜在的危险区等工程地质问题,以及环境保护,考古等问题。2 地震勘探过程及发展地震勘探过程由地震数据采集、数据处理和地震资料解释3个阶段组成。1.地震数据采集在野外观测作业中,一般是沿地震测线等间距布置多个检波器来接收地震波信号。常规的观测是沿直线测线进行,所得数据反映测线下方二维平面内的地震信息。一般地讲,地震野外数据采集成本占勘探成本的80%左右,因此世界各国为了降低勘探成本、提高勘探效果,不断研发、更新地震勘探的仪器装备。地震仪作为地震勘探的核心设备,从20世纪30年代至今,先后经历了光点记录、模拟磁带记录、数字地震仪、遥测数字地震仪、基于△Σ技术的24位A/D 型遥测数字地震仪和全数字地震仪等6 个标志性的更新换代。纵观近5以看出:以24 位A/D 技术(△Σ技术)、数字传感技术(术)、网络遥测技术、光纤通讯技术、数字存储技术、高速超大规模硬件技术、硬件功能软件实现技术和超万道大容量采集技术为代表,地震仪器的研发广泛融合了地震勘探技术、电子技术、计算机技术、通讯技术、数字信号处理技术、数据传输技术的新成就以及新工艺、新材料等方面不断涌现的新发明,向着技术指标越来越高、工作速度越来越快、采集和预处理能力越来越强、可靠性和稳定性越来越好、自动化和智能化程度越来越高、单道成本越来越低的方向迅猛发展。伴随着地震仪器的技术进步,地震数据采集方法在继续扩大原有的高分辨率三维地震成果应用范畴的基础上,从采集思路上越来越多地体现出地震采集、处理与解释一体化的总体思路,从采集技术上更多地强调单点(震源)、单道(检波器)、高密度(小道距、小线距)、高保真的采集模式,在采集方法上从最初的小道数二维地震逐渐发展到大道数三维地震、时延地震(四维地震)、矢量地震(三维多波)等;另外,在野外数据采集时,加强了采集方案优化论证、地震资料品质分析和定向照明设计、现场监控处理等基础环节的工作。总之,地震野外数据采集的装备与技术能力,目前已经完全能够满足全球范围内的沙漠、平原、山地、丛林、湖泊、海洋等作业环境的需要,在国内外能源地震勘探领域(油气、煤炭等)已经得到广泛应用,并成为能源地球物理勘探的核心技术。地震数据变成地质语言──地震剖面图或构造图。经过分析解释,确定地下岩层的产状和构造关系,找出有利的含油气地区。还可与测井资料、钻井资料综合进行解释(见钻孔地球物理勘探),进行储集层描述,预测油气及划定油水分界。目前,无论是石油还是煤炭地震勘探的技术难度越来越大,可以用“信噪比低” 、 “埋藏较深” 、 “条件困难”和“隐蔽性强”这几个特点来描述,这几个特点反映到地震数据处理上,其特点变现为以水平、均匀、层状介质为假设的地震资料常规处理方法和软件,已经愈来愈不适应复杂介质条件的地震勘探资料处理,以往地震资料处理的一些关键模块遇到了难题和挑战,如复杂地表条件下的静校正,陡倾角条件下的叠加与偏移,非均匀介质条件下的动校正等。为了适应这些挑战,地震数据处理的硬件设备中, ,开始采用以加快处理速度;地震资料处理方法中,已由常规的叠后偏移向叠前偏移发展,地震叠前偏移(时间域或深度域)处理已于2006 年成为石油地震资料处理的必然要求,且已经开始在煤炭地震资料处理中得到应用。另外,多次波压制技术、低信噪比资料处理技术、地表层析静校正技术等应对复杂条件下地震资料处理的关键模块不断发展,服务于处理解释一体化的地震叠前术、叠后约束反演处理技术等也取得了明显的效果。3.地震资料解释包括地震构造解释、地震地层解释及地震烃类解释或地震地质解释。经过20多震资料解释的计算机系统,已经从工作站单机版模式、服务器—用户终端模式、服务器—客户端网络模式,发展到多服务器的“服务器络模式, ;随着微机性价比的迅速提升,基于统的高配置微机工作站已经能够完全胜任地震解释的要求,从而出现了微机解释平台的暴。近几年来,地震解释技术发展迅速,地震数据采集、处理、解释一体化的步伐明显加快。所有从事地质科学的人员—8212 —不仅仅是地震资料解释专家,也包括地质专家、岩石物理专家、油藏工程师等,联合组成协同工作组,可以将地震资料、地质模式、钻井资料和油藏开发史等有机结合起来,地震资料的处理不再是独立的处理步骤,而是整个解释过程中的一部分,其目标就是建立一个非常详细的地质模型,而各种软件的普及使得解释处理过程中的部分工作,可以由越来越新的智能型软件自动完成;三维地震可视化解释技术、虚拟现实解释技术的出现,在物探人员和地质人员之间架起了一座“桥梁” ,如今的地震勘探的瓶颈问题不再是数据处理所需要的时间,而是物探解释人员和地质工程师利用这些信息做出综合判定的速度。在地震解释的新方法、新技术中,地震属性分析技术、相干体解释技术、方差体解释技术等发展迅速,地震资料除了能够完成常规的构造解释任务外,综合利用地震资料和沉积学知识开展的地震地层学解释、层序地层学解释、地震资料岩性解释和储层精细描述技术等也取得了积极的进展。3 地震勘探技术及发展地震勘探技术经过近80历了从模拟阶段进入数字时代、从一维勘探发展到三维地震乃至四维地震、从单分量接收到多分量接收、从地面勘探到立体勘探、从构造勘探到岩性勘探、从均匀层状介质到各向异性介质理论等技术进步,取得了一系列技术创新成果。近年来,石油工业的地震勘探技术逐步形成了高精度地震、三维地震连片处理、重磁电震联合反演、精细储层描述等综合勘探技术系列,在交互三维地震构造解释、断层分析、地震反演、属性分析、三维可视化、地质建模与地质统计技术等方面取得了重大的研究进展,促进了复杂油气藏的勘探。据专家预测,在今后一段时间内,石油地球物理勘探技术的发展方向将从目前的勘探地球物理为主,逐渐转向开发地球物理为主;为了满足复杂勘探对象的地下成像、储层描述和油藏检测等新的需求,高密度地震(万道地震采集)、高精度地震(精细解释)、三维可视化与虚拟现实技术以及地震勘探新技术(三维三分量地震—方位纵波地震—延地震—D、三维间地震等)等地震勘探新方法、新技术正在发展、完善和成熟,代表着今后一段时期内地震勘探技术的发展趋势。目前应用最多的而且较为成熟的是三维地震勘探技术,三维地震勘探技术是在二维地震勘探技术基础上发展起来的、将地震测网按照一定规律布置成方格状或环状的地震面积勘探方法。其在石油勘探的应用是通过二维地震技术获得地质构造、布置探井并发现油气后使用三维地震勘探技术精细落实圈闭及储集层变化,以提高钻探成功率,其对油气藏表述和储层预测有着不可替代的作用。三维地震勘探技术需要由野外地震数据资料采集、室内地震数据处理以及地震资料解释三个步骤完成,其各个步骤都需要现代计算机技术与软件技术的支撑来完成。通过三维地震勘探技术的应用能够有效提高油气勘探的准确性、提高油气勘探效率,为我国经济发展所需能源供应奠定勘探基础,促进我国经济的发展。三维地震勘探技术的应用过程需要勘探企业对勘探设计、勘探过程、数据处理以及资料解释进行严格的控制与管理,以此确保勘探结果的准确性。为了更好的进行三维地震勘探技术的应用,勘探企业还需要加强对有关技术人员的培训与培养,以综合技术水平的提高为基础应用现代三维地震勘探技术,提高勘探准确性,为我国经济建设发展所需能源勘探提供准确的信息,为石油、天然气开发企业提供转却的勘探结果,为我国经济发展所需能源供应奠定坚实的基础。4 国内勘探技术的主要差距我国石油、煤炭地震勘探技术整体上处于国际先进水平,但从技术长远发展的角度出发,也还存在着一些明显的差距。少具有自主知识产权的大型地震仪器装备目前,国内石油、煤炭行业地面地震勘探的大型仪器装备主要依靠进口,法国的拿大的国的器等世界几大地震仪器生产制造商的产品,几乎在国内地震勘探市场上占据了垄断地位;同样,用于地面激发地震波的可控震源、集及井间地震数据采集的多级多分量检波器等设备也大多依靠进口。国内的地面地震仪器生产厂家尽管也开发、生产一些大型地震设备,但是由于缺少具有自主知识产权的独占技术,大多限于仿制、研发阶段,没有形成大规模的生产能力,致使国家每年需要花费大量外汇去引进设备;而国外地震仪器设备的研发能力、更新速度很快,有时也给国内用户在硬件的通用性、软件的兼容性等方面造成一定的困难。2008 年,国家科技重大专项《大型油气田及煤层气开发》项目中,将“全数字万道地震数据采集系统”列入重大装备研发之列,该项目完成后,将缩短我国在地震勘探采集设备生产上与国外的巨大差距。品化的国产地震处理解释软件有待升级与推广目前,地震野外采集设计软件,主要有美国绿山公司的件、加拿大的件、法国的件、司的软件等,国产地震数据采集设计软件,只有北京科浪公司的一款软件;在地震资料处理上,国外软件主要有法国的件、美国的件、帕尔代姆公司的件、件以及西方地球物理公司的件等,国内具有自主知识产权的处理软件,仅有东方地球物理公司的理软件;地震资料交互构造解释、断层分析、地震反演、属性分析、三维可视化、地质建模与地质统计软件,国外软件更新较快, 而国内仅有东方公司的以与其抗衡。实际上,国内从事地震处理解释软件研发的力量并不薄弱,也形成了诸如L、在内的一些别具特色的专用处理软件,但是在软件功能、界面设计以及推广应用等方面与国外存在着明显的差距。地震勘探新方法新技术的研发投入不足目前,随着地震勘探的对象由简单构造到复杂构造、由构造勘探进入岩性勘探、从简单地表转向复杂地表、由浅层勘探进入深层勘探等新情况的出现,原有的基于水平层状均匀介质的基础理论已经显示出了一些不适应性,各向异性理论、多相介质理论以及非线性算法等,成为世界各国地震勘探的研究热点。国内地震勘探技术的研发机构主要以中石油、中石化和中海油三大公司所属的研究机构和石油物探公司以及部分高校研究人员为主,在国家科技部、发改委和石油公司逐年增加投入的情况下,已经取得了不少的研究成果,有力地支持了老油田的潜力挖掘和新油田的发现。但是,与国外同行相比,尽管投入地震新技术新方法的研究人员数量众多,由于体制与机制问题,没有形成跨系统、跨部门、跨专业的集成研究优势,造成低层次、重复性、应用性的研究成果较多,这从发表在国内外刊物上的文章数量与质量就可以看出。地震采集处理解释一体化的模式有待完善地震勘探技术作为地球物理勘探的一项核心技术,在地震地质解释上不可避免地存在着多解性。为了克服这一问题,国外公司比较注重地震正演模拟与反演解释的结合,注重物探技术与地质学、石油工程等其他学科的结合,注重建立多学科的协同工作组,实现勘探开发一体化的综合勘探模式。在地震采集处理解释一体化方面,在市场经济条件下,我国石油、煤炭、地矿等不同部门在同一区块重复勘探、资料互相封锁的问题尚未解决,即使在同一部门内部,也存在着专业化划分过细、不同专业之间的融合不足等问题,因此在一体化勘探模式方面我们与国外公司还存在着很大的差距。5 地震勘探在石油工业上的应用地震勘探是由研究天然地震的地震孕育而来的。地震勘探作为一种工业方法在其实现真正工业应用前经历了漫长的思想与基础理论准备,然而地震勘探却是为寻找石油和天然气而发展起来的,第一次世界大战结束后,经济恢复对石油的需求迅速增长,而用地面地质的方法寻找石油的收益却开始下降,地震方法便应允而生,地震勘探在随后几十年的发展中逐渐成为石油勘探的绝对勘探方法。1951年3月我国组建了第一个地震队,从此掀起了我国石油地震勘探历史的新篇章。目前几乎所有的石油公司都需要依靠地震资料来确定每一口探井位置,世界上绝大多数油气田都是先由地震工作找到构造,再由钻井发现的,而且在油气田开发与管理上越来越依赖于地震工作。目前为止,世界上还没有一中探测方法能像地震勘探那样对地下介质作出的精确而详细的三维描述,无论是重力、磁法、电发、放射性或测井等地球物理方法还是钻井、地质等其它方法。正因为如此,地震勘探在石油工业中得到普遍的应用。世界地球物理勘探费用里,地震勘探占95%以上,重力、磁力、电法、放射性及测井等地球物理方法费用加在一起尚不足5%,可见,地震勘探在石油工业中的应用有着举足轻重的地位。地震勘探在煤层采空区中的应用煤层采空区是由煤层被开采后形成,由于煤系地层中煤层与其顶板岩层的反射系数存在较大差异,因而煤层能形成能量较强的地震反射波,一旦煤层被开采,采空区顶板将会冒落、塌陷,破坏了煤层的连续性,因此在地震时间剖面上可以通过以下几种特征来识别采空区:(1)反射波(组)中断: 采空区造成反射波中断,煤层与顶板的反射系数差异较小,同相轴变得不可追踪,甚至出现“空白区” ,跨越采空区后,反射波( 组) 恢复,同时由于采空区下方岩层未遭开采破坏,所以仍能保持原有良好的反射波同相轴而可连续追踪。地震时间剖面上反射波同相轴不能连续追踪是识别煤层采空区的重要标志。(2)反射波频率变化: 煤层采空区引起的顶板塌陷、围岩破坏会对地震波的能量吸收衰减作用严重,导致地震时间剖面上反射波的频率较低。(3)波形变化: 采空区围岩的破坏对地震波的衰减还表现为反射波波形变得不规则、紊乱甚至产生畸变,而采空区下方则由于岩层保持相对完整而变化不明显。地震勘探在煤矿勘探中的应用地震勘探在煤矿勘探的应用已经相当成熟,三维地震勘探,经过高密度的数据采集和高精度的资料处理,可产生一个完整地、准确地反映地质体时空的三维数据体,可输出多种水平切片及垂直剖面,为煤层形态、构造及煤层结构变化趋势等提供各项资料,为矿井生产提供可靠的地质依据,使煤矿生产取得明显的经济效益。地震勘探在地热普查中的应用地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异,通过观察和分析大地对人工激发地震波的响应,推断地下岩层的性质和状态的地球物理勘探方法,地震勘探是地热资源勘查的重要手段,通过普查区数据采集,资料处理,资料解释等可以较为准确的测定断裂位置,产状和热储结构。 地震勘探在工程物探的应用我国的工程地震已在水文、工程、环境地质调查、岩土力学参数原位测试、工程检测以及人文调查等领域得到了广泛的应用。在水文、工程、环境地质中的应用有:测定覆盖层厚度及基岩界面起伏形态,测定基岩岩性及风化层厚度的变化,测定隐伏断层、裂缝、破碎带的位置、宽度及展布方向,测定砾石层中潜水面深度和地下含水层分布,探测岩溶及地下洞穴,划分松散沉积地层层序,滑坡及塌陷等灾害地质调查以及进行浅层地质填图等。在区域和场地稳定性调查评价中的应用有:进行岩体及场地分类,测定场地卓越周期,判定砂土液,场地土地震效应分析及反应谱,场地局部构造的调查等。在工程质量检测及人文调查中的应用有:地基基础检测和岩土弹性力学参数测定,古墓、古建筑物及地下埋设物探测等。随着科学技术的进步,工程地震勘探方法技术不段发展,应用范围将不段扩大。6 地震勘探新领域——海洋地震勘探在茫茫大海里寻找石油和天然气最有效的技术方法是地球物理方法,其中主要是地震勘探方法。近几十年来,随着电子计算机的广泛应用,海洋地震勘探的数据采集和装备得到了极大的改进,数据处理技术和解释方法也得到迅速的发展。在油气勘探中,利用地震资料不仅能确定地下的构造形态、断裂分布,而且能了解地层岩性、储层厚度、储层参数甚至能直接指示地下油气的存在。在油气开发中,地震资料同测井、岩芯资料以及其它地下地质资料相结合能对油藏进行描述和监测。地震技术远远超出了石油勘探领域,已向石油开发和生产领域渗透。用于寻找海上油气田的地震反射法,和陆地的地震反射法相比,在方法基本原理、资料处理和解释方法等方面基本上是一样的。但在野外工作方面,由于海洋与陆地有很大的差别,海上地震工作也有许多特殊性。海上地震工作是以地震队(船) 的组织形式来完成的。可把地震仪器安装在船上,使用海上专用的电缆和检波器,在地震船航行中连续地进行地震波的激发和接收。海上地震工作具有下述几方面的特点:1:使用非炸药震源,如空气枪。2:野外记录数字化,使用96、120、240、480、720 或960道数字地震仪。3:使用等浮数字电缆。为了适应高覆盖的需要,等浮电缆的道数不断增加。4:一般为单船作业,记录仪器和震源在同一条船上,目前多船作业也逐渐增多。5:采用高次覆盖,例如在部分海域的地震勘探最高已达120次。6:采用导航定位技术实时确定船的位置和炮点的位置。7 结束语随着科学技术的发展,地震勘探技术在不断的进步革新,更加趋近“高信噪比” 、 “高分辨率”和“高保真度”的“三高”要求,加之野外数据采集,数据处理与解释的方法的不断进步,从而扩展了地震勘探的应用领域。从以往了较为简单地形地势到现在的复杂地形都可以根据适当的方法得以解决。参考文献[1] 武建军,贺建明,曾维望,黄土塬区煤田三维采区地震勘探采集技术在王家岭矿区的应用,中国煤炭地质,第24卷1期,2012 年1 月.[2] 炭科技] 郭龙芳,张建民,复杂地区三维地震勘探实例研究,山东煤矿科技,2011 年第5 期。[4] 冯奇坤,现代海洋地震勘探简述,百科论坛,2011年16期。[5] 雷云刚,浅析三维地震勘探技术,油气开发,2010年第10期。[6] 向元,浅析地震勘探的应用和发展,企业导报,2009年第01期。[7] 程建远, 李淅龙, 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