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对近海四分量地震技术研究与应用的认识和思考

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近海 分量 地震 技术研究 应用 认识 思考
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文章编号 : 167221926 (2004) 0120037205收稿日期 : 2003209228; 修回日期 : 20032102291基金项目 : 中国科学院知识创新工程项目 (编号 : 117)资助 张树林 (19652) , 男 , 湖南邵阳人 , 高级工程师 , 主要从事海洋地球物理与地质、海洋工程、计算机软件技术研究 夏 斌 , 李绪宣(中国科学院广州地球化学研究所与南海海洋研究所边缘海地质重点实验室 , 广东 广州  510640)摘 要 : 从我国近海的地质和纵波地震勘探现状来看 , 四分量地震技术能够解决一些勘探难题。该项技术引入我国还只有 4 年时间 , 在 1998- 2000 年之间开展了处理和解释方法研究 , 并在莺歌海盆地进行了试验 , 之后 , 国外石油公司分别在合作区块蓬莱 1923 油田采集了三维四分量地震资料、在崖城 1321 气田采集了 2 条测线的二维四分量地震资料。从我国的试验情况来看 , 四分量地震勘探在解决气烟囱成像、小断层及低幅度构造识别、岩性及浅层气藏预测方面的效果是很好的 , 在各向异性研究方面也能起到较好的效果。认为我国在四分量地震技术研究方面还需要加强 , 还需要继续投入大量资金 ; 虽然在四分量地震技术方面还有一些问题有待解决 , 但它的应用前途是光明的 ,因为单一的纵波勘探必将走向多分量勘探。关键词 : 四分量地震 ; 新事物 ; 气烟囱 ; 气藏预测 ; 各向异性中图分类号 : 4+ 6          文献标识码 : 更准确地预测岩性和油气藏 ) , 使因纵波剖面气云导致的构造难以落实变为转换波成像良好、构造可以很好地落实 , 使浅层纵波低分辨率勘探变为浅层转换波高分辨率勘探 , 使构造勘探变为岩性勘探进而进行烃类直接检测 , 使亮点勘探变为亮点 + 暗点勘探 , 使各向同性勘探变为各向异性勘探 , 进而进行裂缝检测。从世界范围看 , 海域 2D、 3D 24C 地震采集、处理和解释技术发展迅速 ; 油公司、承包商及大学等都对多波多分量产生浓厚兴趣 , 投入增加快 , 研究和应用进展喜人。已有资料表明 : 四分量地震技术在气云成像、碎屑岩岩性描述、浅层分辨率的提高、浅层气层检测、流体辨别和断层成像等方面是有效的 , 在裂隙特征描述方面也取得了初步的效果。我国“六五”、“七五”、“八五”、“九五”及“ 863”计划均已立项研究多波多分量地震技术 , 主要由中国石油天然气总公司下属各油田和高等院校、中国科学院等单位承担。由于采集设备和有关处理技术难题没有得到很好解决 , 陆上多波地震技术研究一直进展缓慢。但近几年陆上油田掀起了新一轮多波地震技术研究和应用的热潮 , 取得了一定的成绩。海上 海底电缆地震 ) 技术的应用及海上四分量技术的勘探效果 , 推动了多波多分量技术的快速发展 \[ 1 \]。 1998 年 , 我国在南海北部大陆架莺歌海盆地首次开展了四分量地震勘探工作。 2000 年 ,美国 A 琼东南盆地采集了一批四分量地震资料 , 我们自主研究开发了一系列的资料解释系统。从莺歌海盆地的四分量地震应用效果看 , 该技术在提高浅层分辨率、气云成像、构造高低点落实、纵波剖面上的假向斜识别、浅层小断层和微幅度构造识别、浅层气预测和特殊岩性体识别等方面的效果是很好的 \[ 2, 3 \]。国外一家油公司在蓬莱 1923 采集并处理了一块三维四分量地震资料。1  对莺歌海盆地四分量地震的认识1. 1  四分量地震采集技术已趋于成熟海上已经成功应用了 术和四分量检波器集成技术 (图 1)。船上现场处理技术也日趋成熟 ,双船作业尽管开销比较大 , 但采集费用降得很快。第 15 卷 第 1 期2004 年 2 月      天 然 气 地 球 科 学U   C    V o l. 15 N o. 1  2004图 1 四分量地震采集示意1. 2  南海严峻的勘探形势和存在的勘探难题呼唤全新的勘探技术南海是我国近几年油气的 8 大重点勘探领域之一。南海北部大陆架是我国海上天然气勘探的重要领域 , 尤其是莺琼盆地。但自从 A 琼东南盆地发现了崖 1321 气田后 , 一直没有大的发现 , 勘探形势很严峻。几年来 , 莺歌海盆地的天然气勘探遇到了一些难题 , 主要有 :(1) 由于热流体的强烈活动 , 形成了大量的热流体活动的垂向通道 , 通道中杂乱小裂隙和断层发育 , 加之砂泥岩速度差异小 , 使得地震反射成像困难和多次波干扰严重。热流体扩散后 , 天然气在超浅层聚集成藏 , 浅层岩石本来就胶结不好、疏松和孔隙发育 , 含气后 , 岩石的体积模量大幅度降低和纵波速度降低 , 导致气层下的纵波反射同相轴出现下拉现象 ,容易误认为向斜 (图 2)。同时纵波通过这种含气层时 , 会被大量吸收 , 高频损失多。上述原因造成在莺歌海盆地泥拱带纵波地震剖面上 , 随处可见纵波地震反射模糊区 , 我们称之为气云 ; 这种气云是很难通过处理消除的 , 气云内部的速度谱难以解释 , 单纯利图 2 莺歌海盆地纵波剖面上的反射模糊带 (气烟囱 )用纵波地震很难搞清楚。以前大都认为气云是泥丘 ,或泥火山 , 但经钻井证实 , 地层成层性好 , 横向具可对比。(2) 气层下的纵波反射同相轴往往出现下拉 ,易误为向斜构造。相反 , 在莺歌海盆地纵波地震剖面上 , 可见到众多的反射能量较弱、成像不是很好的向斜构造。这是否都是由于浅层气造成的呢 ? 这也是单一纵波地震难以解决的难题。(3) 莺歌海盆地东北部的一号断裂带是油气运移的指向 , 是有利的勘探区带 , 但该带以隐蔽型的岩性圈闭为主 , 应用纵波高分辨率地震、纵波 技术难以判断圈闭的含气性。(4) 对于莺歌海盆地浅层而言 , 气层都是亮点型的。但纵波剖面上的亮点不一定是气层的反映 , 其也可能是岩性的反映。关于这一点利用纵波地震技术很难判断。上述勘探难题呼唤全新的勘探技术。四分量地震技术正是在这种情况下得以引进和利用的。1. 3 深层转换波能量依然较强以前 , 总是有人认为 , 转换波的勘探深度有限。从莺歌海盆地的四分量资料来看 , 中深层转换波能量依然较强 , 在纵波双程旅行时间为 5 s 的深度 , 转换波能量与纵波能量相当 (图 3)。从琼东南盆地的四分量地震资料来看 , 深层转换波能量也与纵波能量相当。1. 4  莺琼盆地具备开展四分量地震勘探技术的物理基础我们对钻井岩心进行了实验室测试 , 同时 , 对数口井的全波列测井资料进行了详细分析 , 发现地层的弹性参数、纵横波速度及速度比等参数的变化是很有规律的 \[ 4 \], 表现在 : ①纵横波地震参数及衍生参数受岩性影响 ; ②纵横波地震参数及衍生参数受流体影响 ; ③纵横波地震参数及衍生参数受地层温压影响 ; ④纵横波地震参数及衍生参数受地层物性影响。以上规律这说明莺琼盆地具备开展四分量地震勘探的条件。1. 5 解释方法是四分量地震资料应用的前提对中国近海而言 , 四分量地震是一项崭新的技术。我们在采集、处理技术上花了很多的资金投入 ,但在资料解释方法的研究上 , 却重视和投入不够。张树林 \[ 2, 3 \]曾经对海上四分量地震资料解释和应用方法进行了研究 , 具体包括 : ①莺琼盆地岩石弹性物性规律的研究 ; ②纵横波地震地质层位对比方法 ; ③四分量地震岩性预测方法 ; ④四分量地震气藏预测方83              天 然 气 地 球 科 学                V o l. 15图 3 莺歌海盆地纵波 (上 )和转换横波 (下 )地震剖面法 ; ⑤四分量地震地层各向异性预测方法。上述方法的应用取得了满意的效果。1. 6 在莺歌海盆地四分量地震勘探效果很好主要勘探效果表现在 : ①气烟囱构造很好地落实了 (图 4) , 纵波剖面上存在的气烟囱 , 在转换横波剖面上成像很好 , 而且转换波剖面上断层更加清晰 ,易于解释 ; ②浅层气藏预测准确 (图 5) , 已查明岩性亮点是由地层含钙引起的 , 地层含钙后 , 高速高密 ,图 4 莺歌海盆地纵波 (左 )和相应位置的转换横波 (右 )剖面顶底面为一强反射界面 ; ③预测出了几个暗点型气藏 ; ④对地层裂隙的发育程度进行了很好地预测 , 为东方 121211 井在钻进过程中所发生的水涌现象提供了合理的解释。1. 7  莺歌海盆地四分量地震资料证实 : 四分量地震可望解决由裂隙等引起的各向异性从对莺歌海盆地的四分量地震研究来看 , 利用转换横波地震信息 (走时、振幅等 ) 和纵横波计算出的弹性参数等可以有效识别地层各向异性的强弱和判断裂隙的发育强度及主要走向。1. 8  四分量地震技术是进行暗点勘探的有效手段暗点型油气层的勘探难度远远大于亮点 , 单一依靠纵波振幅或能量很难解决暗点问题。地层含油气后 , 地层的弹性参数 (如泊松比等 ) 必定会发生变化。从对莺琼盆地的实际情况分析来看 , 这种变化是很明显的 , 弹性参数对地层流体是十分敏感的。我们93N o. 1           张树林等 : 对近海四分量地震技术研究与应用的认识和思考       图 5 莺歌海盆地真假亮点识别剖面(上为纵波剖面 , 下为转换横波剖面 )可以利用弹性参数来预测地层是否含流体 , 含什么流体。而这种弹性参数只能通过多分量地震信息才能计算出来。笔者认为 , 莺歌海盆地深层气层可能是暗点型的 \[ 5 \]。2 对四分量地震技术的几点思考2. 1 四分量地震技术需要大家来扶持任何一项新技术刚出现时 , 总是遭到人们的非议 , 甚至排斥 , 很难尽快接受。加之 , 新技术从出现到成熟需要一个过程 , 在早期成长阶段 , 总存在一些不足和缺陷。笔者认为地球物理和地质人员应支持四分量地震 (陆上的三分量或九分量地震 )技术的研究和应用 , 让它尽快成熟 , 为我国的油气勘探开发做出更大的贡献。2. 2 四分量地震技术的研究方向笔者认为 , 在解释方面 , 今后的研究任务和方向是 : ① 波 (即转换波 ) 的资料对比 , 这一工作很重要 , 如果不能很好地解决这个问题的话 , 四分量地震技术的应用就难以充分发挥效果 , 甚至会阻碍该技术的发展 ; ②全波列测井约束的 和 演 ; ③确定 4C 解释方法 ; ④ 3D 弹性正演模拟 ; ⑤对从 和 C 波资料提取的参数进行不确定性评估 ; ⑥对 4D 24C 进行初步研究。从长远来说 , 4D 24C 必将成为开发海上油气田 (尤其是气田 ) 的地震技术之一 , 也是一项提高采收率的有效地震技术。2. 3  四分量地震技术有没有必要在整个南海推广上面已经提到了南海油气勘探所遇到的一些难题。对南海西部而言 , 上述勘探难题已严重阻碍了油气勘探的进程。对南海东部而言 , 也不同程度地存在上述勘探难题。图 6 是 L 田的一条地震剖面。从中不难看出 , 该剖面发育有纵波地震模糊带 , 表现为地震反射能量变弱并杂乱、同相轴向下弯曲和频率降低 ; 模糊带内的速度谱很难解释 , 构造很难落实。其次 , 在南海东部高保真剖面上 , 常见有强振幅反射 , 这些强振幅反射的形成机理也比较复杂 ,可能是气层的反映 , 也可能是其它因素 (如岩性变化、处理等 )造成的。四分量地震技术有望解决落实构造和识别真假亮点方面的难题。从目前南海的勘探现状来看 , 很有必要在整个南海推广四分量地震。2. 4  为了提高采收率 , 建议将四分量地震技术应用于崖 1321 气田崖 1321 气田是中国近海开发的第一个大气田 ,也是我国最大的在开发气田 , 目前每年开采 36 亿m 3 天然气。由于地质情况复杂 , 需要在该气田寻找剩余气 , 提高采收率。中海油和 司已经在该气田做过纵波四维地震 , 但效果不很理想。崖图 6 南海东部 L 田纵波地震剖面 (气烟囱清晰可见 )04              天 然 气 地 球 科 学                V o l. 151321 气田有 7 口井的声波全波测井资料 , 笔者曾经对这些资料进行过详细分析和研究 , 发现在该气田具有理想的开展四分量地震海台技术的优越条件 ,因此建议在崖 1321 气田开展四分量地震勘探 , 以最大限度地寻找剩余气 , 提高采收率。3 结论(1) 国外的四分量地震技术研究及应用发展很快 , 投入很大。在此方面我国已经落后 , 这两年又处于停顿状态。我国应该加大投入 , 加强自主研究开发 , 不能光靠引进。(2) 从中国近海实际地质情况及目前的勘探开发状况来看 , 四分量地震技术能够解决很多的勘探难题 , 例如在莺歌海盆地四分量地震试验的应用效果是很好的。(3 ) 任何一项新技术走向成熟需要一个过程 ,四分量地震不可能解决中国近海所有的勘探开发难题 , 但它具有单一纵波勘探无法相比的一些优点 , 而且 , 随着研究的深入 , 采集费用一定会大大降低。(4)崖 1321 气田具备开展四分量地震的物理基础 , 建议开展 3D 24C 和 4D 24C, 寻找残余气 , 提高采收率。(5) 国外学者预言 , 多分量地震将是地震技术史上的一次革命 (第 4 次革命 ) , 理由是 : ①海上多分量地震勘探效果引起了众多的油公司、承包商及科研单位的兴趣 , 投入愈来愈大 , 研究者越来越多 ; ②人类对能源的需求量越来越大 , 而勘探难度却在增加 , 这种情况激发了人们对新技术的追求 ; ③多分量地震技术费用不断降低 , 海上三维多分量数据的采集费用大概是常规三维海上拖曳式电缆采集的 1. 5~ 4 倍 \[ 1 \], 但得到的信息是常规地震的 10 倍以上 ;④多分量地震是弹性勘探技术 (矢量勘探 )能得到直接反映地层状态的弹性参数等 , 油气勘探效果比常规纵波勘探的效果好得多。参考文献 :\[ 1 \]  T M J \]. 2001, 66 (1) : 49251.\[ 2 \] 张树林 . 中国近海四分量地震资料解释及应用 [J \]. 海洋地质与第四纪地质 , 2001, 21 (4) : 2612265.\[ 3 \] 张树林 , 李绪宣 , 姜立红 1 海上多波多分量地震烃类检测方法研究 [J \]. 2000, 11(1) : 36244.\[ 4 \] 张树林 . 莺琼盆地岩石弹性物性规律的研究 [J \] 2001, 23 (4) : 2532258.\[ 5 \] 张树林 . 莺歌海盆地气层反射地震波动力学特征研究 [J \]. 天然气地球科学 , 2001, 12 (3) : R F E X L I z te ou h te Ch em y z 10640, Ch T he r ts ic is m r ts ic is u so e lo p s h It w as r fo r Ch to im po is T he w ho w o rk fo r Ch re o il r 4C p in T he fo o il D r ts ic 923 o il D 321 000. In a w o it is to so ch im im sm lt re ir p 4C to p an It is fo r Ch to m o re m N C is no t w e fu tu re m u st be I fo p t lo m u st be in C in fu tu I h m en of in t ld Cm o re 4C N ew th ch im ir p A n o. 1           张树林等 : 对近海四分量地震技术研究与应用的认识和思考       
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