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石油地震勘探资料处理

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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石油 地震 勘探 资料处理 既然野外地震已经采集到了反映地下地质情况的地震记录,为什么还要进行地震资料数字处理呢?这是因为野外采集的地震记录仅仅是把来自地下地层的各种信息以数码形式记录在磁带上或光盘上,还不能直接反映出地下地层的埋藏深度及起伏变化情况,还需要将地震记录拿到室内输入到运算速度非常快、存贮量非常大、专业功能非常强的计算机系统中,在专家的指令下进行反复计算和分析,才能获得直接反映地下地层真实情况的数据和图像,专业上把这一过程叫做地震资料数字处理。这个过程有点像我们生活中使用的数码照相机(或数码摄像机)的显像过程,将数码照相机 拍摄到的图像输入到室内的电脑上,根据需要,对显示在屏幕上的影像进行修改、调整、增加、删减,满意后可通过屏幕拷贝、彩色打印输出图片来,也可以录制到光盘上存贮以供调用,这个过程叫做编辑,也叫处理。不过地震资料的数字处理所用的硬、软件则要复杂得多。因为数码相机拍摄到的图像仅是几米到几十米远的景物,而地震资料数字处理要对从地面开始到地下五六千米甚至上万米深范围内的地震数据进行处理,不仅将上面第一套地层,还要将下面很多套地层逐层搞清楚。这些地层在不同地区形态都不一样,有的很平,有的像喜马拉雅山似的高山,有的像雅鲁藏布 江似的河谷。可见地震数字处理要把地下数千米深的看不见、摸不着,又极其复杂的地层情况搞清楚,这是多么难的一门学科。 不过,近些年来由于将迅速发展起来的计算机技术、信息技术等许多高新科学技术引用到地震资料数字处理中,为搞清地下地层情况,寻找深埋地下的油气田提供了条件,提供了可能,而且提高了油气勘探的成功率。 经过数字处理后的成果有好几十种。专业上把反映地层的埋藏深度、厚度以及形态的图件叫做水平叠加剖面(简称叠加剖面)、偏移剖面。把反映地层岩石(砂岩、泥岩等)组成及其物理性质(速度高低、孔隙大小等)等的成 果叫地震属性资料。将经过数字处理的这些剖面和属性资料录制到数字磁带或光盘上,可提供给下道工序(解释)使用。 2.中国地震资料处理技术的发展历程 20 世纪以来,地震勘探仪器经历了光点地震仪、模拟地震仪和数字地震仪三个发展阶段。 20 世纪 70 年代中期进入数字地震勘探阶段以后,用计算机进行数字处理具有速度快、精度高,可以反复处理等优点,对解决复杂构造问题有着突出效果,在这个阶段发现了渤海湾盆地的复杂断块油田及塔里木盆地的大油气田,同时,也推动了我国数字处理技术的发展,大体经历了以下过程。 20 世纪 70 年代,以压制各种干扰波、突出有效波、提高二维地震资料处理质量为主要目的,发展了一批以滤波技术为主的处理方法和处理技术。 20 世纪 80 年代以来,围绕如何处理好三维地震资料,国内许多专家学者开展了广泛研究,研制和完善了二十多项三维处理技术,特别是对地下复杂构造的成像技术有了突破性的进展。 20 世纪 80 年代中期以来,为了适应许多地区储层都比较薄的这个特点,开展了分辨薄地层处理技术的研究,专业上叫高分辨率处理技术。在这一时期,中国自行研究的高分辨率处理技术能把埋深 3000 多米、厚度 10 米左右 的薄地层分辨出来,达到了世界水平。 20 世纪 80 年代至 90 年代,为了提高复杂构造的处理水平,在处理技术上发展了正反演模型技术。所谓正演就是根据地下地质模型求出相应的地震剖面。反演就是根据地震剖面反求出地质模型。正反演技术就是由解释专家根据实际地震剖面,通过综合解释给出地下地质模型,之后,由计算机根据这个地质模型计算出相应的地震剖面。将计算出的地震剖面与实际地震剖面相比较,一致时认为处理质量是好的,解释是正确的。不一致时有两种可能,或处理有问题,或解释有问题。此时应各自查找问题,修改参数,再进行正反演技术 处理,直至取得满意的结果为止。正反演技术不仅能有效地给出地下地质结构,还能反演出地层的岩石性质和地层的速度、密度等参数。这项技术已成为十分热门的研究课题。 中国地震数字处理技术从 20世纪 70年代初开始起步,至今仅 30多年时间,不仅地震资料数字处理水平达到世界一流,而且还培养了一大批数据处理方面的学者、专家,为 21 世纪全面赶超世界水平奠定了坚实基础。 3.为什么地震资料数字处理需要高性能计算机 为什么地震资料数字处理需要高性能计算机呢?一是数字处理的计算工作量太大。通常一条 10 千米的二维地震测线仅计算一 次就需要计算 2880 万次,若是 100 千米则需要计算 3 亿次。全国每年要处理的二维地震数据工作量在 10 万千米以上,而且不只是计算一次,也不是仅用一种处理方法计算,可见地震资料数字处理的计算工作量实在是太大了。二是一个简单的处理过程需要用二十多种处理方法,有些方法涉及到高等数学的褶积、反褶积、波动方程、迭代等复杂的数学算法、费机费时。三是面对地下地质情况越来越复杂,地震勘探难度越来越大,在数字处理中就需要不断增加一些新的更为复杂的处理方法,这就需要重新处理,反复处理。所以,数字处理没有高性能计算机是无法实现的。 我国应用计算机进行数字处理大体经历了以下三个阶段: 应用百万次计算机阶段。 1973 年将中国研制的第一台 1 运算速度百万次计算机(简称 150 机)第一次用到地震资料数字处理中,从而开创了地震资料数字处理工作。应用这台计算机处理了近 10 万千米的二维地震资料,发现了任丘、中原和辽河等油田。 应用千万次和亿次计算机阶段。为了适应数字地震勘探大发展的需要, 20世纪 70 年代后期,从法国、美国引进了运算速度千万次及亿次的大型计算机复合系统和先进的处理技术,同时将中国自行研制的第一台亿次银河( )巨 型计算机用于地震资料数字处理。在这个阶段不仅完成约 150 万千米的二维地震资料数字处理,而且开创了我国三维地震资料数字处理工作,处理技术和处理质量都有明显提高,为西部塔克拉玛干大沙漠等地区发现大油气田做出了重要贡献。 应用微机群和并行机阶段。微机具有计算速度快,配置灵活,体积小易搬动等优点。现在可以把若干台微机(多者上万台)联合起来组成微机群用于数字处理。并行机除具备一般处理机的优点外,还具有多处理点的特点。每个处理点有自己单独的操作系统,一个点出现问题不会影响整体工作。由于微机群和并行机具有诸多的优势, 它们在很多领域迅速取代了使用多年的大、中型计算机。中国数字处理领域也不例外,从 20 世纪 90 年代中期,开始引进 公司的工作站和并行处理系统,同时,中国也开始使用微机群,这就极大地增强了地震资料数字处理的能力。 到 20 世纪末期,在石油系统用于地震资料数字处理的计算机系统就有 450 多台套。年处理能力达到可处理二维地震资料 40 万千米,三维地震资料 5 万平方千米。 目前,中国已成为世界上最有实力、最有竞争力的地震资料数字处理强国之一。 4.地震资料处理的流程 在地震资料数字处理工作中,经常要用到 “ 处理流程 ” 这个词。什么叫处理流程呢?处理流程就像汽车制造厂生产汽车一样需要有一套生产程序,并在生产程序中规定了详细的工作内容和质量标准,把复杂的生产工作规范成科学的有条不紊的一环扣一环的生产过程。地震资料数字处理工作也是一种生产过程,而且是一个非常复杂的、运用到多门学科知识的生产过程。为了保证处理工作秩序和质量,根据野外采集工作特点和地质任务的要求,制订了相应的生产程序,专业上把这个生产程序叫做处理流程。为了控制每一步的处理质量,还在处理流程中的一些关键工序上强行设置了 质量检查点,即上一道工序经检验合格后,才能进入下道工序,这样就能有效地保证每一步的生产质量。 地震资料处理流程不是一成不变的。为适应野外采集特点,制订有二维地震资料处理流程、三维地震资料处理流程;根据地质任务的不同,制订有常规处理流程、特殊处理流程。在处理流程中,可考虑工区的地形条件、干扰波的特点,采用针对性更强的处理方法和处理手段。另外,随着处理技术的发展,为了不断地提高处理质量,为解释工作提供更多、更准确的信息,在处理流程中也要不断地补充新的处理技术、新的处理方法。由此可见,地震资料数字处理工作是一 项复杂的工作。 5.地震资料的常规处理 野外采集的地震资料首先要进行常规处理,常规处理是一种基础处理。它是以提供能够清晰地反映出地下地层形态和各种地质现象为主要目的的一套处理方法。 常规处理的几个主要处理流程为预处理、水平叠加处理、叠加偏移处理。 预处理 野外记录送到处理站以后,首先要把野外地震记录的格式转换成计算机能够识别的格式。这是预处理阶段的主要工作,另外,在预处理阶段还要做一些其他基础性的工作。 水平叠加处理 其指对多次观测的每个地震道,按反射点的位置叠加成一个道,逐点叠加,直到把一 条测线的所有反射点做完。这样就可以得到一条反映地下地层形态的地震剖面,这个剖面叫水平叠加剖面。 叠加偏移处理 它是在水平叠加的基础上进行的处理,目的是把地下地层的形态在水平叠加剖面上的偏差纠正过来。地层倾角越大时这种偏差越大,这就更需要通过叠加偏移处理加以纠正。所以,叠加偏移处理也可以叫做纠偏处理,这样处理后才能得到反映地下地层真实形态的叠加偏移剖面。 水平叠加剖面和叠加偏移剖面是下一步解释工作使用的最基础的,也是最常规的处理成果。 常规处理的好坏不仅对整个处理工作,也对能否做出正确的地质解释有极大的影响,而且也是参与国内或国际上地震资料处理投标中能否中标的重要条件之一。所以,国内各处理单位都极为重视提高常规处理的质量,都制订有与世界接轨的符合 000 要求的质量管理体系。 6.水平叠加是怎么回事 现代地震勘探都是采用多次覆盖观测技术,也就是对地下进行很多次的重复观测,少者几次、几十次,多者要上百次,甚至数百次。其目的就是为了削弱或压制各种干扰波,增强我们需要的有效波。如何把对地下重复观测这么多次的地震记录叠加到一块呢?这就是水平叠加处理要做的工作。 地面上不同位置的炮点激发出的地震波传到地下地层某点后再反射到地面上位置不同的接收点接收。这样,由于炮点到接收点的距离不同,接收到的时间也不同,也就是它们之间有了一个时间差,所以不能把这些接收道直接叠加在一起,为此必须先 消除由于炮点到接收点距离不同而 引起的时间差以后才能进行叠加。由此可见,水平叠加处理就是对地下某个点重复观测多次的许许多多地震道经过消除时间差,滤掉干扰波等处理以后叠加到一块才得到这个点的水平叠加记录,一个点一个点都这样处理,直至把一条测线的所有点都处理完,才能最终得到能比较真实反映地下地层形态的这条测线的水平叠加剖面。将工区中所有地震勘探的测线都这样处理便得到有多少条地震测线就有多少条水平叠加剖面,这些剖面是解释工作最基础最主要的地震资料。水平叠加处理是处理工作中必须做的一项工作。 7.为什么要进行偏移处理 当地下地层是水平的或接近水 平时,水平叠加剖面上反映的地层位置和形态符合或基本符合地层在地下的实际情况。但当地层是倾斜的或产状起伏变化很大时,水平叠加剖面上反映的地层位置和形态与实际情况会有偏离,甚至还会有很大的偏离。为了纠正这种偏离,就需要进行偏移处理。目前,偏移处理是恢复地下复杂构造、陡倾地层等的真实形态和准确位置的惟一有效的成像途径。 为了适应地下各种复杂的地质条件,中国广大地球物理勘探工作者将数学、物理等领域中的成果应用到地震资料数字处理中,开发了数十种偏移处理方法,所有这些偏移方法的只有一个,就是要得到能真实反映地下情况 的地震成果,提高勘探油气的精度和准确性。其中,叠前深度偏移方法是 20 世纪后 10 年发展起来的,它对于解决地下复杂构造的处理是一种极为有效的手段。目前,中国的偏移处理程序软件包几乎包括了世界上所有的偏移方法,这些方法可以在各种计算机机型上运行,是一个先进、有效、实用的软件包。中国的偏移处理技术水平居于偏移成像领域的前列,在国际上有很大影响。 8.三维地震资料的数字处理 三维地震资料数字处理(简称三维处理)是指对野外三维地震采集的资料进行处理。它与二维地震资料常规处理的目的一样,就是要更有效地压制各种干扰波, 增强有效波,提高分辨薄地层的能力,更真实更细腻地反映出地下的地质情况,为构造解释、岩性解释、储层研究及油田开发提供质量更好、精度更高的处理成果。 三维处理与二维处理相比有几个很突出的特色: 一是三维处理的数据量比二维大得多。一块 100 平方千米的三维资料的数据量约为 个。三维勘探面积一般要上百平方千米,大的要上千平方千米,处理的数据简直是海量。 二是三维处理中应用了许多算法上具有三维特色的技术手段。所以,三维处理后的成果反映的地下地质情况更可靠更真实。 三是三维处理后提供的处理成果是一个 立体的三维数据体,这是三维处理后最有特色的处理成果。根据解释研究的需要,对这个数据体可以像切蛋糕一样任意切割,想怎么显示就怎么显示,也可以把这块数据体制成动画电影,像看电影一样边看边解释。所以,它提供的处理成果更丰富,更能满足地质解释需要。由于三维数据体是由纵向空间间隔和横向空间间隔基本一样的均匀网格组成,这样更有利于研究地下地层在空间上的变化规律,更有利于对构造、断层、圈闭等的精细解释。 四是利用三维处理成果能比较可靠地提取与地层或与油气有关的岩石性质和物理性质的参数,这为搞清地层特性和进行油气预测提 供了极为有用的资料。 20 世纪 80 年代以来,因为有了高速发展的计算机技术以及为解决复杂地质问题研究出了一批处理新技术、新方法,这就为三维勘探及三维处理的发展提供了硬、软件条件。从实践中看,三维勘探解决地下复杂地质问题的能力比较强,效果和效益也十分明显,所以,无论国内还是国外都十分重视加强三维勘探和三维处理。 9.地震资料的特殊处理 地震资料特殊处理是相对常规处理而言的,它是更高一层的处理。为满足解释工作的特殊需要,需要进行特殊处理。特殊需要是指经过初步解释以后,为了进一步搞清可能含有油气地层的细微结构和地层的一些特性,如复杂的小断块,储藏油气地层的特性以及预测油、气、水的分布等等,需要从地震资料中提取有关的信息和依据。为这种特殊需要所做的进一步处理叫做特殊处理。中国从 20世纪 70年代初期开始研究以亮点技术为主要内容的特殊处理技术。所谓亮点,简单地讲,就是由于地下油气藏的存在,在地震剖面上出现的引起振动幅度增强的 “ 点 ” 。这个点附 近的振幅显得 “ 又粗又黑 ” ,周围比较弱,可见亮点与油气有很大关系。 1972 年,国外油气公司利用亮点技术成功的预测出墨西哥湾的两处天然气田,中国于 1974 年应用亮点技术在渤海湾已知气田上得到了很好的验证。 20 世纪 80 年代开始研究以储油气地层为主要内容的特殊处理。通过特殊处理可以为地层的岩石性质、地层的孔隙发育情况等物理性质以及是否存在油气等提供更多的资料。 20 世纪 90 年代开始发展了三维地震资料的特殊处理技术,如应用三维特殊处理的资料进行油藏描述、储量估算等,从而使三维地震勘探解决地质及油气问题的能力更强,效果更明显。 地震反演问题是最近几年特殊处理中一项重要的处理内容。它可以把地震剖面转换成分辨率更高,反映地层性质更为直观的一些剖面。这样有利于地震资料与测井资料连接对比,更有利于地层性质变化规律的研究。地震反演技术已成为研究储层的一项关键性技术。 10.地震勘探中的地形校正 在地震勘探原理中,有一个假设条件就是野外采集时的炮点和接收点应在一个水平面上, 也就是说,地形应该是平的。这样才能利用地震波从地下地层返回到地面的时间差异来研究地层的起伏形态。但实际情况是大多数工区地形不是平的,高高低低,甚至起伏变化很大,这样接收到的反射波的时间差异就不能正确反映地层的真实形态。为了说明这个问题,我们假设地面是个山包,地下某个地层是水平的,山包上安置了三个接收点接收来自地下平地层的地震波,并记录下了反射波到达时间,显然,在山包上最高处的接收点记录的时间要大于山包翼部接收点记录的时间。另外,显示地震剖面时有个规定,地震剖面上时间的零时线总是设定为水平线,三个接收点记录的 时间从时间零时线开始向下不变,由于山包上记录的时间大,这样一来,把原来是平的地层变成一个凹陷地层。 可见,当地形起伏比较大时,不做校正容易产生很大的误差。 为了解决这个问题,人们研究出一种办法,这个办法叫静校正方法。 静校正方法有很多,经常用的一种方法专业术语上叫基准面校正。在做基准面校正时,要根据工区里地形起伏变化情况选择一个水平面,即基准面。这个基准面的海拔高度应介于工区地形最高点与最低点之间。将工区中所有炮点和接收点都校正到这个基准面上,这样就等于炮点和接收点在一个水平面上激发和接收,经过这样 的校正以后,得到的地下形态也就比较真实了。 11.地震勘探中的噪声处理 在地震勘探中,野外数据采集是用宽频带数字地震仪进行记录的。所以,在记录来自地下地层的有效波的同时也记录了来自地上和地下的各种各样的与地下地层无关的干扰波。干扰波分为规则干扰波和无规则干扰波两大类。规则干扰波是指它的胖瘦(振动频率)和传播快慢(传播速度)等有一定规律的波,如沿地面传播的面波,汽车喇叭、火车鸣笛时的声波,高压电的感应波等。无规则干扰波也叫随机噪声,它是一些杂乱无章的振动,如地面的风吹草动、人走、车行和地下破碎地层之间引起的 振动等。 在资料解释中,需要识别和追踪有效波,而干扰波和有效波混在一起,不仅增加了识别有效波的困难,而且也很难提取到准确的参数,噪声严重时还容易造成错误解释。所以,地震资料数字处理中的一项很重要的工作就是消除或最大程度削弱这些干扰波,突出有效波。 为了消除噪声,人们从日常生活中得到了启发,我们听收音机时,这个频道不好就调到另一个频道,不同频道是由不同的滤波线路组成的,也就是说,通过滤波技术可以把某些干扰波滤掉。数字处理专家常常根据地震勘探中有效波与规则干扰波在频率和速度上的明显差异滤掉干扰波。如 有效波的主频率在 30~ 70赫兹,而面波的频率为 15~ 30 赫兹,声波是 70 赫兹以上,有效波速度为 3000米 /秒以上甚至更高,而面波速度一般小于 2000 米 /秒等,根据这些差异人们研究出了二十多种数字滤波方法,应用这些方法能有效地消除各种规则干扰波。对于杂乱无章的随机噪声来说,应用多次覆盖等处理技术就可以消除或削弱这些噪声。 数字滤波技术是处理工作中压制噪声突出有效波必须使用的一种方法。地震资料处理专家根据干扰波的其他特点还研究出了二十多种处理噪声的 方法。
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