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油气之光——地震勘探:油气勘查的“眼睛”

2015-8-12 10:14:43 来源:中国矿业报 作者:田玉昆

地震是一种自然现象,地球上每年要发生地震500多万次。在常人眼中,地震是一种可怕的自然灾害,但是人们所不清楚的是,地震也是一种非常有效的了解地下地质构造的方法。不过,这里所说的地震并非人们所熟知的天然地震(Earthquake),而是用人工方法激发地震波的地下矿产资源勘探技术,即地震勘探(Seismic Exploration)。

地震勘探方法始于19世纪中叶,经过1个多世纪的发展,地震勘探已成为最有效、最普遍的石油、天然气勘探方法。

常规地震勘探方法包括折射法、反射法(如图,图为各种地震波)。折射法利用人工震源激发产生的地震波,在满足下伏地层波速大于上伏地层波速的特定条件形成滑行波再折射回地面产生的折射波来研究地下的地质构造。适合研究地表浅层或深部地壳特征,故折射法的应用范围受到限制。反射法利用人工震源激发产生的地震波,在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时(地层),一部分能量形成反射波被地面接收,另一部分能量穿过界面形成透射波继续往下传播。地震勘探就是利用记录到的反射信号来描述地下的地质构造等情况。所以,地震勘探中广泛采用的是反射法。

反射波的到达时间与反射面的深度有关,据此可查明地层埋藏深度及起伏。随着检波点至震源距离(炮检距)的增大,同一界面的反射波走时按双曲线关系变化,由此可确定反射面以上介质的平均速度。反射波振幅与反射系数有关,由此可推算地下波阻抗的变化,进而对地层岩性做出预测。

地震勘探包括野外数据采集、室内资料处理和解释三大环节。地震勘探方法属于交叉学科,涉及到的理论知识遍及数字信号处理、岩石力学、软件编程、算法研究等方面。由于地震信号受到地下复杂地质条件(构造复杂、地形多变、岩性多样等)的影响,同时还经常会受到环境噪声的影响,地震信号的处理往往比常规信号处理专业接触到的信号更难拾取。

为了提高地震有效波的信噪比,压制干扰,地震勘探(反射法)广泛采用多次覆盖技术,其原理是连续相应改变震源与检波点在排列中所在的位置,在水平界面情形下,可使地震波总在同一反射点被反射返回地面,反射点在炮检距中心点的正下方。经过相叠加提高反射波能量,从而极大地改善地震勘探的成像质量。

根据观测系统的不同,可将地震勘探分为二维地震勘探与三维地震勘探方法。二维地震勘探方法是在地面上布设一条条测线,采集地下层位反射回来的反射波信息,经过室内处理后得到反映地下构造等的地震剖面图。通俗来说,一张张地震剖面就相当于沿测线向地下剖开,在深度与地面测线方向显示地下构造情况。多条测线联合使用,便可较为精准的描述地下构造,经过地质学家的解释后便可为油气勘探、井位设计服务。三维地震勘探工作流程与二维地震勘探类似,但是由于多了一个方向的观测数据,能够得到比二维地震更为清晰准确的结果。

为了寻找更多的油气,近年来地震勘探方法的发展也十分迅速,野外采集方法不断进步,新的处理方法不断涌现。同时,在计算机计算能力飞速发展的背景下,以往一些理论完善但受限于计算能力的方法(如全波形反演、逆时偏移等方法)都得以实现,这些都为地震勘探的进步提供了条件,也为寻找复杂油气藏提供了新的方法。

随着人类对能源需求日趋强烈,地震勘探这种有效的油气勘探方法也在日渐发挥着越来越重要的作用,各种不同的地震勘探方法和技术不断发展革新,为人类勘探地下未知世界的奥秘做出了巨大的贡献。在过去、现在以及将来,地震勘探都会是人类了解油藏分布的一把利器。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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