地震勘探基礎(chǔ)知識(shí)

.../1.有關(guān)地震勘探的一些基本概念1.1地震勘探是勘探石油的有效方法勘探石油的方法和技術(shù),按其勘探手段劃分,可分為地質(zhì)法、物探法和鉆探法三種基本類(lèi)型。地球物理勘探法〔物探法運(yùn)用物理學(xué)的原理和方法,即利用地殼中巖石的物理性質(zhì)〔如巖石的彈性、密度、磁性和電性上的差異來(lái)研究地球,了解地下巖層的起伏情況和組成情況,從而達(dá)到尋找儲(chǔ)油構(gòu)造以勘探石油的一種勘探方法。依據(jù)研究對(duì)象的不同,物探法主要分為以下幾種：地震勘探〔利用巖石的彈性差異重力勘探〔利用巖石的密度差異磁法勘探〔利用巖石的磁性差異電法勘探〔利用巖石的電性差異在石油勘探中,最經(jīng)濟(jì)的方法是物探法。首先用物探法對(duì)工區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景作出評(píng)價(jià),為鉆探提供探井井位。然后鉆探法通過(guò)實(shí)際鉆進(jìn),以對(duì)物探法進(jìn)行驗(yàn)證。如果構(gòu)造含油,又可根據(jù)物探資料和探邊井計(jì)算出含油面積和地質(zhì)儲(chǔ)量。在我國(guó),陸上是廣大的地表松散沉積〔如松遼平原、華北平原等和沙漠覆蓋區(qū)〔如塔什拉瑪干大沙漠,海上是被遼闊的海水所覆蓋的"一片汪洋",已看不到巖層的地面露頭的出露。而鉆井法成本高、效率低。如何解決這些地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)儲(chǔ)量問(wèn)題呢？在這時(shí)就充分顯示了物探法應(yīng)用的威力。在各種物探方法中,地震勘探具有精度高的突出優(yōu)點(diǎn),而其它物探方法都不可能象地震勘探那樣詳細(xì)而準(zhǔn)確地了解地下由淺至深一整套地層的構(gòu)造特點(diǎn)。因此,地震勘探已成為石油勘探中一種最有效的方法。1.2地震勘探基本原理地震勘探是利用人工激發(fā)地震波的方法引起地殼的振動(dòng),并用儀器把來(lái)自地下各個(gè)地層分界面的反射波引起地面上各點(diǎn)的振動(dòng)情況記錄下來(lái)。利用記錄下來(lái)的數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行過(guò)處理分析,從而推斷地下地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性的特點(diǎn)。地震勘探查明地下地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)的原理并不難理解。利用聲波反射現(xiàn)象可測(cè)定障礙物離開(kāi)聲源的距離,是我們都知道的物理原則。其計(jì)算公式為：其中：S障礙物離開(kāi)聲源的距離v波傳播速度t波旅行時(shí)間如聲波速度為v＝340m/s,波由發(fā)聲到回聲的旅行時(shí)間為t＝10s,則障礙物到聲源的距離為：地震勘探的基本原理與此極為類(lèi)似,如圖1、圖2所示。從圖可見(jiàn),兩者只是地下反射界面產(chǎn)狀不同,其它基本原理相同,皆為在一條測(cè)線上某點(diǎn)O放炮〔利用人工在地面激發(fā)的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生地震波,于是就產(chǎn)生地震波向下傳播,當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石性質(zhì)不同的分界面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生反射。在放炮的同時(shí),我們可以在地面上用地震儀將來(lái)自同一界面上的反射波信息記錄下來(lái)。根據(jù)地震波從爆炸時(shí)刻起到反射波抵達(dá)地面的時(shí)刻止的傳播時(shí)間t,經(jīng)換算為反射點(diǎn)處的垂直反射時(shí)間t0,再用VSP測(cè)井〔或其它方法獲得的地震波在巖層中的傳播速度v,根據(jù)〔1式,就可算出各點(diǎn)的地層埋藏深度H。O1O1O1S1S1R1RiR氣油水t0圖2背斜上的反射O1t0S1Si-1R1Ri-1圖1傾斜界面的反射我們可沿地面上任一條測(cè)線逐段進(jìn)行預(yù)測(cè),并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理就能得到形象地反映地下巖層分界面起伏變化的資料──一條測(cè)線的地震剖面圖。它近似地反映了地下反射界面的構(gòu)造形態(tài)。在工區(qū)內(nèi)布置一系列測(cè)線形成一個(gè)測(cè)網(wǎng),并采用相同的方法進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理,就可得到地下地層起伏的完整形態(tài)；再綜合其它物探方法與地質(zhì)鉆井等各方面的資料,進(jìn)行去偽存真、去粗取精、由表及里的分析和研究,就能查明地下可能的儲(chǔ)油構(gòu)造,為鉆探確定和提供井位。概括地說(shuō),所謂地震勘探,就是通過(guò)人工激發(fā)〔炸藥震源或其它震源在地面產(chǎn)生地震波,并研究地震波在地下地層中的傳播規(guī)律,借以查明地下儲(chǔ)油地質(zhì)構(gòu)造,為尋找油氣田或其它目的服務(wù)的一種地球物理勘探方法。1.3地震勘探的內(nèi)容地震勘探的全部生產(chǎn)工作,基本可分為以下三個(gè)組成部分。野外資料采集其任務(wù)是在地質(zhì)或其它物探方法工作初步確定的含油氣有利地區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。它分為施工設(shè)計(jì)和野外施工兩個(gè)階段,其主要的內(nèi)容是激發(fā)地震波、接收地震波。圍繞著這兩大內(nèi)容可細(xì)分為：地震測(cè)線、激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)的測(cè)定,激發(fā)和接收等一系列工作。資料數(shù)據(jù)處理其任務(wù)是把野外采集的地震記錄信息,根據(jù)地震波的傳播理論,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工處理工作,提取出各種有效信息。資料地質(zhì)解釋根據(jù)資料處理提供的各種處理成果和信息進(jìn)行地震勘探的構(gòu)造解釋〔即地質(zhì)解釋,是地震勘探的目的和最后成果,并對(duì)工區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景作出評(píng)價(jià),最后提供鉆探井位。1.4觀測(cè)系統(tǒng)地震勘探中的"觀測(cè)系統(tǒng)"是指地震波的激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)的相互位置關(guān)系。為了查明地下構(gòu)造形態(tài),必須連續(xù)地追蹤各界面的地震波。因此,就要在地面上沿測(cè)線方向在許多個(gè)激發(fā)點(diǎn)上分別激發(fā)地震波,并進(jìn)行連續(xù)的多次觀測(cè),從而可連續(xù)地追蹤地下各界面的地震波。每次觀測(cè)時(shí),激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對(duì)位置應(yīng)保持一定的關(guān)系,以保證能夠連續(xù)追蹤地震界面。對(duì)于不同的勘探方法,有不同的觀測(cè)系統(tǒng)。如反射波法,采用反射波觀測(cè)系統(tǒng)。地震測(cè)線地震測(cè)線就是沿著地面進(jìn)行地震勘探野外數(shù)據(jù)采集工作的路線。對(duì)測(cè)線觀測(cè)得到的處理結(jié)果就是地震剖面〔時(shí)間剖面或深度剖面,它是地震資料地質(zhì)解釋的基本依據(jù)。有兩種形式的地震測(cè)線：縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)同在一條直線上的測(cè)線。非縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)不在一條直線上的測(cè)線。多次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)ababcde圖3多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)目前,共反射點(diǎn)多次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)激發(fā)點(diǎn)與排列的關(guān)系有以下幾種形式：炮點(diǎn)在排列的中點(diǎn)叫中點(diǎn)激發(fā),如圖3<a>所示。炮點(diǎn)在排列一邊端點(diǎn)的,叫單邊激發(fā)。其中圖3<b>為激發(fā)點(diǎn)在排列端點(diǎn)處,圖3<c>為激發(fā)點(diǎn)在排列一邊但與第一觀測(cè)點(diǎn)有一定距離〔稱(chēng)偏移距；激發(fā)點(diǎn)在排列兩端,即在每一排列上觀測(cè)兩次。雙邊激發(fā),也有兩種情況,一種如圖3<d>,沒(méi)有偏移距,而另一種如圖3<e>有偏移距。下邊以單邊激發(fā)六次覆蓋為例,來(lái)說(shuō)明多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)圖。一般覆蓋次數(shù)用n表示,儀器記錄道數(shù)N＝24,即每激發(fā)一次儀器可記錄24道檢波點(diǎn)圖記錄。圖4所示即為排列道數(shù)24道,單邊激發(fā),每激發(fā)一次,激發(fā)點(diǎn)隨排列一起向前移動(dòng)兩個(gè)道間距,這樣便組成一個(gè)六次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)。在圖4中,將所有激發(fā)點(diǎn)位置O1、O2、O3┈┈按比例尺標(biāo)在同一條水平直線上,然后從各炮點(diǎn)向排列方向作許多條與激發(fā)點(diǎn)線呈45°角的直線,將同一排列上的24道檢波點(diǎn)位置分別投影在這些45°的斜線上,即每一條斜線表示一個(gè)排列可獲得一張共炮點(diǎn)原始記錄。由圖可以看出：O1炮第21道,O2炮第17道,O3炮第13道,O4炮第9道,O5炮第5道,O6炮第1道,都是接收來(lái)自地下同一點(diǎn)A的反射,因此分別從這六張記錄中抽出的21、17、13、9、5、1道就是共反射點(diǎn)A的共反射點(diǎn)道的集合,稱(chēng)為共反射點(diǎn)道抽道集。其它的反射點(diǎn)也可以找到相應(yīng)的共反射點(diǎn)道集。而O1-O6次激發(fā)記錄,可由圖中看出只能獲得六次覆蓋的四個(gè)相鄰共反射點(diǎn)A、B、C、D的四個(gè)道集,它們?yōu)椋?、5、9、13、17、21、A點(diǎn)2、6、10、14、18、22、B點(diǎn)3、7、11、15、19、23、C點(diǎn)4、8、12、16、20、24、D點(diǎn)O11O2O3O4O5O6O7圖4六次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)圖O112124O11162413O1112249O118245ABCD炮點(diǎn)^檢波點(diǎn)反射點(diǎn)O11241220242421201591317481216124O141若連續(xù)激發(fā)O7O8O9O10O11等炮點(diǎn),則可以獲得一張連續(xù)的六次覆蓋剖面。它們的共反射點(diǎn)的相應(yīng)疊加道抽道集如表所示。由表還可以知道這種觀測(cè)系統(tǒng)只有4種抽道集即上述B、C、D四種,組成24道六次覆蓋一張記錄共重復(fù)六次。從O6以后,每增加一炮就重復(fù)一次。另外從圖5-3還可以看出,炮點(diǎn)的水平連線與共反射點(diǎn)道集的連線是互相垂直的,其交點(diǎn)就是共反射點(diǎn)在地面的投影。這就是單邊激發(fā)24道儀器六次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng)。表1組成每個(gè)共反射點(diǎn)道集各道的炮號(hào)和道號(hào)表反反射波道號(hào)炮號(hào)12345678910111213141516171819202122121222324217181920212223243131415161718192021222324491011121314151617181920212223245567891011121314151617181920212223246123456789101112131415161718192021227123456789101112131415161718812345678910111213149123456789101012345611121名詞解釋炮點(diǎn)〔SHOTPOINT：用來(lái)產(chǎn)生彈性波能量的震源點(diǎn)中心,也稱(chēng)作震源。縮寫(xiě)為：SP檢波點(diǎn)〔RECEIVERPOSITION：地震波接收點(diǎn)中心道數(shù)〔TRACENUMBER：地震記錄道數(shù)目深度點(diǎn)<DEPTHPOINT：來(lái)自炮點(diǎn)并旅行到檢波點(diǎn)的地震射線在地層上的入射點(diǎn),縮寫(xiě)為DP共深度點(diǎn)〔COMMONDEPTHPOINT：如果地層界面為水平界面,在測(cè)線上不同位置O進(jìn)行激發(fā),在一系列對(duì)應(yīng)檢波點(diǎn)S上接收到來(lái)自地下反射界面上同一點(diǎn)R的反射波。R就叫共反射點(diǎn),或叫共深度點(diǎn)?？s寫(xiě)為CDP〔共深度點(diǎn)或CMP〔共中心點(diǎn)覆蓋次數(shù)〔STACKINGFOLD：組成一個(gè)CDP的道數(shù)疊加〔STACK：對(duì)屬于同一個(gè)道集的地震記錄道進(jìn)行相加剖面〔SECTION：沿著地震測(cè)線的垂直切面,以時(shí)間或深度為單位的地下地層的影象,由相鄰的道組成1.5與地震勘探有關(guān)的各種地震波圖5地震勘探中的各種波圖5地震勘探中的各種波OS直達(dá)波A滑行波透射波入射波入射波折射波反射波ll112介質(zhì)1介質(zhì)1介質(zhì)2簡(jiǎn)單全程多次反射波縱波和橫波理論和實(shí)踐證明,介質(zhì)中各點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向可以是不相同的。介質(zhì)中各點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相同的波就是縱波,介質(zhì)中各點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相垂直的波是橫波。更形象地說(shuō),在傳播著縱波的彈性介質(zhì)中,在同一時(shí)刻各點(diǎn)的密度是不相同的,有的部分受到壓縮〔密度增大,有的部分發(fā)生膨脹〔密度減??；隨后,壓縮的部分回變?yōu)榕蛎?而膨脹的部分卻變?yōu)閴嚎s。介質(zhì)中各個(gè)部分這樣一脹一縮地交替變化著,也就是介質(zhì)中各點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向相同。因此,縱波又叫做疏密波或壓縮波。另外,由于縱波似乎是受推動(dòng)〔Push產(chǎn)生的,常簡(jiǎn)稱(chēng)為P波。在地震勘探中,目前主要利用的是縱波。在傳播橫波的彈性介質(zhì)中,同一時(shí)刻各點(diǎn)的密度不變,但各點(diǎn)介質(zhì)似乎是垂直于波的傳播方向剪切似地在搖動(dòng)〔Shake,故常稱(chēng)為S波,因此也叫切變波或剪切波。目前在地震勘探中主要用到的是縱波。體波和面波地震縱波和橫波可在地層中介質(zhì)的整個(gè)立體空間中傳播,所以把它們合稱(chēng)為體波。通常我們看到的水波,那不是在水的內(nèi)部,而是在水和空氣的分界面上傳播的一種波,這種在介質(zhì)的分界面上傳播的波叫做面波。在地震勘探中,爆炸不但會(huì)在地層中引起體波,而且會(huì)在地表面〔巖石和空氣接觸的分界面,也稱(chēng)為自由表面以及在地下許多不同巖層的分界面上產(chǎn)生復(fù)雜的面波。特別是沿地面?zhèn)鞑サ牟?已知有好幾種類(lèi)型,通常統(tǒng)稱(chēng)為"地滾波"。這種波在地表最強(qiáng),但隨深度的加大而迅速衰減。1.6波阻抗和反射系數(shù)波阻抗當(dāng)波到達(dá)兩種介質(zhì)的分界面時(shí),通常會(huì)分成兩部分,一部分能量回到第一種介質(zhì)中,就是所謂的反射波；另一部分能量透入第二種介質(zhì)中,就是所謂的透射波。在這個(gè)分界面上面為第一種介質(zhì),下面為第二種介質(zhì)。分別是上、下介質(zhì)的密度,V1和V2分別是波在上、下介質(zhì)中的傳播速度。則把密度和速度的乘積叫做波阻抗。就是說(shuō),上下兩種介質(zhì)的波阻抗分別是。反射系數(shù)當(dāng)?shù)卣鸩ㄈ肷涞絻煞N波阻抗不相等<>介質(zhì)的分界面上,就會(huì)產(chǎn)生波的反射。的差別越大,反射波越強(qiáng)。反射波的振幅A反與入射波的振幅A入有如下關(guān)系：其中R定義為該界面的反射系數(shù),說(shuō)明反射振幅除與入射振幅有關(guān)外,主要與上下界面的波阻抗差成比例。1.7地震波的速度地震波的速度是地震勘探中最主要的一個(gè)參數(shù),是地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)之一。在用地震勘探方法研究地下地質(zhì)構(gòu)造起伏形態(tài)時(shí),其基本公式是<3>：從這一基本公式可以看到速度參數(shù)v的重要性。在資料處理中,要作NMO校正,需要疊加速度；在作時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí),需要平均速度。因此,我們要了解和掌握各種有關(guān)速度的概念及其求取方法。平均速度其定義是：在垂直層面的方向上,波旅行的總時(shí)間除這組地層的總厚度,也可定義為：一組水平層狀介質(zhì)中某層以上介質(zhì)的平均速度v,就是地震波垂直穿過(guò)該層以上各層的總厚度與總的傳播時(shí)間之比。對(duì)n層水平層狀介質(zhì)的平均速度v為：或式中hi每一層的厚度每一層的垂直時(shí)間每一層的層速度均方根速度與疊加速度在平均速度的討論中,是當(dāng)?shù)卣鸩ǖ纳渚€垂直層面時(shí)得到的速度概念。而實(shí)際的層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)的射線不是垂直層面的直射而是折射線或曲射線,利用這種介質(zhì)和射線的狀態(tài)求得的速度便是均方根速度。將水平層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線近似地當(dāng)作覆蓋介質(zhì)為均勻的反射波時(shí)距曲線所求得的波速即為均方根速度：均方根是說(shuō)把各層速度值的平"方"按時(shí)間取其加權(quán)平"均"值而后取平方"根"值〔注意其中速度較高的層所占比重要大,可見(jiàn),均方根是把層狀介質(zhì)反射波時(shí)局距曲線近似地當(dāng)作均勻介質(zhì)的雙曲線型時(shí)距曲線求出的速度。我們知道,動(dòng)校正公式為：式中：為自激自收時(shí)間V為界面以上的地層速度當(dāng)t0、x已知時(shí),利用上式求t的先決條件是須求出速度V,在數(shù)據(jù)處理中一般通過(guò)速度分析得到,這種速度叫做疊加速度。利用這個(gè)速度可以計(jì)算出精確的動(dòng)校正值使反射波同相軸對(duì)齊,并能得到較好的水平"疊加"剖面。當(dāng)?shù)貙哟嬖趦A角時(shí),利用速度譜求得的速度,這個(gè)速度叫等效速度〔與水平界面所用速度等效,但一般還是把它叫疊加速度,因?yàn)樗瑯涌梢杂?jì)算出精確的動(dòng)校正值,而得到有效的水平疊加剖面。疊加速度一般都大于地層速度,且,只有當(dāng)界面水平〔a＝0時(shí),?？梢?jiàn),用速度譜求出的大量速度數(shù)據(jù),都是疊加速度,是計(jì)算動(dòng)校正的主要參數(shù)：上述疊加速度在地層水平時(shí)就等于均方根速度。在地層傾斜時(shí)經(jīng)過(guò)傾角校正〔乘以?xún)A角的余弦后就是均方根速度；用它們可以求出與地層巖性性質(zhì)有密切關(guān)系的層速度。視速度前面所討論的速度,我們都是沿著波的傳播方向來(lái)考慮問(wèn)題的。如果不同沿著波的傳播方向而是沿著別的方向來(lái)確定波的速度,得到的速度就不是波速的真實(shí)值。這樣的結(jié)果叫做波的視速度。圖6視速度tt圖6視速度tt2t1tS2S1dxxSx射線波前AB當(dāng)在地震勘探中所謂的視速度,一般就是指波沿預(yù)測(cè)線方向傳播的速度。如圖6。假設(shè)在地面上沿直線AB觀測(cè)地震波,S1、S2為直線上相隔距離不大的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn),由深部到達(dá)地面的波的波前可近似看作平面波。設(shè)平面波前t1時(shí)刻到達(dá)S1點(diǎn),t2時(shí)刻到達(dá)S2點(diǎn),波前與觀測(cè)線的夾角為a。如果不考慮波從哪里來(lái),在觀測(cè)線上看,好象波沿AB線傳播,即經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔,走過(guò)的距離,即波沿此觀測(cè)線傳播的速度為：其中：V稱(chēng)為視速度。實(shí)際上,波并不是沿測(cè)線AB傳播,而是沿垂直于波前的方向以真速度V傳播,在時(shí)間內(nèi)傳播了的距離,因此,可見(jiàn)真速度v與視速度V是不同的。那么兩者有什么關(guān)系呢？從直角三角形可見(jiàn)將此式帶入<8>式,得：此式代表了V與V的關(guān)系,這關(guān)系叫視速度定律,a稱(chēng)為入射角。由視速度定律可看出：波沿測(cè)線傳播的視速度經(jīng)常較真速度大。當(dāng)a＝90°時(shí),即波前垂直于觀測(cè)線,這時(shí)波沿測(cè)線傳播的視速度等于真速度,即。如直達(dá)波的視速度就等于真速度。如a＝0,波前平行于觀測(cè)線,這時(shí)視速度為無(wú)窮大?？梢?jiàn)視速度一方面取決于真速度,但更重要的是取決于波對(duì)于地面入射角的變化情況。研究V的變化,對(duì)區(qū)分不同類(lèi)型的波具有極大的實(shí)際意義。視速度與真速度不同,它可以是正值,也可以是負(fù)值,如果沿測(cè)線正讀數(shù)方向傳播,視速度為正值,反之為負(fù)值。層速度沉積巖的特點(diǎn)是成層分布。與地層的成層性相對(duì)應(yīng),速度從淺到深也可分為幾個(gè)速度層,各層之間在波速上存在明顯的差別。這種速度分層與地層的地質(zhì)年代、巖性上的分層一般是一致的,但也可能不完全一致。并且速度分層沒(méi)有