（地球探测与信息技术专业论文）复杂山地地震采集理论与实践.pdf

复杂山地地震采集理论与实践 杨贵祥，男，1 9 6 3 年1 月生，2 0 0 0 年从师于贺振华教授，于2 0 0 6 年5 月毕业于成都 理工大学地球探测与信息技术专业并获工学博士学位。 摘要 山地、深层与碳酸盐岩层系是当前国内外油气勘探的三大难点与热点领域。研究区( 如 黔中隆起及其周缘、川东北探区) 同时具复杂山地、深层与碳酸盐岩层系的地质特征，油 气勘探属世界级难题。 挑战南方复杂山地地震勘探难题，涉及采集、处理和综合研究三大环节。首先必须提 高地震采集精度。选择影响采集质量的关键因素激发和接收作为研究对象，旨在从倍 噪比与分辨率两方面提高采集精度。从野外采集遇到的问题出发，重点开展激发、接收机 制理论研究与试验验证，夯实应用基础，形成相应采集方法、理论与工艺技术。在普光大 气田的发现与探明过程中，提供了强有力的技术支撑，普光大气田的发现是其典型范例。 在地震采集理论、方法技术上取得如下重大突破： 一、基于岩石力学、岩石物理学和爆破理论，通过炸药激发子波的动力学特征与岩石 弹性参数、爆炸药量的关系研究，结合野外试验与室内物性测定分析，提出饱和激发理论。 饱和激发理论认为：地震波振幅表征着介质的应变特征，药量表征着介质的应力特征； 使介质弹性应变最大时的激发为饱和激发；饱和激发时能满足线性叠加特性；在饱和激发 状态下，可保证激发高频能量，提高高频信号的信噪比。对提高地震采集精度的意义在于： 饱和激发理论可以指导激发参数优选，实现其最佳匹配组合；在饱和状态下激发，提高了 激发能量和高频成分，保证了高频信号信噪比，实现了信嗓比与分辨率的有机统一；同时 在理论上澄清了多年来高分辨率地震采集中是采用大药量好，还是小药量激发好的争论。 二、基于饱和激发与岩石的弹性，提出在碳酸盐岩裸露区的地震观测中激发和观测高 频地震波的薪观念，实现了碳酸盐岩裸露区地震采集理论与实践的突破。在黔中隆起及周 缘大面积碳酸盐岩裸露区地震采集禁区，获得了可用于解释的地震资料，特别是获得了雪 峰推覆体十分古老的板溪群变质岩下的有效反射。 三、基于饱和激发理论，复杂山地高精度地震采集技术取得突破性进展，成功地实现 了信噪比与分辨率的有机统一，新、老地震资料相比，主频由3 0 h z 提高到5 0 h z ，结合高 精度成像，在2 5 0 0 m s ( 大于6 0 0 0 m ) 地震资料主频达到7 0 h z 。 四、城市三维地震观测取得突破性进展，主要采用规则观测与不规则观测相结合的变 观观测方式，城外加密炮补偿激发，弥补覆盖次数与获取城区深层信息，城区采用深井小 药量激发，获取浅层信息，成功地实现了水网山城的三维地震观测。 关键词：复杂山地，高精度地震，碳酸盐岩裸露区，饱和激发，城市地震 ； s e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o nt h e o r ya n d p r a c t i c ei nc o m p l e x m o u n t a i nr e g l o n i n t r o d u c t i o no f t h e a u t h o r ：y a n gg u i x i a n gw a sb o mo nd e c 1 9 ，1 9 6 3 u n d e rt h eg u i d a n c eo f p r o l h ez h e n h u a ，h ew a sg r a d u a t e df r o mi n s t i t u t eo fs e d i m e n t a r yg e o l o g ya tc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y a b s t r a c t m o u n t m na r e a , d e e ps t r u c t u r ea n dc a r b o n a t el i t h o l o g ya r et h r e ec h a l l e n g i n gb u ti m p o r t a n t t a r g e t sf o rd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lo i la n dg a se x p l o r a t i o n t h es t u d i e da r e a si nt h i st h e s i si s f r o mt h em i d d l eu p l i f to fg u i z h o ua n dt h en o r t h - e a s to fs i c h u a nb a s i n t h e s ea r ce x t r e m e l y d i f f i c u l ta r e a sf o ro i le x p l o r a t i o nb e c a u s et h e yc o n t a i nc o m p l e xm o u n t a i nr e g i o n s ，d e c pt a r g e t s a n dc a r b o n a t e sa tt h es a m et i m e t om e e tt h ec h a l l e n g e si n t h i sr e g i o ni n v o l v e se f f o r t si nd a t aa c q u i s i t i o n , p r o c e s s i n ga n d i n t e g r a t e ds t u d i e s 1 1 1 i st h e s i sf o c u s e so nd a t aa c q u i s i t i o n t h ef i r s ts t e pi st oi m p r o v et h eq u a l i t y o fd a t aa c q u i s i t i o n b yi m p r o v i n gt h es o m c ea n dr e c e i v e rc o n d i t i o n s , w ei m p r o v et h er e s o l u t i o n o fs e i s m i cd a t aa n di n c r e a s es i g n a l - t o - n o i s er a t i o an u m b e ro f 卸l e c i a lt e c h n i q u e sa l ed e v e l o p e d t h r o u g hag r e a ta m o u n to ft h e o r e t i c a ls t u d i e sa n df i e l dt e s t s t h e s et e c h n i q u e sp r o v i d eag r e a t s u p p o r tf o rt h ed i s c o v e r yo fp u g u a n gg a s f i e l d s o m eo f t h et h e o r e t i c a la n dt e c h n i c a la d v a n c e so f t h i st h e s i si n c l u d e ： 1 t h es a t u r a tc x p l o d i n gt h e o r yb a s e do nr o c km e c h e u i c sa n dr o c kp h y s i c s t h i st h e o r yi s d e v e l o p e db ys t u d y i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc h a r a c t e r i s t i c so fs e i s m i cw a v e l c ta n dt h e a n m u n to fd y n a m i t ea n dr o c k se l a s t i cp a r a l n e t e r s t h et h e o r yi st e s t e do nb o t hl a bm e a s u m m e n t s a n df i e l de x p e r i m e n t s t h ek e yp o i n t so ft h es a t u r a te x p l o d i n gt h e o r ya r e ：( 1 ) t h ea m p l i t u d eo fs e i s m i ci m p u l s ei s r e l a t e dt ot h es t r a i no ft h en e a r b yr e e la n dt h ea m o u n to fd y n a m i t ec o n t r o l st h es t r e s so fm e d i a ( 2 ) t h es a t u r a te x p l o d i n gi st h es t a t et h a tt h em e d i aa c h i e v e sm a x i m u ms t r a i n ( 3 ) a ts a t u r a t e x p l o d i n gs t a t e ，t h er e l a t i o ni sl i n e a ra n da d d i t i o n 啪b em a d e ( 4 ) a ts a t u r a te x p l o d i n gs t a t e ， s e i s m i ci m p u l s eh a st h ew i d ef r e q u e n c yb a n d w i t ha n dh i g hs nr a t i o t h es a t u r a te x p l o d i n gt h e o r yh a sf o l l o w i n gi m p a c t so nh i g hf i d e l i t yd a t aa c q u i s i t i o n ：( 1 ) t h es a t u r a te x p l o d i n gt h e o r yp r o v i d e ss o m eg u i d e l i n e sf o rc h o o s i n go p t i m a ls o n r p a r a m e t e r s a n dm a t c h i n gg r o u p ( 2 ) a ts a t u r a te x p l o d i n gs t a t e ，t h ei m p u l s eh a sm o r eh i g hf r e q u e n c ya n d b e t t e rs nr a t i o ( 3 ) i ts o l v e sat h e o r e t i c a li s s u ea b o u tw h e t h e rs m a l la m o u n to fo rl a r g ea m o u n t o fd y n a m i t es h o u l db eu s e df o rh i g hr e s o l u t i o ns e i s m i c 2 a c q u i s i t i o no fh j 曲f r e q u e n c ys e i s m i cb yp u t t i n gs o n r c e sa n dr e c e i v e r si nc a r b o n a t e o u t c r o p s t h i sm e t h o di sb a s e do nt h es a t u r a te x p l o d i n ga n dr o c kp h y s i e s t h em e t h o dh a sa g r e a ts u c c e s si nt h em i d d l eu p l i f to fg u i z h o u ag o o di m a g ei so b s t a i n e df r o mt h et h em i d d l e u p l i f io fg u i z h o ur e f l e c t o r o v e r a l l ，h i 【g hq u a l i t yi n t e r p r e t a b l es e i s m i cd a t aa r eo b s t a i n e di nt h e r e g i o nw i t hc a r b o n a t eo u t c r o p sb yu s i n gt h i st e c h n i q u e 3 a c q u i s t i o no fh i g hr e s o l u t i o na n dh i g hs nr a t i os e i s m i ci nc o m p l e xm o u n t a i nr e g i o n b a s e do nt h es a t u r a te x p l o d i n gt h e o r y t 1 i em a i nf r e q u e n c yo ft h en e ws e i s m i cd a t ai s5 0h z a b i gi m p r o v e m e n tc o m p a r i n gw i t h3 0h zf o rt h eo l dd a t a c o m b i n i n gw i t hl l i g hf r e q u e n c y p r o c e s s i n g ，t h em a i nf r e q u e n c yc a nr e a c ha sh i i g ha s7 0h za t2 0 0 0m s ( a b o u t6 0 0 0m e t e ri n d e p t h ) 4 t h ep r o m i n e n ta c h i e v e m e n to f3 ds e i s m i cs u r v e yi nc i t yr e g i o nw a so b t m n e db yu s i n gt h e v a r i a t i o n a ls u r v e ym e t h o dc o m b i n i n gr e g u l a rw i t hi r r e g u l a rs u r v e y w ec o m p e n s a t e df o r e x c i t a t i o nb yi n c r e a s i n gs o u r c e so u t s i d eo fc i t yi no r d e rt oi n c r e a s et h ef o l dc o v e r a g ea n do b t a i n s i g n a t u r e 7铆吖飞 扩 彬莼劭 第l 章引言 1 1 研究意义及现状 1 1 1 研究意义 第1 章引言 油气资源是国家的重要战略资源，是国民经济和人民生活水平提高 的重要物质基础。我国从1 9 9 3 年成为石油净进口国之后，石油供需缺 口迅速扩大。到2 0 0 0 年，我国的石油净进口率达2 0 以上，国家每年 耗费2 00 亿美元进口石油。预计到2 0 10 2 0 2 0 年，国内石油供需缺口约 o 8 一1 3 亿吨，天然气4 0 0 8 0 0 亿方，预计到2 0 2 0 年后，我国石油净 进口率将达到4 0 。这表明，我国的石油供应对国际市场的依赖程度将 越来越高。这意味着到20 2 0 年我国将拿出3 0 0 亿美元去进口石油，这 是一个很危险的信号。因此，石油后备资源关系到国家安全。另一方面， 我国石油、天然气资源严重不足。据世界银行统计，我国原油储量占世 界总量的2 4 3 ，天然气储量占世界总量的1 2 0 。我国油气资源及其 丌发已成为国民经济发展的“瓶颈”。为了缩小油气供需缺口，必须加 强勘探力度和开拓新的领域。据概略估计，我国海相拥有全国剩余油气 资源量的7 0 ，其勘探情景十分广阔。而南方海相探区大部分是高山峻 岭等地表条件恶劣地区，给地震数据采集带来了极大的挑战。 中国是一个多山的国家，山地约占全国面积的6 0 左右，因此，山 地地震勘探技术是油气勘探能够取得重大进展的关键技术。针对南方山 地海相油气探区，开展地震采集方法研究，提高数据采集质量，不但是 生产中迫切需要解决的课题，而且对解决中石化的能源战略接替，乃至 我国的能源战略接替具有非常重要的意义。 我国南方广大的山地地区，其典型的特征表现在恶劣的表层地震地 质条件和复杂的地下地震地质条件。恶劣的表层地震地质条件( 图卜1 ) 是山体起伏剧烈，风化切割严重，沟谷众多，悬崖密布，出露岩性多变； 山前带砾石覆盖，最厚达数百米甚至上千米，结构松散，地震波吸收衰 减严重，面波、多次折射波、散射干扰异常发育，地震资料信噪比低， 地震勘探作业条件非常恶劣。复杂的地下地震地质条件( 图1 2 ) 表现 在逆掩推覆、强烈褶皱、地f 构造高陡、断裂发育，造成地层形态及分 布十分复杂，导致地震波场变得非常复杂，实际情况与地震勘探原理和 技术的前提条件、基本假设相差甚远。 成都理工大学博士学位论文 图1 1恶劣的表层地震地质条件 ( a ) ( b ) 图卜2川东北地区典型构造特征 a ：普光构造地质剖面；b ：过普光构造的一条地震剖面 我n 南方复杂山地勘探领域广阔，具有十分丰富的油气资源，特别 2 第l 章引言 是四川盆地及其周缘更是海相碳酸盐岩油气勘探的重要领域。然而，这 类地区往往是恶劣的地表条件与复杂的地下地质条件同时并存，剧烈的 地形高差、高陡岩层出露的地表；地下复杂的逆冲高陡构造，再加上干 扰波异常发育。给地震勘探技术提出了严峻的挑战。而现行地震技术的 野外施工设计使在简单地表条件下建立起来的，难以适应复杂山地地震 勘探。 挑战南方复杂山地的地震勘探难题，涉及野外采集、数据处理和综 合解释研究三大环节。而野井采集是基础，因此必须首先提高地震采集 的精度( 信噪比和分辨率) ，从而为后续处理、解释研究提供高质量的 基础资料。 本文选择影响采集质量的关键因素一一激发和接收作为研究对象， 旨在从信噪比与分辨率两方面提高采集糟度。从野外采集遇到的问题出 发，重点开展激发、接收机制理论研究与试验验证，夯实应用基础，形 成相应采集方法、理论与工艺技术，用于指导目前南方山地的地震攻关 工作，实现理论研究与攻关实践的结合。 1 1 2 研究现状 现行地震勘探技术是在简单地表条件下中、浅层油气勘探过提中逐 步发展成熟的，所面对的油气储层以砂体为主。当分别面对山地复杂地 表条件、深层、碳酸盐岩储层时，现行地震勘探技术均会存在严重的不 足与不适应，南方复杂山地的油气勘探因同时具有复杂地表、深层和碳 酸盐岩储层的地质特征，使得现行地震勘探技术的不足与不适应更为严 重。 山地、深层与碳酸盐岩层系是当前国内外油气勘探的三大难点与热 点领域。研究区同时具复杂山地、深层与碳酸盐岩层系的地质特征，油 气勘探属世界级难题。 山地地震勘探技术在国内外已有几十年的发展历史，尚未成熟。特 别是以地表碳酸盐岩出露、地下高陡构造区为代表的地表条件与地腹构 造都十分复杂的地区，山地地震技术制约着油气机理研究的深化和勘探 实践。 国内山地地震始于l9 5 3 年的四川盆地，采用苏制c c 一2 6 - 5 l 型车装 地震仪。虽然地形起伏大、坡度陡、植被茂密，交通条件差，但区内地 表大部分为侏罗系地层覆盖，盆地内沉积相对稳定，地表反射特征明显， 3 成都理工大学博士学位论文 资料信噪比较高。1 9 6 5 年原石油部组织3 2 个地震队在川西、川西北、 川西南和川东开展油气勘探大会战，为山地地震的发展奠定了基础。随 后，在j i l 东、湘鄂西、滇黔桂等地区陆续开展了山地地震工作。“七五”、 “八五”期间，依托国家重点科技攻关项目，石油部组织开展了南方海 相碳酸盐岩地震攻关，部分采集、处理技术取得了一些进展，但未获得 根本性突破。 在西部含油气区，盆地周缘的一侧或多侧都以巨大的逆掩断层带或 褶皱山系为界。山前带坳陷深、沉积厚，如昆仑山北麓和天山南、北麓 山前形成的坳陷，其沉积厚度达5 0 0 0 m 以上。山前带断层发育，并常伴 有逆掩断裂带推覆构造、叠瓦状构造成排分布。山前坳陷斜坡上发育了 地层、岩性圈闭或与构造复合型圈闭。早期的石油勘探工作限于地层露 头较好、构造明显、油气苗较多的地区。由于当时条件的限制，勘探重 点在盆地边缘的山前稽皱带、山前坳陷及山间小盆地。如早期建成、开 发时间最长的老君庙油田，即位于祁连山北麓酒泉盆地的老君庙隆起带 上，发育有青北断鼻构造和青草湾、鸭儿峡、老君庙、石油沟、大红曝 等背斜构造。在酒泉盆地先后发现了石油沟、鸭儿峡、白杨河及单北等 油田。位于天山和阿尔泰山之间的准葛尔盆地，2 0 世纪8 0 年代以后发 现了火烧山、北山台油田，在博格达山前蚴陷南缘发现了高产油气流。 自2 0 世纪5 0 年代在南疆发现依奇克里克油田后，近十几年来在南天山 山前的库车坳陷、塔北发现十多个油气田，特别是1 9 9 6 年在克拉苏实 施2 0 0 k m2 山地三维地震后，发现了天然气储量2 0 0 0 多亿方的克拉苏特 大气田，1 9 9 7 年在叶城凹陷发现苛克亚高产凝析气田。在天山山问盆 地一吐哈盆地，自2 0 世纪5 0 年代发现胜金口、七克台气田后，8 0 年 代以来又发现了鄯善、丘陵、温吉桑、温西、丘东、米登、巴喀、鄯勒、 疙瘩台等油田。 5 0 年来，经过全国各石油勘探单位的共同努力，山地油气勘探取 得了丰富的勘探成果，地震勘探成果已基本查明南方海相探区的基本地 质结构，并发现了一大批构造，但复杂山地的勘探难度很大，特别是针 对多类型、非规则、非均质储集体的勘探技术以及针对大面积碳酸盐岩 裸露区和山前带的地震勘探技术，仍然需要进行物探方法技术攻关。对 于地表和地下条件均十分复杂的南方山地( 特别是碳酸盐岩出露的低信 噪比地区) 地震工作，其成功的关键是寻求合适的地震装备、运载工具 和地震采集、处理、解释技术方法，而采集是地震勘探系统工程的基础， 因此，针对山地工区的地震地质条件复杂性及多变性的特点，因地制宜， 4 第1 章引言 灵活、周密地作好地震采集工作，提高采集精度，获得高信噪比、高分 辨率的地震资料是提高油气勘探效益的先决条件，它也是制约南方海相 油气勘探突破和发展的技术瓶颈。为此，与实践相结合，进行系统的复 杂山地地震采集理论与技术研究是非常必要的，也是非常紧迫的。 1 2 主要研究内容及技术路线 1 2 1 主要研究内容 首先从南方海相油气区地质条件的特殊性出发。根据对构造的复杂 程度、认识程度和地震资料的信噪比状况，将地震攻关分成三个层次， 即第一层次是构造认识清楚，资料信噪比较高地区，如川东、鄂西瀹 东地区；第二层次是构造复杂，信噪比较低地区，如中、下扬予地区、 滇黔桂三大盆地；第三层次为低一极低信噪比地区，如碳酸盐岩裸露区、 松潘阿坝地区。 本次研究基于信噪比与分辨率的有机统一，开展提高复杂山地地震 采集精度研究。以黔中隆起及其周缘探区为勘探对象开展碳酸盐岩裸露 区地震采集理论、方法技术研究与攻关，以j 1 i 东北探区为勘探对象开展 复杂山地地震高精度采集技术研究与攻关。 在研究过程中，加强应用基础研究，坚持理论研究与生产实践相结 合，重点对碳酸盐岩裸露区地震采集和复杂山地高精度地震采集的关键 问题进行研究和试验验证，夯实应用基础，形成相应的采集理论与采集 工艺技术。 1 、介质的弹性与激发理论研究 基于岩石物理学、岩石力学、爆炸理论，研究炸药激发子波的动力 学特征与岩石弹性参数、炸药药性、药量的关系。 2 、碳酸盐岩裸露区地震采集理论与方法研究 基于地表碳酸盐岩裸露区基本地震地质条件和地腹碳酸盐岩的弹 性力学性质，研究碳酸盐岩裸露区激发地震波的动力学特征，特别是频 率、振幅等。 基于岩石物性测定，对比碳酸盐岩与砂泥岩，从介质的密度、速度、 抗压强度、泊松比、含水饱和度、介质的埋深与所受的地层压力出发， 研究所需的激发药量、药性与提高地震采集质量的方法。 基于比奥理论研究闷井工艺、基于组合爆炸理论研究碳酸盐岩裸露 区组合激发工艺。 成都理工大学博士学位论文 针对酸盐岩裸露区激发地震波动力学特征，研究理想的观测方式与 实用的接收工艺。 3 、复杂山地高精度地震采集理论与方法研究 分析山地高精度地震采集的主要难点、复杂山地条件下噪音对分辨 率的影响、地震波在传播过程中的衰减规律，研究复杂山地开展高精度 地震时压制噪音有效措施。 分析高精度地震对震源的要求，基于介质的弹性与爆炸理论，选择 最佳震源。 基于岩石物理学、岩石力学、爆炸理论，开展激发接收机制研究， 探讨高频信号的可激发性与可接受性，研究对高频信号有利的激发方 法、保护高频的接收方式与保证高精度表层结构调查的有效方法。结合 高精度地震对观测系统各个参数的要求分析。形成相应的采集工艺。 研究城市、水网区有效的地震观测方法，并获得良好资料。 1 2 2 技术路线 针对南方山地地震攻关的第一、三 类地区的技术难点，开展地震采集技术 研究与攻关。 采取的技术路线是：从理论与方法 研究出发，结合生产进行技术设计与方 法试验，通过试验分析，优化采集方法 和工艺技术，并通过综合研究检验方法 技术的效果，最后进行效果分析、总结、 技术提升，形成勘探技术。 1 3 论文结构及主要创新点 1 3 1 论文结构安排 理论和方法基础研究 j l i技术设计、方法试验 j l i优化采集方法 j l 综合研究检验效果 j l 图卜3技术路线框图 论文包括引言和正文、结论与致谢。引言，阐述研究意义与研究现 状，概述主要研究内容、技术路线、论文结构及主要创新点。 第2 章首先从中国南方特殊的海相地质问题出发，分析该区地震勘 第1 章引言 探的特殊性；分析中国南方山地地震勘探的主要技术难题，在此基础上 提出技术对策。 第3 章地震采集的饱和激发理论与实践。基于岩石力学、岩石物理 学和爆炸理论，指出当震源脉冲的初始压强等于介质的动抗压强度时， 介质的弹性应变最强，地震波的能量最大，达到饱和状态，由此，提出 饱和激发。接着分析了激发介质的形变、动弹模量与地震波动力学特征 ( 振幅、频率) 的关系；研究了饱和激发与激发参因素的关系，结合饱 和激发与信噪比、分辨率的分析，指出采用高爆速炸药饱和激发可以实 现信噪比和分辨率的有机统一。饱和激发理论和基于饱和激发理论饱和 药量的选择方法，在理论上澄清了多年来高分辨率地震采集中采用大药 量，还是小药量激发的争论；依据饱和激发理论指导勘探实践，提出饱 和状态下激发，实现了井深、岩性、药量三者的最佳匹配组合，保证了 信噪比和分辨率的有机统一。； 第4 章碳酸盐岩裸露区地震采集理论与实践。首先介绍了碳酸盐岩 裸露区地震勘探所涉及的问题；接着介绍了饱和激发与碳酸盐岩的弹性 力学性质，基于比奥( b i o t ) 理论探讨了碳酸盐岩中孔隙流体对弹性的 影响；研究了碳酸盐岩的岩石力学特性对资料品质的影响，基于碳酸盐 岩储层岩石物性参数测定，明确了致密灰岩纵波速度、横波速度、泊松 比、密度等弹性参数的统计规律，研究了灰岩的泥质含量、弹性与资料 品质的关系；最后阐述碳酸盐岩裸露区激发接收机制，基于饱和激发与 岩石的弹性，提出在碳酸盐岩裸露区的地震观测中激发和观测高频地震 波的新观念，形成了碳酸盐岩裸露区地震采集工艺技术，实现了碳酸盐 岩裸露区地震采集理论与实践的突破。 第5 章复杂山地高精度地震采集理论与实践。首先介绍了复杂山地 高精度地震采集的难点与复杂山地与高分辨率地震基础，包括复杂山地 条件下噪音对分辨率的影响、地震波在传播过程中的吸收衰减规律，接 着介绍了复杂山地高精度地震激发、接收机制研究和相应的采集工艺技 术。强调了基于高频激发特性的激发接收技术。 第6 章勘探实例与效果。通过黔中隆起及其周缘地区二维地震勘探 实例介绍南方山地碳酸盐岩裸露区地震勘探效果；通过普光三维地震实 例介绍南方复杂山地高精度地震勘探效果( 包括城市地震勘探方法与效 果) ；最后，简要介绍了项目研究成果在南方复杂山地的推广应用情况 与油气勘探效果。 结论与建议。介绍了在应用基础研究方面取得的结论与认识，项目 7 堕塑望三查堂堡主堂笪鲨苎 攻关形成的系列配套技术，南方复杂山地地震攻关存在的问题与下一步 攻关建议。 1 3 2 创新点及主要贡献 近几年来，针对中国南方极其恶劣的地表条件与十分复杂的地下构 造条件、加之干扰波异常发育的困难条件，本人潜心复杂山地地震勘探 理论研究和关键方法技术研究，与我的同事一起组织实旌了大量的地震 采集技术攻关，通过研究、开发、引进，形成了一套先进、适合复杂山 地特点的实用采集工艺技术，丰富了复杂山地地震采集的基本理论，取 得了良好的应用效果，使中国南方复杂山地地震勘探技术水平和理论水 平得到大幅度提高，通过提高信噪比与分辨率，大幅度地提高了地震数 据质量。 创新点及主要贡献如下： 1 、基于岩石力学、岩石物理学和爆破理论，通过炸药激发子波的 动力学特征与岩石弹性参数、爆炸药量的关系研究，结合野外试验与室 内物性测定分析，首次提出饱和激发理论。 饱和激发理论认为：地震波的振幅表征着介质的应交特征，药量表 征着介质的应力特征；使介质弹性应变最大时的激发为饱和激发；饱和 激发时能满足线性叠加特性；在饱和激发状态下，介质的弹性形变最大， 可保证激发高频能量，提高高频信号的信噪比。 对提高地震采集精度的意义在于：饱和激发理论可以指导激发参数 优选，实现其最佳匹配组合；在饱和状态下激发，提高了激发能量和高 频成分，保证了高频信号信噪比，实现了信噪比与分辨率的有机统一； 同时在理论上澄清了多年来高分辨率地震采集中是采用大药量好，还是 小药量激发好的争论。 2 、形成碳酸盐岩裸露区地震采集基本理论与采集工艺技术 ( 1 ) 首次提出灰岩区高频激发与观测的新观点，并在实践中取得 良好效果。从比奥理论出发，对南方海相地震从介质的激发机理方面进 行技术研究；通过岩石力学特征的研究，提出在碳酸盐岩裸露地区的地 震观测中激发和观测高频地震波，这与传统强调观测低频强信号的观念 不同( 如曾有采用延迟爆炸激发低频信号的做法) ，这是在碳酸盐岩裸 露地区的地震观测的理论和实践的突破。 ( 2 ) 形成碳酸盐岩裸露区地震勘探工艺技术：小、一高、一长、 8 第1 章引言 二优”。即小道距、高覆盖次数、长排列接收、优化设计、优化激发接 收工艺。突破了j i i 东南、川东北碳酸盐岩裸露区地震采集难题，首次获 得了可用于解释研究的高品质的地震资料；突破了黔中隆起及周缘大面 积碳酸盐岩裸露区地震采集禁区，获得了可用于解释的地震资料，特别 是获得了雪峰推覆体十分古老的板溪群变质岩下的有效反射。 3 、复杂山地高分辨率地震勘探工艺技术 以高密度微测井( 双并微测井) 技术为主，微电法为辅的高精度表 层调查技术：以高频激发机理为基础的药量选择方法、小药量组合的激 发方法、小面积组合的接收方法等。 4 、城市三维地震观测取得突破性进展，主要采用规则观测与不规 则观测相结合的交观观测方式，城外加密炮补偿激发，弥补覆盖次数与 获取城区深层信息，城区采用深井小药量激发，获取浅层信息，成功地 实现了水网山城的三维地震观测。 5 、首次形成配套的表层结构及干扰波调查技术 以微测井( 含双并微测井) 、m i n i v s p 、浅层地震、微电法为主的 配套的分区表层结构调查技术和以盒子波技术为主、l 、十字形为辅的 干扰波调查技术。利用盒子波调查干扰波技术对于南方海相碳酸盐岩 地区的各种干扰波调查( 特别是散射干扰) 十分见效。 9 成都理工大学博士学位论文 第2 章南方山地地震勘探的主要技术难题与对策 中国南方复杂山地分布区是海相碳酸盐岩油气勘探的重要场所。石 油工业界习惯于把石灰岩与白云岩统称为碳酸盐岩。碳酸盐岩是油气勘 探的重要领域，据统计，世晃石油储量的一半在碳酸盐岩中。我国海楣 碳酸盐岩分布广泛，多年来在四川、塔里木、鄂尔多斯等地区碳酸盐岩 的油气勘探，特别是在塔里木盆地古生界海相碳酸盐岩的油气勘探取得 了重要发现，形成了中国西部良好的油气勘探局面。在中国南方海相碳 酸盐岩的油气勘探工区范围包括秦岭一大别一胶南一线以南的广大地 区( 含滇、黔、桂、鄂、川、渝、甘、青、湘、赣、苏、浙、皖、闽、 沪、琼、粤等十七省市自治区) ，总面积2 0 0 多万平方千米，中、古生界 海相地层油气勘探区的面积达9 0 多万平方千米。南方海相油气资源丰 富，有利勘探面积广阔，是我国陆上，特别是中石化集团公司重要的油 气资源战略接替区。 通过几代石油人多年的实践，逐步建立了一整套碳酸盐岩油气区地 震勘探方法技术系列，并取得了较好的效果。由于南方海相碳酸盐岩油 气区十分复杂的地表与地下地质条件，开展地震勘探工作难度极大，因 此在不少地区地震勘探仍然是制约油气发现和勘探突破的“瓶颈”技术， 急需攻克。 本章将根据近几年的勘探实践和理论研究进展，介绍碳酸盐岩油气 区地震勘探中的问题，并探讨其攻关对策。 2 1中国南方碳酸盐岩地区油气勘探的特殊性 中国南方海相碳酸盐岩具有巨大的油气勘探潜力。但南方海相油气 勘探及其工程技术问题也具有其特殊性，其中有些关键技术制约了该区 的油气勘探进程。中国南方碳酸盐岩地区油气勘探特殊性主要表现在特 殊的海相地质问题与特殊的工程技术问题。 2 1 i 中国南方特殊的海相地质问题 与国外富油气海相盆地相比，南方海相盆地有5 个方面的显著差异 ( 马永生。1 9 9 9 ) 。 1 、时代老 1 0 第2 章南方山地地震勘探的主要技术难题与对策 国外富油气海相盆地发育时代以中、新生代为主，南方海相地层则 以古生界( 特别是下古生界和中上元古界) 为主。这一特点带来的问题， 一是成烃有机质的来源、发育条件及成烃机制不清楚；二是沉积物经历 的地质历史长、构造变动次数多，油气的散失和保存非常复杂；三是油 气勘探工程技术难度大，特别是在地震勘探获得古生界内幕反射的难度 非常大。 2 、有机质丰度低 国外富油气海相盆地油源岩的有机碳含量常大于0 5 ，甚至可达 5 以上，波斯湾盆地油源岩每吨岩石的生烃潜力可达2 0 k g 。南方海相 地层( 尤其是碳酸盐岩) 中有机碳含量一般小于0 2 。这种低有机质 丰度沉积岩的生、排烃机制如何? 又该怎样判识和评价其生烃能力? 3 、有机质热演化程度高 由于古老的海相地层经受了长期且复杂的热力作用，如扬子板块的 上元古界至下古生界的有机质大部分处于湿气一千气热演化阶段。此 外，地层中气缺乏可靠的镜质体，给恢复生烃历史和评价成烃阶段带来 较大困难，目前在这方面已做工作的可靠性有待研究。因此，对找气而 言，地震勘探提供钻探目标的难度加大。 4 、勘探目的层埋藏深 中、下扬子区的海相地层中，有希望的勘探目的层埋深也大于3 5 k m ，埋藏浅于2 k m 的地层则一般与大气降水有密切联系，油气藏难以 保存。另外，深层的温度、压力均高，储集层成岩程度高，油气成藏机 制可能与中、浅层不同。同时，油气藏埋深大，钻井工艺和井筒技术复 杂，勘探风险大而费用昂贵，也影响着勘探决策。深层目标，由于上覆 地层的吸收和复杂构造的影响，地震勘探采集数据的信噪比低、波场复杂， 因此，地震勘探的难度也进一步加大。 5 、油气藏保存条件差 南方海相探区虽然有多套生、储、盖层系，有利于形成叠覆的多种 类型油气藏，但地层曾反复升降，即使原型盆地被强烈改造，也改变了 原生油气藏的保存条件，使油气藏已聚集油气处于不断再分配的调整过 程中，导致油气充满程度下降，选定勘探目标极为困难。这就对地震勘 探提出了要解决储层与盖层的问题，同时对断点、断层等提出了更高精 度的要求。 成都理工大学博士学位论文 2 1 2 南方复杂山地地震勘探的特殊性 南方复杂山地地表条件恶劣、海相勘探目的层埋藏深、地下情况复 杂( 盐下成像困难、断裂发育、地层熏复及高陡构造发育等) 等，这些 除了造成石油地质条件复杂外，同时给地球物理勘探( 特别是地震勘探) 带来了极大的挑战。 与陆相碎屑岩地区相比，海相碳酸盐岩地震勘探的特殊性表现在碳 酸盐岩地区的地表和地下条件极其复杂，采集投入大效率低：高陡构造， 江、河、湖泊等地方，除采集难度大外，资料品质也较差，同时给资料 处理带来一系列问题，基于常规的理论和方法不再适应：如地震勘探中 的散射能量的补偿，子波一致性，基于双曲线理论的速度分析，静校正， 共中心点叠加，偏移等基础理论受到挑战；基础资料缺乏，人力投入不 足，勘探投入和钻探投入太少，资料共享困难，使基础研究不够深入。 l 、特殊的表层地震地质条件 南方复杂山地地表条件十分恶劣，按地形、地貌条件可分为山地、 碳酸盐岩裸露区与喀斯特地貌、山前带、砾石区等。有地形复杂区如崇 山峻岭、低缓丘陵、草地覆盖、沼泽发育等；有地表复杂区如丛林密布、 村镇、厂矿、交通干线、高压电网等各种复杂障碍物或禁炮区等；有表 层复杂区如砾石、垮塌堆积物、岩石出露区以及低降速带巨厚、潜水蕊 埋深大等表层沉积结构复杂区；有远离人烟、缺少国家测量控制点的空 白区等。 我国南方油气探区多数同时具有地形、地表和表层复杂的特点，这 就更增添了进行地震勘探的难度。这里地形复杂、有些地区低降速带厚、 潜水面埋深变化大，给是地震勘探数据采集带来了很多困难。如激发、 接收条件差、噪音干扰强、反射能量弱等。因此，地震资料信噪比低、 静校正问题严重。复杂地区的数据采集，由于受多种因素的影响，信噪 比很低，资料十分复杂，数据处理难度也增大。 总之，中国南方复杂山地表层地震地质条件具有如下特点： ( 1 ) 地形高差变化大。南方山地地形相对高差一般都是几百米， 最大高差大2 0 0 0 余米，悬崖峭壁比比皆是。 ( 2 ) 出露地层变化大。南方山地地表出露多为坚硬的砂岩、获岩， 地震测线要穿过不同时代的地层，其钻井难度大，激发接收条件差异大。 ( 3 ) 表层植被和风化程度差异大。南方山地高海拔地区表层风化 严重，森林遍布，植被厚；低海拔地区，水田、耕地、农作物遍布。 第2 章南方山地地震勘探的主要技术难题与对策 ( 4 ) 低降速带厚度变化大。一般山坡有垮岩、堆积物，山谷有第 四系河流沉积、冲积，都随地形的变化而频繁变化，造成低降速带速度 难以确定。 ( 5 ) 潜水面深度变化大。南方山区低洼处潜水面浅，高山上潜水 面深，有些地区甚至无潜水面。 ( 6 ) 表层构造和地层速度横向变化大。南方山区表层褶皱强烈， 有的地层直立甚至倒转，同一高度上，地层速度变化大，静校正困难。 ( 7 ) 地震激发接收条件差异大。坚硬地层和松散地层其激发接收 效果差异很大。 ( 8 ) 地表非一致性严重。南方山区地表非一致性使得常规静校正 方法难以获得理想的效果，最终造成地震资料成像效果差，尤其是影响 储层预测的效果。 2 、特殊的地下地质条件 碳酸盐岩探区深层地震地质条件千变万化。表现为地层历经多期次 构造运动的改造，逆冲、推覆、拉张，不同方向、不同应力系统的破坏。 使得地下构造复杂，断裂发育；或沉积不稳定，横向非均质性严重；或 巨厚型单一沉积，地下反射界面的反射系数小，且不稳定。 这里构造复杂使得成像变得困难重重；横向非均质性严重使得储层 识别与预测困难加大；地下反射界面的反射系数小且不稳定，使得地震 反射信号微弱，甚至被各种干扰所淹没；复杂的构造运动的改造，使得 构造样式变得复杂和难以确定。 中国南方复杂山地深层( 地腹) 地震地质条件具有如下特点： ( 1 ) 南方山区地腹构造多为高陡复杂构造，构造上下差异大，高 点偏移，多断裂，倾角变化大，有的直立倒转。 ( 2 ) 盆地周边多为逆断层，地层推覆达数十千米，速度横向、垂 向变化显著，垂向速度倒转现象十分普遍，基准面选择、地震成像和复 杂波场解释分析十分困难。 总之，这些地区同时具有地形、地表和表层复杂甚至地下地质复杂 的特点。从事野外作业地表条件十分艰苦，在这些地区工作除了劳动强 度大、气候条件恶劣、交通运输极端困难外，对工作方法、技术、装备 等都提出了新的要求，是高新技术、高投入、高风险的勘探作业。 以下就南方复杂山地地震勘探存在的技术难题、采取的对策进行简 要的分析。 成都理工大学博士学位论文 2 2 南方复杂山地地震勘探的主要技术难题 2 2 1 地震勘探采集的主要难点 1 、测量 通视条件差、物理点偏移野外监控难，有些地区远离人烟，是缺少 国家测量控制点的空白区。 2 、地震数据采集 南方山地的地形条件可分为复杂山区、碳酸盐岩裸露区与喀斯特地 貌、山前带、砾石区等。 ( 1 ) 复杂山区 包括川东( 川东北、川东南) 、鄂西一渝东、鄂东南、湘鄂西、楚 雄盆地、南盘江盆地、十万大山盆地、黔中、桂中、湘中、思茅等地区。 相对高差最大达2 0 0 0 米左右，地表出露白垩系一侏罗系砂岩砂泥岩， 局部有石炭、二叠系灰岩地层出露或第三系地层覆盖，大部分地区地表 森林覆盖率较高，山顶、山坡风化严重，全区除山谷和四川地区外，大 部分地区严重缺水。激发岩性变化大，激发条件差，能量变化激烈，高 ( 刮风) 、低频( 面波强烈) 干扰严重。 在一个排列最大炮检距范围内，相对高差一般在2 0 0 m 以上，有时 甚至上千米：地形起伏剧烈，沟谷纵横，在一个排列范围内，地形起伏 平滑线超过自身1 2 波长；山体陡峭，表层地层耸立，甚至直立：老地 层出露地表，地表速度在3 0 0 0 m 以上，不存在低降速带；地表岩性交化 频繁，低降速带厚度变化产生的静校正量差或低降速带速度横向变化产 生的静校正量差，在一个排列最大炮检距范围内，超过最浅目的层的 1 4 周期；有些地区缺乏一个稳定的低降速带界面，小折射排列一般难 以铺设。 ( 2 ) 老地层出露区和喀斯特地貌 由于强烈的褶皱、断裂，老地层出露到地表，经长期风化剥蚀，造 成现今地貌，如果碳酸盐岩出露地表，往往出现喀斯特地