高精度地震勘探采集技术.ppt

高精度地震勘探采集技术 内容 引言高精度勘探采集有关理论基础高精度地震技术方法高精度勘探技术效果国外高精度勘探情况高精度三维地震技术的下步发展结束语 引言1讨论采集测试系统 三种问题2油藏类型 五种情况 3高精度勘探弹性动力学基础4高精度技术发展过程5高精度地震勘探技术现状 输入x t 输出y t 系统 响应特性S w S y t x t Y t S x t X t y t S 地震勘探系统分析 二基本理论1分辨率的两个基本准则 a Raylaighb Ricker2分辨厚度a 1 4波长H V 4FSin b 第一Fresnel带R T F 1 4 T F 2 1 23大地吸收与环境噪音a S 27 29ft Qb Pn P0 1 1 R2 三技术思路1补偿大地吸收率减a 激发高频信号 b 提高检波器高频响应 c 提高仪器低截滤波档 d 理想的补偿思路 2压制各类干扰a 激发减少噪音 定向虚反射等 b 接收压制噪音 避开环境噪音组合压制近地表传播的噪音 c 多次覆盖压制随机干扰3达到目的获得高频率 高信噪比 宽频带的地震资料 一 高精度地震勘探采集技术的有关的理论基础1波动理论1 波动方程 u u b 2 惠更斯原理3 施奈尔定律 v1 v2 sin sin 4 波在界面上的能量分布 A2 A1 2v2 1v1 2v2 1v1 A4 A1 0A3 A1 2 1v1 2v2 1v1 A5 A1 02振动理论1 振动的基本模型方程及其解mx cx kx F t 3爆炸力学4机电理论U Blv 10 8 V 5几种理论在地震勘探中的关系 二 基本概念 波的分类及其界面上的波 1弹性波分类 纵波 P 和横波 S 2自由界面上的波 3波阻抗界面上的波 1V1 2V2 反射系数 R 1V1 2V2 V1 sin V2 sin 施奈尔定律 二维观测系统及共反射点示意图 二 技术方法 一 高精度三维采集方法论证技术 二 表层调查技术 三 噪音分析技术 四 高精度三维的激发技术 五 高精度三维的接收技术 六 压制噪音技术 一 高精度三维采集方法论证技术 1精细的参数论证设计技术1 采集参数论证 对面元大小 覆盖次数 最大跑检距 道距 组合基距 纵横分辨率等采集参数进行论证 2 观测系统属性分析 根据采集参数设计观测系统 并对观测系统属性进行分析 其中包括 反射点方位角分布均匀 大小炮检距分布均匀 覆盖次数分布均匀等 3 正演模拟地震记录 运用正演模拟技术进行模拟观测 并对整个观测系统的性能进行综合分析 合理确定观测系统 4 工区整体设计 全工区炮点 检波点分布 覆盖次数分布 炮检距分析等 5 几种高精度三维观测系统 采集参数 面元 覆盖次数 炮检距 高精度观测系统设计技术 观测系统 正演模拟 方位角分布炮间距分布 单炮模拟剖面模拟 观测系统综合评价 确定观测系统 1 野外采集方法的综合论证技术 a采集参数论证 面元边长依据纵横分辨率的要求 满足空间采样率 结合解决地质体的大小 合理确定面元大小 覆盖次数 参考分辨率要求 分析原始资料信噪比 兼顾两方 确定覆盖次数炮检距 a 最小炮检距b 最大炮检距 动校正拉伸关系曲线图 速度分析精度 反射系数与入射角的关系 各种观测系统 480道 CDP25 25 m 4 10次 a 八线十四炮观测系统方位角和炮检距示意图 八线五炮束线状观测系统 960道 25 25m的面元细分成4个12 5 12 5m的小面元 48次覆盖 八线五炮观测系统 方位角炮检距分布图 块状砖墙式观测系统 仪器道数720道 CDP网格25 50 m 覆盖次数8 8 次 8线16炮变炮检距观测系统 针对复杂地质构造采用多种观测系统 在目标区域大幅度提高覆盖次数 以获得高信噪比的地震资料 变观前后的面元属性分析 变观前炮检距分布 变观前处炮检距分布 变观后炮检距分布 变观前后方位角分布 三维模型连续激发正演分析 炮点 C正演模拟 炮点 三维模型连续激发正演分析 射线追踪及单炮合成记录 正演合成单炮记录 正演合成剖面 模型验证 针对断裂系统 小断层 小断块的模型射线追踪 可以看出施工方法对该复杂构造的追踪效果比较连续 针对复杂地质构造的模型射线追踪 二维模型验证 针对下降盘沙河街组及古生界地层的模型射线追踪 针对上升盘潜山构造的模型射线追踪 东西方向 三维模型模拟单炮 40次 4140 152 040次 0 152 414066次 3400 152 0 152 3400 不同观测方式模拟剖面 观测系统应用实例分析 不同位置反射点射线分布 覆盖次数 炮点 检波点分布 工区信噪比分析图 资料较差 资料较好 资料较好 全工区炮点检波点分布图 局部地区覆盖次数分布图 全工区覆盖次数分布图 1500 3000m 全工区不同炮检距范围的覆盖次数分析 全工区不同炮检距范围的覆盖次数分析 0 1500m 3000 5000m 全工区不同炮检距范围的覆盖次数分析 9次 18次 36次 72次 2 不同覆盖次数记录对比 2 6 2 9 2 6 2 9 2 精细的表层调查技术1 地质雷达方法2 陆地声纳4 双井微测井4 表层取芯 利用地质雷达的方法调查近地表30米深的表层情况 利用不同界面上的电性差异 来反映岩性的变化特征 1020304050607080ms100200300400Hz 双井微测井剖面 井底 岩芯频谱 1102030 H m 地表胶泥层分布图 表层衰减研究 3 噪音的影响及其研究1 噪音对分辨率的影响根据Widess有噪声时的分辨能力公式 P P0 1 1 R2 P0 无噪时分辨能力 R2 信噪能量比 2 噪音规律的分析研究A 噪音分类B 环境噪音C 激发后噪音分析 环境噪音研究 有效能量噪音能量信噪比环境噪音 激发前 激发后 激发后 激发后 激发前后60 120Hz之间噪音频谱对比 激发噪音分析 2 噪音的动力学理论分析 地震勘探的次生干扰有两大类 一类是波动干扰 是由于表层介质的不均匀形成了一定的波阻抗界面形成了一系列的波动次生震源 弹性波在波阻抗界面上的波型转换和能量的重新分配是产生波动次生干扰的根源 近地表介质的不均匀是波动次生干扰产生的条件 次生干扰波就是在这些不均匀的界面上发生的各种波的现象 一类是振动干扰 当物体存在质量弹簧时就会形成一个振动系统 当振动系统不受外部激励时 保持在平衡位置 处于静平衡状态 当振动系统受到外部激励时 就会使质量体偏离平衡位置 而在平衡位置两边产生振动 这种振动是有强迫振动和自由振动两部分组成的 这就是形成次生振动干扰的内在因素 3 噪音分类 4 高精度三维的激发技术1 特殊炸药震源的研制与应用目前使用的炸药震源 激发的地震波主要存在两个弱点 1信号频率低 2激发噪音强 无法满足高精度地震勘探的需要 针对这些问题 1 利用小药量激发提高信号频率 2 利用垂直迭加弥补小药量的能量不足 3 利用定向爆炸减少近地表的激发噪音 研制出了四种新型震源 1 特殊震源的研制与应用 延迟叠加震源 爆炸地震锤 细长药柱 对撞震源 垂直延迟爆炸示意图 地表 地下介质 爆炸地震锤 1 利用聚能的原理 在震源的头部加上锤头 定向向下爆炸 抛射锤头 撞击地层产生高能量的地震波信号 2 爆炸定向性好 增加了下传能量 3 利用小药量激发 获得的高频成分丰富 低爆速细长药柱 顶端起爆的正向激发方式 药包的波前面在垂直向下的方向上是同相叠加的 有利于纵波的激发和传播 突出中 深层的反射 压制面波 虚反射及表层环境噪声 可提高信噪比与分辨率 角为药柱与向下传播射线的夹角 当波的传播时差等于激发延迟时 可得 cos v1 v2v1 v2 角为零度 长药柱激发后达到的同相迭加性最好 细长药柱激发示意图 两弹对撞震源 根据原子弹点火爆炸的原理设计 其主要目的是提高震源的激发能量 产生高能量的地震波 从而解决由于大地的衰减作用而造成的能量弱的问题 该震源的主要特点 1 震源的两端同时激发两个药包 2 两端药包激发后产生射流在中间相撞产生强大的冲击波 四种震源单炮对比 80 160HzSWJ211 3m 效果分析 一 地震锤与聚能弹对比 解编80 160Hz 效果分析2 三种震源解编记录对比 炸药 地震锤 延迟叠加 b 三种震源扫描记录对比 80 180Hz 震源对比初迭剖面 2 选择井深a 双井微测井确定虚反射界面 b 根据需要保护的地震信号的最高频率 计算药包距虚反射界面的距离 h V 4fmaxc 距虚反射的距离不应小于炸药的爆炸半径 r 1 5Q1 3 d 根据以上三个条件 结合表层的岩性情况 科学的确定激发深度 合理地选择井深 虚反射界面 需保护的最高频率 炸药的爆炸半径 激发岩性 虚反射特性曲线 1 特性曲线为正弦曲线 其周期为n n 0 l 2 2 频率响应主要与 值大小有关 较小时 频带较宽 峰值频率较高 反之频带较窄 值增大一倍 频带宽度缩小一倍 3 当 值趋于0 即在虚反射底界面处激发 不存在虚反射 对地震信号也就没有频率响应作用 只要有 即在Rl界面下不同深度处放炮 就有频率响应 一般深度愈大 低频响应愈严重 激发示意图 次生黄土层 原生黄土层 ABC 不同深度激发虚反射压制情况 V Fmax H B 炸药距虚反射界面距离与速度和最高频率的关系 C 爆炸半径与药量的关系曲线 R m Q kg d 确定井深根据充分利用虚反射界面 加以定量约束条件 结合岩性特点 科学地定量地确定激发深度 3 不同方式激发示意图 单井激发 组合井激发 组合对比 80 160Hz 单井双井三井 1井2井3井4井 1井2井3井4井 40 80Hz 60 120Hz 1井2井3井4井 封井不封井 不封井封井 80 160Hz 2 可控震源可控震源产生的振动信号是一个连续的信号 它不同于炸药震源 从波动方程来考虑 它不是作为初始问题来解决 应该是一个解非齐次方程问题 高精度勘探主要是利用非线性扫描来产生相对较高能量的高频信号 以补偿大地对地震信号的衰减 具体激振方式可有下列因素确定 扫描方式 起始 终了频率 升频 降频方式 驱动幅度 可控震源为点激发提供了条件 问题是可控震源的使用受到地面和地表条件的限制 所以在内陆地区很少使用可控震源 存在与大地的耦合谐振问题 气枪激发方式 气枪震源的沉放深度 频率 2m 6m 7m 8m 5m 4m 3m 气枪沉放深度对地震子波的影响 气枪激发方式 气枪震源的沉放深度 频率 气枪激发方式 海上勘探干扰波 用气枪作为震源激发时 所产生的最主要干扰是由 气泡效应 引起的重复冲击 气泡效应指的是气枪震源将高压气注入水中后 在水压的作用下产生胀缩运动而产生的效应 气枪激发方式 海上勘探干扰波 气枪激发方式 海上勘探干扰波 5高精度三维的接收技术1 检波器类型a 机电传感器b 压电检波器C 光纤传感器2 提高检波器与大地的耦合谐振频率的技术a 检波器与大地间的振动系统分析 b 检波器自身结构的问题 c 检波器埋置技术 地面 浅地表 井中 单点 组合 压电检波器具备的特点 压电检波器自然频率高 可达2000Hz 工作频带宽 外电干扰弱 滩涂压电检波器的研制 可以带来以下好处 1 提高了接收信号的频率 2 解决了两种检波器感应不同物理量和不同感应机制的问题 3 解决了两种检波器混用给施工带来的各种麻烦 压电检波器原理示意图 陆用压电检波器 水听器干扰高灵敏度普通加速度 60 120Hz 1 高灵敏度抗干扰加速度检波器 A 水听器 抗干扰检波器 普通加速度检波器频谱分析 0 8 2 0S B 抗50Hz干扰对比 SG 3 SWJ 2 抗50Hz高灵敏度检波器普通加速度检波器 抗50Hz高灵敏度检波器普通加速度检波器 45 60Hz M K C 2 提高检波器与大地的耦合谐振频率的技术a 检波器与大地间的振动系统分析 振动方程 Mx Cx Kx 0X 0 x0X 0 x0 X e nt x0cos dt x0 nx0 d sin dt C 2M n n2 K M d2 n2 1 2 脉冲激励 Mx Cx Kx t X h t 1 K e ntsin dt任意激励 Mx Cx Kx P t X 0tP h t d X b 检波器自身结构的问题 c 检波器埋置技术 埋深 波场复杂 不同埋深频谱 伪陷波问题 不同激发井深 相同埋置深度 1 5米 时的记录频谱分析 SN7C 车408车22车22新 97年 98年7 98年 车408车22车22新 80 160Hz 7 压制噪音技术1 1 噪音调查方法 盒子波调查 相关分析法 2 激发减少近地表噪音 激发充分利用表层结构和激发方式 来减少传向地表的能量 这不仅是减少表层干扰波的问题 而且可以相应地减少各种次生干扰波的能量 这是一种主动压制噪音的做法 3 接收组合压制高频背景噪音 接收尽管是一种被动的压噪方法 但也可以充分利用各种干扰的特点和组合的方向性来有选择地压制某个频率范围内的噪音 达到拓宽优势频带的目的 相关半径曲线图 不同检波器埋深压制干扰分析图 B 埋置对环境噪音压制 垂直延迟迭加震源普通炸药 A 激发降低表层干扰 点线面积组合 检波器组合对比记录 解编 A F 有效波 干扰波 f1f2f3 f1 f2 优势频带f2 f3 拓宽频带 1 提高高频有效波能量 2 降低高频噪音能量 地震波优势频带分析示意图 2 540 6060 8080 100100 120120 140Hz2 540 6060 8080 100100 120120 140Hz C 改变接收方式拓宽优势频带 7 采集全过程技术分析虽然上面分别讲了各种技术方法 但如何将他们组合在一起也是很重要的 直接关系到勘探工作的成败 因此 要综合分析各环节技术的搭配 高精度地震勘探方法也不是一成不变的 不同的地方有不同的特点 只能相互参考 更重要的是要分析内在的技术问题 从测试的观点来看 地震勘探技术是一个大的测试系统 进一步可分为激振系统 传播系统和接收系统三部分 一 车西高精度三维勘探效果A 构造解释精细B 储层预测更符合地质规律C 砂体空间展布形态更加可靠D 勘探开发效益明显提高 车408高分辨率剖面 车41老三维剖面 相位增加 相位增加 两个单波 一个复波 高分辨率资料纵向分辨率明显提高 小幅度构造更清晰 高分辨率剖面 常规资料剖面 1 层序特征更加明显 D 勘探效益明显提高车西地区发现圈闭面积61 1km2 追踪描述砂体23个 展开面积43 3km2 有利面积28km2 预测石油地质储量3360 104吨 提供勘探开发井位19口 完钻9口 钻井成功率100 二 辛镇高精度三维勘探效果1 资料效果辛镇高精度三维与原东辛三维相比 资料品质有了明显提高 主要体现在以下三个方面 A 剖面层次齐全 浅 中 深层均有有效能量的反射 图6 B 构造显示合理 C 具有较高的分辨率和信噪比 2 取得地质成果1 地震分辨率的明显提高无疑给岩性油藏勘探和精细油藏描述带来巨大进步2 断面反射清晰 断裂组合更趋合理 构造幅度更加精确3 地震剖面层次齐全 给区域研究 深层评价提供了保障4 剖面质量的提高 使层位标定更趋合理和准确 辛镇三维二次采集效果 东营中央隆起带 东段辛镇407测线 资料面积184 41km2 其中二次施工面积147 25km2 得到资料面积124 41km2 满次面积86 76km2 另外还拼接丰4 永新 王家岗东三维 与原东辛三维相比 资料品质有了明显提高 主要体现在以下三个方面 A 剖面层次齐全 浅 中 深层均有有效能量的反射 B 构造显示合理 C 具有一定的分辨率和信噪比 辛镇二次采集三维勘探资料效果 分辨率明显提高 资料主频由20hz提高35hz 永新水库IN 9 辛镇IN 407 断面反射清晰 断裂组合更趋合理 构造幅度更加精确 三 田家高精度三维采集效果a 丰富的地震地质信息 b 提高中浅层分辨率和深层信噪比c 复杂地表区取得资料 补齐老资料缺口通过对现有资料的初步解释认为田家高精度三维采集是成功的 为高精度三维地震资料处理和解释技术研究创造了良好的条件 从目前分析 只要高精度解释从浅层小层挖潜 中层断块精细解释和深层落实构造等三个方面寻求突破 必定会取得较好的地质效果 一次 二次 田家三维资料效果 剖面 整体 面貌有较大改观 断层清楚 断点可靠 二次 老剖面 新剖面 田家地区新老剖面对比 浅中层的主频比老资料提高 2s附近资料的主频由原来的30Hz提高到70Hz 深层资料信噪比显著提高 二次采集剖面 一次采集剖面 54 12 54 7 54 12 54 7 A 中浅层分辨率提高 深层资料有较大改善 二次 一次 老 新 分辨率提高 层间信息丰富 四 国外高精度地震勘探技术1目标采集设计 随着高精度地震勘探技术的发展 勘探的目标性越来越强 针对岩丘和一些特殊的地质体以及一些复杂的地表区 设计工作越来越来详细 设计有针对性的观测系统 比如 岩丘的同心圆激发系统和放射状接收系统 对于得好岩丘的侧面信息非常有利 当地表和目标体起伏变化剧烈时 反复的设计炮点和检波点来最终达到较佳的覆盖次数的目的 面对越来越复杂的地下目的层的地质和构造情况 传统的采集设计方法时常不能满足要求 以往的属性分析大多数指的是表层几何属性 炮检距和方位角分布 而不是目的层的几何射线分布 覆盖次数不应用于说明层组特征 特别在复杂构造情况下 传统方法已不再适用的参数论证和观测系统设计对一些复杂的问题 需要一些新的设计方法 比如 聚焦波束法 图象分辨率法等 盐丘模型 盐丘大约2 2km高 横向伸展17km 17km 上覆地层除了盐丘顶部以外几乎是平的 注意 表面的观测系统 采集观测系统 红线和蓝线分指震源和检波点 观测系统中心在盐丘顶部 复杂地表和地下条件下的设计事例 复杂地表和地下条件下的设计事例 新观测系统的震源 检波器排列形式 黑圆点表示震源位置 线代表浮缆 最初的观测系统中只有位于浮缆中间的一个炮点组成 激发 a b 和接收 c d 波束在目标点深度xy平面和在拉冬域里的显示 在空间和波数域里的分辨率函数 a b 和单频率40Hz的AVP 函数 注意分辨率函数较强的旁瓣 在新观测系统中 在空间和波数域里的分辨率函数 a b 和单频40Hz时的AVP 函数 c 注意 旁瓣已经大大减小 2点激发技术在Rosharon U S A 采用单个可控震源 点震源 沿测线方向间隔5米进行施工获得地震可控震源数据 对4个相邻的点震源直接求和得出可控震源组合数据 检波器组合长度 也就是道距 为20米 通过4个临近点震源记录交叉 炮点记录间隔从20米减到5米 在用交叉点震源获得的炮记录与可控震源组合数据得到的单炮记录对比图 这张图证实单个可控震源数据提高空间采样 重新采样的点震源可输出20米网格的数据 经过重新采样的点震源数据比可控震源组合数据要好 反射轴更加清晰 通过震源组合方式处理 相干和不相干噪音被有效衰减 普通可控震源组合记录 左 和通过相邻普通可控震源组合效果 左 和应用点震源迭加获得的加密采样记录 右 震源组合方式迭加的点震源记录 右 3点接收技术 常规的地震勘探都是利用检波器组合 是在野外若干个检波器的信号 通过线路的连接 将信号迭加在一起 达到增强信号 压制噪音的目的 但是这种组合由于自身的组合特性同时也降低了地震资料的品质 如果想返回去分析每个检波器的情况是不可能的 即使一些坏的只起干扰作用的检波器信号也无法剔去 国外随着仪器道数的增加 发展了点接收技术 其点与点之间距离较小 野外将各接收点的振动真实地记录下来 室内根据需要将原始记录数字组合形成信噪比较高的记录 国外一般采用6 25m的接收点距 野外采集设备最典型的是Q系统 3点接收技术 3点接收技术 3点接收技术 3点接收技术 3点接收技术 4矢量地震技