地震勘探技术进步与发展趋势.doc

地震勘探技术进步与发展趋势 一、三维地震技术 80年代以来，三维地震技术的广泛应用推动了整个油气工业的发展，其应用效果是有目共睹的，人们普遍认为，三维地震是增加储量、提高产量和钻井成功率的有效方法。三维地震技术经过二十余年的应用日趋成熟和完善，无论是装备、采集技术、处理技术和解释技术都有长足的进展。近年来，全世界三维地震工作量猛增，随着三维勘探成本的不断降低，三维取代二维已成定局。三维地震技术已成为当今世界油气勘探的主导技术之一。 1、地震装备技术 地震装备技术的发展是地震勘探技术发展的基础。自从90年代以来，24位多道地震仪取得了突破性进展，当前先进的地震仪器的主要技术特点如下： 采集道数大幅度增加，一般在千道以上，可达上万道； 记录动态范围增大； 小采样率、宽频带记录； 具有现场实时交互的质量监控系统和实时相关功能。 SEG 66届年会上发表的“二千年地震系统”一文指出了地震仪器的发展趋势：轻型、数千道、高可靠性、每道单价降低、采集数据存储在采集站上由中心站控制、控制方式无线电或电缆任选。 此外，三维地震技术的迅猛发展促进了有关技术的进步，如：高效震源、高精度检波器、GPS定位系统、海底电缆OBC，适于复杂地表的运载设备等。目前，胜利油田的地震采集装备严重老化，不能适应复杂地表勘探以及高精度勘探的要求，更新装备，提高采集水平和精度是当务之急。 2、采集技术（1）覆盖次数普遍提高：80年代初由于受地震仪器道数的限制，三维覆盖次数多以12次为主，90年代初随着多道地震仪器的出现，三维覆盖次数一般为2030次，一些低信噪比地区的覆盖次数则高达60 120次以上。（2）观测系统灵活多样：传统的三维观测系统一般为条带式，近年来由于先进仪器设备的出现，三维观测系统的设计也采用了一些新的技术，如“全三维”观测系统、棋盘式观测系统、可变面元观测系统、不规则或蛛网观测系统以及放射状观测系统等。（3）采集速度明显加快：在提高采集速度方面，除了采用多道地震仪外，还采用了扫描编码方法（可控震源），同时用两个以上的振动器以不同的扫描信号产生振动，实现多炮同时采集。目前出现了一种新的提高采集效率的扫描方式，即不停顿扫描（Slip-sweep）。大大提高采集速度。（4）定量质量保证体系QQAQQA是采集质量控制向系统化、定量化演化的结果。在项目评估设计阶段即建立采集处理和解释等各阶段可达到验收的最低标准，从放炮到偏移成象，都要对资料的质量进行定量分析。目前QQA的定量分析因素大致有子波的频宽、信噪比、垂直分辨率、偏移后的空间分辨率、子波质量分解因子等。QQA的思路和做法对提高地震勘探精度意义重大。（5）采集设计技术由于三维地震采集费用高，同时，三维地震原始资料的质量直接影响处理解释结果，实际上无论处理能力多强也无法弥补采集中的欠缺，因此，三维设计很受重视，三维采集应尽量保持均匀的炮检距和方位角。不规则三维或假三维会给数据以及后续处理手段造成很多影响，诸如不规则施工会使记录中出现弧噪，不规则面积采集会产生偏移噪声，不均匀炮检距会使速度分析和动校叠加陷入困境，缺损远炮检距数据就不能较好地压制多次波，不规则三维数据不利于叠前深度偏移等等。为了解决上述问题，在设计中应建立地下模型用共反射点（CRP）进行面元设计和选择采集方向，也可用地下构造面元划分（BOSS）方法进行三维设计。3、全三维地震技术“全三维”的概念引伸于全三维解释。全三维解释的概念是相对于三维资料的二维剖面、切片的传统解释方式而提出的。目前，全三维的概念不仅仅局限于资料解释，其内涵已延拓到三维资料采集、处理和解释各个环节。（1）采集全三维采集重要的是要依据地质模型选择观测系统和面元划分，保持均匀的炮检距、方位角和复盖次数，基于模型的三维采集设计是避免三维假象的有效手段。（2）处理近年来，常规处理在提高分辨率与信噪比、反褶积、压制多次波、内插与防假频、静校正及速度分析等方面有了一定进展，处理模块也由2D模块转向3D模块，如三维地表一致性处理、三维折射波静校正、三维一步法偏移等等。由于层状介质模型假设的局限，常规三维时间域处理严重影响了三维地震的效果。当前，深度域成像技术已成为复杂构造找油的关键技术。深度域成像技术应是全三维技术的重要内容。（3）解释a相干体技术1993年，有学者提出传统的二维剖面和二维切片解释将被三维解释所替代，此后，全三维解释技术取得了迅速的进步，首先推出的有各种面块切片技术，继后在1995年推出了相干体技术。因为这种技术在分析不连续（断层等）现象方面有独到之处，所以在当时引起轰动。一般沿构造倾向的断层切割同相轴在水平切片上容易作断层解释，但沿走向的断层平行同相轴用水平切片很难进行断层解释，而相干体不连续性显示却能较好地解决这些问题。为此，近年来相干体技术有了较大的发展。b人工智能技术目前，人工智能技术不仅用于识别层位、自动拾取和追踪解释层位，而且在自动地震相分析、地震主分量分析等方面有了较广泛的应用。c可视化技术三维可视化技术是地震资料解释发展史上的重要里程碑。以前的人机交互解释系统尽管在功能上具有时间切片、层拉平、自动追踪解释等一系列技术手段，但其实质是这相当于三维资料的二维解释，有许多地震信息并未得到解释和应用。为了观察构造与断层之间的关系，在解释系统上开发了三维数据体的立体显示，形成了最初的可视化。90年代初的可视化只能看不能解释，近来电子图形技术的发展，已使三维可视化具有了观察与解释功能，使地震资料解释进入了真正三维解释的时代，成为地震资料解释发展史上的重要里程碑。三维可视化给地震资料解释带来了两个巨大变化，即解释质量和解释效率的再一次飞跃，使三维资料解释完全摆脱二维解释工作方法的范畴。虚拟现实技术（VR）将是可视化发展的更高境界。所谓虚拟现实，就是采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉的感觉世界，使人们可以用人的自然技能对这个生成的虚拟实体进行交互考察。近年来VR技术发展很快，正在逐步为商业市场所接受。过去，胜利油田在全三维解释、三维可视化方面做了大量的探索和研究工作。利用全三维解释工作站系统解释河道砂体取得了成功的实例。今后应在采集、处理和解释各环节加强全三维技术的研究，最大限度地提高勘探精度，为寻找优质储量奠定资料基础。今年，在田家三维二次采集中，我们考虑了全三维因素，见到了明显的效果。4、高分辨率地震技术提高地震资料的分辨率是地震工作者长期为之奋斗的目标。随着地层勘探、油气储层横向预测以及油气藏描述技术的应用与发展，勘探家对地震的分辨率要求也越来越高。地震工作者为此做了不懈的努力，取得了明显的效果，如美国在墨西哥湾深海得到的高分辨率资料2.5s处的主频可达600Hz，前苏联的西西伯利亚地区，在2.3s处获得了主频为120Hz的反射剖面，能够分辨68米厚的砂层。获得高分辨率地震资料，一方面是受施工地区地表和地下地质因素制约，另一方面又受控于施工技术和施工因素。此外，高分辨率地震勘探还是一项系统工程，必须在采集、处理和解释等各个环节都采用相应的对策，才能保证获得令人满意的分辨率。目前高分辨率地震勘探研究的重点主要在野外采集方法方面，高分辨率采集技术的进展主要体现在如下几方面：（1）选用适合高分辨率地震勘探的记录仪，如大记录动态范围的仪器（24位仪器等），而且充分利用先进仪器所具备的各种能有效提高地震分辨率的手段，如采用高低截滤波以及频谱整形滤波等。（2）选用合适的检波器和震源，以保证能激发与接收高频、宽频带的地震信号。（3）精细确定野外采集参数，一般采用小道距、小组合基距、小采样率等。（4）严格野外施工，以保证采集质量，尽可能压制环境干扰。5、三维叠前深度偏移三维地震给油气勘探开发带来了莫大的利益，但常规三维时间域数据处理和解释方法却严重影响三维地震的效果。在速度场变化较大的复杂构造区，地震波的波前通常是畸变（盐丘和逆冲高速层等都是引起波前畸变的例子）。因此，在速度横向变化情况下采用常规时间成像，根本无法正确反映地下构造形态，所造成的后果是轻者高点位移，重者构造面貌全非。此外，精细解释、储层描述等都期望深度域资料。同时，转向深度域也是实现多学科综合的基础。在某些复杂的远景区，直接在深度域进行地震解释正在趋于常规化。在综合工作流程中，深度域是地质学家、地球物理学家和工程师之间共同的域。因此，深度成像是勘探和开发的必需。深度成像技术已日益成为复杂构造找油找气的关键技术，尤其自1993年墨西哥湾Mahagany盐丘高产油气田的发现以来，掀起了一股三维叠前深度偏移成像的热潮。我国的山前褶皱带、逆掩推覆带、陡构造和深层古生界内幕构造带领域的找油找气也将有赖于深度成像方面能取得根本性突破。6、区域大三维地震勘探技术关于三维地震的发展问题，工业界提出了区域大三维的新观念。专家认为，三维应着眼于大区域，用“邮票”式三维作评价会失去重要信息，区域大三维的投入是值得的！由不同公司、不同年代采集的一块块大的补丁式三维带来了很多问题。区域大三维能够降低勘探、开发风险。Fairfield工业公司承担的大三维工程（覆盖1130个区块）提供的探井成功率比前57年的平均探井成功率提高一倍。区域大三维会使单位成本下降。区域大三维采用统一的采集方式和参数，能面向所有用户，加上全部井的资料，能使数据库内容更有价值。因此，工业界对区域大三维给予了很大的关注。有资料认为，区域大三维的规模一般应对应于次沉积盆地或微沉积盆地。此外，对过去“邮票”式三维勘探资料进行大连片处理，也会为油气藏描述和评价找回许多有价值的信息。当前胜利探区已完成了144个区块、14000km2以上的“邮票式”三维勘探。这些资料由不同队、不同时间、不同仪器、不同观测系统采集，对于精细油藏描述和油藏模拟十分不利。许多早期施工的三维区块，由于当时技术条件所限，目前难以满足油气藏勘探开发的要求，建议对整个探区三维资料品质进行重新评价，通盘考虑，选择有利地区以完整的构造单元为界进行区域大三维采集，同时也可对老资料进行大连片处理。二、开发地震技术从历史上看，地震技术多数应用于勘探工作。80年代前地震勘探也主要是提供构造成果及其派生的附属成果，如等厚图、构造发育史等图件。从三瞬技术（瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位）和地震地层学出现之后，地震属性研究与利用开始得到了重视。特别是计算机技术的发展，提取的地震属性的方法发展较快，提取的种类日益增多，使地震勘探提供的成果由单一的构造成果扩展到储层横向预测和油藏早期描述。开发地震就是运用各种地震方法如三维地震、四维地震、VSP、井间地震以及多波多分量地震等建立油藏模型，详细描述油藏或储层结构的非均匀性和流体流动的状态、方式，以及鉴别出当前开发方案中没有进行开采的储量或未最优开采的储量。在开发前阶段，开发地震的任务是描述圈闭的特征，确定其构造性质与范围，确定流体流动的边界和体积，从而确定油藏范围、厚度分布模式以及油气聚集的横向与垂向范围，相应采用的地震技术主要是三维地震和非零井源距VSP。在初始开发阶段，开发地震的任务是描述油藏和水层，估计岩性及孔隙度在空间上的变化，评价储层的不均匀性，确定有否渗透率障碍，确定油藏中各单元是否连续，尽可能详细地划定流体接触面，分析储层中的裂缝等。然后，根据这些资料建立完整的油藏地质模型，最后以模型为基础进行油藏模拟，以指导制定钻井策略。相应的地震方法应以高分辨率三维地震为主，辅以VSP资料。主要是利用提取出来的地震属性（特别是波阻抗）与井资料结合建立油藏模型。在作业阶段，开发地震的任务主要是确定油藏实际边界动态及预测动态的差异，以此来修改油藏地质模型。测定渗透率障碍，估计储层的连续性，确定波及效率。在这一阶段应根据井资料和工程资料进一步修改与精心解释三维地震资料。此外，井间地震的发展可能会起重要作用。在强化采油（EOR）阶段，油藏监视是评价EOR效率的关键。实时确定蒸汽、火烧或CO2驱前缘，可帮助控制或修改EOR进程，从而减少作业费用。三维地震、四维地震和井间地震可在EOR前为其设计提供依据，也可监视EOR过程。 1、4D地震技术 4D地震之所以迅速发展并受到人们的青睐与重视，是因为它确实能够提高采收率和投资回报率。目前世界上油田的平均采收率只有35%左右，大部分是死油区。但是4D地震信息经测井和开发史信息标定后可识别出泄油模式和死油区的位置。据西方地球物理公司估计，在可以采用4D的地区，4D地震通常可以使油田剩余可采储量的10%变为开采储量，但由此增加的费用小于1%。另据其它报道，4D地震可以使投资回报率提高30%，达到65-75%。 利用4D地震的差异信息可以追踪作为时间函数的储层中流体前缘界面，可以提取预报开发过程中所发生的变化，这样就可以延长生产井的寿命或改变开发速度，以最终提高采收率。 4D地震可以提高油藏模拟精度，为此如何把4D地震信息与井控资料结合起来反演，并解释给出精确的油气空间位置，以获得流动体系、油源及运移的图像，这是4D地震的关键技术。 4D地震目前尚处于先导试验阶段。在获得更多油气经济利益驱动下，4D地震技术将会有更大的改进和更好的发展前景。 2、多波多分量地震勘探技术 近年来，随着横波震源和三分量检波器的研制成功和多波多分量方法研究的深入，多波多分量技术有了新的进展，主要体现在采集成本有了明显下降，并出现了许多适用于多波多分量采集的设备。 多波多分量资料的作用是增加了用地震资料确定岩性的可靠性，包括隐蔽的成岩作用的变化、裂缝储层以及岩石-流体性质变化；利用纵横波速度比估计孔隙度及孔隙流体成分；快、慢波时间差确定裂缝长度；快、慢波偏振方向确定裂缝方位；S波偏振方向及幅度确定各向异性；由各向异性导出原地应力的方向及其相对大小，以及渗透率和流体通导性的估计值。 总之，多波多分量地震在提高孔隙度、渗透率和流体饱和度的估算精度方面有了新的进展，这些进展大大提高了油藏预测与描述的精度。但是，目前多波处理还存在若干问题，导致处理效果不明显。今后应在纵波地震勘探效果不佳的地方，尤其是开发或钻井成本过高的地方适当地进行多波多分量测量，应把横波地震勘探视为降低某些地区风险的一种手段。可以预计，多波多分量地震将在油气勘探开发全过程中起到不可低估的作用。 胜利油田在“八五”期间，购置200个三分量检波器，开始了多波多分量的勘探技术科研攻关，先后在盐家、永安镇和草桥地区进行了转换波勘探试验，进行野外采集方法的研究，完成了上述地区9条测线，共120.6km的剖面的采集任务，获得了丰富的纵波、转换波资料。 由于缺少处理软件，资料由地矿部南京物研所处理，虽然处理难度大，但仍然获得了较丰富的资料：纵波剖面、横波剖面、纵横波振幅比剖面，泊松比剖面，纵横波速度比剖面。在盐家、永安镇地区不但验证了已知的气藏，而且又发现了几个气异常。在胜利探区，多波多分量地震勘探技术对寻找泥岩裂缝油藏、火成岩油藏、煤层油藏，研究地层各向异性具有重要作用。 3、地震反演 地震反演问题是储层地球物理的一项核心技术，以求得井之间储层的各种参量的变化。由于直接反演的不适定性质，目前大部分趋向于走正反演最佳拟合的办法。 多井约束地震反演技术已成为石油勘探、开发界进行储层研究的一项新的流行的技术。主要有这样两个因素：其一，石油勘探开发发展形式的实际需要，油气盆地随着勘探开发过程的进展，岩性地层隐蔽油气藏所占的比例逐渐增加，约束反演技术在寻找隐蔽油藏方面相对具有一定的优势。而据统计资料，美国高成熟盆地岩性地层隐蔽油气藏所占比例达47%，陆相盆地比例更高。济阳坳陷到目前岩性地层隐蔽油气藏所占比例是25.4%，由此可见，岩性地层隐蔽油气藏具有很大的潜力；其二，多井约束地震反演技术代表了地球物理技术发展走综合路线的趋势。多井约束地震反演技术至少有三个结合，即地质与物探的结合，解释与处理的结合，地震与测井的结合，也是方法、技术和过程的结合，由于测井资料参与和正反演结合，反演的精度和可靠性大有提高，根据李庆忠院士等专家的见解，测井约束反演技术是叠后提高地震分辨率的最可靠、可信的方式。 胜利油田的“九五”重点攻关高分辨率地震项目与石油大学（北京）合作，在石油大学“八五”研究成果-ANLOG的基础上，已形成了2D多井约束反演的软件（HRSTRATA），该软件以非线性地震道模型和F-P神经网络外推方法为显著特色，成功的解决了在胜利油田不可避免的断层问题，已在处理取得较好的效果，为适应3D地震资料的处理，需要发展成3D软件，有待于进一步的工作。 4、VSP与井间地震技术 由于这两种技术都是在井中接收，甚至在井中激发，因此它们的分辨率明显优于地面采集的资料。普遍采用三分量接收，同时可以采集到纵波和横波资料，有利于岩性的分析研究。目前VSP速度约束和对井旁地震资料的储层认定，以成为储层地球物理必需的重要资料之一。 近年来井间地震发展了几种新技术：一是飞行放炮（Shooting on the fly ），即震源在连续升降过程中，达到预定深度处进行激发，使采集速度可超过每天20000道，从而缩短了采集时间，降低了成本；二是多级多分量检波器，信号在井下数字化之后传到地面，常使用5个检波器，间距可调；三是井间的反射成像算法，使井间资料的出、入射角度与常规反射法基本一致。已取得一些井间较高分辨率的成像实例。这些新技术可能会使井间地震技术获得较大的发展。 胜利油田的VSP技术近几年发展很快，电火花震源的使用为取得高质量的原始记录提供了重要保证；人机交互处理、解释一体化系统提高了处理解释精度并缩短了周期，实现了从数据采集到资料处理，解释一体化的一条龙服务，在油田内外市场的竞争中站稳了脚跟，树立了良好的形象。截止目前，共完成130余口井的VSP测井。 胜利油田于九五年在井水平距259m、井深690828m两井井段进行了现场观测，取得了丰富的井间地震采集资料（在国内属首次），通过计算机资料处理后提供的成果说明我们油田该项技术基本达到：（1）具备井间地震资料采集的能力（2）建立了一套井间地震资料处理系统，最终可以获得高精度的速度层析剖面、反射波迭加偏移剖面及各种地震属性地球物理特征的剖面，据目前资料分析，经计算有效分辨率可达到分辨4-6m薄互层和小断距断层。（3）在综合研究方面，结合地面地震、测井、钻井地质资料，可精细研究“三小一薄”的变化规律，有利于预测剩余油分布。 5、地震属性技术 地震属性是从地震数据里推导出来的几何学、运动学、动力学或统计学特征的特殊测量值。近年来，因其在油气勘探和开发中发挥着越来越重要的作用，因此有关地震属性的提取、标定、分析等技术得到了飞速发展，地震属性技术正在成为油藏地球物理的核心和连接勘探地震与开发地震的桥梁。 目前的地震属性基本上是由叠后资料获得，但是，随着地震处理的改进和解释性处理比重的增加，许多今天从叠后数据中提取的地震属性不久将从叠前数据中提取。地震属性技术可以被应用于地震勘探和开发的许多领域，包括地震解释性处理、地震构造填图、地震地层解释、地震岩性和模拟、油藏模拟和油藏监测。 多年来，胜利油田在利用地震属性进行油藏描述模拟方面进行了长期的探索和研究，目前已基本成熟的特色技术如波阻抗及速度反演、多参数提取及综合分析、时频分析、吸收系数反演、断层封堵分析、亮点及AVO等技术，在油气藏勘探开发中见到了明显的效果。地震属性技术是一项新兴技术，进一步地系统化地深入研究开发这项技术，对胜利油田复式油气藏的勘探开发具有重要意义。三、采集、处理、解释一体化 40年前，计算机技术的发展把一个完整的反射波地震勘探技术分成松散连接的三个部分，即数据采集、资料处理和资料解释。而当今，由于计算机技术的飞速发展与突破，又使这三部分在新的、更高的层次上重新结合起来，这种发展成为当今地震勘探技术发展的一个必然趋势。80年代中期出现的人机交互解释系统提高了地震资料解释的自动化程度，提高了资料解释速度，同时地震信息也得到较为充分的利用，因而提高了地震成果解释的精度。此外，人机交互解释系统的使用，还促进了地震资料交互处理技术的发展。交互处理结合先进的算法，可以大大改善地震资料处理的质量。90年代初，在人机交互解释系统中再做某些解释性处理（叠后处理）的系统应运而生，这是解释处理一体化的雏形。不久开始实现了真正的解释处理一体化，即地震资料的交互处理加重复迭代的地质模型，也就是说解释人员将地质知识用于地震资料处理全过程。因此，处理和解释这两个环节结合的比较好，出现了解释性处理，但采集与处理的结合不是很密切，只是在采集的同时进行一些现场预处理。近年来采集、处理和解释一体化的进程不断加快。基于地质模型，在野外可以进行动态设计，处理人员完成3D地震每天采集的数据处理，解释人员在日处理的基础上评价资料并直接制定施工方案，而且野外施工人员能够适合不断变化的施工方案。上述工作流程有两大特点，一是