地震勘探原理

1、,第1章绪论（2学时）第2章地震勘探运动学理论（16学时）第3章地震资料野外采集技术（4学时）第4章地震勘探组合法（4学时）第5章多次覆盖方法(6学时）第6章共反射点水平叠加技术（6学时）第7章地震波速度（6学时）第5章地震地质解释的理论基础（6学时）第8章地震地质解释（6学时）,地震勘探原理,一、石油勘探的主要方法二、地球物理勘探方法三、地球物理勘探方法的特点四、地震勘探方法五、反射波法地震勘探六、地震勘探发展史七、世界石油产量预浏,第1章绪论,第1章绪论,1、地质法(Geological):在矿产调查中，通过露头、岩石、岩心观察，来研究成矿的地质条件、地质环境和地质作用，实现找矿的一种方法

2、。,岩心,露头,露头,露头,2、地化法(Geochemistry):取样、分析化验这是对岩石、土壤、地下水、地表水、植物、水系以及湖底沉积物等天然产物中一种或几种化学特征作测定，测定结果所发现的化探异常，实现找矿之目的，包括岩石地球化学方法(金属量测量)、水化学方法和生物地球化学方法等。油气地球化学勘探方法的种类比较多，常用的是土壤烃气体测量、土壤硫酸盐法、稳定碳同位素法、汞和碘测量法等。,第1章绪论,地球化学是研究地球各部分（地壳、地幔、水圈、大气圈及生物圈等）中化学元素及其同位素的分布、存在形式、共生组合、集中分散及迁移循环规律的科学。近年来，地球化学的研究范围日益扩大，包括了诸如新元素的

3、探索，化学元素的起源和衰亡史、地球及其物质的起源和演化、地球热源的产生和变化、生命的起源以及地球化学过程的机理和模拟实验等。地球化学现在有许多分支，主要如：地球化学探矿、矿床地球化学、元素地球化学、生物地球化学、有机地球化学、环境地球化学、同位素地球化学、实验地球化学等。地球化学是介于地质学与化学、物理之间的边缘学科。它对解决岩石、矿物、矿床的成因可提供相应的理论依据，对勘探矿产资源、矿产综合利用、环境保护也有重大的实际意义。,自20世纪70年代中期以来，地球化学和地质学、地球物理学已成为固体地球科学的三大支柱。,3、物探法(GeophysicalProspecting):,根据地下岩石或矿体

4、的物理性质差异所引起的某些物理异常现象的变化去判断地质构造、沉积、等地质现象发现矿体的一种方法，包括地震、重力、磁力、电法及地下地球物理测量等，具覆盖区、连续测量、间接勘探的特点,第1章绪论,第1章绪论,4、钻探法(Drilling):为勘查地下含油气情况所钻的油气探井，有4大类（1）参数井：了解盆地或凹陷中生油岩和储集岩等油气地质条件存在和分布情况；(2)预探井：了解圈闭中是否含油气和储集岩分布情况；（3）评价井:在预探井发现含油气储集层后，为探明该圈闭或油气藏含油气面积和地质储量所钻；（4）资料井:为获得油气藏油层参数钻井取心（供检测与分析）所钻的井。特点：点或多点结合、直接勘探,地质法(

5、Geological)是传统的、最基本、最主要的工作方法。广义的地质法研究内容广泛，泛指地表地质调查、井下地质研究、实验（包括模拟）和地质综合分析，以及地球物理（物探、测井）、地球化学等资料的成果解释、分析与应用。石油地质学的主要研究对象包括油气成因、油气藏形成和油气分布规律三大课题，即解决石油天然气的生、储、盖、圈、通、运、聚、保、散问题。,5、综合法：在上述勘探方法基础上，运用点-线-面-体-时技术思路，进行油气地质综合研究与勘探。点：钻井、测井及围绕井勘探方法。线：露头地质观测、地震测线、井连井剖面及对比。面、体：露头地质观测、地震数据体。时：地质体形成与演化-时代恢复。伴随石油勘探的各

6、个阶段，现今极其是重要，才能全面有效地实现油气勘探的目的，也是上述勘探方法带有局限性所造成的。,露头区地质法,覆盖区地震勘探,露头区地质法,钻井、测井,朱夏先生认为：从现代的油气来看，任何的油气重大发现都是站在盆地的高度而最终落实到点上的,一、石油勘探的主要方法二、地球物理勘探方法三、地球物理勘探方法的特点四、地震勘探方法五、反射波法地震勘探六、地震勘探发展史七、世界石油产量预浏,第1章绪论,二、地球物理勘探方法：重力法：岩石密度差异（Gravity）磁法：岩石磁性差异(Magnetic)电法:岩石电性差异(Electricity)地震法岩石弹性或波阻抗差异，为现今的主要方法.(Seismic

7、exploration),第1章绪论,普通物探,二、地球物理勘探方法1、重力勘探：利用专门仪器并按特定方式观测岩层间密度差异，进而研究地下地质问题；重力勘探是研究反映地下岩石密度横向差异引起的重力变化，用以提供构造和矿产等地质信息。根据万有引力定律，在接近较大密度的物体时，其引力增大，反之引力减小，由此在地表上引起的重力变化称为重力异常。异常的规模、形状和强度取决于具有密度差的物体大小、形状及深度。,第1章绪论,实际意义：如利用重力勘探发现大庆长垣，是发现大庆油田关键之一。,二、地球物理勘探方法2、磁法勘探：利用专门仪器并按特定方式观测岩层间磁性差异，进而研究地下地质问题；在自然界中，由于受到

8、地球磁场的作用，许多岩石或矿石都不同程度地被磁化而具有磁性，具有磁性地质体所产生的磁场迭加在正常地磁场之上的异常磁场。磁法勘探的主要任务就是测定和分析研究各种磁异常，找出磁异常与地下岩石，地质构造及矿产的关系，作出地下地质情况和矿产分布等有关结论。,第1章绪论,3、电法勘探：利用专门仪器并按特定方式观测岩层间电性差异，进而研究地下地质问题；电法勘探就是利用人工或天然产生的直流电场或电磁场在地下的分布规律来研究地球结构、地质构造及找矿的一种物探方法。电法勘探是以岩石或矿石的电性差异为基础，主要研究的电性差异参数包括:电阻率、激发极化率、介电常数、导磁率、电化学活动性等。电法勘探的内容十分丰富，它

9、们广泛应用于金属及非金属、石油、工程地质、水文地质等勘探研究工作中。,第1章绪论,二、地球物理勘探方法,二、地球物理勘探方法4、地震勘探：利用专门仪器并按特定方式观测岩层间波阻抗差异，进而研究地下地质问题；地震勘探是利用人工激发的地震波在地下岩层中传播的规律来确定地下矿藏的方法。实践表明，地震勘探的投资回报率很高，几乎所有的石油公司都依靠地震勘探资料来确定油气勘探和开发井位，三维地震勘探技术能提供丰富的地质细节，极大地发掘了油藏工程的潜力。,第1章绪论,地震勘探方法在寻找地下水资源和民用工程建设中发挥着重要作用，尤其是建造高楼、堤坝、道路及海港等大型建筑物时利用工程地震勘探可以测量基岩深度，探

10、测建筑物下面是否有溶洞或松软地质体，探测核电站周围是否存在断层，避免潜在的危险。地震勘探方法对灾害地质，如天然地震的主要分布和预防起着重要的作用,第1章绪论,物探对地学理论建立与完善的贡献,地球物理勘探对板块构造理论的贡献是巨大的，对发现洋中脊、俯冲（仰冲）带、几何学、动力学、运动学机制有如下方面贡献：1洋脊为高地热流异常区。中央裂谷附近的热流值常是深海盆正常值的23倍。2重力测量洋中脊中央裂谷带常表现为重力负异常区。3地震波在洋脊下方的地幔中，波速小于正常值，同时莫霍面不清，地壳有明显变薄的趋势。说明洋脊是软流圈物质上涌的部位，温度较高，密度变小，有部分物质熔融变为岩浆（反映重力值降低，波速

11、降低），洋脊是地热的排泄口（反映热流值较高）。4发现横穿洋脊方向所测得的磁力异常曲线相似，每一侧的正负异常都在另一侧同样的位置出现；证明洋中脊的伸展演化。,5H.贝尼奥夫通过地震在这个带上作了较详细的研究，发现向大陆方向震源由浅变深构成一个倾斜带，证明这个倾斜带就是大洋壳的俯冲带，即贝尼奥夫带（全世界的中、深源地震主要发生地之一），带来了地学革命。板块构造理论在很大的程度上依赖于地球物理勘探逐步地完善。如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷、大洋裂谷等概念的建立和完善。同时，依赖于板块构造理论的盆地分析，也给油气勘探等矿产的发现带来了显著指导性作用。（见朱夏、郭令智、李德生、田在艺、贾

12、承造、摩根J.Morgan、麦肯齐D.P.Mekenzie、X.LePichon、威尔逊J.T.Wilson等文献）,物探对地学理论建立与完善的贡献,5、矿场测井：利用井下仪器观测井筒周围岩层的地球物理异常，而研究其地质问题。地球物理测井是用多种专门仪器放入井内，沿井身测量钻井地质剖面上地层的各物理参数，研究地下岩石物理性质与渗流特性，寻找和评价油气及它矿藏资源的一门应用技术学科现已广泛地用于油气、金属矿、煤田、工程及水文地质等许多方面。,第1章绪论,二、地球物理勘探方法,三、地球物理勘探方法的特点,1、物探方法理论基础是物理学，将物理学原理和方法应用于地学，发展成了地球物理学；应用于勘探又发

13、展成了应用地球物理学。基础理论包括：地磁场、地电场、重力场、弹性波、放射性同位素等理论。地球物理勘探方法研究的是地球物理场或某些物理现象，是研究岩石或地层的物理响应，不同于传统的地质方法，地球物理勘探方法不仅可了解地表或近地表的地质现象，而且通过场的研究，还可获得深部地质现象的信息。,第1章绪论,特点之一：研究地球的物理特性,2、用物探方法解决一项地质任务时，即先将地质问题转化为地球物理的问题，再使用物探方法观测地质现象所反映的地球物理异常，最后根据观测数据或物理现象与地质体间存在的关系，把地球物理资料再转化为地质语言或图示，并赋予地质含义，预测油气及其它矿产。,三、地球物理勘探方法的特点,第

14、1章绪论,特点之二：物探与地质的关系是技术与目的的关系,3、物探方法的观测结果存在多解性，表现为不同地质体可能有相同的物理场；地质体的大小、形状、深度与产状等参数的不同组合，可能引起相同的异常现象。从数学关系上看，实际上是求解超定方程或欠定方程的解。,第1章绪论,三、地球物理勘探方法的特点,特点之三：多解性要求用地质和地球物理理论解决,4、每一种物探方法都有它的应用条件和使用范围。由于矿床地质、地球物理特征及自然地理条件经常因地而异，故影响方法的有效性或某种地球物理方法在解决地质问题时存在局限性。但多种物探方法可以相互补充、取长补短，达到勘探的目的。,三、地球物理勘探方法的特点,第1章绪论,特

15、点之四：物探方法的局限性，决定了勘探方法的有效性选择。,5、每一种物探方法都要经历资料的观测或采集、数据的整理或处理、资料的分析与解释这三大环节。地球物理资料的观测必须使用相应的观测仪器和观测方式，观测数据的处理和解释必须使用相应的设备和专用软件。,第1章绪论,三、地球物理勘探方法的特点,特点之五：方法都要经历三个环节，设备和软件专业化强。,6、地球物理观测资料中既包含丰富多彩的地质信息，但又可能受各种干扰因素的影响或存在人为的观测误差。,第1章绪论,三、地球物理勘探方法的特点,特点之六：存在着提高信噪比的问题。,1、勘探地震学(Explorationseismology)通过人工方法激发地震

16、波，研究地震波在地层中传播的规律与特点，以查明地下的地质构造、沉积、储层等地质特征，为寻找油气田（藏）或其它勘探目标服务的一种物探方法。2、地震勘探的基本任务1）产生地震波：震源:炸药，可控震源，汽枪2）接收地震波：检波器(动圈式，压电式，数字式)，记录仪器3）重建地震波路径：地震资料的处理与解释,第1章绪论,四、地震勘探方法,3、地震波的传播路径直达波路径透射波路径反射波路径折射波路径4、地震勘探的基本方法折射波法反射波法透射波法,第1章绪论,四、地震勘探方法,基本原理：(回声测距原理)S=1/2vt,第1章绪论,五、反射波法地震勘探,地震勘探的三大环节资料的采集、处理解释,第1章绪论,五、

17、反射波法地震勘探,地震资料采集,HOUSTON,December13,1999-SchlumbergerannouncedtodaythatitsGeoQuestoperatingunitisa1999winnerofthe10thannualSoftwareTechnicalAssistanceRecognition(STAR)Award.GeoQuestistheonlycompanyintheoilandgasindustrytowinthisprestigiousaward.SponsoredbytheSoftwareSupportProfessionalsAssociation(SS

18、PA),theSTARAwardrecognizescustomerserviceexcellenceamongsoftwaresupportprofessionals.TheawardhasbecomeacovetedprizesincetheSSPAestablishedtheprogramin1990.Eventhoughthiscompanydevelopsandsupportsaverycomplexpackagetopetroleumcompaniestooptimizethevalueoftheiroilandgasreservoirs,GeoQuesthasaccomplish

19、edsomeimpressivenumbersforreal-timesupport,ashortaverageresponserate,averyhighcallanswerrateand97%customersatisfactionrating,saidBillRose,SSPAfounderandexecutivedirector.,application,CORPORATEDATA,把方便留给大家,地震资料处理,地震资料处理,单炮记录,单炮记录,迭加剖面,偏移剖面,地震资料解释,地震资料解释,六、地震勘探发展史,地震勘探的理论方面：虎克定律(1675)19-20世纪地震波理论的发展：柯

20、西(1818)发表波传播的论文，泊松(1828）指出P波和S波的独立存在；Knott(1899)研究地震波传播及其反射和折射；Zeoppritz(1907)研究了地震波传播的理论得到Zeoppritz方程；Rayleigh(1885)、Lovel(1927)、Stoneley(1924)研究了以他们名字命名的面波理论。,第1章绪论,地震勘探在油气勘探中的应用1888年，由BaronRolandvonEotvos，发展起来的扭秆（torsionbalance，一种重力仪器)是最早的地球物理勘探工具。第一次用于寻找石油勘探是20世纪20年代。地震波的有关实验可追溯到1848年，震源试验研究波速;1

21、905年Garret建议利用地震折射波来寻找盆丘，可惜没有相应的仪器。第一个地震勘探的专利：1917年Fessenden的美国专利定位矿体的方法及仪器Titanic沉没(1912年)位置的探浏使用了该专利的仪器。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,第一次世界大战期间地震仪的研究（Mintrop、R.A.Fessenden等)导致了战后油气勘探技术的飞速发展,1921年出现折射波法地震勘探技术,Mintrop建立了Seismos地震公司，并开始地震勘探。20世纪40年代以后，反射波法地震勘探仪器及方法的迅速发展。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,我国地震勘探的发展：20世纪40年代:成立普通物探队

22、伍20世纪50年代:光点地震记录仪20世纪50年代后期:勘探重点移到东部20世纪60年代中后期:模拟磁带记录70年代以后：数字地震记录、巨型计算机的使用,六、地震勘探发展史,第1章绪论,我国的石油物探技术是从1939年开始发展的。1945年9月，玉门油矿成立了第一个重力队，由翁文波任队长，使用的仪器是美国海兰特研究公司生产的零长式重力仪.随后，1947年成立了第一个磁法队。1951年3月成立了我国的第一个地震队，使用的地震仪是美国轻便型24道光点记录仪。到了50年代末，全国的物探队伍已发展到几十个。1958年，由重力、电法和地震反射波法勘探技术发现了大庆长垣构造，并定位松基3井。1959年松基

23、3井钻探成功，并于9月26日试油获工业油流，从而发现了大庆油田。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,20世纪60年代我国进入了大规模物探普查阶段。在此期间，不但地震队伍发展快，而且地震仪器和地震技术也不断更新和发展。1966年开始生产模拟磁带地震仪，1968年开始数字地震仪器的研制，技术上开始研究地震多次覆盖方法。在这一期间发现了胜利、大港、江汉等油田。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,20世纪80年代是我国石油物探资料处理技术和解释水平取得较大进步的阶段。全国先后建立了多个计算机处理中心，反褶积、偏移归位等较复杂的处理方法已被列为常规处理；波阻抗剖面、亮点剖面、层速度剖面、三瞬剖面、碳氮检测等

24、各种特殊处理也得到广泛应用，二维资料处理、宽线、弯线资料处理、VSP资料处理等都有了完善的计算机软件和批量处理能力。计算机处理能力和水平的捉高推动了解释技术的发展，使解释成果更加准确可靠。20世纪80年代初开始引进了人机联作交互解释系统，解释工作站不仅缩短了地震资料的解释周期，而且使地震资料的解释精度和“自动化”程度提高到新的水平。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,20世纪90年代，我国各大油田分别进行了新一轮的计算机系统的更新换代，多节点、并行算法的巨型计算机和相应的地震资料处理系统的引进，极大的推动了我国油气勘探开发技术的深入发展。地震资料解释目前主要采用从国外引进的Landmark和Ge

25、oFram工作站交互解释系统。目前国内使用的处理和解释系统主要由物探局推出的GRISYS和GRISTATION。在这十年中的核心技术有:高分辫率三维地震勘探、时间推移(4D)地震技术、三维深度偏移成像、地震资料的三维可视化解释等。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,1.1955年7月6日，黑油山i号井出油发现克拉玛依油田。2.1958年9月，地中4井出油发现青海油田。3.1959年4月11日，钻松基3井发现大庆油田。41959年9月，扶27井出油发现扶余油田。5.1961年4月16日，华8井出油发现胜利油田。6.1963年12月3日，黄3井出油发现大港油田。7.1965年7月16日，辽2井出油发

26、现辽河油田。9.1965年7月，王2井出油发现江汉油田。10、1967年6月，海1井出油，渤海第一口发现井，也是我海上第一口工业油流井。11、1970年8月7日，庆1井出油发现长庆油田。12、1971年8月，南5井出油发现河南油田。13、1975年5月27日，任4井出油发现华北油田。14、1975年7月，旗参1井出油发现中原油田。15、1989年1月，合参1井出油发现土哈油田。,六、地震勘探发展史,第1章绪论,沙漠营地,沙漠运输车,推土机推路,水坑,机械钻,可控震源车,使用的地震仪器,水中使用的压力检波器,三分量数字检波器,地震仪器车,法国SN388数字地震仪,海上地震勘探作业船,海上地震勘探

27、施工作业,以反射地震为主导，飞速发展开发地震的开拓和发展油气勘探方法技术的进展展望21世纪物探方法技术的发展趋势，具有以下几方面明显的特点：综合性、经济效益性、勘探开发并重,第1章绪论,七、勘探地震学现状与展望,解释工具的过去、现在和将来,1930年以前：折射波法转向反射波法、野外直接解释、单炮光点记录。1930年1955年：磁带记录、CDP方法、连续剖面连续速度测井曲线、酝酿数字记录;1955年-1980年：数字化记录、波形+变面积剖面、彩色成图、解释工作站、地震地层学、地震属性。1980年-2005年:三维工作站解释系统、3D可视化显示、时移地震、AVO、叠前时间和深度偏移数据体、模型技术

28、、地质统计学、神经网络技术等。20050年-2030年：深度域展示地震信息、全矢量波场成像、固体地球模型技术、智能化油田开发监测、新型计算机技术，如光学计算机、分子计算机、物(DNA)计算机、量子计算机等.,八、世界石油产量预测,根据1978年前的数据，1984年建立了世界石油产量预测模型。世界石油年产量Qm（亿吨)式中:t=(y-1918)/10；a=0.04；n=7；Y为公元年，分为四个概括性阶段:a)加速上升阶段，1918-1962年；b)一般上升阶段，1962一1988年；c)一般下降阶段，1988一2014年；d）缓慢下降阶段，2014-2100年,第1章绪论,世界石油产量预测图,Q

29、1为世界石油产量计算值，Q2为世界石油实际生产值。（单位亿吨）,可燃冰：一种非常规未来能源中国科学院院士戴金星,它是天然气分离(除氢、氦和氖外)充填在水的晶体笼架中的冰状固体物，又叫(天然)气水合物或固体气。可燃冰中以甲烷(大于90%)为主，故也称甲烷水合物。充填甲烷的可燃冰1立方米可产出气164立方米和水0.8立方米，其能量密度是煤和黑色页岩的10倍左右，故是一种能量密度高的能源。,形成条件：一是低温(010)、二是高压(1OMPa或水深300m及更深)、三是充足的气源。分布在海洋大陆架外的陆坡、深海和深湖以及永久冰土带。大约27%的陆地(极地冰川冰土带和冰雪高山冻结岩)和90%的大洋水域是

30、可燃冰的潜在区，其中大洋水域的30%可能是发育区。,目前海洋中发现的可燃冰数量与规模比陆地上大，主要分布在东、西太平洋边缘、西大西洋边缘，此外，东大西洋边缘和印度洋有小量发现。中、北美洲沿岸发现最多。,可燃冰勘探取得重大进展是依靠地震BSR(似海底反射层)。BSR是海底地震剖面中一种地震反射层，位于海底下几百米沉积中且与海底地形近于平行。BSR为海底沉积物中可燃冰稳定带基底，其上是可燃冰或气藏赋存处。目前，世界海上可燃冰发现及范围圈定主要有赖于BSR。20世纪末和21世纪初是利用BSR大力勘探海上可燃冰时期。除麦索雅哈气田可燃冰开发外，可燃冰均未开发。有的放矢的可燃冰钻探在能源匮乏的日本走在前面，在该国南海海槽已钻7口探井，还与加拿大合作在加拿大马更歇三角洲冰土带进行可燃冰钻探。,蕴藏丰富可燃冰是潜力极巨大的超级潜在能源，在整体上和区域上其资源量是惊人的，但各家估测值不一(2801012m356000001012m3)。目前对可燃冰中甲烷总量较为一致的估计是2.01016m3