多波地震勘探

多波地震勘探是採用三分量檢波器採集地震波場，研究地下地層的回響，分析及反演儲層岩性及含油氣性的一種新地震勘探方法。多波勘探方法是當今世界正在興起的，具有廣闊前景的勘探技術。

基本介紹

• 中文名：多波地震勘探
• 外文名：multiwave seismic exploration
• 對象：地震
• 套用：勘探
• 性質：縱波
• 原理：研究地下地層的回響

簡介

地震波從本質上而言是彈性波，包括縱波和橫波。因此，利用地震波了解地下介質狀況的地震勘探應該是聯合縱波和橫波的多波勘探。儘管早在1828年左右泊松等人就已經從理論上證明了橫波的存在，但由於種種原因，長期以來地震勘探一直只利用縱波進行。然而，對多波勘探的研究從未中斷。近年來，隨著人們認識水平的提高、勘探難度的加大和技術水平及裝備的發展，多波地震勘探越來越受到重視，已經初步開始了實際套用。與三維勘探取代二維勘探一樣，多波(多分量)勘探也將會逐漸取代單純的縱波勘探。未來的地震勘探必將是多維多分量的勘探。

簡史

多波(多分量)地震勘探的發展大約經歷了3個階段。20世紀30年代，前蘇聯首先進行了橫波勘探的研究和實踐。美國也相繼開展了相應的研究工作。其主要目的是試圖利用橫波傳播速度低的特點，取得比縱波更高的解析度。在研究過程中遇到了很大的困難，同時發現因為橫波頻率較低其解析度的提高是有限的。因此，此時的橫波勘探無法真正用於生產。但是，這時期的研究工作為後來的多波地震勘探打下了良好的基礎。世界上第一本多波地震勘探專著“地震反射轉換波”是這一時期由前蘇聯學者出版的；世界上第一個橫波勘探專利也是這一時期由美國學者Ricker申請獲得的。以後相當長一段時間內橫波勘探處於徘徊不前的狀態，直到20世紀70年代末才有所改觀，這主要得益於20世紀六七十年代縱波勘探的幾項技術突破：多次覆蓋、可控震源和數字地震技術等；同時在此期間也發明了實用的橫波震源。此時，美國大陸石油公司在許多地區進行了橫波勘探試驗，其成果引起了廣泛的注意，從而在20世紀80年代初形成了縱波與橫波聯合勘探(即多波勘探)的熱潮。美國、法國和前西德等國的一些公司(如Amoco公司、CGG公司和Prakla—Seismos公司等)以及我國前石油部和前地礦部的一些下屬單位都發展了自己的多波聯合勘探技術，作了許多試驗，取得了一定的成功。在此期間，前蘇聯人研究的多分量垂直地震剖面(VSP)技術也對多波勘探的發展有很大的促進作用。三分量VSP的成果不僅證實地下確有橫波和轉換波，而且能為多波勘探的野外採集、資料處理和解釋提供重要的參數。從此，多波地震勘探開始進入了試驗生產階段，這一階段利用多波的主要目的是要解決岩性油氣藏的勘探開發問題。例如聯合套用縱橫波資料獲取地下岩性參數、預測岩性和識別真假亮點等。這一時期的工作雖然取得了若干成功，但也存在不少問題，主要是多波勘探的花費要比縱波勘探高很多，而人們對多波資料的採集、處理和解釋中的許多困難還沒有很好的解決辦法。因此，20世紀80年代初開展的多波勘探並未能得到廣泛的推廣套用，特別是AVO等利用縱波資料解決岩性勘探開發問題的一些方法出現後，多波地震工作又趨於沉寂，因為這些方法解決岩性問題的精度雖然沒有多波地震的高，但其花費要少得多。

在橫波資料的解釋中，人們發現不同方向橫波測線資料的交點閉合差過大，其原因在於地層中的各向異性不能忽略，而橫波對各向異性比較敏感，這也是多波勘探未能得到廣泛推廣套用的原因之一。Crampin等人研究發現，除岩石的層狀結構可造成各向異性外，地下岩石中廣泛存在的定向排列垂直裂隙也會產生各向異性。這種裂隙體系與油氣的運移和儲集有密切關係。因此，橫波對各向異性的敏感不再是多波勘探發展的一種障礙，而是成為對油氣勘探和油氣田開發有重要價值和不可取代的新信息。故進入20世紀90年代以來，又一次掀起了多波勘探研究的熱潮。當然，由於各向異性的複雜性，涉及的參數很多，在資料採集、處理和解釋等方面都需要有新的突破，其難度是相當大的。目前雖然有關各向異性多波勘探的研究工作有很大發展，取得了一定的效果，但仍然屬於前瞻性的、先導性的工作，還沒有完全在實際工作中得到廣泛套用。與解決解析度和岩性問題不同，單純利用縱波難以解決各向異性問題，故在這方面的研究力度並沒有減弱，相信將來此項工作定會有所突破。

正當陸上多波勘探處於停頓不前的境況時，海上多波勘探取得了飛速發展。海上多波勘探的困難主要在資料採集方面。20世紀90年代以來，海底多分量電纜(OBC)的出現使海上多波勘探發生了革命性的變化。OBC採集工作效率高；海底低速帶較陸上簡單，海上多波資料的記錄面貌較陸上多波資料好；而且海上油氣田的勘探和開發存在著許多用縱波勘探難以解決的問題(如硬海底、淺層氣和氣柱等)，這些都促進了海上多波勘探的發展，使之成為多波勘探的一大亮點。以挪威Statoil研究中心與Geco—Prakla公司合作於1993—1994年間在北海的工作為代表，由於深部熱流作用形成的熱流體與極為發育的淺層氣的共同作用，在北海油田許多儲氣構造的關鍵部位上，往往出現縱波地震的模糊帶，難以準確地確定井位，成為一大難題。他們利用自己發展的Sumic(海底地震)技術採集了海底多分量地震數據，經處理後的橫波剖面上由於鹽丘頂部斷裂形成的氣體通道使縱波剖面面貌複雜、同相軸畸變的現象完全消失，正確地解釋了儲層，確定了井位，獲得了非常好的經濟效益。此後，西方許多國家(如美國、挪威、法國和英國等)的研究機構、大學與地球物理公司(如PGS、Geco—Prakla、CGG和Western地球物理公司等)合作在世界各地(如北海、墨西哥灣、阿拉伯灣、中國南海等)開展了大量海上多波地震的研究和實際生產工作，取得了良好效果。可以說，目前海上多波地震又掀起了多波地震勘探發展的一個小高潮。多波勘探的發展雖然幾經周折，比較緩慢，但多年來對它的研究一直沒有停止，其原因當然是多波勘探存在縱波勘探無可比擬的優點。多波勘探採集、處理和解釋中存在的問題只是暫時的，隨著人們認識水平的提高和技術水平及裝備的發展，這些困難肯定會得到很好的解決，多波勘探必將會取代常規的縱波勘探。

用途

根據國內外多年研究工作的結果可知，多波地震勘探可以在如下幾個方面發揮作用。

1)利用橫波獲得解析度較高的地震資料，識別小斷層、小構造、尖滅及薄層等細小的地質現象。

在同一介質中橫波的運行速度比縱波的低，由於波的解析度由波長決定，頻率廠相同的波運行速度越低則解析度越高，由此可以期望橫波能提高解析度；但是，橫波的吸收衰減強於縱波，吸收衰減主要在高頻成份的衰減上，故橫波的頻率成份低於縱波。由於頻率成份低部分抵消了速度低的優勢，橫波解析度的提高是有限的。當然，從總的結果看，特別是從實際資料看，橫波的解析度還是比縱波要高一些。前蘇聯和我國的科研人員都用橫波分辨出了縱波未能分辨的小斷層和剖面細節，這說明橫波的波長比縱波的要小，利用橫波可以獲得解析度較高的地震資料。但對此問題不能報以過高期望。

2)在縱波勘探得不到好資料的某些地區獲得好的成像結果，查清地下構造。

在某些地區，由於種種原因縱波勘探難以得到好的記錄。例如在高速碳酸鹽岩、火成岩和硬石膏等出露的地區及硬海底地區，縱波記錄信噪比極低，這主要是高速層中的多次反射、聲波等高速高頻干擾難以消除，無法獲得好的成像結果；由於橫波速度低，到達時晚，常可以躲開強烈的多次反射等高速高頻干擾帶，得到較好的成像結果，有利於查清構造。又如在淺層氣發育或儲層位於氣柱之下的地區，由於縱波通過淺層氣或氣柱時性質變化較大，使縱波剖面上淺層及淺層之下的儲層產生畸變和散焦等一系列失真現象，嚴重影響對感興趣的含油氣構造的解釋。而因橫波不受氣存在的影響，萬方數據 同一地點的橫波剖面上就沒有這些失真現象，可以獲得較好的成像結果，有利於查清這些構造。

3)利用縱、橫波振幅信息直接尋找油氣藏。

縱、橫波振幅值與界面反射係數密切相關。在縱波真振幅恢復剖面上，岩石孔隙中是否含有油氣或油氣含量的多少可以通過振幅異常反映出來，這是因為縱波速度對孔隙中的油氣(特別是氣)十分敏感，界面縱波反射係數發生變化，形成亮點(強振幅異常)或暗點(弱振幅異常)。但是，某些非油氣因素也會引起縱波反射係數發生變化出現亮點，這便是所謂的假亮點。橫波速度和反射係數不受孔隙中油氣的影響，不會因含油氣而出現振幅異常(亮點)，故綜合利用縱、橫波振幅信息就可以識別真假亮點，直接尋找油氣藏。

4)獲得較多的岩性參數，有利於研究岩性變化，發現岩性油氣藏。

許多研究表明，地層的縱橫波速度比與岩性有關，利用多波勘探資料可以方便求取縱、橫波速度，進而得到縱橫波速度比。泊松比口是表征岩石物理性質的一個重要參數，可以通過縱橫波速度比求出。有了這些參數，有利於我們研究岩性變化，預測岩性，發現岩性油氣藏。

5)利用多波資料研究介質的方位各向異性，探測裂隙。

實際介質中往往存在方位各向異性。裂隙介質是一種典型的方位各向異性介質。碳酸鹽岩或泥岩地層中的油氣往往與裂隙有關。一般來說，縱波對各向異性的反映不明顯，而橫波則對各向異性相當敏感。當橫波進入各向異性介質時會發生分裂現象。因此，利用多波資料中的橫波分裂現象可以研究介質的方位各向異性問題，探測裂隙型油氣藏。當然，由於各向異性問題比較複雜，目前的一些方法、技術還難以在實際工作中得到廣泛套用。但這是多波地震勘探一個最重要的發展方向，必將在未來發揮重要作用。

發展趨勢

根據多波地震勘探方法的潛力和發展現狀，可以預測未來多波勘探的發展方向。

1)多波(多分量)地震技術的發展在很大程度上還依賴於縱波資料採集、處理和解釋方法的發展。例如，超多道採集系統的出現可以同時提高縱波勘探的信噪比和解析度，也可以用於多波地震勘探，對多波勘探的發展有很大的促進作用，起碼使縱波和轉換波聯合勘探的採集工作擺脫了難以同時照顧縱波和轉換波的困境。又如，目前縱波疊前深度偏移方法的不完善(使用厚層速度模型，以克希霍夫積分法為主等)不但影響多波疊前深度偏移結果的改善，也影響到其他一些關鍵問題(如層位對比問題)的解決。縱波勘探方法肯定會不斷地發展。因此，多波地震技術必然會不斷地進步。

2)在多波地震資料的處理中，深度域的處理是關鍵。多波資料聯合速度反演加多波資料聯合疊萬方數據 前深度偏移，可望解決多波資料處理的根本問題。目前大多數常規多波資料處理方法還只是簡單的拼湊方法，還沒有實現真正的聯合資料處理。只有深度域處理才是真正的多波資料聯合處理。從表面上看，多波資料速度反演和疊前深度偏移的疊代過程中，影響疊代的因素增加了，情況更複雜，更難得到解。但實際上由於增加了新的信息源(橫波)，因而對解的約束也就增加了，結果應該更為穩定，更容易得到解。核心是如何使用新的信息。例如，在常規多波資料處理中，因縱、橫波速度不同，到達時不同，時間域處理很難將二者統一起來，但深度域中二者有一個共同之處，即深度一致。因此，時間域中到達時不一致的難題在深度域中成了有利條件。利用“不同類型地震波處理後具有相同結果”這一條作為約束條件或判別疊代是否收斂的準則可以得到更穩定的解。

3)方位各向異性問題的利用是多波地震勘探方法中最有發展前途的內容。由於單純利用縱波難以解決方位各向異性問題，因此它必然成為多波地震勘探的重點。當然，方位各向異性問題的解決難度相當大，無論是在資料處理中考慮方位各向異性的影響，還是利用橫波對方位各向異性的敏感進行裂隙預測都不簡單，這裡可能還存在著一個求解必須事先知道解的“怪圈”：如果在處理中能完美地考慮方位各向異性問題，就能得到好的結果剖面和精確的方位各向異性參數，進行裂隙預測就是一件十分容易的事；但是，這樣做必須事先對方位各向異性問題了解得很清楚，如果事先不了解介質方位各向異性的情況，就無法在處理中考慮方位各向異性問題，就得不到好的結果剖面和精確的方位各向異性參數，預測難度大大增加。

4)超多道地震採集技術和大容量信息儲存技術是多波地震勘探發展的基礎。這2個問題解決了，不管多分量地震資料處理和解釋技術發展得還多么不完善，縱波和轉換波聯合勘探也必將代替單純縱波勘探成為常規勘探方法。畢竟，只需增加少量的費用就可以得到豐富的信息，使用這些信息有可能解決以往無法解決的問題，何樂而不為呢?