走向精确勘探的道路。第一章引言

1第一章引言第一节提高地震勘探精度的历程地震勘探从第一次世界大战中人们用它来测定敌方的炮位开始得到应用，到今天已经有近80年的历史。回顾地震勘探本世纪近80年的发展道路，使人感到这种技术始终处于不断改进、飞速提高的过程之中，而且自始至终贯穿着勘探精度的不断提高（表1）。20年代中，地震勘探的主要方法是折射波法，这是一种十分粗糙的方法，只能得到少数几个层的信息，并且误差很大。30年代，出现了带自动增益控制及RC电路滤波器的地震仪器（1932年），并且开始使用组合检波技术（1953年），使反射波法地震勘探达到了一个比较成熟的阶段，可以从浅至深得到多个反射信息，因而逐渐进入工业性生产，这算是第一次飞跃。40年代，在美国开展了大量的陆上及海上石油勘探工作，但由于单次剖面的信噪比很低，人们只能在一片杂乱的干扰背景中去找有效波同相轴，所以精度还是很差。第二次世界大战后，50年代地震勘探有很大的发展。随着人们找石油用传统的地质榔头转为用地球物理勘探方法，以及石油资源的重要性也一天天被人们所意识到，于是人们重视起这项技术，井不断改进它。50年代中出现了多次覆盖技术（Maynes1950）生产出模拟磁带记录仪（1952年），使地震剖面的信噪比大幅度提高。这算是第二次飞跃，是一个重要的里程碑。此时，多数陆上盆地及海上都可以得到信噪比较好、详情的覆盖叠加剖面。同时，一整套数字处理与时间序列的分析研究也在美国MIT等高等学府中作了技术准备（但真正开花结果还是在60—70年代）。50年代，是地震勘探在世界各国大规模推广的阶段，我国的地震勘探工作也是在这时候起步的。在这个阶段中相关滤波原理的可控震源工作法、重锤等非炸药震源的使用也使地震勘探扩大了应用范围。60年代，出现反褶积技术及速度滤波技术（1961年），数字地震仪在美国于1963年制造出来，加快了数字处理的步伐，这算是第三次飞跃，但真正进入数字化是在70年代。70年代，由于大部分含油盆地的地震勘探水平叠加剖面的信噪比已经相当高，因而有可能在高信噪比的基础上追求更好的分辨率，于是各种反褶积方法开始得到实际的应用。并且随着亮点技术（1972年）的出现，人们开始注意起保持相对振幅的重要性。因此，数字处理技术逐渐成为地震勘探所不可缺少的组成部分。尤其是在70年代初出现了偏移归位成象技术。使地震2表1地震勘探精度提高的五次飞跃30年代第一次飞跃由折射地震法改进为反射法50年代第二次飞跃出现多次覆盖技术60年代第三次飞跃出现数字地震仪及数字处理技术70年代初第四次飞跃偏移归位成象技术70年代中期第五次飞跃三维地震勘探的出现90年代（？）第六次飞跃（？）高分辨率与三维地震的结合勘探的成果精度又大大的提高了一步，这算是第四次飞跃。人们开始摆脱了传统的几何地震学的手工制图绘剖面的方式，使地震勘探从此与计算机工业分不开来（1975年）。由于地震成果资料精度的提高，在解释方面也出现了地震地层学（1977年）。70年代后期，三维地震勘探的发展使地震勘探的精度又进一步提高，人们终于得到了地下勘探对象详情的三维成象数据立方体（1976年），这算是第五次飞跃。它促使石油勘探的目标从简单的构造油藏逐步地转向断块油藏和地层、岩性油藏。80年代里，地震勘探从各个领域向深度进军。仪器制造方面出现各种多道的、遥测地震仪和精密的野外采集站，可控震源方面实现了野外实时相关的高速运算，室内处理开始使用巨型高速计算机及并行计算机。多种多样的子波处理、反褶积技术及千变万化的波动方程偏移也在这80年代中逐步趋于完善。解释方面由于成像技术的提高和三维数据体资料的极大丰富，大量的解释工作过于繁重，于是出现了解释工作站。至此，地震勘探形成了一个完整的工业体系，并且这个体系至今还在不断深入地发展。90年代以后，地震勘探要发展成什么样子呢？荷兰的A.J.Berkhout教授在不久以前作了某些预测[1]。他在《地震勘探工业的发展趋势》一文中说：“近年来，地震勘探技术已经获得明显的改进，因此，地震勘探技术在石油工业中的作用已从勘探扩展到油藏特征描述就是意料之中的事了。”他指出要完成这个任务，需要多学科的结合，并且要实现五个方面的转变。即：①从二维到三维；②从叠后到叠前；③从声波到弹性波；④从各向同性到各向异性；⑤从单一到综合。他在结论中说：“地震工业的发展趋势在于进一步改善地震方法对构造和地层、岩性的检测本领和能力。”去年我写了一篇关于石油物探今后的发展方向的文章也着重提出：今后的主要任务恐怕首先应是提高地震勘探的分辨率。没有足够的分辨率，我们很难在储层研究及油藏描述方面有所作为，而提高地震勘探的分辨率现在也已经条件成熟。我们在野外采集、室内处理以及成果解释各个方面都积累了一定的经验，然而要达到满足储层研究及油藏描述的分辨率要求还并非一件容易的事情。我认为高分辨率地震勘探是一个系统工程，它有着许多环节，无论哪一个环节出了点毛病都会引起整个工程前功尽弃。记得好像是34N.A.Anstey教授说过一句话：“一根链条的强度等于它那最薄弱的一个环节的强度。”于是，我尝试绘出一根链条来，它就像图1所示那样。我认为其中还有几个环节是至今尚未引起大家重视而又严重影响分辨率提高的地方，我用惊叹号做了表示。考虑到目前许多人在个别的环节上做出丁不断的贡献，但作为高分辨率系统工程尚缺乏一个整体的考虑。直到目前还缺乏一本实用的书藉，系统地把高分辨率地震勘探全面加以分析，因而这便是笔者编写这本书的用意。这本书不想包罗万象把每个环节的方法技术都加以详尽的阐述，而只是把我对这些问题的思考与评论写出来，并且加上我最近几年的研究成果。全文中挂一漏万是在所难免的，希望它能够成为今后高分辨率地震勘探的一本有用的参考书。第二节高分辨率地震勘探的发展史早期的高分辨率地震勘探主要是用在工程地质及浅海地质调查方面，因为对浅层反射来说，大地吸收并不严重，所以容易取得成功。图2是美国西方地球物理勘探公司在70年代为原子能工厂选择地基时所作的高分辨率勘探例子。结果发现左方有一断层，落差从8m到18m，后经钻井证实，地震资料所定的落差数值在700ft以上一段误差小于1ft，见图2中4口井的电测曲线对比。此剖面的反射波主频在0.1s处为30OHz以上，0.2s处为180Hz，0.4s处为150Hz。图3为EG&G公司在海上的一个例子。采用电火花作为震源研究海底的结构，此例中0.3s深度上主频达到300Hz。图4为西方地球物理公司在海上的一个“甚高分辨率”剖面的例子。此剖面在0.1s处主频为450Hz，直到0.4s主频还高达250Hz，图中浅层结构中的绕射弧十分清晰，中央的一条断层也很清楚。图5是McGEE最近发表文章[2]的附图（1990年)。这是为加拿大海域作环境调查时作的海上浅层地震反射剖面。用Uniboom电火花震源，100焦耳，单道模拟记录，剖面上在0.05s处主频高达2500Hz。图中央的一个拱起被解释为近代沉积中含气所造成。这些例子说明在浅层勘探中，尤其是在海上，我们的分辨率可以达到很高的水平。但是一到反射深度1s以后，主频迅速下降，所以相对地比较难了。煤田勘探在高分辨率方面走在前面。图6是我国淮南煤田的高分辨率剖面向，经反Q滤波之后，0.2s处主频为140Hz，0.5s处为110Hz，到1s处为9OHz。效果是较好的。在0.4s处不整合面上下的地质现象十分清晰。大部分石油与天然气矿藏的埋深在千米以下，高频信息被大地吸收得严5重些。因此，石油勘探领域的高分辨率地震勘探起步一般比较晚。80年代里，我国组织了石油部门的七五科技攻关，将高分辨率地震勘探列为一个攻关项目，有力地推动了其技术的发展，使大多数油田高分辨率剖面的主频比过去提高50%至一倍左右。图7是大庆油田的例子。图7（a)是1983年采集的常规地震剖面，Δx=50m，2ms记录，观测系统为1250—1OO—0—100—1250m，在剖面上1.1s处的目的层主频为3OHz；图7（b)是1985年高分辨率采集、作高分辨率处理后的剖面，目的层的主频提高到60Hz，可以分辨10～15m的砂层，比过去改进一倍。图8（a）是内蒙二连盆地的常规叠偏剖面，1.5s附近主频为30Hz。图8（b)是采用涡流检波器、小道距、小药量、所作的高分辨率剖面，主频提高了一倍。图8（b)所示剖面与图中央的井孔电测曲线对比，几乎每一个砂层与一个地震反射波相对应，效果是不错的。图9是塔里木盆地中的一个例子。图9（b）是采用涡流检波器所作的高分辨率剖面，图9（a）是常规剖面分辨率的改进是很明显的，从浅层到深层，6直到3.5s主频普遍提高50%左右。国外高分辨率地震勘探的例子是不少的，我这里只举一个前苏联的例子。图10是西西伯利亚的一条剖面。图1O（a）是普通24次覆盖的水平叠加结果，剖面信噪比不错，但分辨率不够，看不到油水接触面，在1.9s处目的层主频为55Hz。他们采用一种“时间场共深度面元叠加技术”（CommonDepthAreaStack，简称CDA方法），通过室内模拟360次覆盖“同相叠加”，其结果表示如图10（b)。此图在1.9s处主频己高达120Hz，并且可以看到在1.93s处有产状水平的左右两个平界面，它们是油水接触面的反映，这是我所见到的2s附近分辨率最高的一个例子。从这个例子中，可以看到我们挖掘地震勘探分辨率的潜力还是很大的。我相信，只要我们用心地认真地去做，分辨率提高到这个程度，甚至超过它是完全可能的。当前我国东部地区已经转入隐蔽油藏的深挖细找阶段，老油田在开发中要求地球物理充分发挥作用。三维地震已经起着良好的效果，储层预测技术7也在实践中发展。今后将要求地震勘探进一步提高分辨率，进而满足油田开发方面的需要。这个问题难度较大，“八五”科技攻关规划已将“开发地震”列入储备性的攻关项目。根据国内外发展动向，从技术上来说，我认为今后地震勘探将立足于三维地震以及高分辨率两大支柱上。虽然西部地区今后还需要很多二维地震工作，但东部地区主要是通过提高分辨率并结合三维地震，来逐步使储层预测及储层描述满足油田开发的需要，这是今后的艰巨任务。89101112