全球地震勘探技术发展趋势分析

全球地震勘探技术发展趋势分析2014-09-2915:10:550地震勘探采集技术处理技术解释技术油藏地球物理技术王炳章文|王炳章等中石化石油物探技术研究院1、前言以地震勘探方法为主体的油气地球物理勘探技术，是油气发现和增储上产的最主要技术手段。随着全球经济和社会发展对能源需求的不断增长，油气勘探开发的程度在不断提高，难度在不断加大。极端地表环境和恶劣地表条件，复杂地下构造、超深层和海洋深水、小尺度目标体、各向异性、油藏(流体)变化等各种复杂地质问题以及工程难题，都需要应用地球物理技术予以研究攻克。地震勘探技术发展到今天，已经并持续融入当代最尖端的科学技术，解决油气地质问题的能力不断增强，除了能查明地下地层分布和构造特征，准确圈定各种构造圈闭外，在寻找和发现隐蔽油气圈闭和直接找油气等方面也取得明显效果。地震勘探资料：可以提供地下有关地层、岩性和含油气情况；划分与追踪油气层，弄清其分布范围；预测油气藏的类型，监测开采过程中油气的动态变化；在油气勘探开发全过程中，有效地节省钻探工作量并提高钻井成功率。地震勘探技术创新已成为跨国石油公司和专业技术服务公司保持竞争力的核心战略；地震勘探技术的发展和科技进步，已成为推进油气勘探开发产业可持续发展和提高效益的最主要推动力。2、地震勘探技术发展趋势纵观当前全球地震勘探技术的发展趋势，大体上沿着如下几个途径：从单纯的纵波勘探向多波勘探发展；从简单地表和浅水区向复杂地表和深水区发展；从常规地震采集向全数字精细地震采集发展；从窄方位角勘探向宽方位角勘探发展；从三维勘探向四维勘探发展；从探查构造圈闭向寻找隐蔽圈闭发展；从叠后成像向叠前成像处理发展；从时间域向深度域发展；从各向同性向各向异性发展；从叠后地震反演向叠前弹性反演发展；从油气勘探向油藏开发延伸。2.1地震勘探理论研究进展随着油气勘探的对象越来越复杂，常规的水平层状均匀介质理论、各向同性理论、线性算法等地震勘探基础理论存在明显的不适应性，新的地震勘探理论向传统的均匀层状介质理论发起了冲击，更加逼近真实地质-地球物理条件的裂缝介质、多相介质、离散介质、黏弹性介质、各向异性及非线性算法等新理论，逐渐发展并走向应用。2.2地震采集技术发展趋势遵循采集、处理、解释一体化的发展思路，借助于先进仪器装备和各种采集新技术的不断推出，地震采集技术正向着适应更恶劣地表条件、更复杂地下构造和更隐蔽含油气圈闭勘探需求的精细采集方向发展。采用24位超万道地震仪、数字检波器加网络技术支撑，精细表层调查和模型驱动的采集设计，进行单点接收、大动态范围、无线化传输、超多道记录、小面元网格、高覆盖次数、高品质震源、多分量接收、全方位信息、环保型作业的高密度三维地震全波场采集，不断提高地震资料的纵、横向分辨率和有效信息的精确度。2.3地震处理技术发展趋势地震资料处理的全过程中更加注重地质、地球物理意义；波动方程静校正、多次波及噪声消除新技术(如三维SRME和IME等)、真振幅处理新技术、面向目标的高精度处理流程、叠前时间偏移处理、大范围三维地震连片处理等新技术新手段得到广泛应用；多分量、宽方位和各向异性处理技术得到深入研究和着力推行；偏移成像新技术成为研究和应用的热点，全波动方程的叠前深度偏移技术已经成熟，且速度建模功能不断完善，运算效率大大提高，叠前深度偏移正在成为常规处理作业，盐下及陡倾构造成像和各向异性叠前深度偏移也已进入应用阶段。未来的地震资料处理技术将向着基于全方位、真三维、全波场数据体的波场智能辨识、自动去噪和多尺度数据一体化成像等方面发展。2.4地震解释技术发展趋势充分挖掘与利用各种新技术处理后的地震数据体所包含的一切信息，正在向以叠前解释为主、与高精度叠加属性分析相结合的全信息解释发展，更准确地刻画构造、更精细地预测储层和更逼真地表征油藏。自动化解释技术推动了全三维解释技术的进步；物理和数学模型正演为准确查明复杂构造提供了支撑；高分辨率层序地层学和地震沉积学解释成为岩性油气藏解释的新手段；叠前地震反演、多尺度资料联合属性分析，使储层预测向更精细的方向发展；多分量资料的应用和多波各向异性分析技术，使得储层裂缝检测和流体识别成为可能；结合油藏工程资料实现对油气藏注/采的实时监测；基于岩石物理模型的多学科综合解释实现了油气藏的动态表征；企业级地震解释系统代表了解释技术的发展方向；一体化协同工作平台实现了多学科融合和互动，并使解释和建模有机地结合在一起；盆地级的可视化与解释提高了综合研究水平。2.5地震仪器装备技术发展趋势地震采集仪器始终向着更高精度、大道数、智能化、轻便化、特色化、一体化的方向发展。随着数字检波器投入生产应用，地震采集系统的技术核心不断向末端转移，即从以地震仪器为核心，发展到以采集站为核心，再向以检波器为核心的方向发展；先进的网络支撑和数据的无线传输(无线/有线混装)方式，显著提高了采集施工效率；海上地震采集装备以高端物探船(＞12缆)和OBC为主要趋势，并开始出现OBN(海底节点地震)等新技术。资料处理装备以大规模PCCluster和基于GPU(图形处理器)架构的计算服务器为发展趋势。解释方面，则以根据用户特点或发展要求定制的企业级解释系统和工作模式为发展趋势。3、国外地震勘探技术发展水平在各种高科技行业新技术成果的快速融入之下，国外地震勘探技术持续迅速发展。地震野外数据采集使用全数字地震采集系统、大吨位可控震源和先进的采集设计软件，不断适应各种复杂地表和地下地质目标的勘探需求，经济、快速、环境友好地获得高保真、高精度的野外资料，促进油气勘探开发步入高精度阶段。高密度、宽方位地震勘探技术实现规模应用；三维地震精细采集和叠前偏移已成为认识地下复杂构造和复杂油气藏的常规方法；时延(4D)地震技术在提高采收率方面的应用也取得良好效果和效益。全数字地震采集系统和高密度地震采集、PC-Cluster处理解释、虚拟现实等一批先进技术和装备，深度偏移、叠前反演、可视化等技术的应用，使得地震资料的处理解释取得很大进步，大大提高了油气勘探开发的精度和效率。3.1国外地震采集技术发展水平国外地震采集技术发展的一个突出特点是单点、超万道、高密度采样的精细采集；精细表层调查、模型驱动的采集设计，以及全数字地震采集系统，都体现着数据采集强调向与资料处理、解释一体化发展的趋势。高密度采集提供了高采样率、超多道记录的多方位信息；基于微电子技术的MEMS数字检波器的应用，扩展了动态范围(＞90dB)，拓宽了地震记录频带，有利于提高深层弱信号反射；三维全波场采集获得“充分、均匀、对称、连续”的高保真、高精度采样数据，同时获取的转换波资料更有利于缝洞识别、各向异性研究和油气水流体检测。3.1.1全数字地震采集系统2002年开始，推出了全数字地震采集系统(超万道的24位遥测地震仪＋MEMS数字检波器＋地震区域网络和远程控制系统)，其目前的代表性产品为2005年分别推向市场的法国Sercel公司的428XL系统和美国IO公司的Scorpion系统。428XL系统可以配接模拟检波器FDUs或数字检波器DSU1、DSU3，总带道能力为10×104道(2ms采样)。在I/OSystemIV系统基础上升级的ION公司Scorpion系统，亦可支持模拟与数字两种检波器，最大带道能力为12×104道(2ms采样)。基于微电子机械系统(MEMS)芯片制成的微加速度三分量数字地震检波器，集数据采集、处理及传输功能于一体，具有超低噪声、大动态范围和极高向量保真度的性能，其线性频率及相位响应可达500Hz；动态范围大于105dB；超低噪声，最低为-147dB/Hz；极高的向量保真度，失真小于0.003%；直接24位全数字输出；无倾斜角度限制。3.1.2高密度地震采集技术高密度数据采集方式代表了精细采集的发展趋势。20世纪末至21世纪初，国外多家地球物理服务公司相继推出针对高密度空间采样的地震勘探新技术，虽然各自对技术的表述有所不同，但都采用了全数字地震采集系统、精细表层调查、模型驱动(以照明分析为主)的采集设计、高效震源激发，以及采集效果的后评估等一系列技术措施，其共同的目的就是加密空间采样密度。如WesternGeco公司的Q-系列技术和DISCover技术，CGG公司的Eye-D技术，PGS公司的HD-3D和GeoStreamer技术等；BP则开发出了FOMA采集技术；还有近年出现的海上宽方位多缆采集技术和OBC/4C以及OBN(海底节点地震)等新技术。这些全数字、全波场的高密度地震采集技术都充分强调采集、处理(解释)一体化的理念。以Q-系列技术中的Q-Land技术(陆上地震采集和处理综合系统)为例，其技术核心是单点单分量(1C)接收、三维压噪、室内数字组合、处理解释一体化。技术特点在于：①大于3×104道的大动态范围(82dB)的GAC加速度高频数字检波器、单点接收系统(其改进型产品Q-Xpress达到10×104道)；②大带宽可控震源系统；③在数字组合前对单点记录进行静校正和消除相干噪声处理(十字最小数据集抽取、高密度资料噪声识别、自适应面波压制、规则干扰压制、随机噪声压制)；④室内数字组合技术(DGF———包括仪器和检波器去相位化、组内静校正、相关、脉冲衰减、振幅微扰校正、时间微扰校正、相干噪音衰减、空间防假频滤波等步骤)，使得在采集阶段毋须采用野外检波器组合，提高了施工效率和记录的信噪比。高密度采集使得数据处理的每一步都能保持很宽的频带，不受假频干扰，剖面分辨率和成像品质大幅提高。高密度采集带来了一系列新技术和新成果，包括：多道滤波、Radon保真去多次波、地表相关多次波去除(SRME)、方位数据规则化、方位偏移、方位各向异性计算分析、精确的AVO-AVA分析、油藏精细描述与4D地震油藏监测的应用等，大大推动了地震处理、解释技术的全面进步。3.1.3其他地震采集新方法(1)多震源采集(同时源)方法从最大限度地降低采集成本(经费、作业时间等)的需求出发，基于高保真可控震源、滑动扫描技术，以及采集设计、野外施工和资料处理等方面的共同改进，使得多震源采集从设想逐步走向了实现。最近出现的距离分隔的同时源技术(DSSS)、独立同时扫描(ISS)同时源技术和伪随机扫描同时源技术(SPST)，大大提高了地震采集的效率，同时显著降低了采集费用。从采集效率来看，在已进行的多震源采集试验中，2010年底的报道是每天完成的炮数已达4.5×104炮左右(而且是有实时质量控制的采集；CGGVeritas公司)。多震源数据处理的关键技术是炮分离，而炮分离技术的不尽完善也是当前同时源技术的不足，目前多采用加抖动震源和带有效稀疏约束性的分离算法。多震源数据处理技术的发展方向应是不再进行炮分离，而直接处理各炮同时采集的巨量道数的记录(超级道)。近来研究比较活跃的最小二乘法偏移(LSM)技术是一种可能的选择。(2)海上地震采集新方法①海上宽方位地震采集方法：包括双检接收技术、多枪-多缆宽方位观测技术和OBC技术。双检接收是同时采用压电检波器和速度检波器接收，可以有效压制来自海水面的虚反射干扰。当来自地下有效波相位一致时，两种检波器接收的来自海水面的虚反射波信号相位相差180°，通过匹配叠加即可消除海水面的虚反射波。宽方位角观测的优点在于改善了照明度，较好地压制了多次波，提高了分辨率和信噪比；具有极好的炮检距覆盖和最小的填充量，有利于后续灵活地实施扩展方案；宽方位数据的叠前深度偏移处理实现了更清晰的盐下成像。②海上时延地震观测新方法：由于OBC(海底电缆)技术的进步和OBC采集得到广泛支持，以及OBN(海底节点地震)等新技术的出现，采用海底永久、半永久性布设的传感器观测网络，可进行高效快速的多期次地震监测测量，使得海上时延(4D)地震技术发展迅速。在非永久性海上时延地震观测方面，由于单拖缆船测量时的不确定性较大，必须等待合适的流向，通常还会留下覆盖空白区，而加密观测费用又太高，于是出现了双船时延地震观测方法。采用震源船和拖缆船双船测量，能够掌控时延观测的覆盖范围，提高各次测量间的可重复性。③海上全方位采集方法：除了宽