地球物理新方法

1、地球物理新方法課程論文論油氣地球物理勘探新方法論油氣地球物理勘探新方法摘要 近年來，為了高效解釋地下復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)和提高固體礦產(chǎn)和油氣勘探的效率，地球物理學(xué)家研發(fā)了針對不同的條件的地球物理新方法。根據(jù)作者的所學(xué)的課程內(nèi)容，本文介紹三種油氣地球物理勘探新方法的原理及優(yōu)點等，其分別為復(fù)雜地區(qū)地震勘探新方法、多波勘探新方法和地球物理測井新方法。關(guān)鍵詞 地球物理新方法 復(fù)雜地區(qū)地震勘探 多波勘探 測井 1復(fù)雜地區(qū)地震勘探新方法1.1復(fù)雜地區(qū)地震勘探難點及新方法在復(fù)雜地區(qū),地表起伏變化較大，表層速度橫向變化劇烈，巖性多變，表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基巖出露。復(fù)雜地表必然引起地震采集激發(fā)和接收問題，同時給地震資料處理帶

2、來復(fù)雜的靜校正問題。 靜校正問題是目前復(fù)雜地球地震勘探所面臨的一個主要問題，它在很大程度上決定著資料處理的質(zhì)量，影響疊前深度偏移及水平疊加的成像效果。傳統(tǒng)的野外靜校正量估算、初至折射靜校正都是建立在有一個相對穩(wěn)定基準(zhǔn)面基礎(chǔ)之上的。今后的發(fā)展是在老地層出露地區(qū)，沒有一個相對穩(wěn)定的折射界面而地表速度橫向變化劇烈的情況下，采用什么樣的方法對波場進(jìn)行校正。走時層析反演近地表模型結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則觀測面上的波動方程延拓及其層替換有可能得到較廣泛的應(yīng)用，成為靜校正技術(shù)的發(fā)展方向。由于地表條件復(fù)雜和近地表速度變化顯著，給近地表速度模型的反演工作帶來了很大的困難。層析成像方法可以較好地模擬介質(zhì)橫向和縱向的速度變化

3、，能同時考慮直達(dá)波、透射波、回折波、折射波等初至波，為確定近地表速度結(jié)構(gòu)提供了有效的工具。疊前壓噪已成為復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理提高信噪比的主要手段，今后的研究與發(fā)展主要是深度和廣度，并朝適用性發(fā)展，具體課題一是多道統(tǒng)計求濾波因子，二是非線性濾波系統(tǒng)壓噪，三是疊前多域正交分解及多域交替處理壓噪。在復(fù)雜地區(qū)，由于地表條件的復(fù)雜多變，采集數(shù)據(jù)信噪比往往很低，因此提高信噪比的處理技術(shù)始終是一項重要技術(shù)。速度是一個非常重要的信息，傳統(tǒng)的速度分析方法不能適應(yīng)復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)的處理和解釋的需求。在復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理和解釋中，反射波走時層析反演和深度偏移速度分析方法；有可能取代現(xiàn)有的速度分析方法。層析反演能使

4、模型變得十分細(xì)微，適用于非均質(zhì)體模型；深度偏移方法把成像與速度分析緊密結(jié)合在一起，保證了速度的準(zhǔn)確性。射線路徑走時最小和偏移疊加最大能量成像，是我們常用的兩條原則，如果能把它們?nèi)诤显谝黄?，有可能使問題得到更完美的解決。目前的層層剝脫方法，有可能成為它們?nèi)诤系耐緩剑瑫r也說明了這種融合是完全有可能的。地震數(shù)據(jù)從時間域逐漸轉(zhuǎn)向到深度域內(nèi)進(jìn)行，這是適應(yīng)復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理發(fā)展的一個趨勢。深度偏移技術(shù)是從時間域轉(zhuǎn)向深度域最好的橋梁，也是處理與解釋結(jié)合最好的紐帶。過去幾年，深度偏移技術(shù)在海上油氣勘探中獲得了巨大的成功，帶來了難以估量的勘探效益。這說明深度偏移技術(shù)本身（方法與算法）已處于成熟階段。對于陸上

5、數(shù)據(jù)，特別是那些需要進(jìn)行深度偏移處理的數(shù)據(jù)，目前仍處于蜻蜓點水式的試驗效果，還未見到帶來巨大勘探效益的成功實例。究其原因，主要是陸上數(shù)據(jù)深度偏移處理還存在基準(zhǔn)面、靜校正、信噪比、速度深度模型以及信號振幅嚴(yán)重失真等問題。今后這項技術(shù)的發(fā)展是朝陸上數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)方向發(fā)展，形成與深度偏移技術(shù)發(fā)展的多項配套技術(shù)。1.2解決復(fù)雜地區(qū)構(gòu)造精確成像的新方法及優(yōu)點1.2.1層析反演表層速度模型解決復(fù)雜山區(qū)的靜校正問題對于提高復(fù)雜山區(qū)地震資料的成像質(zhì)量至關(guān)重要。初至波層析反演靜校正在理論假設(shè)上擺脫了折射波理論的限制，更加適合復(fù)雜的近地表條件。而且層析反演無需初始建模,降低了人為因素的影響，采用非顯式射線追蹤方式在

6、全偏移距內(nèi)進(jìn)行反演,降低了速度/深度模型的不確定性，提高了表層模型的精度，能夠準(zhǔn)確地得到表層低速帶速度的分布規(guī)律和靜校正量，它對地表高程變化和地下速度分布無任何假設(shè)和限制，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜近地表條件的靜校正量的求取。1.2.2 波場延拓表層模型校正在表層速度模型層析反演基礎(chǔ)上，用波場延拓的方法消除表層速度變化的影響是解決地震資料處理中復(fù)雜地表問題的有效途徑。該方法即可實現(xiàn)射線的變時差校正，提高疊加剖面的質(zhì)量，又可使校正后的波場滿足所在位置的波動特征，為疊前波動方程偏移奠定良好基礎(chǔ)。1.2.3 波動理論建立偏移速度模型1.2.4 波動方程疊前深度偏移波動方程疊前深度偏移不僅能對復(fù)雜地質(zhì)體（如鹽丘

7、、推覆體和逆掩斷層等）有很好的成像效果，而且能滿足巖性油藏勘探中需要進(jìn)行深度域保持振幅偏移的要求。2 多波多分量地震勘探多波多分量地震勘探技術(shù)被稱為地震勘探的第四次革命，也是中國海洋石油總公司“十二五”重點攻關(guān)的核心技術(shù)之一。多波多分量地震勘探技術(shù)由于能夠采集豐富的信息，通過處理和解釋這些豐富信息，能夠有效地降低油氣勘探的多解性，已經(jīng)越來越引起重視。它不僅為復(fù)雜油氣藏的勘探提供了一個新的思路，而且也是最有科學(xué)價值和發(fā)展前途的勘探地震學(xué)前緣學(xué)科之一。2.1 各向異性介質(zhì)多波分量地震波動理論基礎(chǔ)由地震波動力學(xué)理論可知，地震波在彈性介質(zhì)中會產(chǎn)生兩種波，一種是在介質(zhì)中點振動方向與波的傳播方向一致的縱波

8、（P），另一種是介質(zhì)中質(zhì)點振動的方向與波傳播的方向相互垂直的橫波（S），介質(zhì)中縱（P）、橫波（S）傳播速度分別為：縱波（S）、橫波（S）、轉(zhuǎn)換波彈性波 方向XYZPP-SVYP-PSVSV-SVYSV-PSHXSH-SHZ在實際勘探中，采用縱波源，其三維三分量轉(zhuǎn)換波為P-P，P-SV，Y。2.2多波分量地震勘探技術(shù)同常規(guī)縱波地震勘探技術(shù)一樣，多波分量地震也是一門研究地球內(nèi)部物質(zhì)彈性與非彈性屬性的技術(shù)。其中多分量地震數(shù)據(jù)的采集、處理與解釋是這門技術(shù)的主體研究內(nèi)容。它是認(rèn)識地球本體、監(jiān)測與預(yù)報地質(zhì)災(zāi)害以及探查與開發(fā)油氣資源的一項最為重要的地球物理方法。不同于目前廣泛使用的常規(guī)地震勘探，多波分量地震

9、勘探開發(fā)技術(shù)有其自身的一些特點，以三分量轉(zhuǎn)換波地震勘探技術(shù)為例，我們可以列表對比說明他們之間的異同點。表1.1 三分量轉(zhuǎn)換波同常規(guī)縱波地震勘探技術(shù)的對比對比項目三分量轉(zhuǎn)換波常規(guī)縱波備注研究波型P、PSV、SHP數(shù)據(jù)采集檢波器xyz三分量檢波器z單分量檢波器多個兩個水平向震源常規(guī)炸藥震源常規(guī)炸藥震源以激發(fā)縱波為主觀測系統(tǒng)塊狀、束狀等束狀設(shè)計思想不同數(shù)據(jù)處理抽道集CCPCDP疊加共轉(zhuǎn)換點共深度點存在水平位移靜校正轉(zhuǎn)換波靜校正縱波靜校正檢波點靜校正量不同速度分析三分量速度分析常規(guī)縱波速度分析多個2個速度參數(shù)動校正大炮檢距小炮檢距非雙曲線偏移三分量波場偏移單分量波場偏移波場存在耦合數(shù)據(jù)解釋層位三分量V

10、SP層位標(biāo)定或?qū)Ρ葮?biāo)定VSP對應(yīng)相同的地質(zhì)層位構(gòu)造小構(gòu)造小斷層小斷層或低幅度構(gòu)造巖性多解性較弱多解性較強(qiáng)約束參數(shù)增加裂縫易于識別需要特殊處理高質(zhì)量數(shù)據(jù)保證含油氣性直接或輔助輔助參考信號特征主頻較低，低頻豐富較高頻帶寬度近似相同相位區(qū)別不大走時橫波增加縱波相同比例關(guān)系投資1.21.5倍1主要用于野外檢波器與室內(nèi)處理及解釋的工作量23多波分量地震勘探技術(shù)研究的意義多波分量地震勘探技術(shù)既具有縱波勘探深度大、資料采集相對容易和投資少的特點，又能反映地下介質(zhì)的橫波速度變化。多波分量地震的這一特點，使巖性勘探和油氣的直接識別成為可能。同時由于多分量的數(shù)據(jù)采集，在記錄兩個水平分量地震數(shù)據(jù)的前提下，可以利用橫

11、波分裂產(chǎn)生的快慢橫波時差反映裂縫發(fā)育的主方向和發(fā)育密度，使得裂縫裂隙型油氣藏的勘探開發(fā)成為可能。如今多波分量地震勘探技術(shù)以及與這一技術(shù)緊密相連的各向異性理論方法研究已成為國內(nèi)外地震勘探領(lǐng)域的研究熱點之一；建立與完善成熟可靠的多分量地震資料采集、處理、解釋系統(tǒng)是目前這項技術(shù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。2.4多波分量地震勘探技術(shù)的優(yōu)點多波分量地震勘探同通常采用的單一縱波勘探相比，所能提供的地震屬性(如走時、速度、振幅、頻率、相位、偏振、波阻抗、吸收、AVO、復(fù)分量等)信息將成倍的增加，并能衍生出各種組合參數(shù)(如快慢橫波差值、走時比值、乘積、幾何平均值、求取的彈性系數(shù)等)。利用這些參數(shù)估算地層巖性、孔隙度、裂隙

12、、含油氣性等將比只用單純P波的可能性更大，可靠性更高。通過三分量地震資料的觀測，人們利用三分量地震記錄上的運動學(xué)與動力學(xué)特征以及快慢橫波的偏振方向指示裂縫帶的優(yōu)勢方位；利用分裂時差來推算裂縫與裂隙密度等物理與幾何參數(shù)。與縱波速度資料結(jié)合，可以做碳烴檢測，即區(qū)分真假亮點。利用縱橫波速度比、傳播時間比、振幅比、泊松比等可以研究巖石孔隙度的變化、孔隙流體性質(zhì)、裂隙發(fā)育區(qū)、巖性變化等，這些參數(shù)的預(yù)測對儲層研究具有直接的物理意義。利用橫波雙折射（橫波分裂）研究介質(zhì)的各向異性。從長遠(yuǎn)來看，多分量接收，多波勘探，發(fā)展矢量解釋，可能形成所謂的矢量勘探方法。轉(zhuǎn)換（PS）波在成像能力上雖然縱向分辨率以及信噪比都不

13、如P波，但PS波的橫向分辨率卻高于P波。另外，轉(zhuǎn)換波在高速巖體之下的成像能力明顯地高于P波。上述這些優(yōu)勢導(dǎo)致了多波分量地震勘探技術(shù)近年來的快速發(fā)展。本章將就多分量地震勘探技術(shù)發(fā)展的歷程、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作以下綜述，以使更多的地震勘探技術(shù)工作者對這一領(lǐng)域的進(jìn)展有所了解并投身其中。3測井新方法3.1測井技術(shù)的發(fā)展趨勢以核磁測井和成像測井（包括井壁成像與陣列電測井）為代表的測井新技術(shù)是當(dāng)前國際測井科技的前沿）國外三大測井公司還正在大力研究和發(fā)展陣列感應(yīng)、方位或陣列側(cè)向測井（歐陽健，1997）。在未來的若干年內(nèi)，測井技術(shù)總的發(fā)展趨勢應(yīng)是在已推出新方法、新技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以及配套解釋技術(shù)的研

14、究，盡可能充分利用新的測井方法所能提供的地質(zhì)信息，并努力降低測井成本以利于新技術(shù)的推廣使用。3.2電成像測井新技術(shù) 3.2.1 地層微電阻率掃描成像測井技術(shù)（FMI）地層微電阻率掃描成像測井儀，是在多個極板上分別安裝若干個間距很小的鈕扣狀的小電極，當(dāng)電極扣向井壁地層發(fā)射電流的時候，電極接觸的巖石成分、結(jié)構(gòu)及所含的流體的電阻率差異會引起電流的變化，據(jù)此生成電阻率的井壁成像。斯倫貝謝公司在20世紀(jì)80年代最早推出地層微電阻率掃描成像測井儀FMS (Formation Micro Scanner)，揭開了電阻率成像測井的新篇章。到了20世紀(jì)90年代中期，斯倫貝謝公司又在地層微電阻率掃描測井儀器(FM

15、S)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次重大改進(jìn)，尤其在提高井眼覆蓋率和分辨率方面做了重大改進(jìn)，從而推出新一代電阻率成像測井儀FMI (Fullbore Formation Micro Image)。FMI測量精度高，圖像清晰，井眼覆蓋率大，可以進(jìn)行廣泛的地質(zhì)解釋及油氣評價等，被地質(zhì)學(xué)家稱為“地下地層顯微鏡”。全井眼微電阻率掃描成像測井技術(shù)是在FMS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， FMI與FMS的測量原理基本相同，不同的是在可自動伸縮的相互垂直的4個極板上安裝了能夠推靠在井壁上的陣列電極結(jié)構(gòu)。通過改進(jìn)， FMI大幅提高了井壁的覆蓋率，改善了極板與井壁的結(jié)合性能，使儀器的直徑減小，在滿足不同測井需要的同時更是大幅提高了測井

16、的速度。 除了斯倫貝謝公司外，哈里伯頓和阿特拉斯公司也先后成功的研制了微電阻率井孔成像測井儀EMI (Electrical Micro Imaging Tool)和Star-II型井壁微電阻率成像測井儀(RES系統(tǒng))，并在很多油田得到了廣泛的應(yīng)用。 3.2.2 陣列感應(yīng)成像測井技術(shù)（AIT） 陣列感應(yīng)成像測井儀AIT (Array Induction Imager Tool)，是基于20世紀(jì)40年代道爾(HDOLL)提出的感應(yīng)測井幾何因子理論發(fā)展起來的。常規(guī)感應(yīng)測井儀都采用復(fù)合線圈系結(jié)構(gòu)，通過選擇適當(dāng)?shù)拈g距和多線圈對組合，產(chǎn)生具有直耦信號近似為零的多個測量信號矢量疊加，使流過地層的電流限定在特

17、定的徑向和縱向距離上，實現(xiàn)硬件聚焦的效果。斯倫貝謝公司的陣列感應(yīng)測井儀(AIT)與常規(guī)感應(yīng)儀有所不同，在設(shè)計上，放棄了將數(shù)對線圈連在一起實現(xiàn)硬件聚焦的方法，而采用了8個不同發(fā)射器/接收器間距的方式，所有線圈都作為獨立的儀器工作。它的另一特點是8對接收線圈共用一個發(fā)射線圈，同時以三種不同頻率工作(26.325kHz、52.65kHz、105.3kHz)，每個線圈對的幾何因子是固定的、AIT感應(yīng)測井儀共測量了28個原始實分量和虛分量信號。陣列感應(yīng)成像測井不僅可以獲得不同探測深度和不同縱向分辨率的電阻率曲線，還可以測量原狀地層及侵入帶電阻率等參數(shù)，并且可以研究侵入帶的變化，確定過渡帶的范圍，并能根據(jù)

18、所獲得的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行二維電阻率徑向和侵入帶剖面的徑向圖像。 3.2.3方位電阻率成像測井技術(shù)（ARI） 方位電阻率成像測井ARI (Azimuthal Resistivity Image)，是在Doll提出的雙側(cè)向測井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代的側(cè)向測井技術(shù)。它具有12個電極，裝在雙側(cè)向測井的屏蔽電極A2的中部，每個電極向外的張開角為30°，12個電極覆蓋了井周360°方位范圍的地層，可以測量12個方向的定向電阻率值。 1995年， Smits等人又成功研制了高分辨率方位側(cè)向成像測井儀HALS系統(tǒng)，并同ARI相比較，HALS中的方位電極陣列移到了A0主電極中部，而且整個電極系

19、的長度是ARI電極系的一半。ARI和HALS的測量原理基本相同，但在具體實施時，ARI采用硬件聚焦、有源測量方式；而HALS采用軟聚焦、無源測量方式。2001年，阿特拉斯公司推出新型陣列側(cè)向測量儀(HDLL)。該儀器是一種陣列型非聚焦電阻率測井儀，儀器有一個電流注入電極和18個分布于電流注入電極上下兩側(cè)的測量電極， 8個作為接收電極，能測量8個不同深度曲線，垂直分辨率小于30.48cm。3.3核磁共振成像測井（MRI）核磁共振測井的最初思路是：應(yīng)用線圈和高電流，在地層中產(chǎn)生靜磁場，極化巖石孔隙中流體的氫核。迅速斷開電流后，被極化的氫核會回到弱而均勻的地磁場中原來的狀態(tài)，這個過程使核載線圈中產(chǎn)生一個按指數(shù)衰減的信號。該信號包含各種流體孔隙度的信息，分析這些信息就達(dá)到了評價巖石孔隙度的目的。 1983年， NUMAR公司綜合了Jasper Jackson博士提出的“Inside-out”思想和核磁共振成像技術(shù)，利用梯度磁場和自選