地球物理新方法

《地球物理新方法》课程论文论油气地球物理勘探新方法论油气地球物理勘探新方法摘要近年来，为了高效解释地下复杂构造形态和提高固体矿产和油气勘探的效率，地球物理学家研发了针对不同的条件的地球物理新方法。根据作者的所学的课程内容，本文介绍三种油气地球物理勘探新方法的原理及优点等，其分别为复杂地区地震勘探新方法、多波勘探新方法和地球物理测井新方法。关键词地球物理新方法复杂地区地震勘探多波勘探测井1复杂地区地震勘探新方法1.1复杂地区地震勘探难点及新方法在复杂地区,地表起伏变化较大，表层速度横向变化剧烈，岩性多变，表层结构复杂，基岩出露。复杂地表必然引起地震采集激发和接收问题，同时给地震资料处理带来复杂的静校正问题。静校正问题是目前复杂地球地震勘探所面临的一个主要问题，它在很大程度上决定着资料处理的质量，影响叠前深度偏移及水平叠加的成像效果。传统的野外静校正量估算、初至折射静校正都是建立在有一个相对稳定基准面基础之上的。今后的发展是在老地层出露地区，没有一个相对稳定的折射界面而地表速度横向变化剧烈的情况下，采用什么样的方法对波场进行校正。走时层析反演近地表模型结构以及不规则观测面上的波动方程延拓及其层替换有可能得到较广泛的应用，成为静校正技术的发展方向。由于地表条件复杂和近地表速度变化显著，给近地表速度模型的反演工作带来了很大的困难。层析成像方法可以较好地模拟介质横向和纵向的速度变化，能同时考虑直达波、透射波、回折波、折射波等初至波，为确定近地表速度结构提供了有效的工具。叠前压噪已成为复杂地区地震数据处理提高信噪比的主要手段，今后的研究与发展主要是深度和广度，并朝适用性发展，具体课题一是多道统计求滤波因子，二是非线性滤波系统压噪，三是叠前多域正交分解及多域交替处理压噪。在复杂地区，由于地表条件的复杂多变，采集数据信噪比往往很低，因此提高信噪比的处理技术始终是一项重要技术。速度是一个非常重要的信息，传统的速度分析方法不能适应复杂地区地震数据的处理和解释的需求。在复杂地区地震数据处理和解释中，反射波走时层析反演和深度偏移速度分析方法；有可能取代现有的速度分析方法。层析反演能使模型变得十分细微，适用于非均质体模型；深度偏移方法把成像与速度分析紧密结合在一起，保证了速度的准确性。射线路径走时最小和偏移叠加最大能量成像，是我们常用的两条原则，如果能把它们融合在一起，有可能使问题得到更完美的解决。目前的层层剥脱方法，有可能成为它们融合的途径，同时也说明了这种融合是完全有可能的。地震数据从时间域逐渐转向到深度域内进行，这是适应复杂地区地震数据处理发展的一个趋势。深度偏移技术是从时间域转向深度域最好的桥梁，也是处理与解释结合最好的纽带。过去几年，深度偏移技术在海上油气勘探中获得了巨大的成功，带来了难以估量的勘探效益。这说明深度偏移技术本身（方法与算法）已处于成熟阶段。对于陆上数据，特别是那些需要进行深度偏移处理的数据，目前仍处于蜻蜓点水式的试验效果，还未见到带来巨大勘探效益的成功实例。究其原因，主要是陆上数据深度偏移处理还存在基准面、静校正、信噪比、速度深度模型以及信号振幅严重失真等问题。今后这项技术的发展是朝陆上数据应用技术方向发展，形成与深度偏移技术发展的多项配套技术。1.2解决复杂地区构造精确成像的新方法及优点1.2.1层析反演表层速度模型解决复杂山区的静校正问题对于提高复杂山区地震资料的成像质量至关重要。初至波层析反演静校正在理论假设上摆脱了折射波理论的限制，更加适合复杂的近地表条件。而且层析反演无需初始建模,降低了人为因素的影响，采用非显式射线追踪方式在全偏移距内进行反演,降低了速度/深度模型的不确定性，提高了表层模型的精度，能够准确地得到表层低速带速度的分布规律和静校正量，它对地表高程变化和地下速度分布无任何假设和限制，能够适应各种复杂近地表条件的静校正量的求取。1.2.2波场延拓表层模型校正在表层速度模型层析反演基础上，用波场延拓的方法消除表层速度变化的影响是解决地震资料处理中复杂地表问题的有效途径。该方法即可实现射线的变时差校正，提高叠加剖面的质量，又可使校正后的波场满足所在位置的波动特征，为叠前波动方程偏移奠定良好基础。1.2.3波动理论建立偏移速度模型1.2.4波动方程叠前深度偏移波动方程叠前深度偏移不仅能对复杂地质体（如盐丘、推覆体和逆掩断层等）有很好的成像效果，而且能满足岩性油藏勘探中需要进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术被称为地震勘探的第四次革命，也是中国海洋石油总公司“十二五”重点攻关的核心技术之一。多波多分量地震勘探技术由于能够采集丰富的信息，通过处理和解释这些丰富信息，能够有效地降低油气勘探的多解性，已经越来越引起重视。它不仅为复杂油气藏的勘探提供了一个新的思路，而且也是最有科学价值和发展前途的勘探地震学前缘学科之一。2.1各向异性介质多波分量地震波动理论基础由地震波动力学理论可知，地震波在弹性介质中会产生两种波，一种是在介质中点振动方向与波的传播方向一致的纵波（P），另一种是介质中质点振动的方向与波传播的方向相互垂直的横波（S），介质中纵（P）、横波（S）传播速度分别为：纵波（S）、横波（S）、转换波弹性波方向XYZPP-SVYP-PSVSV-SVYSV-PSHXSH-SHZ在实际勘探中，采用纵波源，其三维三分量转换波为P-P，P-SV，Y。2.2多波分量地震勘探技术同常规纵波地震勘探技术一样，多波分量地震也是一门研究地球内部物质弹性与非弹性属性的技术。其中多分量地震数据的采集、处理与解释是这门技术的主体研究内容。它是认识地球本体、监测与预报地质灾害以及探查与开发油气资源的一项最为重要的地球物理方法。不同于目前广泛使用的常规地震勘探，多波分量地震勘探开发技术有其自身的一些特点，以三分量转换波地震勘探技术为例，我们可以列表对比说明他们之间的异同点。表1.1三分量转换波同常规纵波地震勘探技术的对比对比项目三分量转换波常规纵波备注研究波型P、PSV、SHP数据采集检波器xyz三分量检波器z单分量检波器多个两个水平向震源常规炸药震源常规炸药震源以激发纵波为主观测系统块状、束状等束状设计思想不同数据处理抽道集CCPCDP叠加共转换点共深度点存在水平位移静校正转换波静校正纵波静校正检波点静校正量不同速度分析三分量速度分析常规纵波速度分析多个2个速度参数动校正大炮检距小炮检距非双曲线偏移三分量波场偏移单分量波场偏移波场存在耦合数据解释层位三分量VSP层位标定或对比标定VSP对应相同的地质层位构造小构造小断层小断层或低幅度构造岩性多解性较弱多解性较强约束参数增加裂缝易于识别需要特殊处理高质量数据保证含油气性直接或辅助辅助参考信号特征主频较低，低频丰富较高频带宽度近似相同相位区别不大走时横波增加纵波相同比例关系投资1.2～1.5倍1主要用于野外检波器与室内处理及解释的工作量2．3多波分量地震勘探技术研究的意义多波分量地震勘探技术既具有纵波勘探深度大、资料采集相对容易和投资少的特点，又能反映地下介质的横波速度变化。多波分量地震的这一特点，使岩性勘探和油气的直接识别成为可能。同时由于多分量的数据采集，在记录两个水平分量地震数据的前提下，可以利用横波分裂产生的快慢横波时差反映裂缝发育的主方向和发育密度，使得裂缝裂隙型油气藏的勘探开发成为可能。如今多波分量地震勘探技术以及与这一技术紧密相连的各向异性理论方法研究已成为国内外地震勘探领域的研究热点之一；建立与完善成熟可靠的多分量地震资料采集、处理、解释系统是目前这项技术发展的当务之急。2.4多波分量地震勘探技术的优点多波分量地震勘探同通常采用的单一纵波勘探相比，所能提供的地震属性(如走时、速度、振幅、频率、相位、偏振、波阻抗、吸收、AVO、复分量等)信息将成倍的增加，并能衍生出各种组合参数(如快慢横波差值、走时比值、乘积、几何平均值、求取的弹性系数等)。利用这些参数估算地层岩性、孔隙度、裂隙、含油气性等将比只用单纯P波的可能性更大，可靠性更高。通过三分量地震资料的观测，人们利用三分量地震记录上的运动学与动力学特征以及快慢横波的偏振方向指示裂缝带的优势方位；利用分裂时差来推算裂缝与裂隙密度等物理与几何参数。与纵波速度资料结合，可以做碳烃检测，即区分真假亮点。利用纵横波速度比、传播时间比、振幅比、泊松比等可以研究岩石孔隙度的变化、孔隙流体性质、裂隙发育区、岩性变化等，这些参数的预测对储层研究具有直接的物理意义。利用横波双折射（横波分裂）研究介质的各向异性。从长远来看，多分量接收，多波勘探，发展矢量解释，可能形成所谓的矢量勘探方法。转换（PS）波在成像能力上虽然纵向分辨率以及信噪比都不如P波，但PS波的横向分辨率却高于P波。另外，转换波在高速岩体之下的成像能力明显地高于P波。上述这些优势导致了多波分量地震勘探技术近年来的快速发展。本章将就多分量地震勘探技术发展的历程、现状及发展趋势作以下综述，以使更多的地震勘探技术工作者对这一领域的进展有所了解并投身其中。3测井新方法3.1测井技术的发展趋势以核磁测井和成像测井（包括井壁成像与阵列电测井）为代表的测井新技术是当前国际测井科技的前沿）国外三大测井公司还正在大力研究和发展阵列感应、方位或阵列侧向测井（欧阳健，1997）。在未来的若干年内，测井技术总的发展趋势应是在已推出新方法、新技术的基础上进一步改进和完善，以及配套解释技术的研究，尽可能充分利用新的测井方法所能提供的地质信息，并努力降低测井成本以利于新技术的推广使用。3.2电成像测井新技术3.2.1地层微电阻率扫描成像测井技术（FMI）地层微电阻率扫描成像测井仪，是在多个极板上分别安装若干个间距很小的钮扣状的小电极，当电极扣向井壁地层发射电流的时候，电极接触的岩石成分、结构及所含的流体的电阻率差异会引起电流的变化，据此生成电阻率的井壁成像。斯伦贝谢公司在20世纪80年代最早推出地层微电阻率扫描成像测井仪FMS(FormationMicroScanner)，揭开了电阻率成像测井的新篇章。到了20世纪90年代中期，斯伦贝谢公司又在地层微电阻率扫描测井仪器(FMS)的基础上，经过多次重大改进，尤其在提高井眼覆盖率和分辨率方面做了重大改进，从而推出新一代电阻率成像测井仪FMI(FullboreFormationMicroImage)。FMI测量精度高，图像清晰，井眼覆盖率大，可以进行广泛的地质解释及油气评价等，被地质学家称为“地下地层显微镜”。全井眼微电阻率扫描成像测井技术是在FMS的基础上发展起来的，FMI与FMS的测量原理基本相同，不同的是在可自动伸缩的相互垂直的4个极板上安装了能够推靠在井壁上的阵列电极结构。通过改进，FMI大幅提高了井壁的覆盖率，改善了极板与井壁的结合性能，使仪器的直径减小，在满足不同测井需要的同时更是大幅提高了测井的速度。除了斯伦贝谢公司外，哈里伯顿和阿特拉斯公司也先后成功的研制了微电阻率井孔成像测井仪EMI(ElectricalMicroImagingTool)和Star-II型井壁微电阻率成像测井仪(RES系统)，并在很多油田得到了广泛的应用。3.2.2阵列感应成像测井技术（AIT）阵列感应成像测井仪AIT(ArrayInductionImagerTool)，是基于20世纪40年代道尔(H•DOLL)提出的感应测井几何因子理论发展起来的。常规感应测井仪都采用复合线圈系结构，通过选择适当的间距和多线圈对组合，产生具有直耦信号近似为零的多个测量信号矢量叠加，使流过地层的电流限定在特定的径向和纵向距离上，实现硬件聚焦的效果。斯伦贝谢公司的阵列感应测井仪(AIT)与常规感应仪有所不同，在设计上，放弃了将数对线圈连在一起实现硬件聚焦的方法，而采用了8个不同发射器/接收器间距的方式，所有线圈都作为独立的仪器工作。它的另一特点是8对接收线圈共用一个发射线圈，同时以三种不同频率工作(26.325kHz、52.65kHz、105.3kHz)，每个线圈对的几何因子是固定的、AIT感应测井仪共测量了28个原始实分量和虚分量信号。阵列感应成像测井不仅可以获