什么是多波多分量地震勘探技术

什么是多波多分量地震勘探技术？
近年来，为较好地解决特殊地质体构造成像、储层精细描述和含油气识别等问
题，国内外许多石油公司和地球物理服务公司，投入了大量人力、物力，在海上、
陆地展开了二维和三维的多波地震勘探。
由于我国现有的以单分量纵波为主的勘探地球物理技术，在构造成像、裂缝检
测以及油气预测等领域，还难以满足隐蔽性油气藏勘探开发以及老油田进一步增储
上产的需要，因此，加快发展多波多分量地震勘探技术，并使我国在未来勘探技术
的竞争中占有一席之地，成为油气勘探技术发展的当务之急。
对此，记者近日采访了中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所油藏
综合地球物理研究中心教授级高级工程师黄中玉。
记者：什么是多波多分量地震勘探技术？
黄中玉：所谓地震勘探，就是研究地面上人工激发产生的地震波如何穿过地层
传播至地层界面，再反射回地表被仪器所接收，并据此研究地震波在地层中的传播
规律，从而达到查明地下含油气构造的目的。因此，在某种意义上，地震勘探就是
一门研究地震波的应用科学。
这里所说的地震波，是一个含有纵波、横波和转换波等多种不同类型的复杂的
地震波场集合体。对于这样一个复杂地震波场集合体的理解与应用，人们经历了一
个渐进的过程。
起初，人们利用纵波频率高、速度快以及穿透能力强的特点，在地震勘探中激
发纵波向地下传播，并在地表安放接收垂直振动的检波器，用以记录纵波反射资料，
形成了目前应用最为广泛的纵波反射法地震勘探技术。
此后，为了提高勘探精度以及适应岩性勘探的需要，人们开始将目光投向横波。
因为横波传播速度低，它可能会取得比纵波更高的分辨率，而且利用横波与纵波之
间的速度差异，可能有助于对地下岩性的识别。
但在对横波的实际研究中，人们发现，横波勘探需要专门的震源装备，要求施
工作业环境开阔，更重要的是横波衰减比纵波快，很难得到深层高品质的横波资料，
而对深层的分辨率也没有像当初想象得那样高。
不过，虽未达到最初的理想结果，但在进行纵波与横波资料的对比中，却取得
了一些重要成果。其中最为成功的是对纵波资料中真假“亮点”的识别方面。所谓
“亮点”，就是纵波资料上的“振幅异常”现象。当这些“亮点”出现时，往往意
味着该处有油气存在的可能。
实际上，由于纵波资料本身的局限，这类“亮点”往往有真有假（这是单一波
场始终存在的一个多解性问题）。但是，当人们使用横波勘探的资料时，发现它有助
于准确识别真假“亮点”，这与横波速度在地层中的传播性质有关。
采用横波的“另眼”观察，竟会收到如此效果，这大大增强了人们对横波的兴
趣，也提高了人们的期望值。但由于横波的勘探深度不够深，且采集成本较高，因
此没有得到广泛应用。
那么能不能利用另一种地震波场，既能到达一定的勘探深度，又能够像横波一
样有效“观察”地层呢？
转换波可以同时满足这两个要求。所谓转换波，就是当地震波中的纵波倾斜入
射到地层界面时，除了出现正常的纵波反射外，同时还会反射出一个横波。由于这
个横波是由入射的纵波自动“转换”出的，所以称之为转换波。
这样，波的前半程是纵波性质，可以达到较横波更大的勘探深度；波的后半程
是横波性质，可以充分满足研究者的愿望。
与常规纵波勘探相比，利用转换波勘探所需要的特殊装备，仅仅是沿水平方向
振动的横波检波器，这使得勘探成本大大降低。不过，转换波反射点的非对称性使
得这种资料的处理相对复杂。目前，随着处理方法的不断完善，转换波法得到较广
泛应用，已经成为勘探和开发地震中的研究热点。
由于纵波、横波和转换波等勘探方法各具特色，人们产生出利用多种波场联合
勘探的想法，并在野外数据采集中，采用纵波震源或横波震源激发以及相互正交的
三分量检波器接收，从而获得多分量的地震资料，用以解决构造、岩性和储层等勘
探技术难题。
因此，所谓多波多分量地震勘探技术，就是采用多分量激发和接收，综合利用
纵波、横波和转换波等多种地震波信息，实现改善构造成像、进行岩性分析、检测
储层裂缝以及直接预测油气等目的的地震技术。
记者：该技术在国内外的研究发展情况怎样？
黄中玉：上世纪80年代初，当国际上兴起纵波与横波联合勘探的热潮时，中国
石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所，率先在国内开展了纵波和转换波联
合勘探技术的研究和二维数据采集试验，最早在国内完成了转换波地震资料的横波
速度分析、转换波动校正、转换波转换点叠加和叠后偏移技术，并在国内各大油田
推广普及这项技术，为该技术的发展奠定了基础。
随后，国内多家研究机构、高等院校、生产单位纷纷开展了采集技术、采集方
法、资料处理和资料采集的研究和试验。如胜利油田和大庆油田开展了颇具实用性
的纵波和转换波联合勘探。国家“863”计划将海上多波勘探技术列为一级子课题，
进行海底电缆和海底三分量检波器研制，以及资料采集和资料处理系统的研发等。
进入21世纪，国家“十五”科技攻关项目又将矢量地震技术纳入研究课题。
目前，国内多波多分量勘探已经进入大范围的试用阶段，各大油气田针对勘探
开发需求，利用该技术进行了大量的资料采集、资料处理和解释工作。基于微电子
技术的MEMS数字检波器的研制和应用也取得很大进展。
多年来，南京石油物探研究所成功地将多波技术推广应用到全国十多个油气田
和地区，在多波技术的应用上具有丰富经验，并在多年多波多分量地震技术的研究
基础上，结合国外先进技术，开发出了具有自主知识产权的三维多分量地震资料处
理系统，为我国多波多分量地震勘探技术的发展作出了贡献。
记者：该地震勘探技术的前景如何？
黄中玉：近年来，由于勘探设备的迅速发展和性能的不断提高，特别是MEMS数
字检波器的应用，大大推动了多波多分量地震技术在数据采集、数据处理和解释等
方面的发展。目前，以转换波勘探技术为主的海上多波多分量地震技术已进入生产
实用阶段，成功解决了纵波资料不佳地区的成像问题，提高了储层识别和油气预测
的精度。
随着多波多分量地震技术的日益发展，人们逐渐认识到，多波是一个矢量地震
波场，比单一波场含有更多的运动学和动力学信息，能更好地揭示地层岩性和储层
内流体性质，不同分量的横波资料不仅携带了反映油气藏构造形态的信息，还携带
了直接反映储层性质、类型、规模、油气水分布等直接用于油气藏评价和开发的重
要信息。
基于这样的认识，为了全方位地揭示地震波与岩石结构之间的复杂关系，人们
开始采用三分量激发和三分量检波器接收，最多可以得到九个分量的包括了全部波
场的地震波资料，所以又有人将多波多分量地震称为全波地震。
如何对于这种数据爆炸般的全波地震资料进行处理和作出解释，是我们面临的
新的技术挑战。与常规的纵波勘探的发展现状相比，目前多波多分量地震勘探技术
远未达到实用化的水平，需要研究人员一步一个脚印，逐个攻破技术难关。
可以预见，在完善多波资料处理方法和解释技术的基础上，多波多分量地震技
术必将在构造成像、储层精细描述、裂缝检测、四维地震、流体识别和含油气性预
测等方面发挥更大作用，成为油气勘探和开发中不可或缺的一项特色技术。