多波多分量地震勘探技术研究进展_马昭军

文章编号:1671-8585(2010)04-0247 -07收稿日期:2010-04-29;改回日期:2010-06-03。

第一作者简介:马昭军(1978)),男,2005年毕业于中国石油大学(北京)地球探测与信息技术专业,获硕士学位,主要从事多波多分量地震资料处理及各向异性研究工作。

基金项目:国家科技攻关项目(2008ZX05000)资助。

多波多分量地震勘探技术研究进展马昭军,唐建明,徐天吉(中国石油化工股份有限公司西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院,四川德阳618000)摘要:随着采集设备的发展以及采集技术的提高,多波多分量采集成本大大降低,在当前的油气勘探中的应用呈现上升趋势。

与此同时,其技术和实际应用研究也得到了迅速发展,并逐渐进入工业化生产。

回顾了多波多分量地震勘探的发展历程,总结了国内外多波多分量研究进展。

详细论述了多波多分量应用研究进展,包括多波多分量地震数据采集、数据处理、资料解释和成果综合运用。

分析了多波多分量地震勘探技术在实际应用中存在的问题,展望了今后多波多分量地震勘探的发展趋势。

关键词:多波多分量;数据处理;解释;联合反演;各向异性中图分类号:P631.4文献标识码:A多波多分量地震勘探是进行岩性油气藏和隐蔽油气藏勘探的一种非常有潜力的方法。

利用多波多分量的运动学(走时、速度、结构、相似性等)和动力学(振幅、频率、相位、吸收、衰减、频散、方位各向异性等)特征,以及纵横波之间的时差比、振幅比、速度比,就可以对储层展布、储集参数分布特征、裂缝发育程度、含气性及流体性质等进行全面的刻划,最大限度地消除利用单纯纵波进行地震勘探的非唯一性,提高复杂隐蔽性、非均质气藏勘探开发的成功率。

多波多分量地震勘探技术在石油天然气勘探中的应用始于20世纪70年代,已有近40年历史,经历了横波勘探、九分量地震勘探、多波多分量勘探、海上三维四分量(3D4C)勘探和陆上三维三分量(3D3C)勘探5个发展阶段。

与此同时,多波多分量的理论和技术研究上也取得了长足的进步,多波多分量地震勘探技术在海上的油气勘探中已经取得了良好的效果[1,2]。

目前,工业化应用的陆上多波多分量采集、处理、解释一体化技术正在逐步形成并完善。

可以预测,多波多分量地震勘探技术在21世纪将掀起一个地震勘探新浪潮,是自三维地震勘探技术以来的又一次技术革命[3]。

1 多波多分量地震勘探技术发展历程1828年泊松从弹性体运动方程中推证横波,1897年Oldham 在天然地震信号中证实了横波的存在,1911年Lo ve 提出另一类Love 波,多波地震勘探逐渐被人们重视[4]。

在过去的几十年里,多波多分量地震方法经历了横波勘探、转换波勘探和多波多分量地震勘探3个发展阶段。

20世纪30年代,前苏联首先进行了P -SV 波的研究,在这方面贝尔宗和她的学生作出了重大贡献,贝尔宗著有5地震反射转换波6一书,并于70年代将转换波用于石油勘探。

转换波的处理比较复杂,前苏联在20世纪80年代初提出了非对称观测系统以解决共反射点叠加问题。

1985年普济廖夫等编著了5横波和转换波的地震勘探方法6一书,这是一本全面阐述横波和转换波勘探的专著,它标志着前苏联的多波多分量勘探已基本进入应用阶段[5]。

美国和西欧国家对横波的研究较前苏联晚一些,比较有意义的工作从20世纪70年代初开始。

由于想用地震勘探直接寻找含油气异常,美国、法国和西德纷纷开展了对横波的研究,做了许多试验,取得了一定的勘探效果。

此后,多波地震勘探开始进入试验生产阶段,这一阶段利用多波的主要目的是想解决岩性油气藏的勘探开发问题,例如联合应用纵横波资料获取地下岩性参数、预测岩性和识别真假亮点等。

从20世纪80年代初开始,开展了大量的多波多分量勘探工作,但多波多分量勘探并未能得到广泛的推广应用[6],主要是由于多波勘探的成本太高,而且多波多分量资料采集、处理和解释中的许多问题也没有得到较好的解决,特别是以AVO 为基础的纵波油气检测方法出现后,人们便/放弃0了对多波的研究。

20世纪90年代中期,随着海底多分量电缆接收系统(OBC)的出现,发展了海上多波勘探技术。

247第33卷第4期2010年8月勘探地球物理进展P ro gr ess in Ex plor ation Geo phy sicsV o l.33,N o.4A ug.,20102000年SEG(美国勘探地球物理学家协会)和EA-GE(欧洲地质学家与工程师学会)联合举办了多波技术研讨会。

这次会议对多波多分量技术在油气勘探中的作用、存在的问题、应用情况和发展趋势做了详细的总结。

在采集、处理和解释方面提出了进一步研究和发展的方向。

对利用井中地震、测井、岩心和其他地质及生产信息为多波多分量处理解释提供实质性帮助的重要性形成了共识。

在这次会议上,国内外许多专家也逐渐认识到了开展多波多分量勘探面临的机遇和挑战。

从2000年以来,陆上多波多分量勘探逐渐兴起。

2005年,EAGE和SEG联合召开了第二届多波研讨会。

研讨会上,在数据采集方面集中讨论了微电机系统(micr o-electronic-mechanica-l sy stem 简称M EMS)检波器的应用技术[7]、矢量保真度技术和3D多分量采集技术[8];在多分量处理方面主要是叠前去噪方法、各向异性介质中转换波运动学特征和转换波偏移成像技术等[9]。

另一个讨论重点是如何利用多波多分量资料解释储层描述中的地质问题,如介质的各向异性研究、裂缝方位检测技术、弹性波反演岩石物性参数、砂岩储层描述等。

由于转换波勘探可同时获得反映岩石骨架和各向异性特性的转换波资料及反映骨架及流体特性的纵波资料,兼备了纵波勘探和转换波勘探的优势,且转换波勘探在采集成本方面虽稍高于纵波勘探,但远低于纯横波勘探,因此,目前较为实用的多波多分量勘探通常指纵波激发,同时接收纵波和转换波信息的地震勘探,有时又称为转换波勘探。

2多波多分量勘探技术应用研究进展近年来,随着采集装备的改进和采集技术水平的提高,转换波勘探在全球油气勘探中的地位呈现上升趋势,其技术研究和实际应用也取得了长足的进展。

英国地质调查局各向异性项目组(EAP)对多波多分量地震勘探技术的理论和实际应用进行了深入的研究,取得了大量理论研究成果[10~13]。

加拿大卡尔加里大学的CREWES研究小组近20年来一直在进行纵横波联合解释、纵横波联合反演的研究,取得了大量的研究成果,并在实际应用中取得了较好的效果[14~17]。

国外大的石油公司和地球物理服务公司在陆上多波多分量地震勘探方面也做了许多工作,具有代表性的地球物理服务公司有ION公司、CGGV eritas公司、WesternGeco公司等。

目前,国外多波多分量地震勘探在岩性预测、构造成像改善、油藏监测、裂缝检测等方面的试验和研究取得了很大进展。

国内的一些研究机构及大学也开展了多波多分量地震勘探的技术研究与实践,并取得了一定的成果;各大油气田(如四川、大庆、胜利、长庆等)纷纷开展了转换波勘探工作,一些油气田的勘探程度已接近实现工业化生产的规模。

2.1多波多分量地震数据采集我国多波多分量油气勘探工作起步较晚,始于/六五0期间。

1980年,四川石油管理局在川中遂宁地区,开展了横波试验,采用三排井对称激发的方式获取水平极化横波,研究了一套横波处理程序,并进行了纵横波资料的联合解释[18]。

1981年,地矿部石油海洋地质局南京石油物探研究大队在江苏最早开展了多波勘探的采集工作,并最早得到了转换波资料。

1985年,石油工业部物探局利用引进的横波可控震源,在河南、内蒙等地区进行了水平极化横波资料采集的野外试验。

/七五0期间,国内进行了转换波地震勘探技术的研究工作。

武汉地质学院、石油大学、成都地质学院、长春地质学院、中国科学院地球物理研究所、地矿部石油海洋局、西南石油局等单位,在多波多分量资料的采集、处理、解释实践中,不断地修正、改进,逐渐完善这一方法技术的研究。

到/八五0结束时,中国科学院地球物理研究所做了多个区块的单分量转换波勘探实验。

/九五0期间,大庆、塔里木、辽河等油区都做了2D3C地震勘探的野外采集,以及室内的资料处理解释试验研究。

1997年,煤田地质局同美国德士古公司合作,在已知的煤层气富集区开展了2D3C的地震勘探研究。

1998)2001年,地球物理研究所在河北、淮南及河南的煤矿进行了3D2C及3D3C的地震勘探研究,胜利油田在泥岩裂缝发育的罗42井区试验了2D3C地震勘探。

21世纪初,I/O(现ION)和CGG(现CGG-Ver itas)等地球物理服务公司研发出了MEM S数字三分量检波器。

该数字检波器代替了传统的模拟检波器,提高了陆上多波多分量资料的信号保真度、分量隔离度,保证了分量一致性、信噪比和分辨率,同时也极大地降低了陆上多波多分量勘探成本,带动了陆上多波勘探技术的迅速发展。

2002年,中石化中原油田和I/O公司利用SystemÔ仪器和V ectorseis TM数字三分量检波器首次在中国陆地油气田采集了2D3C资料。

2003年,中石油在长庆苏里格气田利用相同的仪器采集了中国陆248勘探地球物理进展第33卷地油气勘探的第一块3D3C资料。

2004年,中石化西南分公司在新场气田开展了当时全球较大的一块陆地宽方位转换波3D3C地震勘探项目[19]。

2005年中石化在胜利油田利用CGG Sercel DSU3在垦71地区进行了3D3C勘探试验。

随后,中石油西南油气田分公司、中石化西北分公司、中石油辽河油田,中石化中原油田、勘探南方分公司、中石油大庆油田等先后开展了2D3C或3D3C勘探试验。

2008年和2009年中石化西南分公司利用ION公司的Scor pionVC仪器和Vecto rseis TM数字三分量检波器分别在川西合兴场-高庙子和孝泉地区实施了全方位3D3C地震勘探工业化生产项目。

由于纵横波的差异,多波多分量地震数据采集既要满足转换波勘探的要求,同时也要求兼顾纵横波联合勘探的优势,由此设计合理的多波多分量观测系统是关键。

在多波多分量采集观测系统设计中,采集参数论证以及设计满足地质任务要求的观测系统模板是核心。

近几年来,对转换波勘探的观测系统设计研究越来越多[20~24],主要包括:面元大小、最小炮检距、最大炮检距、接收点距、接收线距、炮点距、炮线距、ACCP(渐进共转换点)覆盖次数、炮间距分布、炮点和接收点的位置关系等。

由于在岩性勘探、裂隙勘探和流体识别等方面的独特优势,结合宽方位(或全方位)纵波和转换波特点的宽方位(或全方位)3D3C地震勘探逐渐被采用。

在设计宽方位3D3C采集观测系统时,还需要考虑方位角特性、方位角的覆盖次数分布及其方位角面元特性。