地震勘探:地球物理勘探方法-中文百科頻道

發展簡史

地震勘探始于19世紀中葉。1845年,R.馬利特曾用人工激發的地震波來測量彈性波在地殼中的傳播速度。這可以說是地震勘探方法的萌芽。在第一次世界大戰期間，交戰雙方都曾利用重炮後坐力産生的地震波來确定對方的炮位。

反射法地震勘探最早起源于1913年前後R.費森登的工作,但當時的技術尚未達到能夠實際應用的水平。1921年，J.C.卡徹将反射法地震勘探投入實際應用，在美國俄克拉荷馬州首次記錄到人工地震産生的清晰的反射波。1930年，通過反射法地震勘探工作,在該地區發現了3個油田。從此，反射法進入了工業應用的階段。

折射法地震勘探始于20世紀早期德國L.明特羅普的工作。20年代，在墨西哥灣沿岸地區，利用折射法地震勘探發現很多鹽丘(見底辟構造)。30年代末，蘇聯Г.А.甘布爾采夫等吸收了反射法的記錄技術，對折射法作了相應的改進。早期的折射法隻能記錄最先到達的折射波，改進後的折射法還可以記錄後到的各個折射波，并可更細緻地研究波形特征。

50～60年代，反射法的光點照相記錄方式被模拟磁帶記錄方式所代替，從而可選用不同因素進行多次回放，提高了記錄質量。70年代，模拟磁帶記錄又為數字磁帶記錄所取代，形成了以高速數字計算機為基礎的數字記錄、多次覆蓋技術、地震數據處理技術相互結合的完整技術系統，大大提高了記錄精度和解決地質問題的能力。

從70年代初期開始，采用地震勘探方法研究岩性和岩石孔隙所含流體成分。根據地震時間剖面振幅異常來判定氣藏的“亮點”分析，以及根據地震反射波振幅與炮檢距關系來預測油氣藏（見圈閉）的AVO分析,已有許多成功的例子。

反射地震勘探利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應，推斷地下岩層的性質和形态的地球物理勘探方法叫作反射地震勘探。反射地震勘探是勘測能源（油氣、煤）、礦産資源的重要手段，在區域地質研究、地殼研究和、工程地質勘察等方面也有着廣泛地應用。

勘探過程

地震勘探過程由地震數據采集、數據處理和地震資料解釋3個階段組成。

地震數據采集

在野外觀測作業中，一般是沿地震測線等間距布置多個檢波器來接收地震波信号。安排測線采用與地質構造走向相垂直的方向。依觀測儀器的不同，檢波器或檢波器組的數量少的有24個、48個，多的有96個、120個、240個甚至1000多個。每個檢波器組等效于該組中心處的單個檢波器。

每個檢波器組接收的信号通過放大器和記錄器，得到一道地震波形記錄，稱為記錄道。為适應地震勘探各種不同要求，各檢波器組之間可有不同排列方式，如中間放炮排列、端點放炮排列等。記錄器将放大後的電信号按一定時間間隔離散采樣，以數字形式記錄在磁帶上。磁帶上的原始數據可回放而顯示為圖形。

常規的觀測是沿直線測線進行，所得數據反映測線下方二維平面内的地震信息。這種二維的數據形式難以确定側向反射的存在以及斷層走向方向等問題，為精細詳查地層情況以及利用地震資料進行儲集層描述，有時在地面的一定面積内布置若幹條測線，以取得足夠密度的三維形式的數據體，這種工作方法稱為三維地震勘探。三

維地震勘探的測線分布有不同的形式，但一般都是利用反射點位于震源與接收點之中點的正下方這個事實來設計震源與接收點位置，使中點分布于一定的面積之内。

地震數據處理

數據處理的任務是加工處理野外觀測所得地震原始資料，将地震數據變成地質語言──地震剖面圖或構造圖。經過分析解釋，确定地下岩層的産狀和構造關系，找出有利的含油氣地區。還可與測井資料、鑽井資料綜合進行解釋(見鑽孔地球物理勘探)，進行儲集層描述，預測油氣及劃定油水分界。

削弱幹擾、提高信噪比和分辨率是地震數據處理的重要目的。根據所需要的反射與不需要的幹擾在波形上的不同與差異進行鑒别，可以削弱幹擾。震源波形已知時，信号校正處理可以校正波形的變化，以利于反射的追蹤與識别。對高次覆蓋記錄提供的重覆信息進行疊加處理以及速度濾波處理，可以削弱許多類型的相幹波列和随機幹擾。

預測反褶積和共深度點疊加，可消除或減弱多次反射波。統計性反褶積處理有助于消除淺層混響，并使反射波頻帶展寬，使地震子波壓縮，有利于分辨率的提高。

地震數據處理的另一重要目的是實現正确的空間歸位。各種類型的波動方程地震偏移處理是構造解釋的重要工具，有助于提供複雜構造地區的正确地震圖像。

地震數據處理需進行大數據量運算，現代的地震數據處理中心由高速電子數字計算機及其相應的外圍設備組成。常規地震數據處理程序是複雜的軟件系統。

地震資料解釋

包括地震構造解釋、地震地層解釋及地震烴類解釋或地震地質解釋。

地震構造解釋以水平疊加時間剖面和偏移時間剖面為主要資料，分析剖面上各種波的特征，确定反射标準層層位和對比追蹤，解釋時間剖面所反映的各種地質構造現象，構制反射地震标準層構造圖。

地震地層解釋以時間剖面為主要資料，或是進行區域性地層研究，或是進行局部構造的岩性岩相變化分析。劃分地震層序是地震地層解釋的基礎，據此進行地震層序之沉積特征及地質時代的研究，然後進行地震相分析，将地震相轉換為沉積相，繪制地震相平面圖，劃分出含油氣的有利相帶。

地震烴類解釋利用反射振幅、速度及頻率等信息，對含油氣有利地區進行烴類指标分析。通常需綜合運用鑽井資料與測井資料進行标定分析與模拟解釋，對地震異常作定性與定量分析,進一步識别烴類指示的性質,進行儲集層描述，估算油氣層厚度及分布範圍等。

勘探方法

包括反射法、折射法和地震測井（見鑽孔地球物理勘探）。前兩種方法在陸地和海洋均可應用。

研究很淺或很深的界面、尋找特殊的高速地層時，折射法比反射法有效。但應用折射法必須滿足下層波速大于上層波速的特定要求，故折射法的應用範圍受到限制。應用反射法隻要求岩層波阻抗有所變化，易于得到滿足，因而地震勘探中廣泛采用的是反射法。

反射法

利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到介質性質不同的岩層界面時，一部分能量被反射,一部分能量透過界面而繼續傳播。

在垂直入射情形下有反射波的強度受反射系數影響，在噪聲背景相當強的條件下，通常隻有具有較大反射系數的反射界面才能被檢測識别。地下每個波阻抗變化的界面，如地層面、不整合面（見不整合）、斷層面（見斷層）等都可産生反射波。在地表面接收來自不同界面的反射波，可詳細查明地下岩層的分層結構及其幾何形态。

反射波的到達時間與反射面的深度有關，據此可查明地層埋藏深度及其起伏。随着檢波點至震源距離（炮檢距）的增大，同一界面的反射波走時按雙曲線關系變化，據此可确定反射面以上介質的平均速度。反射波振幅與反射系數有關，據此可推算地下波阻抗的變化，進而對地層岩性作出預測。

反射法勘探采用的最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。除記錄到反射波信号之外，常可記錄到沿地表傳播的面波、淺層折射波以及各種雜亂振動波。這些與目的層無關的波對反射波信号形成幹擾，稱為噪聲。

使噪聲衰減的主要方法是采用組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個檢波器，有時還需用組合震源代替單個震源，此外還需在地震數據處理中采取進一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射，因而在地面可記錄到經過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射系數的界面,可能産生較強振幅的多次反射波,形成幹擾。

反射法觀測廣泛采用多次覆蓋技術。連續地相應改變震源與檢波點在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面，反射點在炮檢距中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應各記錄道組成共中心點道集，它是地震數據處理時所采用的基本道集形式，稱為CDP道集。

多次覆蓋技術具有很大的靈活性，除CDP道集之外，視數據處理或解釋之需要,還可采用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。采用多次覆蓋技術的好處之一就是可以削弱這類多次波幹擾，同時尚需采用特殊的地震數據處理方法使多次反射進一步削弱。

反射法可利用縱波反射和橫波反射。岩石孔隙含有不同流體成分，岩層的縱波速度便不相同，從而使縱波反射系數發生變化。當所含流體為氣體時，岩層的縱波速度顯著減小，含氣層頂面與底面的反射系數絕對值往往很大，形成局部的振幅異常，這是出現“亮點”的物理基礎。

橫波速度與岩層孔隙所含流體無關，流體性質變化時，橫波振幅并不發生相應變化。但當岩石本身性質出現橫向變化時，則縱波與橫波反射振幅均出現相應變化。因而，聯合應用縱波與橫波，可對振幅變化的原因作出可靠判斷，進而作出可靠的地質解釋。

地層的特征是否可被觀察到，取決于與地震波波長相比它們的大小。地震波波速一般随深度增加而增大，高頻成分随深度增加而迅速衰減，從而頻率變低，因此波長一般随深度增加而增大。波長限制了地震分辨能力，深層特征必須比淺層特征大許多，才能産生類似的地震顯示。如各反射界面彼此十分靠近，則相鄰界面的反射往往合成一個波組，反射信号不易分辨，需采用特殊數據處理方法來提高分辨率。

折射法

利用折射波（又稱明特羅普波或首波）的地震勘探方法。地層的地震波速度如大于上面覆蓋層的波速，則二者的界面可形成折射面。以臨界角入射的波沿界面滑行，沿該折射面滑行的波離開界面又回到原介質或地面，這種波稱為折射波。折射波的到達時間與折射面的深度有關，折射波的時距曲線（折射波到達時間與炮檢距的關系曲線）接近于直線，其斜率決定于折射層的波速。

震源附近某個範圍内接收不到折射波，稱為盲區。折射波的炮檢距往往是折射面深度的幾倍，折射面深度很大時，炮檢距可長達幾十公裡。

地震測井

直接測定地震波速度的方法。震源位于井口附近，檢波器沉放于鑽孔内，據此測量井深及時間差，計算出地層平均速度及某一深度區間的層速度。由地震測井獲得的速度數據可用于反射法或折射法的數據處理與解釋。在地震測井的條件下亦可記錄反射波，這類工作方法稱為垂直地震剖面(VSP)測量,這種工作方法不僅可準确測定速度數據，且可詳查鑽孔附近地質構造情況。