多分量转换波地震勘探技术_王磊

际生产中取得了明显的效果[ 2] 。 / 七五0期间, 国内就开始了多分量转换波地震
勘探技术的研究工作。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等单位, 在 实验室的物理模型、岩样、岩心的多分量数据观测和 野外实际资料的采集、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 的单分量转换波提取实验 ¹ 。/ 九五0期间, 大庆、塔 里木、辽河等油区都做了二维三分量地震勘探的野 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 层气富存 区开展了二维三( 九) 分 量的地震勘探研 究 º 。1998 ) 2001 年, 地球物理研究所等在河北、淮 南及河南的煤矿进行了三维二分量及三维三分量的 地震勘探研究 » ; 胜利油区在泥岩裂缝发育的罗 42 井区, 试验了二维三分量地震 勘探。/ 八五0 和/ 九 五0期间, 南京物探研究所开展了利用纵波震源进行 三分量 PSV 转换波的试验研究 ¼。
美国和西欧国家对横波的研究始于 20 世纪 70 年代初期。近年来, 横波震源及处理解释方法取得 新的突破, 横波地震勘探也有了很大进展。1977 ) 1978 年, 美国 大陆石油 公司综 合利用 纵波和 纵横 波, 研究了碎屑岩 的剥蚀。1977 ) 1979 年, 以大陆 石油公司及赫德森湾石油等 13 家公司, 在北美的七 个地区进行了水平极化横波的地震勘探。
转换波在成像能力上虽然纵向分辨率以及信噪 比都不如纵波, 但转换波的横向分辨率却高于纵波。 另外, 转换波在高速岩体之下的成像能力明显地高 于纵波。
上述这些优势促进了多分量转换波地震勘探技 术近年来的快速发展。本文将就这一技术发展的历
1 发展历程
1. 1 横波勘探阶段 1828 年, 泊松从弹性体运动方程中推证横波,
¹ 中国科学院地球物理研究所. 准噶 尔盆地陆梁隆 起常规地 震 地震资料叠前深度偏移及转换波提取研究. 1994
º 中国煤田地质总局物探研究院. 煤 层气预测的多 分量地震 勘 探技术研究报告. 1998
» 河北开滦矿业集团公司钱家营矿 四、十采区三维 三分量地 震 勘探研究. 中国科学院地质与地球物理研究所, 2000
1969年, 法国CGG公司开始在泰国、北美和法
收稿日期 2002- 04- 09; 改回日期 2002- 10- 28。
作者简介: 王磊, 男, 工程师, 1992 年毕业于长春地质学院地球物理系, 现在胜利油田地质科学研究院工作。 联系电话: ( 0546) 8716296, 通 讯地址: ( 257015) 山东省东营市聊城路 3 号。
2 技术现状
2. 1 理论研究 从 20 世纪 70 年代开始, 地震各向异性引起了
地震学家的极大的兴趣。特别是在 Crampin 证实了 裂隙诱导各向异性和横波分裂的存在, 并提出了泛 张各向异性模型之后[ 3] , 地震各向异性的研究逐渐 成为地震学的前沿和热点, 每年都有涉及波动理论、 波场模拟、旅行时间正反演、AVO 分析、横波分裂、 速度分析、偏移、弹性参数反演, 以及利用天然地震 资料进行上地幔和地壳的物性结构分析等方面的论 文发表。在各向异性波的正演方面, Byun、T animoto、Shearer、Chapman 等研究了各向异性波的射线追 踪技术; Kosloff 、Carcione 等研 究了伪 谱 法波 场正 演; M ora、T singas、Igel、Dai 等研究了波场的有限差 分算法; Fryer 等研 究了 传播 矩阵 法波 场 正演[ 4] 。 在参数反演方面, Cram pin 等改进了 Backus 提出的
转换波勘探既保留了纵横波联合勘探的优势, 也克服了其中的一些缺点。它具有独特的优点: ¹ 成本低于纯横波勘探, 而所得信息却多; º 入射为纵 波, 反射为横波, 具有两种波的长处; » 信噪比较高, 频带较宽, 静校正值较小, 并且有较大的勘探深度。 此外, 转换波勘探的野外采集技术成熟、投资少, 室 内的处理解释技术也获得了较大的发展, 逐渐地应 用于生产实践。
摘要 : 多分量转换波地震勘探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。该技术的这一特点, 使岩石和油气的 直接识 别成为 可能。同时, 由 于多分 量的数据 采集可 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, 使得裂缝油气 藏的勘探 成为可能。如 今, 二者 紧
2002 年 12 月
油 气 地 质 与采 收 率 PET ROLEUM GEOL OGY AND RECOVERY EFF ICIENCY
#专题论坛 ) ) ) 石油地球物理勘探#
多分量转换波地震勘探技术
第 9卷 第 6期
王 磊1) 李建荣2) 王 3)
1) 胜利油田有限公司地质科学研究院; 2) 胜利油田有 限公司现河采油厂; 3) 中国科学院地质与地球物理研究所
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 完善多分 量地震 之急。
关键词: 多分量; 转换波; 纵波; 横波; 岩性; 裂缝; 各向异性
中图分类号: T E132. 1+ 4
文献标识 码: A
文章编号: 1009- 9603( 2002) 06- 0001- 04
引言
程、现状及发展趋势作以下综述, 以使更多的地震技 术工作者对这一领域的进展有所了解。
同单一纵波勘探相比, 多分量转换波地震勘探 所提供的地震属性信息将成倍地增加, 并能衍生出 各种组合参数。利用这些参数估算地层岩性、孔隙 度、裂隙、含油气性等, 将比只用单纯纵波的可能性 更大, 可靠性也更高。
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。
波动理论有限差分正演、偏移, 以及各向异性与深部 构造作用等方面开展了研究; 宋海斌探讨了层状横 向各向同性介质的参数反演问题; 刘劲松研究了三 维非均匀各向 异性介质中的 纵波走时反演[ 7] 。牟
永光等在各向异性波的入射规律, EDA 介质及双相 各向异性介质中的波场正演, 以及 AVO 分析、横波 双折射、参数反演等方面做了大量的研究。牛滨华
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油气地质与采收 率
2002 年 12 月
国等地进行了横波勘探, 采用两分量接收, 同时记录 纵波和转换横波, 求出泊松比, 用彩色剖面显示。其 在转换波的处理方面有一定特色。
1971 ) 1976 年, 西德在其北部进行了横波试验 研究。用炸药震源, 进行了三分量观测, 在不同距离 上获得了横波记录。
¼ 地矿部石油物探研究所. 地震转换波勘探新技术研究. 1994
第9卷 第6期
王磊等: 多分量转换波地震勘探技术
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弱各向异性介质中的折射波速度公式, 采用最小二 乘反演 求取 了各向 异性介 质的 结构 及弹 性参数; Crampin 进 一 步 研究 用 纵波 资 料 估算 裂 隙 参数; White 等利用地震波的相速度估计均匀层的五个弹 性参数; Meadous 等用时间域的状态空间法 反演了 横向各向同性层的厚度、密度以及 五个弹性参数; Esmersoy 等利用横波分裂现象, 推断裂隙方向和密 度; Byun 等采用迭代最优化方法来反演层状横向各 向同 性 介 质 的 全 部 弹 性 参 数; Chapman、Pratt 、 M ichelena、Mensch、Bozkurt 等研究了各向异性波的 井间走时层析成像的理论和应用; Wihiamson 分析 了井间走时成像解的分辨率和惟一性问题[ 5] ¹ 。
20 世纪 80 年代后期, 国内关于波动各 向异性 的研究才逐渐开展起来。在短短的十多年里, 已经 涌现出了一大批有影响的科研成果[ 6] 。自 1985 年 以来, 何樵登等采用有限差分法、传播矩阵法等, 对 一维、二维、三维各向异性波场的正演问题进行了研
究, 并在遗传算法、非线性解析法波动方程等反演理 论方面做了大 量的工作[ 4] 。滕 吉文等在各向 异性
研究了 EDA 介质中的有限元波场正演、横波分裂和 纵波各向异性的提取方法。姚陈等利用天然地震资
料, 研究了上地壳的裂隙各向异性; 徐果明等研究了 横向各向同性介质的传播矩阵及其应用; 阴可等研 究了各向异性介质中的 AVO; 高原等对大理岩的剪 切波分裂现象, 进行了观测研究º 。 2. 2 应用技术研究
1897 年 Oldham 在天然地震信号中证实了横波的存 在, 到 1911 年 Love 提出另一类 Love 波, 横波勘探 逐渐地走进研究与实际应用之中[ 1 \ < 。
对转换横波的研究, 前苏联起步较早。贝尔宗 等出版了5地震反射转换波6一书, 并于 20 世纪 70 年代将转换波用于石油勘探。由于转换波的处理比 较复杂, 前苏联( 1982 年) 提出了非对称观测系统, 以解决共反射点叠加问题; 并在解决横波震源问题 后, 又研究了水平 极化横波。1985 年, 普兹列夫等 发表了5横波和转换波的地震勘探6, 该书的出版标 志着前苏联的横波勘探已达到较成熟的阶段[ 1] 。
由于横波勘探深度浅、激发复杂等原因, 这项技 术在勘探领域并未进入生产实践, 并被后发展起来 的纵横波联合勘探 取而代之。同常规纵波勘 探相 比, 纵横波联合勘探具有以下特点: ¹ 可以提取更多 的物性参数信息, 减少地球物理反演问题的多解性; º 经对比分析, 可以提取更可靠的构造和岩性参数, 确定储层特性, 实现直接检测油气; » 在某些地区, 纵波勘探无法得到好的记录, 横波可以弥补; ¼区别 真假亮点; ½ 可研究介质的各向异性; ¾目的层较深 时, 横波采集困难; ¿ 加大了勘探深度, 但勘探费用 也增加了将近一倍。 1. 3 多分量转换波地震勘探阶段