第17卷　第3期 地　球　物　理　学　进　展 V ol.17　N o.3 2002年9月(473～479) PROG RESS　I N　GE OPHY SICS Sept.2002油气非地震勘探技术的发展趋势何展翔1,2　贺振华1　王绪本1　孔繁恕2(1.成都理工大学,成都610059;　2.中油地球物理勘探局五处,河北定兴072656)[摘　要]　提出未来非地震技术的两个主要发展方向:面向高成熟区和复杂区的高精度非地震勘探技术和面向油气预测与油田开发的非地震岩性勘探技术;阐明了未来三维非地震技术及综合勘探技术对高精度、高效益油气勘探的重要性,指出了非地震技术在油气预测与油田开发中将占有重要地位,将发挥其特殊的作用,展现了油气非地震勘探技术广阔的应用前景.[关键词]　非地震勘探技术;油气勘探;油田开发[中图分类号]　P315 [文献标识码]　A [文章编号]　100422903(2002)03204732080　引　言非地震勘探技术包括了重力、磁力、电法、化探等多种勘探手段,是油气勘探中不可或缺的一个方面军.几十年来,非地震勘探技术在盆地早期普查中为地震勘探导向,发挥了重要作用,其勘探方法技术也发生了日新月异的变化.一方面,随着勘探工作的不断深入,勘探工区地表地质条件更加复杂,地震勘探遇到了前所未有的困难,非地震技术为其提供了参考和补充,在区带评价和目标勘探等多种油气勘探领域取得了明显的效果;未来油气勘探将面临更为复杂的勘探难题,单一物探方法已不能满足勘探要求,多种方法联合勘探是必然趋势,非地震技术将扮演重要角色.另一方面,油田开发增储上产、提高采收率以及寻找剩余油藏将是石油工业面临的重要课题,非地震在油田开发中有着不可低估的作用.因此,非地震勘探技术会更多地跟随油气勘探市场的变化而发展,并推出具有特色的技术系列.其中面向高成熟区和复杂区的勘探技术和面向油气预测与油田开发的勘探开发技术是未来非地震技术的两个主要发展方向.1　面向高成熟区和复杂区的非地震技术新区处女地越来越少,高成熟区和地震地表复杂区则会增加,这种情形将改变石油工业对勘探技术的需求.针对这类复杂区的勘探技术除地震之外,将是三维非地震以及多种勘探技术的联合.1.1　三维是高精度非地震技术的发展方向重、磁勘探向三维发展最主要的特征是重、磁场的三维正、反演模拟.由于野外重、磁采集一般采用规则三维网,而现行的数据处理,如各种异常的提取也总是以面积数据为对象,因此,重、磁野外采集几乎不要做什么变动,最主要的是数据的正反演向三维发展以提高解释精度[1],特别是配合其它物探方法进行处理解释可以发挥重要作用.[收稿日期]　2001212205;　[修回日期]　2002205205.[基金来源]　国家自然科学基金项目(40074036)资助.[作者简介]　何展翔,男,1962年11月生,湖南平江人,高级工程师,毕业于中国地质大学,硕士,研究方向电磁勘探.(Email:hezhanxiang@) 电磁三维勘探技术中,大地电磁或CE MP 的三维是最容易实现的,因为MT 或CE MP 以天然电磁场为场源,其场源具有平面波特征、近似垂直入射,不牵涉到人工场源问题,因此,其采集较三维地震来说要简单.在平原地区可以采用规则测网,电极首尾成网状相接,构成一个地面电场网络系统,实现高精度记录地面电场变化,以反映出地表电性特征,更有效地解决静态位移,特别是通过远参考技术,进一步统一地面电磁场,压制噪音,提高野外数据采集精度.对于山地及其它复杂地表地区则须采用不规则测网,电极也无法实现首尾相接,但可以统一电磁场测量方向,使整个探区电磁测量具有足够密集的控制点,足以高精度记录地面电场变化,反映出地表电性特征.对于磁场测量,由于磁场变化的平稳性,磁探头可以相对少一些,比如9网格中心、16网格中心或25网格中心布设一个磁探头.国内,3D 大地电磁采集已具备基本硬件条件,近年引进的V5-2000G PS 同步系统,具备同时布设180道的采集能力;MT -24网络遥测系统具有96道的采集能力.电磁三维勘探数据处理技术中,也是天然场源的MT 或CE MP 方法发展较快.经过十多年的发展,常规MT/CE MP (一维或二维)已渐趋成熟,而准三维面积性的MT 采集也较常见(测网密度较稀、也不规范),但三维处理事实上还未能真正实现.近年来,随着计算机内存和速度的倍增,其三维模拟的应用已不再是遥远之事.三维大地电磁模拟与成像研究逐渐升温.1999年10月,在美国西雅图曾召开一个国际三维电磁专题研讨会,2000年与2001年连续两届SEG 年会上三维模拟成为电磁专题的主要内容,研究论文都达十余篇之多,研究的气氛与成就都令人鼓舞.当然三维电磁研究主要为模拟算法的研究,3D 电磁模拟应用还处于前沿,对于实际生产应用仍然是一个富有挑战性的课题.但有关成功应用实例的报道开始见于相关文献,在SEG 69年会上给出了日本国家石油公司在逆掩断层区为找油气而采集的178个3D 大地电磁(MT )数据点的反演结果[2],其结果要比二维模拟更精确,得出的解释更为合理,在SEG 70年会上进一步报道了他们更好的反演结果.国内中国地质大学,地震局地质所以及石油物探局也开展了三维模拟的应用研究.但对于不规则和带地形的测网其模拟和算法更为复杂,应加强研究;特别是计算机内存和速度是3D 大地电磁应用的瓶颈.人工源的三维电磁技术,是三维电磁技术发展的最终方向,发展大功率建场测深是电磁勘探数据采集精度和理论分辨率提高的必由之路.石油物探局的大功率建场测深采用250kw 的大功率发射机,可以极大地提高数据采集精度,一般能达到0.5%,这是天然场源方法所无法企及的.理论上建场测深所记录的信号E (t )与地下电导(σ)的关系为E (t )∝σ1/3,而MT 是Z (ω)∝σ1/2,可见建场法比MT 对地下电性反映灵敏度更高.不过目前建场法采集分量少,是向高分辨率发展的障碍,克服的办法只有增加采集分量,像MT 那样进行全张量观测.但对于复杂构造区,场源效应是人工源方法不可避免的麻烦,解决的方法就是像地震勘探那样进行多场源的覆盖采集.未来电磁技术发展方向是人工源、五分量张量记录多场源覆盖的三维勘探,以及在地震工作站上运行的电磁数据和类似于地震剖面的电磁剖面成果.勘探市场的需求是三维技术发展的推动力,现代数据处理技术和电子技术的迅速发展是三维非地震技术的催化剂.三维电磁勘探对于解决复杂地表及复杂地震地质条件下的地质难题有很大帮助.图1是在塔里木却勒实施的三维MT 勘探成果,该区构造主体地表复杂,浅层膏盐发育,地震激发与成像都遇到困难,根据二维地震部署的却勒1井没有打到构造高点;图1三维MT 成果清楚表明,却勒1井位于电性低的部位,深部构造高点在该井以・474・ 地　球　物　理　学　进　展 17卷北.该三维MT 成果为三维地震建模提供了重要参考,也丰富了构造的认识.对于地震深部盲区、盐下构造、逆掩推覆、潜山等,3D 电磁技术不仅可以提供重要的补充,而且能提供独立的构造信息,特别是在电磁和地震方法联合时,其作用不是“1+1=2”而是“1+1>2”.图1　却勒三维MT 反演深度切片Fig.1　Depth slice of 3D MT invert1.2　综合是高效益非地震技术的发展方向近年来,重、磁、电资料的解释,特别强调与地震结合,在综合解释工作站的平台上进行重、磁电的处理与解释,一方面修正补充地震信息,另一方面在地震构造框架中充填密度、磁化率、电阻率等解释参数.这里的综合是多种方法多种信息的立体交叉综合,即重、磁、电的多种解释参数与地震数据、测井数据及其它地质地球物理信息在空间互约束的综合,即进行互关联的正反演,这种综合是以多功能解释工作站平台为基础,以共享之数据库为纽带.像图2所示:地震数据、测井数据、重、磁数据、电法数据及地理信息数据库等互相协同作战,针对某一地质目标进行多方法的综合解释、联合正反演,最大限度地提高解释精度,减少解的非唯一性.图2　多方法联合作战模式Fig.2　The m ode of multi 2method combined operations重、磁与地震的联合勘探互约束的综合反演将是重、磁向目标勘探领域发展的一个重要方向,重力研究的密度参数和地震纵波速度之间最有意义的联系关系式———G ardner 经验公式使重力与地震的联合反演赋予更实质的内容.开展地震三维采集的同时作高精度重力测量只需花费约三维地震1/500的费用,但它却使3D 地震的处理解释付予更丰富的内容、更精确的成像.重、磁、电技术大多应用于地震深部盲区,如火成岩体、盐丘、逆掩推覆、潜山等[3],在这些地区地震往往对其顶面有清晰反射,但难以确定底界的几何形状.我们把2D 地震获得的盐顶信息作为一种约束,确定盐顶形态,用重、磁力确定底辟根界的几何形状,可获得同样精确的解释结果.电法与地震的联合勘探综合解释也进入实施阶段,通过测井资料可以建立电阻率与速度的关系,岩层速度和岩层电阻率之间的关系可以用法斯特公式来表示・574・3期 何展翔,等:油气非地震勘探技术的发展趋势 V =k αH βR .(1)式中k 是与岩石性质有关的经验常数,可根据探区微测井速度进行调整,或用统计方法得到速度和电阻率的关系曲线.从而把实测电阻率断面转换为速度断面,为地震处理建立起速度模型.在高陡构造区有这样的速度模型对于地震处理是相当重要的!同时,用地震得到的地层界面建立的构造模型,对电法进行约束反演,可以提高电性反演精度,有利研究岩性.在浅层结构调查中,高频电磁、大回线瞬变电磁等方法,可以探测浅至几米深至几百米的深度范围,对于地震复杂区的浅层低降速带、潜水面的调查有很重要的作用,可以与小折射、微测井等方法相结合为地震勘探设计,浅层速度模型的建立提供依据[4].深部勘探方面,非地震对于查明大于10km 的沉积层及基岩起伏有很好的作用,而且一直是区域构造和深部构造的重要手段.因此,电法与地震在纵向上相互补充,以地震作为标准,用电法镶补浅层和深层;对地震物性条件差的目标,如火山岩类,用电磁法探测具有极好的物性条件,可以得到补充.开展地震三维采集的同时作电磁采集只需花费约三维地震1/20的费用,但却能使地震的处理解释有更多的参考、更多的补充,赋予更丰富的内容、获得更精确的成像;同时提供有别于单一地震法的岩性信息.无论在油气勘探的何阶段,联合勘探综合解释都是必要的,是减少勘探风险,提高勘探成功率的有效途径,也是未来物探技术发展的方向.油气勘探地质家将很快认识到联合与综合的重要性,这对油田高效益发展举足轻重;相辅相成,油气勘探对联合与综合技术的需求又必将进一步促进综合勘探技术的快速发展.2　面向油气预测与油田开发的非地震技术2.1　非地震油气预测技术的发展方向早在20多年前,非地震油气预测理论和方法大批涌现:如地球化学勘探、氧化还原电位、激发极化、以及微磁、微重力等等,甚至在上世纪80年代中后期至90年代初,形成了非地震直接找油热,但是没有持久.究其原因不是某种方法理论存在大的错误,而在于过高地估计和评价某一种方法的作用,片面地宣传和鼓吹某些方法的成功率!如在1984年美国召开的关于非传统(非地震)找油方法的会议上,戈特利布宣称:非传统方法找油气已进入一个“安全存款(safety deposit box )”阶段.传统油气勘探成功率能达到约30%,油气勘探家却要求非地震直接找油达到万无一失,甚至非地震专家自己也拍胸脯保证达到60～70%以上,结果事与愿违.按照地球化学圈定的异常钻探没有油;按照激发极化圈定的有利区钻探同样落空;钻探成功率一点也没有提高,于是油气勘探家得到了一个肯定的结论:非地震直接找油言过其实.典型事例可以列出一二:长庆油田是较早开展化探找油的,当时宣称的效果让入深信不疑,推广后并非如此,以致现在去长庆免谈化探!同样,当年新疆油田激发极化找油也火热得很,现在被基本否定.其实,每种方法本身并没有根本性的错误,只是某一种方法研究的仅是油气藏一个侧面的特征,比如化探、激发极化的找油理论主要是油气藏上方的浸染带或油气逸散形成的晕,这只是油气藏在近地表的反映.由于受地下构造影响、地下水系影响以及地表环境污染等等,常常与深部油气不对应.如果能用多种方法研究油气藏环境整体特征,从不同侧面分析油气藏并做出综合推断解释,效果会不言而喻[5].油气勘探的众多方法好比手的五个指头,地震技术好比手的拇指,其它方法好比长短不・674・ 地　球　物　理　学　进　展 17卷一的其它四个指头,没有拇指的配合其它任何一个指头都很难完成复杂的工作,但光有拇指也不能很好地完成一项工作,只有五个指头一起伸开是一手掌,握紧是一拳头,那么再难的工作也能很好地完成.在新区及盆地外围,利用非地震普查寻找有利区,然后用地震落实局部构造,是油气勘探的惯例.但在后续勘探中没有继续这样做,特别是在钻探部署前!提高找油成功率,降低勘探费用仍然是人们需要解决的问题;另一方面,大多数背斜构造油田,特别是那些大的、浅的几乎都已发现,而更复杂的油气田或更隐蔽的油气田所占比例越来越多,要发现这些油气田就不得不发展更复杂的地震技术,同时加强钻探,因而付出高昂的勘探费用.图3　油气藏的一般电化学模式Fig.3　general galvanic 2chemistry m odel of hydrocarbon reserv oir①油气藏　②油气-水接触面　③逸出的碳氢化合物形成的扩散区④环行边缘垂向扩展带(或顺断层)　⑤近地表,氧化还原带用较多的简单技术的组合,也能达到同样的效果,但勘探费用却成倍的降低,这是勘探界未来要达到的技术境界.那就是非地震油气预测技术与地震技术的恰当组合.当前非地震技术各种方法发生了翻天覆地的变化[6],技术水平也得到长足的进步,但是单一方法已不能解决目前复杂的地质问题,如果能发挥多种物、化探技术的组合优势,新的油气预测技术必然可以成倍地提高勘探效益.因为研究表明:油气藏的水文地质特征和电化学性特征是一个三维立体的有规律的现象[7],如图3所示,一个油气田及其环境组成了具有物理化学特性各异“五官”,不同的地球物理、地球化学方法能识别不同的“器官”或组合:表1列出了相应的物化探检测方法识别油气田相关构造(C onfiguration )与相关属性(Attribute )的可能性.表1　可用地球物理、地球化学识别的油气构造与属性T able 1　Detectable configuration and attribute by detecting 油气田要素勘　探　方　法地　震电磁测深类激电法重　力磁　力化　探遥　感①+A +C +A +C -A -C ?A +C +A ?C -A -C -A -C ②+A +C ?A -C -A -C -A -C -A -C -A -C -A -C ③+A +C +A +C +A -C +A +C +A ?C ?A -C -A -C ④+A +C +A +C +A -C -A ?C +A ?C +A -C ?A -C ⑤?A +C +A +C +A -C +A -C +A ?C +A -C +A +C 表中符号意义:+可检测,?不一定,-不可检测;C 构造,A 属性检测到其中的任何部分,都可能推断发现油气田,用常规地面化探、微磁或激发极化等能发现近地表的蚀变带以及油气藏周边的环状异常,将这些信息整理,并与地震方法结合就可得到合理解释.近年发展的高分辨率电磁测深方法是探测油气藏整体电性规律的有效方・774・3期 何展翔,等:油气非地震勘探技术的发展趋势 法,其中有:时频电磁测深法[8],复电阻率法,电场差分法[9]等.复电阻率法是在激发极化和频谱激电的基础上逐渐发展形成的成熟技术,由于场源功率大,研究参数多,能反映出油气藏从浅到深整体的电性及激电特征[10].在我国7个油田或地区与地震勘探联合应用预测验证的探井53口,符合率达79.2%,特别是评价为干井和工业油流的符合率更高.建场激电法,实际上是测量电场和磁场,研究电阻率、电导、极化率、极化相位的频率—时间高分辨率电法勘探技术[10].该方法在研究构造的同时研究构造的含油气性,有资料显示[11]该方法在俄罗斯的应用使预测油气的成功率提高了20%.这些方法的成功应用有一个条件那就是要与地震方法有机配合,在已知的地震构造上开展油气预测工作,采用多种方法组合进行辩正的综合分析.多种方法联合、研究油气藏诸物性三维特征进行油气预测是未来非地震油气预测技术的发展方向.2.2　非地震油田开发技术的发展方向在开发阶段使用的物探方法中非地震技术占主要地位,如开发中的测井技术大部分是非地震的,只是其探测范围较小,横向探测能力差;开发研究探测范围更大的井中、井间物探及井地或地井物探技术是未来油田开发技术的发展方向,其中非地震技术也有广阔的应用前景.研究表明,电阻率随温度、孔隙度、饱和度的变化远比速度随这些因素的变化要灵敏得多[12].因此,在油田开采中电法或电磁法更有潜力[13].俄罗斯的井—地时频电磁测深法[11],就是把大功率建场激电测深法应用于井中,采取井中供电,研究地面建场剖面中目标体的电阻率和层极化特性,从而预测储层厚度、特征,以及注水前驱的动态监测,对圈闭和储层的含油气性及油层边界提供重要信息,并指导钻探部署,其应用效果已有诸多成功实例[11].井—地电法、电磁法是最廉价而有效的油田开发技术,在井间物探方法商业化之前,井—地油田开发技术将大有用武之地,特别是井地非地震开发技术将得到快速发展.西方一直致力于井间电磁层析成像的研究[14,15],与上述井地方式的不同之处是发射和接收同时置于两口井中,进行多次覆盖式的测量,通过反演成像获得两井间电阻率分布.由于电阻率能更直接地反映流体类型(油、气与盐水电阻率差异特别大),因而可以研究井间油藏动态、储层展布、裂缝发育情况,动态监测油田开采,对注水前驱进行跟踪成像,分析寻找井间剩余油藏,提高油田开发效益.这一方法已有可喜的进展.在胜利油田的孤岛和埕东油田成功地进行多次试验[16],裸眼井—裸眼井井距达到了433m ,而裸眼—钢套管井距到150m ,都取得了重复性好、精度高的成像数据[16];国外裸眼井井间层析成像井间距可达500m ,与国内相差不大.井间电磁成像中,钢套管对信号的衰减及油田开发的环境噪音是阻碍其应用的因素,目前还没有很好的解决办法.研究消除和减弱钢套管影响的处理技术以及高分辨率反演技术,改善下井仪器,提高仪器的整体性能和抗干扰能力,是井间电磁亟待完成的课题,也是井间电磁向实用化推进的第一步.重力方法可能对某些储层监测问题有效.随着重力测量和勘探技术的进步,使得时移重力方法成为详细研究地下异常体的经济而实用的手段[17].最近,在美国阿拉斯加Prudhoe Bay 油藏进行的一系列注水储层模拟,表明4D 重力技术对于注水监测是一种有效、经济而可行的方法.新近问世的新型L &R 重力仪精度可达1μG al ,超导重力仪的精度还要高一个级次,再加上高精度定位系统,用重力进行注水监测将是一种廉价而实用的油田开发技术.井中重力、井间及井—地电磁和井间地震作为地球物理方法向油田开发延伸的技术系・874・ 地　球　物　理　学　进　展 17卷列将加速发展,实用化、商业化的时机即将到来.目前,井中地球物理技术的现状离实际应用还有一定距离,但由于其潜在分辨率及巨大的商业利润和工业价值的诱惑,随着技术的进步、成本的降低,必将得到广泛的应用.3　结束语非地震技术得到迅速发展,在今后一段时间内,非地震仪器、采集、处理及解释还将更多地引进地震技术,特别是数据处理可借鉴的方法技术更多,有些甚至可以直接移植;同时,非地震与地震技术的结合将更加紧密,从施工设计、数据处理、解释成图等多个环节,互相渗透、参考、补充,提高成果可信度.勘探市场的需求是非地震技术快速发展的催化剂,随着高效益油气勘探开发的要求加剧,简单技术组合解决复杂问题将成为一种模式,非地震技术只有加快发展,提高精度和分辨率,才能在油气勘探中发挥更大的作用.参考文献[1]　G reg J,et al.32D gravity inversion based on the simulatedannealing alg orithm for constraining diapiric roots of saltcanopies[A].In:Expanded Abstracts S ociety of ExplorationG eophysics(SEG)69TH Annual International M eeting[C].1999.[2]　Zhdanov,Fangshen.Three2dimensional inversion of MT datacollected for hydrocarbon exploration in the overthrust areain Japan[A].In:Expanded Abstracts S ociety of ExplorationG eophysics(SEG)69TH Annual International M eeting[C].1999.[3]　G reg J,et al.Joint32D inversion of gravity,magnetic,andtens or gravity field for imaging salt formations in the deepwa2 ter G ulf of M exico[A].In:Expanded Abstracts S ociety ofExploration G eophysics(SEG)70TH Annual InternationalM eeting[C].2000.[4]　江文波,何展翔,等.高频电磁法在表层结构调查中的应用[J].石油地球物理勘探,2001,增刊,60266.[5]　何展翔.应用于油气预测中的电磁测深法[A].见:第五届国际电磁学术讨论会论文集[C].北京:2000. [6]　何展翔.非地震技术的进步与发展趋势[J].石油地球物理勘探,2000,(3):3542361.[7]　陈乐寿.油气田地区地球化学作用形成的地电异常的勘探技术在匈牙利的应用[J].石油物探译丛,1991,(4):40～49.[8]　何展翔,王绪本,等.时2频电磁测深法[A].见:第十八届中国地球物理年会年刊[C].2002,(待刊).[9]　刘菘,鲁永康.电场差分法研究及应用[A].见:第十五届中国地球物理年会年刊[C].1999.[10]　吴之训,崔先文.复电阻率(CR)法直接探测油气藏的效果[A].第十三届国际地质大会论文[C].1996.[11]　裘慰庭.俄罗斯地球物理勘探技术[A].见:石油物探新技术系列调研成果[C].北京:石油工业出版社,1996.[12]　M ichael W ilt,马迪生译.用于开发和开采的电磁法技术现状.国外油气勘探,1999,11(2):230～234. [13]　T asci M T.E lectromagnetic imaging in exploration for oiland gas traps:recent discoveries,Appl.Emer.T ech:Un2con.M ethods Expl.Pet.Natural G as V[J].The LeadingEdge,1997,16(3):345～349.[14]　W ilt M.E lectromagnetic methods for development and pro2duction,state of the art[J].The Leading Edge,1998,17(4):487～490.[15]　Habashy.Advances in crosswell electromagnetics:steelcased boreholes[A].In:Expanded Abstracts S ociety ofExploration G eophysics(SEG)69TH Annual InternationalM eeting[C].1999.[16]　曾文冲.井间电磁成像测井的应用研究[N].石油消息报,2000.8.2.[17]　Ola E iken.G ravity m onitoring of offshore gas reserv oirs[A].In:Expanded Abstracts S ociety of Exploration G eo2physics(SEG)70th Annual International M eeting[C].2000.(下转第485页)　(to be continued on p.485)・974・3期 何展翔,等:油气非地震勘探技术的发展趋势 。