第25卷第1期2002年2月勘探地球物理进展ProgressinExplorationGeophysicsVol.25,No.1Feb.2002地震勘探技术新进展杨勤勇1 徐丽萍2(1.中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所,江苏南京210014;2.西北石油局规划设计研究院,乌鲁木齐830011)摘要:近几年来,地震勘探技术得到了很大的发展。超万道地震仪的投入使用,以及优化采集设计技术的发展,有效地提高了采集效率和资料质量;叠前深度偏移技术使复杂构造的成像更为清晰;3D可视化技术和虚拟现实技术大大提高了地震解释的能力、精度和速度;地震属性技术的发展把地震解释向定量化解释推进了一步;井中地震技术、多波多分量地震技术以及时延地震技术的发展,有力地增强了油气静态描述和动态监测的能力;复杂介质中地震波传播规律的研究向传统的层状介质理论发起了冲击。关键词:可视化;虚拟现实;地震属性;成像;井中地震;VSP;多分量;时延地震中图分类号:TE132.1+1文献标识码:A 地震勘探是利用地层岩石的弹性特性来研究地下地质结构,推断岩体物性,预测油气的一种勘查方法。几十年来,地震勘探以其高信噪比、高分辨率、高保真度、高精确度、高清晰度和高可信度等赢得了广大用户的信任,成为找油找气的关键技术。在油气勘探开发中,应用地震勘探已有效地解决了一系列复杂的地质问题,在各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏的勘查方面取得了重大成果,给油气公司带来了可观的经济效益。近几年来,以PC计算机群大规模投入使用,可视化、虚拟现实、网络技术飞速发展为标志,以高分辨率地震、3D地震为代表,以4D地震、井中地震、多波多分量地震为发展前沿的地震勘探技术正跃上新的台阶,高密度采集和3D空间成像归位技术以其精确、灵活显示等优点,在国内外已卓有成效地用于查明各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏。1 主要进展1.1 3D可视化技术[1~4]可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、图像,并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式,使人们能够观察到不可见的对象,洞察事物内部结构。方法包括以图形为基础(或称为面可视化)和以体素为基础(体可视化)的可视化。在以体素为基础的体可视化中,每一个数据采样点被转换成一个体素(一个3D象素的大小近似于面元间隔和采样间隔)。每一个体素有一个对应于源3D数据体的值,一个RGB(红色、绿色、蓝色)色彩值以及可被用来标定数据透明度的暗度变量。多年来,许多公司致力于地学可视化应用软件的开发,取得了可喜的成果。在3D图形工作站环境支持下,各种基于数据体操作、图素提取与曲面造型、体绘制技术的应用软件相继出现,它们基本上代表了当今综合解释工作站3D可视化软件功能的发展水平(见表1)。表1 有代表性的可视化解释处理软件公 司软 件 Landmark3DVI(3D体积解释)Voxcube(3D立体动画)GeoquestGeoViz(交互3D解释)ParadigmVoxelGeo(真3D地震解释系统)DGIEarthVision(基于3D空间地质建模)Photo3DViz(3D体可视化)体可视化允许解释人员直接进行地层解释,识别地震相,改进油藏特征描述。它通过数据的3D立体显示,使解释人员能够作构造、断层、地层沉积、岩性、储集参数和油气等的交互解释。解释结果在三度空间内立体显示,可以激发资料处理解释人员的科学灵感,赋予他们无限的想像空间与创造力,极大地提高了工作效率和工作质量。1.2 虚拟现实技术虚拟现实(VirtualReality,简写为VR)是一种收稿日期:2001-12-31作者简介:杨勤勇(1964-),高级工程师,1985年毕业于中国地质大学物探系,现从事情报研究。新型的3D解释环境,是一种能响应用户指令、实时3D绘图并营造一种让用户有沉浸感的显示环境。系统一般要求首先输入有关的石油数据,其中包括3D地震数据、解释后的层位和断层、地质模型、钻井轨迹、测井曲线、油藏网格化数据等。然后进行预处理,将原始数据格式转化为适宜实时绘制的形式,同时转换到公共坐标系上。预处理包括空间细分、简化和合成,建立多种分辨率的几何模型,建立适合快速绘制的图形基本单元,图像处理和体数据压缩,可视化参数(颜色、透明度等)编辑等。通过预处理后的数据称为VR数据,这种数据能够得到快速的响应。针对这种VR数据,利用VR工具、显示技术和人机接口技术等,就可以在虚拟现实环境中作各种分析和决策。从近二年SEG演示报告现场和各方面的报导来看,国外有许多石油公司和研究机构都在开发和建立用于油气勘探和开发的虚拟现实系统。例如,ARCO公司和NorskHydro公司开发建立了沉浸式虚拟现实系统,Texaco公司开发建立了虚拟现实可视厅,AlternateRealities股份有限公司开发建立了可视穹(VisionDome),美国SGI公司建立了一个专门的演示厅,IBM公司开发建立了可以用来再现4D地震油藏模拟现实的虚拟现实系统,斯仑贝谢的GeoQuest公司等目前也在开发虚拟现实系统等。目前的虚拟现实技术主要是针对油藏模拟、钻井轨迹设计以及地震解释而开发的,也就是说主要应用于钻井轨迹设计以及油藏模拟等方面。1.3 地震属性技术[1~4]地震解释人员的主要目标就是从地震数据中提取越来越多的信息,然后利用这些信息解释地下构造、地层和岩性特征,最终定义精确的油藏模型,用于钻井决策、估计地质储量和可采储量。由于生成地震属性是获取所需信息的一条重要捷径,因此,长期以来地震属性技术一直是地震特殊处理和解释的主要研究内容。从60年代的直接烃类检测、亮点,到70年代的瞬时属性或复数道分析,80年代的多属性分析,直至90年代的多维属性(如倾角、方位和相干等)分析,地震属性的发展经历了几起几落,目前已逐渐走向成熟。通过近几年的发展,地震属性技术已经成为油藏地球物理的核心部分,在勘探地震与开发地震之间起到了桥梁作用,成为解释的重头戏。从地震数据中提取的地震属性越来越丰富,有关时间、振幅、频率、吸收衰减等方面的地震属性已多达60多种,包括了运动学和动力学属性,几何属性以及物理属性等。新的属性还在不断涌现。人们除了仍按传统方法从频谱、自相关函数、复数道分析以及通过线性预测等方法中提取属性外,近年来还采用分形、小波变换等方法从数据时窗中提取属性。大量新属性的出现,引起了多属性联合分析(用聚类、神经网络或协方差等方法)的流行,而地震属性的分类学又使这项技术上了一个新的台阶。3D地震已经使地震数据量增加了几个量级。当代强大的运算能力、交互工作站以及先进的可视化解释技术,为人们提取和分析3D地震属性并进行储层表征提供了条件,将3D地震解释向定量化方向推进了一步。1.4 深度域成像技术[5,6]近几年地震深度域成像技术在国内外得到了迅猛发展。在方法理论研究方面,国外以美国斯坦福大学为代表的一批地球物理学家在Kirchhoff积分法、共方位角波动方程深度偏移成像及炮域的波动方程深度偏移成像方面取得了一批重要成果;国内以同济大学为首的一批地球物理学家系统地研究了Kirchhoff积分法、波动方程有限差分法及广义屏深度偏移成像方法,其研究成果达到了国际先进水平;成都理工学院在与地震成像密切相关的静校正方面做了很多工作,取得了一批实用的研究成果。近几年,各大地球物理服务公司加紧实施地震深度成像成果的产品化。具有代表性的公司有美国加州大学吴如山教授领导的模拟和成像实验室,以色列的Paradigm公司,美国的ADS公司,美国的Landmark公司以及法国的CGG公司等。且地球物理服务公司正由销售地震成像软件向提供地震资料处理服务方向发展。随着地震勘探的不断深入和研究的构造日趋复杂,人们提出了许多改进后的成像方案。最初建议采用DMO加叠后偏移的方法解决速度依赖倾角的问题,但由于速度的求取与成像脱节,因此在剧烈横向速度变化的区域,如盐丘、逆掩断层带、古潜山等,该偏移方法往往造成成像位置不准确,甚至出现虚假构造。于是,人们纷纷把目光转向叠前深度偏移成像,特别是基于速度模型的叠前深度偏移成像。叠前深度偏移成像克服了水平叠加速度不准确引起的部分误差,使得地震成像精度大大提高,但由于叠前深度偏移过程中的数据及计算量巨大,受计算环境的限制,因此它是随着计算机技术的发展而发展起来的。叠前深度偏移成像的发展大致可分为三个阶段:第一个阶段是计算量相对较6勘探地球物理进展 第25卷 小,易于实现的Kirchhoff积分偏移成像。该方法的实现曾在地震勘探界掀起一股叠前深度偏移热,它极大地推动了叠前深度偏移的发展。但由于Kirchhoff积分法是对波动方程的一种高频近似,其缺陷是无法解决在对复杂模型的射线追踪过程中出现的多路径或者出现射线无法照射的盲区等问题。这时许多基于波动方程的叠前深度偏移方法应运而生。时间)空间域(或频率)空间域)的有限差分深度偏移成像方法,频率)波数域和频率)空间域的各种广义深度偏移成像方法的出现,标志叠前深度偏移已发展到第二阶段。理论和实践都已证明,在复杂构造地区基于波动方程的叠前深度偏移成像方法要比基于几何射线理论的Kirchhoff积分深度偏移成像方法成像效果好,但目前要解决的问题是如何减少波动方程深度偏移成像过程中的巨大计算量,提高计算效率。面炮技术在这方面作了一些探索。前面所述的深度偏移成像方法都是基于声波层状介质,是一种波动方程近似偏移成像方法。在第三阶段,深度偏移成像方法研究的将是全三维叠前弹性波波动方程深度偏移,实现真介质(离散介质)的深度偏移成像,地下构造的成像精度将会极大提高。随着深度偏移成像方法的发展,其速度模型建立和速度模型修改也得到了巨大的发展。从最初采用DIX公式将叠加速度转换为层速度,发展到采用相干反演以及层析成像等手段获得层速度,使建立的速度模型的精度和可信度大为提高。最科学的建立速度模型的方法是采用神经网络法等手段并在建立速度模型过程中充分利用其它地球物理信息及地质信息。1.5 井中地震技术[1~4]井中地震(BoreholeSeismology)技术目前没有严格的定义,国外通常把凡是使用检波器、震源和井的测量技术都归于此类。其中,VSP测量技术已商业化生产多年;井间地震技术在美国已进入商业化生产,其他国家仍在发展和向实用性转化的过程中;其他大部分技术仍处于研究阶段。将接收系统或激发系统置于井中,减少了地表浅层低速带对地震波高频信号衰减的影响。对于VSP测量,浅层影响一般是单程的,而井间地震测量通常不存在这种影响,因此接收的地震波信号比地面地震有更高的分辨率。此外,由于井中接收点(或激发点)可以精确深度定位,接收(或激发)装置更接近于目的层,使得在地震波速度分析、深度偏移成像甚至是地震属性分析等方面具有自身的特色,能在其探测范围内弥补地面地震成果的不足,并能校正和丰富地面地震成果。井中地震应用最多的是VSP测量,零井源距测量应用最广,但应用领域非常窄。非零井源距测量也得到一定的应用,但效果不突出。井间地震测量在油田开发领域面临的最大问题是效益问题。油藏工程师认可井间地震技术的成果并用于解决一定的开发问题,但不能容忍其测量占用生产井的时间太长。究其原因,可归结为该项技术在采集、处理和解释三个方面的工作和研究仍不完善。可以认为,主要影响其发展的技术瓶颈是其中的采集技术,而采集技术的发展则受到了井下仪器设备的制约。因此,近几年井下地震信号接收系统的研究一直伴随和影响着VSP和井间地震等测量技术的发展。国外不少地震仪器生产厂家(OYOGeoSpace、CGGSercel、I/O-P/GSI和OYOJapan等)和国内的西安石油仪器总厂在井下接收系统的研制方面取得重大进展,其中已有数家推出商业化的井下多级多分量接收系统。井下多级多分量接收系统的研制成功,大大提高了井中地震技术的采集效率,降低了生产成本,快速地推动了该行业的发展。特别是VSP测量技术,采集出现了前所未有的方法更新,推动了处理和解释的研究步伐,提高了技术的应用范围和效果,带来了更广阔的市场。目前在VSP测量的生产应用中,使用最多的井下多级接收系统为法国CGG生产的SST-500,该系统由12级四分量接收(共48道)组成。1.5.1 VSP技术常规的VSP测量包括零井源距和非零井源距两种。零井源距的测量结果主要用于地震剖面的层位标定和速度分析;非零井源距的测量结果多数是通过VSP)CDP转换对井附近区域成像,用于地面地震资料的辅助解释。在采集技术方面,主要是在非零井源距测量的基础上采用沿2D测线放炮测量的变井源距(Walk-away和Walkabove等)观测方式、沿井口周围一定偏移距放炮测量的Walkaroud环形观测方式、以及按地面3D地震放炮测量的3D观测方式。这些观测方式无需投入很大成本,却能采集更多的数据,较大程度地改善VSP的成像范围和效果,解决更为复杂的地质问题。1.5.2 井间地震技术关于井间地震技术是否值得发展的争论似乎逐渐明朗,因为井间地震有着许多优势,诸如分辨7 第1期 杨勤勇.地震勘探技术新进展