淺談地球物理勘探中的地震勘探

白亞?wèn)|

寧夏地球物理地球化學(xué)勘查院， 寧夏 750004

淺談地球物理勘探中的地震勘探

白亞?wèn)|

寧夏地球物理地球化學(xué)勘查院， 寧夏 750004

地震勘探，英文名為seismic prospecting，是利用專門儀器檢測(cè)、記錄人工激發(fā)地震的反射波、折射波的傳播時(shí)間、振幅、波形等，從而分析判斷地層界面、巖土性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。地震勘探廣泛應(yīng)用在煤田和工程地質(zhì)勘查、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面。

地震勘探；地層界面；巖土性質(zhì)；地質(zhì)構(gòu)造

地震勘探，英文名為 seismic prospecting，是利用專門儀器檢測(cè)、記錄人工激發(fā)地震的反射波、折射波的傳播時(shí)間、振幅、波形等，從而分析判斷地層界面、巖土性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。地震勘測(cè)是利用人工激發(fā)的地震波在地下巖層中傳播的規(guī)律來(lái)確定地下礦藏的方法。地震勘測(cè)也是鉆探前勘測(cè)石油、天然氣資源、固體資源和地質(zhì)找礦的重要手段。它廣泛應(yīng)用在煤田和工程地質(zhì)勘查、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面。

1、地震勘探的起源

地震勘探始于19世紀(jì)中葉。1845年, R.馬利特曾用人工激發(fā)的地震波來(lái)測(cè)量彈性波在地殼中的傳播速度是地震勘探方法的萌芽。反射法的地震勘探始于1913年前后，當(dāng)時(shí)的技術(shù)尚未達(dá)到能夠?qū)嶋H應(yīng)用的水平。1921年，J.C.卡徹將反射法地震勘探投入實(shí)際應(yīng)用，在美國(guó)俄克拉荷馬州首次記錄到人工地震產(chǎn)生的清晰的反射波，1930年，通過(guò)反射法地震勘探工作,在美國(guó)俄克拉荷馬州發(fā)現(xiàn)了三個(gè)油田，此后，反射法正式進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用的階段。

2、地震勘探的過(guò)程

地震勘探過(guò)程由地震數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和地震資料解釋三個(gè)階段組成。

2.1 地震數(shù)據(jù)采集。在野外作業(yè)時(shí)，一般是沿地震測(cè)線等間距布置多個(gè)檢波器來(lái)接收地震波信號(hào)，每個(gè)檢波器組等效于該組中心處的單個(gè)檢波器，每個(gè)檢波器組接收的信號(hào)通過(guò)放大器和記錄器，得到一道地震波形記錄，稱為記錄道。為了適應(yīng)地震勘探的各種不同要求，各檢波器組之間有中間放炮排列和端點(diǎn)放炮排列等不同排列方式。

地震勘探分為一維勘探、二維勘探和三維勘探。一維勘探是觀測(cè)一個(gè)點(diǎn)的地下情況，將檢波器由深至淺放在井中不同深度，每改變一次深度在井口放一炮，記錄地震波由炮點(diǎn)直接傳到檢波器的時(shí)間，這種只在一口井中觀測(cè)的方法叫一維地震勘探。二維勘探是觀測(cè)一條線下面的地下情況，將多個(gè)檢波器與炮點(diǎn)按一定的規(guī)則沿一直線排列，在測(cè)線上打井、放炮和接收。最后得出反映每條測(cè)線垂直下方地層變化情況的剖面圖就是二維勘探。三維勘探是觀測(cè)一塊面積下面的地下情況，三維勘探最后得到的是一組立體的數(shù)據(jù)，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)體能給出地層的立體圖像就是三維勘探。根據(jù)不同的地質(zhì)任務(wù)和達(dá)到的目的，可采用不同維的勘探方法。

2.2 地震數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理的任務(wù)是加工處理野外觀測(cè)所得的地震原始資料，將地震數(shù)據(jù)變成地震剖面圖或構(gòu)造圖。經(jīng)過(guò)分析解釋，確定地下巖層的產(chǎn)狀和構(gòu)造關(guān)系，找出有利的含油氣地區(qū)，也可以與測(cè)井資料和鉆井資料綜合起來(lái)進(jìn)行解釋和儲(chǔ)集層描述，預(yù)測(cè)油氣及劃定油水分界。地震數(shù)據(jù)處理的重要目的是削弱干擾、提高信噪比和分辨率，另一重要目的是實(shí)現(xiàn)正確的空間歸位。地震數(shù)據(jù)處理需要進(jìn)行較大的數(shù)據(jù)量運(yùn)算，現(xiàn)代的地震數(shù)據(jù)處理中心由高速電子數(shù)字計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的外圍設(shè)備組成，常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理程序是復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，目前，中國(guó)已成為世界上最有實(shí)力、最有競(jìng)爭(zhēng)力的地震資料數(shù)字處理強(qiáng)國(guó)之一。

2.3 地震資料解釋。地震資料解釋包括地震構(gòu)造解釋、地震地層解釋和地震烴類解釋。

地震構(gòu)造解釋以水平疊加時(shí)間剖面和偏移時(shí)間剖面為主要資料，來(lái)分析剖面上各種波的特征，確定反射標(biāo)準(zhǔn)層層位和對(duì)比追蹤，解釋時(shí)間剖面所反映的各種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，構(gòu)制反射地震標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)造圖。地震構(gòu)造圖就是用等深線或等時(shí)線及其它地質(zhì)符號(hào)直接表示出地下某一層地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的一種平面圖件。

地震地層解釋以時(shí)間剖面為主要資料，進(jìn)行區(qū)域性地層研究和進(jìn)行局部構(gòu)造的巖性巖相變化分析。劃分地震層是地震地層解釋的基礎(chǔ)。

地震烴類解釋是利用反射振幅、速度及頻率等信息，對(duì)含油氣有利地區(qū)進(jìn)行烴類指標(biāo)分析。通常需綜合運(yùn)用鉆井資料與測(cè)井資料進(jìn)行標(biāo)定分析與模擬解釋，對(duì)地震異常作定性與定量分析,進(jìn)一步識(shí)別烴類指示的性質(zhì),進(jìn)行儲(chǔ)集層描述，估算油氣層厚度及分布范圍等。

3、地震勘探的勘探方法

地震勘探的勘探方法包括反射法、折射法和地震測(cè)井。反射法和折射法這兩種方法適用于陸地和海洋。在研究很淺或很深的界面、尋找特殊的高速地層時(shí)，折射法比反射法有效。但應(yīng)用折射法必須滿足下層波速大于上層波速的特定要求，因此折射法的應(yīng)用范圍受到了限制。應(yīng)用反射法只要求巖層波阻抗有所變化，易于得到滿足，因而地震勘探中廣泛采用的是反射法。地震勘探的方法在尋找地下水資源和民用工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，尤其是建造高樓、堤壩、道路及海港等大型建筑物時(shí)利用地震勘探可以測(cè)量基巖深度，探測(cè)建筑物下面是否有溶洞或松軟地質(zhì)體，探測(cè)核電站周圍是否存在斷層，避免潛在的危險(xiǎn)。地震勘探方法對(duì)災(zāi)害地質(zhì)起著重要作用。

3.1 反射法。反射法是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(guò)程中遇到介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層界面時(shí)，其中一部分能量被反射，另一部分能量透過(guò)界面繼續(xù)傳播下去。地下的地層面、不整合面和斷層面等都可能產(chǎn)生反射波，反射波的到達(dá)時(shí)間與反射面的深度有關(guān)，反射波振幅和反射系數(shù)息息相關(guān)，以反射波振幅和反射系數(shù)可以推算出地下波阻抗的變化，然后對(duì)地層巖性作出預(yù)測(cè)。沿地表傳播的面波、淺層折射波和各種雜亂振動(dòng)波與目的層無(wú)關(guān)的反射波信號(hào)形成干擾，我們稱之為噪聲。采用組合檢波方法是減少噪聲的最主要方法，組合減波是用多個(gè)檢波器的組合代替單個(gè)檢波器，或者用組合震源代替單個(gè)震源。

反射法觀測(cè)廣泛采用多次覆蓋技術(shù)，目的是要得出能夠清晰反映地下界面形態(tài)的地震資料，單次覆蓋是對(duì)地下每個(gè)點(diǎn)只觀測(cè)一次，多次覆蓋是對(duì)地下界面上的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次觀測(cè)，并得到多張地震記錄，這些記錄疊加在一起就是多次覆蓋。應(yīng)用多次覆蓋技術(shù)可以加強(qiáng)反映地下地層的有效反射，因此多次覆蓋技術(shù)是單次覆蓋技術(shù)的質(zhì)的飛躍，并且提高勘探效果。

反射法可利用縱波反射和橫波反射。自然界中普遍存在著縱波和橫波，在地震勘探中，可用縱波和橫波進(jìn)行勘探?？v波和橫波的相同之處是都用人工方法激發(fā)地震波，又都是接受由地下反射回來(lái)傳到地面的波，只是激發(fā)和接受地震波的形式不同而已，縱波和橫波各有其專門的震源和接受器。

3.2 折射法。折射法是一種利用折射波的地震勘探方法。

炸藥爆炸后，激發(fā)的地震波四散傳播，當(dāng)遇地層分界面時(shí)，有一部分反射波返回地面外，另一部分地震波透過(guò)分界面并沿著該分界面在下面地層中傳播。在某一特定條件下，這種沿分界面?zhèn)鞑サ牡卣鸩ㄒ矔?huì)返回地面，這種返回地面上的地震波叫折射波，而通過(guò)接收折射波來(lái)分析地層情況的方法叫做折射波法地震勘探。地層的地震波速度如果大于上面覆蓋層的波速，那么地震波的速度與上面覆蓋層的波速就形成了折射面。

3.3 地震測(cè)井。地震測(cè)井是一種直接測(cè)定地震波速度的方法。

如果震源位于井口附近，將檢波器沉放于鉆孔內(nèi)，以此測(cè)量井深和時(shí)間差，從而計(jì)算出地層平均速度及某一深度區(qū)間的層速度。

4、結(jié)語(yǔ)

地震勘探是地球物理勘探最主要的一種勘探方法，它的優(yōu)點(diǎn)是勘探精度高，并能夠更加清晰地確定油氣構(gòu)造形態(tài)、埋藏深度和巖石性質(zhì)，地震勘探成為油氣勘探的主要手段，并被廣泛應(yīng)用。

同時(shí)地震勘探在煤炭、巖鹽及金屬礦勘查等方面具有較好的應(yīng)用效果。

[1]熊章強(qiáng).地震勘探.中南大學(xué)出版社, 2010.09

[2]顧功敘編.地球物理勘探基礎(chǔ).北京地質(zhì)出版社﹐1990

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.001