多波多分量地震勘探技術(shù)進(jìn)展

李澈

摘 要：綜述多波多分量地震勘探技術(shù)的發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀，討論多波多分量地震勘探在采集、處理和解釋等相關(guān)工作領(lǐng)域面臨的問題，并結(jié)合上述問題和國內(nèi)外多波多分量勘探的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)其未來一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：多波多分量 問題 展望

中圖分類號(hào)：P631.46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）007-125-02

1 引言

隨著勘探難度的增加和對(duì)巖性勘探要求的日益提高，以縱波勘探技術(shù)為依托的傳統(tǒng)三維地震勘探已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)勘探過程中遇到的諸多新問題。在這樣的背景下，多波多分量地震勘探技術(shù)在近年來得到了迅速的發(fā)展。所謂多波多分量勘探是指利用三分量檢波器同時(shí)記錄地震縱波（P波）、橫波（S波）和轉(zhuǎn)換波（P-S波）信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的資料處理和解釋工作。相比以記錄縱波為主的傳統(tǒng)勘探方法，該技術(shù)能夠獲取更豐富的波動(dòng)信息，在描述儲(chǔ)層參數(shù)和空間展布、預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育程度、研究儲(chǔ)層含氣性等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。

2 多波多分量地震技術(shù)發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀

針對(duì)多波多分量地震勘探的理論研究最早始于前蘇聯(lián)，而相應(yīng)的勘探實(shí)踐則自20世紀(jì)70年代以來先后在前蘇聯(lián)、美國、法國等國家展開。這一時(shí)期的勘探主要著力于利用橫波速度低于縱波從因此在理論上能實(shí)現(xiàn)更高的分辨率這一特點(diǎn)，試圖獲取分辨率更高的地震資料。但由于橫波在速度低于縱波的同時(shí)，其頻率也低于縱波在因此傳播的過程中衰減嚴(yán)重，采集到的橫波地震資料信噪比過低，因此多波多分量勘探在該階并未取得顯著進(jìn)展。

20世紀(jì)70年代末至80年代中期的多波多分量勘探開始轉(zhuǎn)為綜合利用縱波、橫波的聯(lián)合勘探，其應(yīng)用主要集中于求取包括泊松比在內(nèi)的巖石彈性信息和鑒別含氣亮點(diǎn)的真?zhèn)蔚确矫?。但由于多波勘探相較于單一的縱波勘探成本過高，且在當(dāng)時(shí)尚有諸多相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)問題未能得到妥善解決，因此多波地震勘探在巖性勘探方面的應(yīng)用最終被以AVO為基礎(chǔ)的縱波巖性勘探所取代。

多波多分量勘探近年來的再次興起始于20世紀(jì)90年代海上多波地震勘探的成功。海上多波多分量地震勘探先于陸上取得成功的原因主要來自兩個(gè)方面：（1）一定深度的海床相比于陸地環(huán)境噪聲更低，采集到的橫波資料信噪比較低；（2）海洋地震勘探面臨著諸如硬海底、氣柱等用傳統(tǒng)縱波勘探難以解決的問題，這些問題的提出促進(jìn)了海上多波勘探的發(fā)展。此外，海底多分量電纜接收系統(tǒng)（OBC）的研制成功為海上多波勘探排除了資料采集方面的障礙。

自20世紀(jì)90年代末期以來，陸上多波多分量勘探再次受到關(guān)注?；谖㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的三分量數(shù)字檢波器的廣泛應(yīng)用為多波多分量勘探的實(shí)現(xiàn)提供了有力的技術(shù)保障。相比傳統(tǒng)的檢波器，三分量數(shù)字檢波器的優(yōu)越性表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)范圍大，輸出的信號(hào)頻帶平坦，具備較大的頻帶寬度，抗干擾能力強(qiáng)等方面。近年來的多波多分量勘探以利用P-S轉(zhuǎn)換波為主，這是因?yàn)榧ぐl(fā)橫波需要專門的震源而導(dǎo)致成本升高。相比之下轉(zhuǎn)換波利用傳統(tǒng)的縱波震源即可激發(fā)，并且同橫波一樣能夠反映巖性和各向異性等地下信息，盡管成本仍然高于普通的縱波勘探但低于專門的橫波勘探。因此，目前工業(yè)界應(yīng)用較多的多波勘探方法是利用縱波激發(fā)，同時(shí)采集縱波和轉(zhuǎn)換波的地震資料。

目前，海上多波多分量地震勘探正逐漸趨于成熟，而路上勘探受限于低信噪比、靜校正復(fù)雜等問題尚不能完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。北海地區(qū)的Alba油田是應(yīng)用多波多分量進(jìn)行勘探取得良好收益的典范，對(duì)P-S轉(zhuǎn)換波的地震解釋發(fā)現(xiàn)了以往縱波難以識(shí)別的含油飽和砂巖，進(jìn)而從根本上改變了對(duì)該區(qū)域的油藏構(gòu)造認(rèn)識(shí)。我國多波多分量勘探應(yīng)用較為成功的案例是南海西部的鶯歌海盆地多波地震勘探，應(yīng)用轉(zhuǎn)換波地震勘探成功解決了縱波勘探面臨的“氣云”問題，在中深部地層的巖性識(shí)別和含氣預(yù)測(cè)方面也取得了較大進(jìn)展。

3 多波多分量地震勘探相關(guān)技術(shù)

3.1 采集技術(shù)

與采集相關(guān)的技術(shù)主要包括震源、檢波器、觀測(cè)系統(tǒng)三個(gè)方面，由于需要激發(fā)并接受到橫波或轉(zhuǎn)換波以及縱波，多波多分量地震勘探對(duì)上述三個(gè)方面提出了比傳統(tǒng)縱波勘探更多的要求。

目前陸上多波勘探用來激發(fā)橫波的震源有三排井震源、水平可控震源、傾斜氣槍震源等，但這些方法存在的共同缺點(diǎn)在于成本過高對(duì)周圍環(huán)境影響較大，且激發(fā)的橫波衰減較快觀測(cè)效果并不理想。因此采用縱波激發(fā)對(duì)，對(duì)轉(zhuǎn)換波觀測(cè)仍是目前多波地震勘探的主要方式。海上多波地震勘探震源則同縱波勘探一樣采用空氣槍震源。

早期的陸上多波地震勘探采集使用雙檢波器，即除設(shè)置用于記錄地面震動(dòng)垂直分量的檢波器外再沿水平方向設(shè)置一個(gè)用于記錄水平震動(dòng)的檢波器，近年來微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展使三分量數(shù)字檢波器成為主流。海上多波多分量采集目前主要采用4C OBC電纜（由四個(gè)檢波器組成，其中三個(gè)記錄速度分量，一個(gè)記錄壓力分量），將檢波器組內(nèi)置或外掛在電纜上鋪設(shè)于海底。相比陸上作業(yè)海上多波勘探面臨著更復(fù)雜的定位問題。

陸上和海上多波勘探都面臨著數(shù)據(jù)量增多的問題，由于要在記錄縱波信息的同時(shí)記錄橫波或轉(zhuǎn)換波的信息因此多波勘探的觀測(cè)系統(tǒng)記錄道數(shù)相比于縱波勘探成倍的增加。此外，考慮到縱波和轉(zhuǎn)換波傳播特點(diǎn)的不同，在設(shè)置偏移距時(shí)要兼顧對(duì)二者的接收，要實(shí)現(xiàn)這一目的就要在施工前進(jìn)行波場(chǎng)特征調(diào)查。

3.2 處理技術(shù)

當(dāng)前針對(duì)多波多分量地震資料的處理技術(shù)根據(jù)處理流程的不同大體上可以分為兩類，一類是基于標(biāo)量波場(chǎng)理論的波場(chǎng)分離處理方法；另一類是基于矢量波場(chǎng)理論的多波聯(lián)合處理方法。其中波場(chǎng)分離處理方法是目前應(yīng)用的主流，而多波聯(lián)合處理方法由于相關(guān)技術(shù)不夠完善目前尚處于理論研究階段。

轉(zhuǎn)換波地震資料處理的思路大體上同縱波地震資料相同，但考慮到其傳播路徑的非對(duì)稱性這一特點(diǎn)又不能完全照搬縱波資料處理中的成熟方法。目前基于波場(chǎng)分離理論的多波地震資料處理基本流程是首先進(jìn)行波場(chǎng)波場(chǎng)分離，然后分別處理縱波和轉(zhuǎn)換波。對(duì)轉(zhuǎn)換波的處理主要涉及到不對(duì)稱抽道集、確定轉(zhuǎn)換點(diǎn)、噪聲壓制、靜校正、動(dòng)校正、轉(zhuǎn)換橫波速度分析、轉(zhuǎn)換橫波偏移、求取縱橫波速度比等。其中，橫波靜校正問題是轉(zhuǎn)換波資料處理面臨的主要難題之一。這源自橫波信噪比低、對(duì)應(yīng)的低速帶更加復(fù)雜，且受到各向異性的影響等方面。

3.3 解釋技術(shù)

多波多分量地震資料解釋的基礎(chǔ)是做好縱、橫波地震資料的層位對(duì)比，這也是其主要難點(diǎn)之一。在此基礎(chǔ)上要結(jié)合VSP和測(cè)井資料等進(jìn)行縱、橫波聯(lián)合反演。正確解釋的多波地震資料可用于分析地下介質(zhì)的巖性及其含油氣性、識(shí)別真假兩點(diǎn)，利用橫波分辨率高的優(yōu)勢(shì)可識(shí)別小斷層、薄互層、尖滅等微小構(gòu)造，通過橫波分裂現(xiàn)象研究地下介質(zhì)的各向異性進(jìn)而發(fā)現(xiàn)裂縫油氣藏。此外轉(zhuǎn)換波資料還可以用于改善地震成像質(zhì)量，在對(duì)飽含氣的油藏和波阻抗差異較小的儲(chǔ)層其應(yīng)用效果尤為明顯。綜合多種資料信息進(jìn)行綜合解釋是多波多分量地震資料解釋的主要發(fā)展方向。

4 多波多分量地震勘探技術(shù)面臨的主要問題及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 多波多分量地震勘探技術(shù)面臨的問題

盡管對(duì)多波多分量地震勘探的研究迄今已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，并實(shí)現(xiàn)了一系列成功的商業(yè)應(yīng)用，但這項(xiàng)新技術(shù)仍然面臨著諸多尚未解決的問題，這里對(duì)其中較具代表性的幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)：

（1）橫波在傳播過程中衰減嚴(yán)重，接收到的信號(hào)信噪比低。如何有效的去除其中的噪音，并正確認(rèn)識(shí)其傳播規(guī)律進(jìn)行有效的靜校正是利用多波地震資料的基礎(chǔ)。

（2）當(dāng)前缺乏針對(duì)轉(zhuǎn)換波和橫波的精確速度建模方法。由于橫波和轉(zhuǎn)換波的傳播規(guī)律比縱波更加復(fù)雜，且缺乏相應(yīng)的巖石物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此對(duì)這兩種波尚不能進(jìn)行精確的速度建模。精確的速度模型是對(duì)相應(yīng)地震資料進(jìn)行一系列處理的基礎(chǔ)，對(duì)深度域成像和縱、橫波聯(lián)合層位對(duì)比等工作也有著重要的意義。

（3）對(duì)橫波分裂不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的分析。橫波在傳播過程中遇到各項(xiàng)異性介質(zhì)時(shí)會(huì)分離為極性正交的兩類橫波。該現(xiàn)象有助于認(rèn)識(shí)裂縫的發(fā)育情況，進(jìn)而預(yù)測(cè)裂縫油氣藏。但目前對(duì)各項(xiàng)異性的分析在各向異性層位較多時(shí)便會(huì)出現(xiàn)較大誤差。

（4）對(duì)多波多分量地震資料的綜合解釋在理論和技術(shù)上不夠健全。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

多波多分量地震勘探被認(rèn)為是地震勘探領(lǐng)域的第四次革命。盡管該技術(shù)從基礎(chǔ)理論層面到技術(shù)層面都還面臨著諸多尚未解決的障礙，但隨著勘探工作對(duì)復(fù)雜油氣藏和巖性勘探要求的提高，以及對(duì)各向異性問題認(rèn)識(shí)的深入認(rèn)識(shí)，多波多分量勘探有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

在可預(yù)見的未來，多波多分量地震勘探仍將以轉(zhuǎn)換波勘探取代直接針對(duì)橫波的勘探，而與轉(zhuǎn)換波特點(diǎn)相適應(yīng)的處理技術(shù)將是研究的重點(diǎn)?，F(xiàn)有的多波資料處理方法基本是以波場(chǎng)分離技術(shù)為基礎(chǔ)，但該方法很多情況下仍然難以解決縱、橫波場(chǎng)的耦合問題，很多情況下難以是兩種波的波場(chǎng)真正分離開進(jìn)而影響成像精度。相比之下，多波地震資料聯(lián)合處理方法從理論上能根本性的避免波場(chǎng)耦合對(duì)成像精度的影響，但該方法目前尚在理論研究階段且對(duì)計(jì)算能力要求較高，投入實(shí)際應(yīng)用尚需時(shí)日。

目前的多波勘探更多的關(guān)注對(duì)勘探本身在采集、處理、解釋方面的研究，而在多波勘探資料與其他勘探和地質(zhì)資料的結(jié)合方面研究較少。事實(shí)上，轉(zhuǎn)換波資料與縱波資料、VSP資料、測(cè)井資料等其他資料的綜合運(yùn)用將對(duì)其解釋工作具有重要意義。

此外，目前尚無針對(duì)多波多分量資料進(jìn)行綜合處理、解釋的專門商業(yè)軟件，這種情況也從一定程度上制約了多波多分量勘探技術(shù)的快速發(fā)展。此類軟件的開發(fā)將隨著多波多分量勘探商業(yè)價(jià)值的日益凸顯而受到更多的重視。

除了自身理論和方法上的完善，多波多分量勘探也將與AVO、時(shí)移地震、全波形反演、逆時(shí)偏移等技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加緊密的結(jié)合，在微小構(gòu)造解釋、巖性勘探等方面發(fā)揮優(yōu)于傳統(tǒng)勘探手段的作用。

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