“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺設(shè)計和構(gòu)建

［摘 要］ “地震資料地質(zhì)解釋”是我國地質(zhì)及石油類高等院校資源勘查工程專業(yè)核心的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，具有實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的課程特點(diǎn)。依托地質(zhì)過程模擬實(shí)驗(yàn)室高性能工作站機(jī)群，通過局域網(wǎng)構(gòu)建了基于“地震資料地質(zhì)解釋”課程核心內(nèi)容的綜合實(shí)踐教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)鉆井、測井三維地震數(shù)據(jù)輸入、地震地層解釋、地震構(gòu)造解釋和地震沉積解釋、綜合成果圖件編制及輸出等功能模塊集成優(yōu)化設(shè)計，為學(xué)生提供了人機(jī)聯(lián)作的地震資料地質(zhì)工業(yè)化解釋實(shí)踐平臺，培養(yǎng)了學(xué)生地震資料地質(zhì)解釋的基本技能，完善了院?！暗卣鹳Y料地質(zhì)解釋”的“理實(shí)一體化”課程體系，也為適應(yīng)現(xiàn)代的“地震資料地質(zhì)解釋”一流人才培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ 地震勘探；實(shí)踐平臺；地質(zhì)解釋；教學(xué)方式

［基金項(xiàng)目］ 2021年度中國石油大學(xué)（北京）一流課程建設(shè)項(xiàng)目“‘地震資料地質(zhì)解釋’實(shí)踐教學(xué)平臺建設(shè)”（XM10720210164）

［作者簡介］ 尹志軍（1971—），男，四川武勝人，博士，中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）20-0018-04 ［收稿日期］ 2023-04-20

引言

地震勘探是利用地下巖層彈性和密度的差異，通過接收和處理地面人工激發(fā)地震波在地層中傳播的運(yùn)動學(xué)和波動學(xué)參數(shù)，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法。地震資料地質(zhì)解釋就是基于地震勘探獲取的地震波信息，系統(tǒng)開展地層層序、構(gòu)造斷裂系統(tǒng)、沉積儲層的綜合解釋，是確定有利的油氣成藏條件和遠(yuǎn)景富集區(qū)的關(guān)鍵技術(shù)［1］，是油田勘探開發(fā)技術(shù)人員必須熟練掌握的專業(yè)技能，因此國內(nèi)外地質(zhì)及石油高等院校一直將“地震資料地質(zhì)解釋”設(shè)置為地質(zhì)工程、資源勘查工程等專業(yè)本科生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課。

“地震資料地質(zhì)解釋”課程的教學(xué)內(nèi)容決定了其應(yīng)用性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)［2］，國內(nèi)石油、地質(zhì)院校的眾多教師對于“地震資料地質(zhì)解釋”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式進(jìn)行了深入探索［2-7］，創(chuàng)建了地震資料地質(zhì)解釋實(shí)踐教學(xué)平臺，對于學(xué)生加深地震資料地質(zhì)解釋原理的理解、培養(yǎng)學(xué)生地震資料地質(zhì)解釋的基本技能至關(guān)重要［8］。為此，筆者在“地震資料地質(zhì)解釋”課程研討性教學(xué)模式探索與實(shí)踐的基礎(chǔ)上［2］，充分利用中國石油大學(xué)（北京）地質(zhì)過程模擬實(shí)驗(yàn)室高性能工作站機(jī)群，搭建“地震資料地質(zhì)解釋”課程綜合實(shí)踐教學(xué)平臺，完成人機(jī)連作的地震資料地質(zhì)解釋操作功能模塊架構(gòu)體系設(shè)計，實(shí)現(xiàn)地震地層解釋、地震構(gòu)造解釋和地震沉積解釋功能模塊集成，幫助學(xué)生熟悉現(xiàn)代地震資料地質(zhì)解釋的工業(yè)化流程，掌握地震資料地質(zhì)解釋基本技能，加強(qiáng)對基本概念、基本方法和基本理論的深入理解，完善我?！暗卣鹳Y料地質(zhì)解釋”一流本科課程體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“理實(shí)一體化”的一流人才培養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)。

一、“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺功能模塊設(shè)計

利用學(xué)校地質(zhì)過程模擬實(shí)驗(yàn)室高性能工作站機(jī)群，通過局域網(wǎng)將這些計算機(jī)連接成一個整體，形成一個交互式教學(xué)平臺，為地震資料地質(zhì)解釋實(shí)踐教學(xué)平臺的構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)的硬件和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

“地震資料地質(zhì)解釋”理論課包括地震地層解釋、地震構(gòu)造解釋和地震沉積解釋三大核心內(nèi)容，實(shí)踐教學(xué)平臺緊緊圍繞這三大內(nèi)容進(jìn)行功能模塊設(shè)計。除此之外，還包括數(shù)據(jù)輸入及顯示、成果圖件編制及輸出兩個輔助模塊，與三大核心功能模塊構(gòu)成了符合現(xiàn)代地震資料工業(yè)化解釋的實(shí)踐教學(xué)平臺。

二、“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺模塊功能

“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺由地震地層解釋、地震構(gòu)造解釋、地震沉積解釋三大核心模塊，以及數(shù)據(jù)輸入及顯示、成果圖件編制和輸出兩大輔助模塊構(gòu)成，各個模塊具有自己特有的功能。

（一）數(shù)據(jù)輸入及顯示模塊

數(shù)據(jù)輸入模塊將鉆井、測井和三維地震等數(shù)據(jù)資料加入平臺工區(qū)，這是開展地震資料地質(zhì)解釋的前提和基礎(chǔ)。鉆井?dāng)?shù)據(jù)包括井口坐標(biāo)、補(bǔ)心海拔、井斜和地質(zhì)分層數(shù)據(jù)；測井?dāng)?shù)據(jù)包括自然伽馬、聲波時差、密度等常規(guī)曲線；地震數(shù)據(jù)是疊加偏移的三維數(shù)據(jù)。模塊將這些數(shù)據(jù)加載進(jìn)平臺工區(qū)，并通過窗口顯示出來，檢查數(shù)據(jù)加載是否正確，為地震地質(zhì)解釋奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，圖1為加入平臺的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果。二維地震剖面上疊加了井名為W1的測井曲線，左邊是GR（自然伽馬）曲線，右邊是DT（聲波時差）曲線，中間井柱上的Ed1和Ed2為地質(zhì)分層數(shù)據(jù)。

地震數(shù)據(jù)是地震資料地質(zhì)解釋的基本數(shù)據(jù)，是利用地震剖面、依據(jù)地震反射界面特征、地層終止關(guān)系開展層位的解釋，依據(jù)地震同相軸的變形、變位和錯斷解釋構(gòu)造和斷層，依據(jù)地震反射結(jié)構(gòu)解釋沉積相。測井曲線，尤其是聲波時差曲線，是進(jìn)行合成地震記錄、完成地震層位與地質(zhì)層位相互標(biāo)定的橋梁和紐帶。

（二）地震地層解釋模塊

地震地層解釋模塊是訓(xùn)練學(xué)生地震層位解釋和空間閉合能力的基本手段。該模塊包括合成地震記錄、剖面層位解釋、層位平面閉合檢查三個功能子模塊。

合成地震記錄是應(yīng)用聲波時差曲線與地震子波褶積運(yùn)算，正演得到井軌跡地震反射，通過與井旁地震道進(jìn)行相關(guān)分析，完成地震反射界面的地質(zhì)分層標(biāo)定。如圖1中，通過合成記錄，可以確定地震反射標(biāo)志層T1和T2分別與鉆井分層Ed1和Ed2對應(yīng)，使得地震反射標(biāo)志層具有了明確的地質(zhì)意義。

剖面地震解釋模塊是訓(xùn)練學(xué)生地震層位解釋的最基本工具。學(xué)生要依據(jù)地震反射特征，依據(jù)合成地震記錄標(biāo)定的結(jié)果，確定主要地質(zhì)界面的地震反射標(biāo)志層，并依據(jù)理論課上學(xué)習(xí)的單一同相軸、波組、波系特征在剖面上進(jìn)行層位的拾取，按照一定的間隔完成層位的追蹤解釋，并實(shí)現(xiàn)層位的平面閉合。如圖1所示，經(jīng)過W1井的合成地震記錄標(biāo)定，地震分層Ed1對應(yīng)的地震反射標(biāo)志層T1為中等連續(xù)的波峰反射，而Ed2對應(yīng)的地震反射標(biāo)志層T2為連續(xù)性好的波谷反射。這兩個地震反射界面特征清楚，在剖面上連續(xù)性好，可以在剖面上連續(xù)追蹤。

模塊提供了手工解釋和自動解釋兩種層位拾取模式，便于學(xué)生依據(jù)層位的地震反射特征靈活選擇，提高層位追蹤解釋效率。地震層位解釋是地震資料地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)，為地震構(gòu)造解釋和地震沉積解釋提供了層位限制。

（三）地震構(gòu)造解釋模塊

地震構(gòu)造解釋模塊要與地震層位解釋模塊配合，重點(diǎn)完成斷層的解釋，揭示地下地層的變形和變位。該模塊包含剖面斷層解釋模塊和平面斷層組合模塊兩個核心功能模塊。剖面斷層解釋模塊是依據(jù)地震反射同相軸錯斷、同相軸分叉、地震相突變等標(biāo)志，在地震剖面上識別出斷點(diǎn)，依據(jù)斷點(diǎn)規(guī)律在剖面上將所有斷層解釋出來。該模塊要求完成剖面上所有斷層的解釋，準(zhǔn)確定位斷層的位置，判斷斷層的產(chǎn)狀（傾角、傾向和走向）和斷層的性質(zhì)，解釋斷層組合類型及其相互關(guān)系。如圖1所示，剖面上可以解釋出3條斷層，其中F1是邊界斷層，斷層兩邊地震相發(fā)生了突變。F2和F3是兩條傾向相反的斷層，斷層兩邊發(fā)生了明顯的同相軸錯斷，上盤上升，下盤下降，都是正斷層，兩條斷層之間地層抬升，形成地壘。按照一定的間隔，完成所有剖面的斷層解釋，然后將斷點(diǎn)投影到平面上，依據(jù)斷點(diǎn)的規(guī)律完成平面上斷點(diǎn)的組合，實(shí)現(xiàn)平面剖面斷層的閉合解釋。

（四）地震沉積解釋模塊

地震沉積解釋模塊是在地震層位解釋的基礎(chǔ)上，依據(jù)兩個地震反射界面之間地震反射同相軸的相互疊置關(guān)系、外形特征以及振幅、頻率和連續(xù)性的變化而將其劃分為不同的地震反射單元，即地震相。地震相是地層沉積相的反映，能夠揭示地層巖性、物性和含油性的變化。地震相解釋要求識別剖面上地震反射結(jié)構(gòu)類型，如前積反射、平行反射、亞平行反射、雜亂反射等，以及不同地震相在剖面和平面上的分布范圍及其相互關(guān)系。如圖1所示，對于T1和T2之間的地震反射，斷層F1與W1井、斷層F1與F2之間兩個范圍內(nèi)為強(qiáng)振幅高連續(xù)平行亞平行地震相，W1井與斷層F2之間為中振幅中連續(xù)平行亞平行地震相，而斷層F3以東則為中振幅弱連續(xù)平行亞平行地震相。通過地震沉積解釋模塊，要求學(xué)生逐一完成每條剖面不同地震相單元的識別和劃分，得到不同地震相的空間分布，為地震沉積相解釋提供基礎(chǔ)。

（五）成果圖件編制和輸出模塊

成果圖件編制和輸出模塊是將地震層位解釋、地震構(gòu)造解釋、地震沉積解釋獲得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用內(nèi)插和外推的各種算法，繪制反映沉積沉降中心的地層等厚圖，揭示褶皺類型和斷裂系統(tǒng)的構(gòu)造等T0圖，以及指示有利生油層、儲層、蓋層分布的沉積相平面分布圖。利用這些工業(yè)化的成果圖件，可以有效地預(yù)測有利的油氣成藏要素和成藏條件，為區(qū)域勘探有利目標(biāo)的確定提供直接的地質(zhì)依據(jù)。圖件可以位圖和矢量圖多種格式輸出。成果圖件的編制和輸出是地震資料地質(zhì)解釋實(shí)踐平臺的最后一個模塊，也是“地震資料地質(zhì)解釋”課程成果的集成。編制的成果圖件要符合地質(zhì)規(guī)律。

三、“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺授課方式及考核辦法

“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺有100臺高性能的工作站終端，能夠同時滿足100名學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐。平臺可實(shí)現(xiàn)教師演示、學(xué)生觀摩、學(xué)生操作、教師實(shí)時監(jiān)控的互動式教學(xué)，同時具備文件傳輸、遠(yuǎn)程控制、課程錄制等功能，便于師生間信息交流和教學(xué)進(jìn)度的把控。

按照教學(xué)大綱，通過不少于32個學(xué)時的課程實(shí)踐，學(xué)生能夠熟悉“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺軟件模塊構(gòu)成及其基本功能，熟練掌握鉆井、測井和地震資料的數(shù)據(jù)輸入、地震地質(zhì)解釋及成果圖件編制等各個模塊的基本操作。實(shí)踐內(nèi)容分為3個基本環(huán)節(jié)：一是授課教師釋放鉆井、測井、地震數(shù)據(jù)包和實(shí)踐平臺功能介紹，占課程總學(xué)時的10％；二是學(xué)生在教師指導(dǎo)下應(yīng)用實(shí)踐平臺各個功能模塊完成數(shù)據(jù)加載、地震層位解釋、地震構(gòu)造解釋和地震沉積解釋的所有人機(jī)聯(lián)作操作，完成成果圖件的編制，這是實(shí)踐課程的主體，占課程總學(xué)時的60％；三是完成綜合報告的編寫和成果交流，培養(yǎng)學(xué)生成果總結(jié)和交流的能力，占課程總學(xué)時的30％。

基于“地震資料地質(zhì)解釋”的課程特點(diǎn)，需要建立準(zhǔn)確評價學(xué)生地震資料地質(zhì)解釋基本井和綜合成果總結(jié)能力的考核辦法，包括對于地震資料地質(zhì)解釋實(shí)踐平臺各模塊的操作熟練程度、地震層位、構(gòu)造和沉積解釋的準(zhǔn)確性、地質(zhì)成果圖件的規(guī)范性及綜合成果報告學(xué)術(shù)水平的高低等，最終成績是學(xué)生對地震資料地質(zhì)解釋原理的理解程度和資料解釋實(shí)操能力的綜合體現(xiàn)。

結(jié)語

“地震資料地質(zhì)解釋”課程實(shí)踐教學(xué)平臺的功能模塊，涵蓋了層位解釋、構(gòu)造解釋和沉積解釋三大核心區(qū)域的地震勘探解釋的內(nèi)容，集成了數(shù)據(jù)輸入及顯示、圖件繪制和成果輸出功能，構(gòu)成了完整的現(xiàn)代地震資料地質(zhì)解釋工業(yè)化解釋平臺，為學(xué)生提供了人機(jī)聯(lián)作的地震資料地質(zhì)解釋實(shí)踐機(jī)會，切實(shí)鍛煉了學(xué)生地震資料地質(zhì)解釋的基本技能，激發(fā)了學(xué)生對“地震資料地質(zhì)解釋”課程的興趣，為適應(yīng)現(xiàn)代地震資料地質(zhì)解釋的一流人才的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

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Design and Construction of Practical Teaching Platform for Geological Interpretation of Seismic Data

YIN Zhi-jun， SUN Pan-ke， GONG Cheng-lin， SUN Si-min

（College of Geosciences， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China）

Abstract： Geological interpretation of seismic data is one of core courses for Resource Prospecting Engineering Major of national geological and petroleum colleges and universities， with characteristic of strong practicalness and application. Based on the high performance workstations of geology process simulation lab， a practical teaching platform for geological interpretation of seismic data is built， which integrates multiple function modules including drilling， logging and seismic data input， seismic stratigraphy interpretation， seismic structure interpretation， seismic sedimentology interpretation， and comprehensive map drawing and export. The platform provides students opportunity for Man-machine continuous interpretation of seismic data， cultivates their basic skills of seismic interpretation， improves the theory-practice integration curriculum system of geological interpretation of seismic data， it also establishes a strong foundation for first-class talent training for modern geological interpretation of seismic data.

Key words： seismic exploration; practice platform; geological interpretation; teaching method