1、地震勘探新方法新技术,中国矿业大学资源学院 潘冬明Tel：13395220802 E-mail：,课程概况,课程性质：专业选修课，研讨课。 课程目的：使学生了解煤田地震勘探的新理论、新方法、新技术和国内外前沿。 考核方式：出席情况和讨论参与度占50%，小论文水平占50%。,课程目录,一、地震勘探新方法新技术简介 二、地震模拟技术 三、井中地震勘探 四、多波多分量勘探 五、时延地震勘探 六、微地震技术 七、地震属性技术 八、地震反演技术,一、地震勘探新方法新技术简介,地震勘探 是通过人工方法在地面激发地震波，研究地震波在地层中的传播情况，以查明地下的地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的而服务的一
2、种物探法。 地震勘探的三个基本环节 采集 处理 解释,常规地震勘探,采集 地面激发，地面接收 主频20-40Hz 处理 预处理：解编、道编辑、振幅补偿、观测系统 去噪和静校正 反褶积 速度分析 动校正和叠加 剩余静校 偏移 解释 构造解释,地震勘探新方法,采集 VSP：地面激发、井中接收 零偏、非零偏、Walkway、三维 逆VSP：井中激发、地面接收 井间地震：井中激发、井中接收 时延地震（四维地震）：多次采集 随钻VSP：钻头激发 多波多分量：纵波、横波激发。 山地地震： 高分辨率采集 高密度采集,地震勘探新方法,处理 预处理：解编、道编辑、振幅补偿、观测系统 去噪和静校正 反褶积 速度分
3、析 动校正和叠加 剩余静校 偏移,分频补偿,去噪：小波变换、自适应、拉动变换、图形图像学 静校正：分频静校正、折射静校正、层析静校正、延拓静校正,非双曲动校正 各向异性动校正,叠后深度 叠前时间 叠前深度 偏移速度分析 DMO,地震勘探新方法,解释：构造解释 地震属性分析 地质统计学 地震反演：叠后反演、叠前反演（EI） AVO 油藏描述 裂缝预测（微地震） 信息融合技术 神经网络,由于地震勘探是一种间接地质手段，在对地震资料的认识过程中，有很多的不确定性。为了验证地质解释或地质认识的正确性，常常需要建立地质模型进行地震模拟。 通常，所建立的地质模型是实际地层的一种简化，只考虑影响地震剖面的主
4、要因素。 地震模拟分类 物理模拟 数值模拟：有限差分、有限元和伪谱法等,1.地震模拟技术简介,超声物理模拟实验系统及工作原理,1、超声脉冲发生器：激发换能器发射和接收超声波； 2、换能器：发射换能器将电讯号转换成超声波，加载于模型上；接收换能器将接收到的超声波再转换成电讯号送回到接收设备； 3、模数转换器：它将来自超声仪的模拟信号转换为数字信号并送到计算机； 4、计算机：进行数据采集控制及数据记录。 5、控制系统：根据计算机指令对定位系统进行控制。 6、三维定位仪：根据观测系统对激发和接收换能器进行X、Y坐标定位。,超声地震物理模拟实验原理,物理模拟实验室,物理模拟技术,煤储层地震响应特征含裂
5、隙薄煤层响应模式,含裂隙薄煤层地震物理模拟实验,煤储层地震响应特征含裂隙薄煤层响应模式,含裂隙薄煤层地震物理模拟实验,瞬时振幅,薄煤层中有裂隙存在时，薄层的同相轴出现振幅杂乱异常，对下层同相轴产生条带状振幅影响,物理模拟是用一些已知参数的介质做成一定几何形态的模型来模拟地下地质结构，采用超声波模拟地震波，专用换能器模拟震源和检波器，将野外地震勘探过程在实验室内重现，得到理论地震记录的方法和技术。 物理模拟的优点 与实际情况接近 真实性和可比性高 物理模拟的缺点 模型制作和改变参数均困难 成本较高,物理模拟技术,分类(Carcione et al., 2002) 波动方程数值解(full-wav
6、e equation methods)优点：对模拟地质体无限制，模拟结果精确缺点：效率低、速度慢 积分方程法(integral-equation methods)基于惠更斯原理(Huygenss principle) 射线追踪法(ray-tracing methods)以射线理论为基础的波动方程高频近似解优点：效率高、速度快缺点：只能模拟速度影响和同相轴变化,数值模拟技术,波动方程数值解 有限差分法(Finite difference methods)效率高、速度快，应用最为广泛 有限元法(Finite element methods)效率低、精度高 虚谱法(Pseudo-spectrum m
7、ethods)精度和效率介于前两者之间 数值模拟特点 模型空间离散化处理 可以模拟任意复杂地质体 模拟速度快、效率高、成本低,模拟软件应用(有限差分）：含构造煤工作面,图3-13 含构造煤全空间工作面正演地震记录,垂直分量,水平分量,2.井中地震勘探简介,井中地震勘探是在地震测井基础上发展起来的。 80 年代前后 , 国外推广使用 VSP, 促进了 VSP 进入实用阶段 , 主要是零偏移距 VSP 和偏移距 VSP 。此后出现一些新的观测方法 , 如多震 源、多方位和多偏移距 VSP, 三维 VSP , 时延 VSP 。利用三分量震源三分量检波器记录 9 个分量的 VSP 旨在研究地下介质各向
8、异性。还有逆 VSP , 随钻 VSP 等等,震源在地面，检波器在井中,VSP,震源点,检波器1 检波器N,检波器,震源点1 震源点N,RVSP,震源在井中，检波器在地面,震源点,检波器1 检波器N,井间地震技术,震源在井中，检波器在井中,检波器1 检波器N,震源点1 震源点N,注：震源不一定是人工震源。也可是水力压裂产生的破裂源微地震技术。,为了提高工作时效、降低施工成本，发展了三维VSP与三维地震数据采集一体化技术。由于资料来自同一个震源，具有很好的相关性，加大了资料的可对比性，为三维VSP与三维地震数据处理解释一体化奠定了基础。 为了满足不同的需要，发展了逆VSP ( R-VSP)技术。
9、逆VSP技术的特点是在井中激发，地面接收，作业效率有很大的提高。井中激发，地面全方位接收，扩大了井周附近区域的覆盖范围，增加了信息量、提高了资料的应用价值，为VSP技术的发展拓宽了空间。,VSP勘探技术的作用,精细全方位标定地面三维地震资料，主要包括纵横波时深关系、波场特征、振幅关系、沉积变化特征以及储层弹性变化特征等； 为地面地震资料处理和解释提供控制和约束条件，以减少地面地震资料处理和解释的多解性； 为井-地联合以及多波的应用，实现点-线-面-体的处理解释建立可靠的桥粱并奠定基础； VSP资料可为地面地震资料提频处理和子波校正处理提供有价值的Q值和子波信息； 利用密点零偏VSP资料，可为三
10、维地震储层参数反演提供较可靠的约束条件。,VSP勘探技术的作用,优点:大带宽深度域数据波射线路径不经过近地表层,井间地震应用实例,井间地震原始共炮点道集,井间地震应用实例,井间地震波阻抗反演剖面,井间地震应用实例,浅层工程勘探 建筑地基速度结构 水坝坝基,井间地震服务领域,储层横向连通性研究 储层垂向结构,工程及其他：,储层性质研究,储层构造,静态 储层参数估算 岩性分析 沉积相分析 流体性质分析 动态（时延观测） 井间监测,3.多分量转换波地震技术简介,同常规纵波地震技术一样 , 多分量转换波地震也是一门研究地球内部物质弹性与非弹性属性的技术。其中多分量地震数据的采集、处理与解释是这门技术的
11、主体研究内容。它是 认识地球本体、监测与预报地质灾害以及探查与开发油气资源的一种最为重要的地球物理方法。不同于目前广泛使用的常规地震勘探 , 多分量转换波地震勘探开发技术有其自身的一些 特点 .,多波多分量地震勘探时近年来正在迅速发展的一项新技术，是一种利用纵波、横波、转换波等多种地震信息对含油气盆地进行精细勘探和预测油气藏的有效方法，并且可对一些低幅度构造、小断层进行更精确的解释。,多分量转换波地震技术简介,多分量转换波地震技术简介,多分量地震勘探主要研究,各向异性介质中地震波传播规律研究 各向异性介质中多分量地震记录的数值模拟; 各向异性介质中三分量地震记录的 叠前偏移技术 复杂介质地震波
12、场的参数反演 横波分裂与各向异性反演。 多分量数据野外采集 多分量数据处理(静校正,转换波成像，速度分析） 多分量数据解释,多分量转换波地震技术研究的意义,多分量转换波地震技术既具有纵波勘探深度大、资料采集相对容易和投资少的特点 ,又能反映地下介质的横波速度变化。多量转换波地震的这一特点 , 使岩性勘探和油气的直接识别成为可能。同时由于多分量的数据采集 , 在记录两个水平分量地震数据的前提下 , 可以利用横波分裂产生的快慢横波时差反映裂缝发育的主方向和发育密度 , 使得裂缝裂隙型油气藏的勘探开支成为可能。如今多分量转换波地震技术以及与这一技术紧密相连的各向异性 理论方法研究己成为国内外地震勘探
13、领域的研究热点之一,多分量转换波技术的优点,多分量转换波地震勘探同通常采用的单一纵波勘探相比 , 所能提供的地震属性 ( 如走时、速度、振幅、频率、相位、偏振、波阻抗、吸收、的、复分量等 ) 信息将成倍的增加，并能衍生出各种组合参数（如快慢横波差值、走时比值、乘积、几何平均、求取的弹性系数等 ) 。利用这些参数估算地层岩性、孔隙度、裂隙、含油气性等将比只用单纯 P 波的 可能性更大 , 可靠性更高,多分量转换波技术的优点,通过三分量地震资料的观测 , 人们利用三分量地震记录上的运动学与动力学特征以及 快慢横波的偏振方向指示裂缝带的优势方位 : 利用分裂时差来推算裂缝与裂隙密度等物理与几何参数。
14、与纵波速度资料结合 , 可以做碳烃检测， 即区分真假亮点。 利用纵横波速度比、传播时间比、振幅比、泊松比等可以研究岩石孔隙度的变化、孔隙流体性质、裂隙发育区、岩性变化等 , 这些参数的预测对储层研究具有直接的物理意义。,多分量转换波技术的优点,利用横波分裂 研究介质的各向异性。从长远来看 , 多分量接收 , 多波勘探 , 发展矢量解释 , 可能形成所谓的矢量勘探方法。 转换 (PS) 波在成像能力上虽然纵向分辨率以及信噪比部不如 P 波 , 但 PS 波的横向分辨率却高于P波，另外 , 转换波在高速岩体之下的成像能力明显地高于 P 波。,4.时延地震勘探简介,每间隔一定的时间进行一次三维观测
15、, 对不同时间观测的三维数据体进行互均化处理 .使那些与油藏无关的反射波具有可重复性 , 而保留与油藏有关的反射波之间的差异 , 通过与初始 基础观测数据体相减 , 来确定油藏随时间的变化情况。综合利用岩石物理学、地质学和油藏工程资料 , 对油藏及时进行动态监测 , 快速做出油藏评价 , 调整开发方案 , 对油田进行有效的开 发 , 提高采收率。这种地震工作就叫作时间推移地震 ( 简称时移地震 ) 。 由于时移地震是三维地震加上时间维 , 也有人称之为四维地震。但是 .时间维往往是采样间隔时间过长 , 且稀少 ，维不起来 .叫四维地震不如叫时移地震贴切。,通过特殊的四维地震处理技术，差异分析技
16、术和计算机可视化技术来描述油藏内部物性参数的变化（孔隙度、渗透率、饱和度、压力、温度）和追踪流体前缘。,重复三维 地震勘探,差异数据分析,重复地震数据 相减,时间2,时间1,剩余油气 分布预测,墨西哥湾地 区88和94年 重复三维地 震勘探的测 线剖面。,墨西哥湾Eugene Island 330 区块生产油藏不同时期的振幅包络显示,为什么使用时延地震监测,世界石油储量是有限的 全球对油气的需求与人口的增长 通过新的油藏管理增加石油采收率现有油藏的采收率很低对供求最有影响的因素应该是提高油气采收率,提高采收率就要进行油藏流体流动监测，目前的方法大多是对井中数据的观测与分析，测井数据：,压力 生
17、产数据 注入数据 水/油比(WOR) 气/油比(GOR),生产测井 裸眼井测井 中子测井 追踪 重复地层测试(RTF),问题：,在油田中，井是稀疏的，井间的情况如何并不知道。 油藏监测技术可以通过油藏的流体、压力、温度等变量与地震观测之间的关系实现。,四维地震能做什么,寻找剩余油气带 制定油田开发过程中的补救措施 优化油田开发，延长油田寿命，提高采收率 优化油藏管理，二次、三次采油中监测油藏动态，测定油藏性质,LF砂层油藏东部过EI330/338区块边界的WE地震剖面,下部小窗口内则是1985年到1988年地震振幅的同一性与差异性显示。由四维地震分析进行设计的A8ST水平井（黄色）直接钻至红色
18、表示的剩余油气带中。,四维地震技术与现有油气预测手段之间的比较,左图为美国墨西哥湾地区Eugene Island 区块LF砂层顶部由测井数据解释的水（蓝色），油（绿色）和气（红色）分布图。 右图为四维地震预测的油气水边界和剩余油（绿色）气（红色）的位置。,四维地震研究用于剩余油气识别及评估,微地震监测是利用传感器监测储层岩石破裂产生的地震信号进而研究岩石破裂状况的一种地球物理方法。其工作原理类似天然地震预测方法，即通过监测天然地震信号确定震源位置及其性质。从技术上分为无源驱动（Passive，或称被动型）和有源驱动（Active，或称主动型）两类。目前在实际应用中主要应用无源驱动的观测方法。,
19、主要用途： 确定裂缝方位和倾角 裂缝位置 大小（长度、宽度和高度） 裂缝复杂程度,5.微地震技术简介,微地震技术的作用,水平钻井技术,页岩气开发 核心技术,水力压裂技术,MHF,多次压裂技术,水平井及分段压裂技术,是页岩气勘探开发的关键工程技术,据美国东部早期的页岩气井完井数据统计，40%的页岩气井初期裸眼测试时无天然气流，55%的页岩气井初始无阻流量没有工业价值，所有的页岩气井都要实施储层压裂改造。,直井压裂改造后的产能平均为8063m3/d，水平井压裂改造后的产能最高可超过10104m3/d。, 随着近两年页岩气等非常规能源的勘探开发的迅速升温，微地震压裂检测技术也越来越受到重视,在以往的
20、压裂施工中，我们知道压裂液和支撑剂的部分注入情况，也知道地下产生了裂缝，但对于裂隙的发育信息却缺少掌握。往往根据压裂 后的产油情况来判断压裂的效果：压裂后增产了，我们就认为压裂成功，压裂后不增产或增产少，我们就认为不成功。对压裂时地层变化以及对压裂 的效果的判断、控制缺少手段和监测方法。,微地震技术的作用,北美地区是全球最大的压裂市场，每年约25000口井的工作量。现在北美有14套仪器在做压裂监测施工，每年能测大约1000口井，并且工作量逐年增加。,中国是全球第二大压裂市场，每年有约10000口井的压裂工作量，其中长庆约3000口井，大庆约2700口。,低渗油气藏、页岩油气藏得勘探、开发目 前
21、是热点，四川又是主战场！低渗、页岩油气藏开发的重点在压裂对储层进行改造，几乎每口开发井甲方都愿意进行压裂监测，保守估计按20%的勘探、开发井进行压裂监测，每年四川油气田和苏里格气田就有100口井的监测任务，市场前景广阔。,市场前景,6.地震属性技术简介,地震属性是指从叠前和叠后地震数据中提取出来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值，过去的文献常称为地震属性参数，现在已统称为地震属性。 地震属性技术是指提取、显示、分析和评价地震属性的技术，在煤田地震勘探中包括地震属性的提取、地震属性的分析、利用地震属性区分构造、岩性并进行目的层预测。,地震属性分类,地震属性的分类没有统一的标准 根据地震波运动
22、学和动力学特征，可分为 时间属性 振幅属性 频率属性 相位属性 波形属性 相关属性 吸收衰减属性 速度属性,地震属性技术的关键在于属性提取，提取方式包括 同相轴属性提取 数据体属性提取 层段属性提取,地震属性提取,Hilbert变换,瞬时提取法,地震属性切片,地震属性技术应用的前提,地震记录具有“三高”特性 高信噪比 高保真度 高分辨率 选择适当的地震属性解决特定的问题 确定异常区与正常区的物性差异，可能导致时差、相位或振幅等不同 建立正演模型，验证主观认识 预测实际地震资料,7.地震反演技术简介,什么是反演 反演（Inversion)是一个很广的概念，根据地震波场、地球自由振荡、交变电磁场、
23、重力场以及热学等地球物理观测数据去推测地球内部的结构形态及物质成分，来定量计算各种有关的物理参数，这些都可以归结为反演问题。 为什么要进行地震反演？ 浅部煤炭资源已基本采完，迫切需要开采深部煤炭资源； 如何提高深部资源勘探精度，是个巨大的挑战； 影响深部开采的地质条件：构造、水文、瓦斯、顶底板条件等； 目前常规地震勘探只能解决构造问题；,地震反演利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程，是反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。 反演资料具有明确的物理意义，是预测岩性的确定性方法。 地震反演的优势 由于有测井资料的约
24、束，提高了地震资料的纵向分辨率； 由于有地震资料的参与，提高了测井资料的横向连续性；,常规地震剖面和波阻抗反演剖面,煤田地震反演的主要应用,提高弱反射煤层的可检测性； 划分薄层，研究煤层顶板的稳定性； 划分新生界下部地层、煤系地层和奥陶系灰岩顶部地层的岩性和含隔水性； 圈定火成岩侵入煤层的范围； 预测煤层厚度； 预测构造煤发育带(瓦斯富集带)等。,地震反演分类,按资料类型 叠前反演：基于旅行时的层析成像，基于振幅的弹性波阻抗反演和AVO反演； 叠后反演：基于旅行时的构造反演，基于振幅的波阻抗反演)； 按利用信息类型 旅行时反演（层析成像） 振幅反演 按地质成果 构造反演、波阻抗反演和多参数岩性(地震属性)反演,按反演方法 波动方程反演：理论探讨阶段 基于模型的反演：实际应用阶段,1.反演的优化：任何反演都存在多解性的困扰，对地球物理反演来 说，增加合理的地质约束是多解性中的最优解，是地质含义上的惟一解。 2.方法应有针对性：视不同勘探程度选方法，根据地质条件定技术。 3.综合研究是关键：多种地震技术综合分析，多学科资料综合研究。,地震反演特点,
