地震勘探

地震勘探是利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應，推斷地下岩層的性質和形態的地球物理勘探方法。它利用人工方法激發的彈性波來定位礦藏，獲取工程地質信息。

地震勘探是鑽探前勘測石油、天然氣資源、固體資源地質找礦的重要手段，在煤田和工程地質勘查、區域地質研究和地殼研究等方面，也得到廣泛應用。

“地震”就是“地動”的意思。天然地震是地球內部發生運動而引起的地殼的震動。地震勘探則是利用人工的方法引起地殼振動（如炸藥爆炸、可控震源振動），再用精密儀器按一定的觀測方式記錄爆炸後地面上各接收點的振動信息，利用對原始記錄信息經一系列加工處理後得到的成果資料推斷地下地質構造的特點。

在地表以人工方法激發地震波，在向地下傳播時，遇有介質性質不同的岩層分界面，地震波將發生反射與折射，在地表或井中用檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經過的地下岩層的性質和結構有關。通過對地震波記錄進行處理和解釋，可以推斷地下岩層的性質和形態。

地震勘探在分層的詳細程度和勘查的精度上，都優於其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般從數十米到數十千米。地震勘探的難題是分辨率的提高，高分辨率有助於對地下精細的構造研究，從而更詳細瞭解地層的構造與分佈。 ^[1] 

爆炸震源是地震勘探中廣泛採用的人工震源。目前已發展了一系列地面震源，如重錘、連續震動源、氣動震源等，但陸地地震勘探經常採用的重要震源仍為炸藥。海上地震勘探除採用炸藥震源之外，還廣泛採用空氣槍、蒸汽槍及電火花引爆氣體等方法。地震勘探是鑽探前勘測石油與天然氣資源的重要手段。在煤田和工程地質勘察、區域地質研究和地殼研究等方面，地震勘探也得到廣泛應用。20世紀80年代以來，對某些類型的金屬礦的勘查也有選擇地採用了地震勘探方法。 ^[2] 

地震勘探也稱勘探地震學，該方法的主要特點是：

1、利用專門儀器並按特定方式觀測岩層間的波阻抗差異，進而研究地下地質問題；

2、通過人工方法激發地震波，研究地震波在地層屮傳播的規律與特點，以查明地下的地質構造，為尋找油氣田或其他勘探目標服務；

3、地震勘探的投資回報率很高，幾乎所有的石油公司 都依賴地震勘探資料來確定勘探和開發井位；

4、三維地震勘探的成果能提供豐富的地質細節，極大地促進了油藏工程的發展。 ^[2] 

地震勘探始於19世紀中葉。1845年,R.馬利特曾用人工激發的地震波來測量彈性波在地殼中的傳播速度。這可以説是地震勘探方法的萌芽。在第一次世界大戰期間，交戰雙方都曾利用重炮後坐力產生的地震波來確定對方的炮位。反射法地震勘探最早起源於1913年前後R.費森登的工作,但當時的技術尚未達到能夠實際應用的水平。1921年，J.C.卡徹將反射法地震勘探投入實際應用，在美國俄克拉荷馬州首次記錄到人工地震產生的清晰的反射波。1930年，通過反射法地震勘探工作,在該地區發現了3個油田。從此，反射法進入了工業應用的階段。

進入21世紀後，三維可視化解釋系統、時移地震技術、隨鑽井孔（測井、VSP〕監測技術、彈性阻抗反演技術，疊前深度偏移技術、深度域地震信息展示技術、全矢貴波場成像技術、固體地球模型技術、智能化油田開發監測技術、新塑計算機技術等正在進一步發展完善，並逐步投入生產實踐。

我國的石油物探技術是從1939年開始發展的；

20世紀60年代開始，我國進入了大規模開展物探普查階段；

20世紀70年代是我國石油物探大發展的階段，物探隊伍超過350個，1973年成立了石油地球物理勘探局，同年在東部地區全面推廣多次覆蓋技術；

20世紀80年代，我國石油物探資料處理技術和解釋水平取得了較大的進步。全國先後建立了多個計算機處理中心，反褶積、偏移歸位等較複雜的處理方法已被列為常規處理；

20世紀90年代，我國各大油田分別進行了新一輪計算機系統的更新換代。多節點、並行算法的巨型計算機和相應的地震資料處理系統的引進，極大地推動了我國油氣勘探技術的深入發展；

進入21世紀後，一系列高新技術（如三維可視化解釋系統、隨鑽井孔監測技術、深度域地震信息展示技術、全矢量波場成像技術、智能化油田開發監測技術、新型計算機技術等）的迅猛發展和完善，必將在我國油氣勘探開發中發揮巨大作用。 ^[1] 

地震勘探過程由地震數據採集、數據處理和地震資料解釋3個階段組成。

在野外觀測作業中，一般是沿地震測線等間距佈置多個檢波器來接收地震波信號。安排測線採用與地質構造走向相垂直的方向。依觀測儀器的不同，檢波器或檢波器組的數量少的有24個、48個，多的有96個、120個、240個甚至1000多個。每個檢波器組等效於該組中心處的單個檢波器。每個檢波器組接收的信號通過放大器和記錄器，得到一道地震波形記錄，稱為記錄道。

為適應地震勘探各種不同要求，各檢波器組之間可有不同排列方式，如中間放炮排列、端點放炮排列等。記錄器將放大後的電信號按一定時間間隔離散採樣，以數字形式記錄在磁帶上。磁帶上的原始數據可回放而顯示為圖形。

常規的觀測是沿直線測線進行，所得數據反映測線下方二維平面內的地震信息。這種二維的數據形式難以確定側向反射的存在以及斷層走向方向等問題，為精細詳查地層情況以及利用地震資料進行儲集層描述，有時在地面的一定面積內佈置若干條測線，以取得足夠密度的三維形式的數據體，這種工作方法稱為三維地震勘探。

三維地震勘探的測線分佈有不同的形式，但一般都是利用反射點位於震源與接收點之中點的正下方這個事實來設計震源與接收點位置，使中點分佈於一定的面積之內。 ^[3] 

數據處理的任務是加工處理野外觀測所得地震原始資料，將地震數據變成地質語言──地震剖面圖或構造圖。經過分析解釋，確定地下岩層的產狀和構造關係，找出有利的含油氣地區。還可與測井資料、鑽井資料綜合進行解釋(見鑽孔地球物理勘探)，進行儲集層描述，預測油氣及劃定油水分界。

削弱干擾、提高信噪比和分辨率是地震數據處理的重要目的。根據所需要的反射與不需要的干擾在波形上的不同與差異進行鑑別，可以削弱干擾。震源波形已知時，信號校正處理可以校正波形的變化，以利於反射的追蹤與識別。對高次覆蓋記錄提供的重覆信息進行疊加處理以及速度濾波處理，可以削弱許多類型的相干波列和隨機干擾。預測反褶積和共深度點疊加，可消除或減弱多次反射波。統計性反褶積處理有助於消除淺層混響，並使反射波頻帶展寬，使地震子波壓縮，有利於分辨率的提高。

地震數據處理的另一重要目的是實現正確的空間歸位。各種類型的波動方程地震偏移處理是構造解釋的重要工具，有助於提供複雜構造地區的正確地震圖像。

地震數據處理需進行大數據量運算，現代的地震數據處理中心由高速電子數字計算機及其相應的外圍設備組成。常規地震數據處理程序是複雜的軟件系統。 ^[3] 

包括地震構造解釋、地震地層解釋及地震烴類解釋或地震地質解釋。

地震構造解釋以水平疊加時間剖面和偏移時間剖面為主要資料，分析剖面上各種波的特徵，確定反射標準層層位和對比追蹤，解釋時間剖面所反映的各種地質構造現象，構制反射地震標準層構造圖。

地震地層解釋以時間剖面為主要資料，或是進行區域性地層研究，或是進行局部構造的巖性巖相變化分析。劃分地震層序是地震地層解釋的基礎，據此進行地震層序之沉積特徵及地質時代的研究，然後進行地震相分析，將地震相轉換為沉積相，繪製地震相平面圖，劃分出含油氣的有利相帶。

地震烴類解釋利用反射振幅、速度及頻率等信息，對含油氣有利地區進行烴類指標分析。通常需綜合運用鑽井資料與測井資料進行標定分析與模擬解釋，對地震異常作定性與定量分析,進一步識別烴類指示的性質,進行儲集層描述，估算油氣層厚度及分佈範圍等。 ^[3] 

包括反射法、折射法和地震測井（見鑽孔地球物理勘探）。三種方法在陸地和海洋均可應用。

研究很淺或很深的界面、尋找特殊的高速地層時，折射法比反射法有效。但應用折射法必須滿足下層波速大於上層波速的特定要求，故折射法的應用範圍受到限制。應用反射法只要求岩層波阻抗有所變化，易於得到滿足，因而地震勘探中廣泛採用的是反射法。

利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到介質性質不同的岩層界面時，一部分能量被反射,一部分能量透過界面而繼續傳播。

在垂直入射情形下有反射波的強度受反射係數影響，在噪聲背景相當強的條件下，通常只有具有較大反射係數的反射界面才能被檢測識別。地下每個波阻抗變化的界面，如地層面、不整合面（見不整合）、斷層面（見斷層）等都可產生反射波。在地表面接收來自不同界面的反射波，可詳細查明地下岩層的分層結構及其幾何形態。

反射波的到達時間與反射面的深度有關，據此可查明地層埋藏深度及其起伏。隨着檢波點至震源距離（炮檢距）的增大，同一界面的反射波走時按雙曲線關係變化，據此可確定反射面以上介質的平均速度。反射波振幅與反射係數有關，據此可推算地下波阻抗的變化，進而對地層巖性作出預測。

反射法勘探採用的最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。除記錄到反射波信號之外，常可記錄到沿地表傳播的面波、淺層折射波以及各種雜亂振動波。這些與目的層無關的波對反射波信號形成干擾，稱為噪聲。使噪聲衰減的主要方法是採用組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個檢波器，有時還需用組合震源代替單個震源，此外還需在地震數據處理中採取進一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射，因而在地面可記錄到經過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射係數的界面,可能產生較強振幅的多次反射波,形成干擾。

反射法觀測廣泛採用多次覆蓋技術。連續地相應改變震源與檢波點在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面，反射點在炮檢距中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應各記錄道組成共中心點道集，它是地震數據處理時所採用的基本道集形式，稱為CDP道集。多次覆蓋技術具有很大的靈活性，除CDP道集之外,視數據處理或解釋之需要,還可採用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。採用多次覆蓋技術的好處之一就是可以削弱這類多次波干擾，同時尚需採用特殊的地震數據處理方法使多次反射進一步削弱。

反射法可利用縱波反射和橫波反射。岩石孔隙含有不同流體成分，岩層的縱波速度便不相同，從而使縱波反射係數發生變化。當所含流體為氣體時，岩層的縱波速度顯著減小，含氣層頂面與底面的反射係數絕對值往往很大，形成局部的振幅異常，這是出現“亮點”的物理基礎。橫波速度與岩層孔隙所含流體無關，流體性質變化時，橫波振幅並不發生相應變化。但當岩石本身性質出現橫向變化時，則縱波與橫波反射振幅均出現相應變化。因而，聯合應用縱波與橫波，可對振幅變化的原因作出可靠判斷，進而作出可靠的地質解釋。

地層的特徵是否可被觀察到，取決於與地震波波長相比它們的大小。地震波波速一般隨深度增加而增大，高頻成分隨深度增加而迅速衰減，從而頻率變低，因此波長一般隨深度增加而增大。波長限制了地震分辨能力，深層特徵必須比淺層特徵大許多，才能產生類似的地震顯示。如各反射界面彼此十分靠近，則相鄰界面的反射往往合成一個波組，反射信號不易分辨，需採用特殊數據處理方法來提高分辨率。 ^[2] 

利用折射波（又稱明特羅普波或首波）的地震勘探方法。地層的地震波速度如大於上面覆蓋層的波速，則二者的界面可形成折射面。以臨界角入射的波沿界面滑行，沿該折射面滑行的波離開界面又回到原介質或地面，這種波稱為折射波。折射波的到達時間與折射面的深度有關，折射波的時距曲線（折射波到達時間與炮檢距的關係曲線）接近於直線，其斜率決定於折射層的波速。

震源附近某個範圍內接收不到折射波，稱為盲區。折射波的炮檢距往往是折射面深度的幾倍，折射面深度很大時，炮檢距可長達幾十公里。

直接測定地震波速度的方法。震源位於井口附近，檢波器沉放於鑽孔內，據此測量井深及時間差，計算出地層平均速度及某一深度區間的層速度。由地震測井獲得的速度數據可用於反射法或折射法的數據處理與解釋。在地震測井的條件下亦可記錄反射波，這類工作方法稱為垂直地震剖面(VSP)測量,這種工作方法不僅可準確測定速度數據，且可詳查鑽孔附近地質構造情況。 ^[4] 

“數字技術革命”始於20世紀60年代，經過40 多年的發展，地震勘探技木取得了巨大進步，主要體現在：

首先，地震勘探由解決單一的構造問題向解決巖性，地層和油氣檢測方向發展；

其次，地震勘探由油氣勘探向油田開發、油藏工程方向發展，並卓有成效。

進入20世紀90年代以來，地球物理界的新浪潮——“高精度、複雜化”正處於另一次飛躍性變革時期，這期間的主要標誌是：

1、三維地震逐步取代二維地震，並在確定評價井位、計算油氣儲量、制定開發方案等過程中起着越來越重要的作用；

2、疊前深度偏移技術解決了複雜地質現象的精確成像問題；

3、其他領域的理論、方法被引入地震勘探領域，如神經網絡技術、小波變換、分形分維、模式識別、生物進化等。

進入21世紀後，三維可視化解釋系統、時移地震技術、隨鑽井孔（測井、VSP〕監測技術、彈性阻抗反演技術，疊前深度偏移技術、深度域地震信息展示技術、全矢貴波場成像技術、固體地球模型技術、智能化油田開發監測技術、新塑計算機技術等正在進一步發展完善，並逐步投入生產實踐。一系列高新技術的迅猛發展和完善，必將在油氣勘探開發中發揮巨大作用。 ^[1] 

1964年10月1日我國發行了《石油工業》郵票一套，其中第一枚就是“地震勘探” ^[5]