深层地震

第17卷 第4期 地 球 物 理 学 进 展 Vol.17 No.4 2002年12月(564~574) PROGRESS IN GEOPHYSICS Dec.2002

深层地震勘探的地震波传播理论研究前景

田春志1 刘 洪2

(大庆石油学院1,安达151400;中国科学院地质与地球物理研究所2,北京100101)

[摘 要] 深层地震勘探为地震波传播理论研究提出了新的挑战和机遇.深层地震勘探的主要难点是上覆层的影响甚大,使后续的处理有隔靴挠痒之感,必须应用波场延拓消除上覆层影响.深层波速的高速性和横向不均匀性决定了大角散射和弹性波处理方法的重要性.本文具体评述了深层地震勘探的主要方法对策,深入探讨了波场延拓的李群方法和弹性反演的某些问题,目的在于为深化深层地震勘探提供新的研究手段和方法.

[关键词] 深层地震勘探;波场延拓;李群方法;弹性反演

[中图分类号] P618 [文献标识码] A [文章编号] 1004 2903(2002)04 0564 11

0 引 言

深层天然气是今后天然气勘探的重要领域[1],是实现并完成天然气储量任务的重要保障,深层天然气勘探技术的深入研究对松辽盆地油气勘探与开发具有重要的现实意义.深层特殊岩性储层的形成是松辽盆地由裂谷盆地向凹陷盆地发展过程中形成的产物,因地质年代相对久远,地层岩性多变,加之多期不同的构造运动的叠合,使特殊岩性储层的构造格局十分复杂,其中登娄库组储层具有高地温场、强成岩作用、弱反射系数的特征,侏罗系具有多期火山活动,多种类型储层,构造起伏剧烈,反射连续性差的特点,在利用目前地震资料进行地质解释研究时,往往存在着构造解释多解性强,构造、岩性圈闭识别精度低的问题,针对深层的构造复杂,砂砾岩、火山岩储层具强非均匀特征,地震波能量弱、分辨能力低、信噪比低特点,在地震资料的采集、处理、解释等方面仍有许多理论问题尚需深入研究.

针对地震波能量弱,可以考虑扩大面元叠加[2].但由于走时曲线非双曲线性质[3],直接叠加会损失信号.一种可能的考虑是,通过剩余动校正,将非双曲线校正为双曲线再叠加,但剩余动校正不能校正焦散走时曲线,剩余动校正扩大面元叠加有可能损失复杂构造引起的绕射波,从而影响复杂构造断点的成像.信噪比低特点,需要考虑消除规则干扰和随机噪声的方法.规则干扰包括面波、多次波[4].随机噪声主要表现为野值、高斯型随机噪声、非高斯型随机噪声.随机噪声的消除办法,主要靠叠加.束叠加是一个重要探索方向[5],由此引发对边缘小波、曲线小波的探索[6,7].分辨能力低主要考虑粘弹性损耗对波形的补偿问题,还需要考虑速度频散造成的迭加损失分辨率问题[8,9].为了考虑强非均匀储层特征的刻画,需要考虑非水平地层剥蚀不整合面的散射,这需要考虑对称轴非垂直的横向各向同性介质的反射和透射[10 12].为了考虑强非均匀储层特征的刻画,还需要考虑近源沉积造成的相带快速变化,即地震波的振幅有较强的横向变化.

[收稿日期] 2002 05 20; [修回日期] 2002 09 30.

[基金项目] 中国科学院知识创新工程重大项目(KZCXI y01),国家自然科学基金和大庆石油管理局项目(49894190)资助.

[作者简介] 田春志,1963年3月生,男,黑龙江省庆安县人,1985年长春地质学院获学士学位,现为大庆石油学院博士研究生,从事油气勘探开发研究.

波动方程基准面通过波动方程波场深度延拓,可将炮点和接收点都延拓到地下某一深度的平面上.这样可以校正上覆层的透镜效应和对走时的影响,使目标层的多值走时曲线能展开成单值曲线并接近双曲线,振幅更逼真.同时可大幅度减少后续处理和成象的工作量.波动方程基准面方法从根本上消除了上覆层速度横向不均匀的影响,使依赖近双曲线的分频叠加和去噪技术有可能用于深层资料.

因此,为开展深层高分辨率三维地震勘探方法研究,需要进行理论研究,其核心关键技术是波动方程基准面和叠前反演技术,其基础是深化地震波理论研究.本文评述了通过李群方法研究深化地震波理论研究的研究前景.

1 深层地震勘探方法国内外发展现状

美国科罗拉多矿业学院地震波场中心(CWP)近年着重研究复杂构造的速度 深度模型建立、地震波场的正演模拟、叠前深度偏移和反演方法,在以层析成像技术为基础的速度分析方面取得了重要进展.斯坦福大学地球物理项目组主要集中于叠前去噪和波动方程叠前深度偏移,分别在信号保真的噪音压制预测方法和方位角域叠前深度偏移取得重要研究进展.法国石油研究院重点是利用反射波层析成像方法确定速度模型,在无需层位拾取的速度分析方面取得了进展.德国卡尔斯鲁厄大学地球物理研究所提出了共反射面元叠加方法,可大幅度提高地震资料信噪比和分辨率,但用于深层尚有焦散问题待解决.

对于裂隙性储层的地球物理预测,美国麻省理工学院地球物理系基于各向异性介质的地震波传播理论,研究了利用叠前信息识别裂隙储层发育条件的理论方法,在振幅、频率、相位随入射角(或炮检距)变化的储层条件分析方面取得进展,并在委内瑞拉油气田勘探中取得效果,这为利用叠前信息识别和预测裂隙储层的研究提供了可借鉴的经验.

国内新疆、大港、胜利等油田对火山岩油气藏研究积累了一些资料和经验[10]

,但在深层地震资料处理和解释方面,尤其在火山岩储层预测、储层描述等方面尚未形成成套的勘探方法和技术.大庆油田在深层方面的研究,盆地内部侏罗系和火山岩分布、层序划分、深层油气成藏机制、地球物理识别等方面取得了重要研究进展,并在实际勘探中取得了重大突破.但因深层地质结构复杂、沉积类型多样、储集介质类型多、气藏控制因素复杂,尚需深入开展储层定量、半定量描述的地质与地球物理综合方法研究.

通过 七五!、 八五!、 九五!连续攻关,我国东部主力油田的中浅层高分辨地震勘探已取得丰硕成果,形成了一套行之有效的高分辨率、高信噪比地震勘探采集、处理、解释方法及流程,其关键技术是分频速度估计、分频叠加、反褶积、剩余静校正.将但其应用与深层有焦散问题待解决.若能与波动方程叠前深度延拓技术相结合,则可为更复杂的深层储层建模提供了前期技术保障.在此基础上进行精细储层地质建模,需要大力发展断层检测技术和地层分析.尽管相干数据体技术用于断层检测已引起了广泛关注[13 15],但其用于地层分析效果并不明显[16,17].随着对分辨率、处理速度、地质信息含量的要求越来越高,需要更合理有效的断层检测和地层分析技术[18,19].最近,在国际信号处理领域正在研究噪声为非高斯分布的边缘检测和信号分析技术,提出了独立分量分析[20,21]、Hilbert Huang 变换[22],在石油勘探信号处理领域已取得一定进展.其科学依据是,Nature 杂志1996年曾报告了一种图像处理中的稀疏分量分析方法.其目的是如何用最少的数据表示一个图像,所得到的稀疏分量主要

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