石油地球物理勘探经典教程

什么是地球物理勘探

人类居住的地球，表层是由岩石圈组成的地壳，石油和天然气就埋藏于地壳的岩石中，埋藏可深达数千米，眼看不到，手摸不着，所以，要找到油气首先需要搞清地下岩石情况。怎样才能搞清地下岩石的情况呢？这要从岩石的物理性质谈起。岩石物理性质是指岩石的导电性、磁性、密度、地震波传播等特性，地下岩石情况不同，岩石的物理性质也随之而变化。各种物理性质都表现为一种或几种不同的物理现象，如导电性不同的岩石在相同的电压作用下，具有不同的电流分布；磁性不同的岩石，对同一磁铁的作用力不同；密度不同的岩石，可以引起重力的差异；振动波在不同岩石中传播速度不同等。运用现代技术，完全可以记录到上述物理现象的变化，进而可以了解地下岩石的性质及其分布规律，达到寻找地下油气的目的。我们把这种以岩石间物理性质差异为基础，以物理方法为手段的油气勘探技术，称为地球物理勘探技术，简称物探技术。

古代兵器有刀、枪、剑、戟……，当今的油气地球物理勘探技术又有哪些呢？

通过观测不同岩石引起的重力差异来了解地下地层的岩性和起伏状态的方法，称为重力勘探。油气生成于沉积盆地，应用重力勘探可以确定沉积盆地范围。

通过观测不同岩石的磁性差异，来了解地下岩石情况的方法，称为磁力勘探。在沉积盆地中，往往会分布着各种磁性地质体，磁力勘探可以圈定其范围，确定其性质。

通过观测不同岩石的导电性差异来了解地下地层岩石情况的方法，称为电法勘探，与油气有关的沉积岩往往导电性良好（电阻率低），应用电法勘探可以寻找和确定这类地层。

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通过观测用人工方法（如爆炸）激发的地震波在不同岩石中的速度变化及其他特征来了解地下岩石情况的方法，称为地震勘探。在以上这四种方法中，重力、磁力、电法三种方法联合起来应用往往可以找出可能有油气的盆地在哪里？盆地中哪里是隆起，哪里是坳陷，哪里是可能最有利的构造等等。这种工作是在找油的开始阶段做的，一般叫做普查。

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地震勘探是地球物理勘探最主要的一种勘探方法，具有勘探精度高，能更清晰地确定油气构造形态、埋藏深度、岩石性质等优点，成为油气勘探的主要手段，并被广泛应用。

由地球物理勘探这四种基本方法，还可以派生出许多新方法、新技术。鉴于地震勘探在油气地球物理勘探中的地位，本书将重点深入地介绍地震勘探方法。

石油及天然气是怎样形成和保存的

在日常生活中，当你把少量的水洒到海绵上时，会发现水渗入海绵的孔隙中，且不会流出。与这种现象相似，石油和天然气是储存在有孔隙的岩石中的，储存油气的地层叫油气储层。储层中的油气很不稳定，往往会借助地下岩石孔隙相连而形成的通道，由压力大的地方向压力小的地方移动，只有遇到阻挡物时才会停止运移。在阻挡物处油气由少聚多，并且越聚越

多，这种阻挡油气的地方一般称为圈闭。当圈闭像一个倒扣的锅时，专业人员称它为构造圈闭。当然还有其他形式的圈闭。如果这些圈闭正好被致密的、不透水的岩石所组成的地层盖住，油气从圈闭中流不走，也挥发不掉，使油气最终定居在这里，就形成油气田。

那么油气是怎样生成的呢？对于石油和天然气的生成有几种学说，占主导地位的有机生成学说认为，石油和天然气是生物（包括动植物、微生物等）死亡后演变而成。一般认为，海洋或湖泊中生活的生物，死后沉入水底，与从陆地上随河流搬运来的沙石一起，在水底形成沉积物。由于这些沉积物与空气隔绝，不容易腐烂，这些沉积物便不断地一层一层地向上堆积，经过几十万年至几百万年，堆积厚度可达几百米至数千米。随着堆积厚度的增加，压力、温度也随之升高，沉积物中的动植物、微生物就发生复杂的物理、化学变化，使有机质逐渐转化为深埋地下的油气，这些生成油气的地层就是生油岩。那么，深埋在地下、看不见又摸不着的石油和天然气，怎样才能找到呢？最有效的方法是利用油气和它周围物质物理性质上的差异才能找到，也就是说用地球物理方法，特别是用地震勘探技术才能找到。我们今天使用的石油和天然气是在几十万年至几百万年前的历史长河中逐渐形成的。油气真是来之不易，我们要注意节约。

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为什么说地球物理勘探是寻找油气的主力军和排头兵

地下油气不是到处都有的，它大多生成在称为沉积岩的地层中，储存于有利的构造（圈闭）内，只有将钻井打在含油气的构造上才能见到油气。油气田的地表多种多样，有平原、沙漠、戈壁、山区、湖泊和海洋；地下情况更加复杂多变，地层有起有伏，含油气地层厚薄不一，埋藏深浅相差悬殊，岩性也各不相同。我们通过什么来了解地下这些地质情况呢？尽管古代人早就发明了钻井技术，但钻井成本太高，目前钻一口井少则上百万，多则数千万元，花费很大，而且打井只是一孔之见，难以全面掌握地下地质情况。在钻井之前，如能应用地球物理方法选准钻井的地方，这样做往往能比较快、比较省、比较好地解决这一难题。

地球物理勘探的方法很多，各有特点和长处。对一个地区来讲，首先要快速找到沉积盆地，并对盆地的地质结构有个总体的了解，这方面重磁电勘探有明显的优势，它不仅能快速划定沉积盆地的边界，提供盆地内的沉积岩分布及厚度等基本地质信息，而且还能概略地指出含油气有利区带和对油气资源进行初步评价，为下一步勘探做好向导。但是，要想找到油气仅凭重磁电勘探成果还不够，还需要对盆地进行详细勘查，这时，就需要开展精度更高的地震勘探工作。最后应用多种地球物理信息进行综合分析，进一步查明地下地质情况的细节，为钻探提供井位。从石油勘探到建成油气田，是一个较长时间的调查研究、反复认识的过程，在这个系统工程中，地球物理勘探作用很大，在勘探油气的诸多工种中地球物理勘探这道工序最靠前，因此被称为主力军和排头兵。

大庆油田的发现充分地说明了这一勘探过程。大庆油田位于松辽盆地，对它的勘探始于1955年。在对盆地的周边进行地质调查的基础上，首先开展了全盆地的地球物理勘探工作，通过多种资料的综合解释，对盆地的结构有了初步了解，发现盆地中央有一个大型的构造带。经反复论证，该构造带是储存油气的有利场所，并选择构造带上最有利的部位，部署了松基3井，钻探结果完全证实了物探工作的推断。松基3井的喷油，宣告了大庆油田的发现。大庆油田的开发，从根本上改变了中国石油工业的面貌，促进了石油工业的全面发展。尔后，在华北、环渤海湾以及西部诸多油气田等几乎所有油气田的发现和开发中，地球物理勘探工作都起到了主力军和排头兵的作用。

话说地球的磁场及磁化作用

说起磁性，大家一定会想到磁铁和指南针。一块磁铁能把铁钉吸引起来，说明它具有一种特殊的力?磁力。远在公元前4世纪的春秋战国时期，中国人就知道磁石具有这种特性?磁性。到了公元前250年的战国末年，中国的祖先用天然磁石做成汤匙状，然后放在刻有方位文字的光滑铜盘上，用它指示方向，这就是世界上最早的指南针，当时叫做“司南”。大约在公元838年，中国首先把指南针用于航海，而且在其他方面，指南针的使用也已相当盛行。直到公元12世纪，中国的指南针才由阿拉伯商人传到欧洲。指南针是我国古代四大创造发明之一，显示了中国劳动人民的智慧，为世界科学技术的发展做出了杰出的贡献。

中国指南针传入欧洲以后，英国人威廉?吉尔伯特进行了大量研究，他在1600年通过实验提出，地球本身就是一个大磁铁，具有南北不同的极性，并在其周围形成了地磁场。这就解释了指南针一端指向地磁南极，另一端指向地磁北极的现象。磁铁没有跟铁钉接触，就能把铁钉吸了起来，就是通过这种看不见、摸不着的传递媒质?磁场发生作用的。地磁场的分布范围很广，从地核到地球以外几万千米的空间都存在。地磁场对地下岩（矿）石也会产生作用，可使没有磁性的岩（矿）石具有磁性，并形成了自己的磁场，这叫做磁化作用。