地球物理勘探技術(shù)中的地震勘探技術(shù)研討*

韓曉飛，白若冰，閆俊義，李 宇

（1.陜西省地震局，陜西 西安 710068；2.陜西西安地球深部構(gòu)造野外科學(xué)觀測研究站，陜西 西安 710068；3.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054）

地震勘探是地球物理勘探的重要方法之一，其通過人工激發(fā)地震波在地層中的傳播規(guī)律來對地質(zhì)情況進(jìn)行勘探。地震波經(jīng)過激發(fā)后向地下傳播，不同彈性地層分界面會有不同的反射波或者折射波反到地面，經(jīng)過對地震波傳播時(shí)間以及波狀的記錄，能夠?qū)睖y界面的深度與形態(tài)進(jìn)行更準(zhǔn)確地測定，從而對其巖性進(jìn)行合理判斷。在實(shí)際勘探過程中，地震勘探多應(yīng)用在天然震源的勘測上。地震勘探也是直接找油、勘探含油氣構(gòu)造的主要物探方式，一般在鹽巖礦床、煤田、層狀金屬礦床的勘探以及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等問題的解決上應(yīng)用較為廣泛。

1 地球物理勘探以及地震勘探技術(shù)的概述

1.1地球物理勘探的概述

地球物理勘探技術(shù)主要是觀測地球上各物理場分布及其變化趨勢，多勘探礦石、巖石、圍巖等導(dǎo)電性、磁化性質(zhì)、物理性質(zhì)差密度、放射性等。同時(shí)，地球物理勘探技術(shù)也會對地球本體的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、形成與構(gòu)成、演化與發(fā)展的自然規(guī)律與現(xiàn)象進(jìn)行研究與分析。

地球物理勘探時(shí)，其會借助巖石的放射性、熱導(dǎo)性、彈性、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及密度等性質(zhì)拉力進(jìn)行勘探。同時(shí)，地球物理勘探的方法有很多種，如核法勘探、地溫法勘探、地震勘探、電法及磁法勘探、重力勘探等等。從空間位置與區(qū)域差異來進(jìn)行地球物理勘探，其還可以分為海洋、航空、地面、鉆孔等地球物理勘探。從研究對象角度來分析，地球物理勘探也可以分為水文地質(zhì)、煤田、石油、金屬、工程地質(zhì)、深部地質(zhì)等地球物理勘探。其中，地震勘探技術(shù)是近些年地球物理勘探方面發(fā)展快速的勘探技術(shù)。隨著信息科技的快速發(fā)展，三維地震技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，并得到了廣泛的推廣和使用。在國際石油勘探開發(fā)的過程中，物探技術(shù)逐漸發(fā)揮著重要的作用與價(jià)值，其是滿足勘探開發(fā)需求的重要?jiǎng)恿?。同時(shí)，隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地球物理勘探儀器也得到了更好地?fù)Q代與升級，其逐漸向智能化、數(shù)字化、多功能、高精度以及輕便化的方向發(fā)展與演變[1]。

1.2 地震勘探技術(shù)概述

地震勘探主要是通過對地下介質(zhì)彈性與其密度之間的差異進(jìn)行利用，通過對人工激發(fā)地震波的響應(yīng)進(jìn)行觀測與分析來對地下巖層的形態(tài)與性質(zhì)進(jìn)行推斷的一種物探方法。地震勘探是在油氣資源開采之前勘探的重要方式和手段，其廣泛應(yīng)用在地殼的研究、區(qū)域地質(zhì)情況的調(diào)查、工程地質(zhì)情況的勘察、煤礦資源地質(zhì)情況的勘測領(lǐng)域。地震勘探技術(shù)的應(yīng)用原理主要在地表，利用人工方法來激發(fā)地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ虻叵聜鞑r(shí)遇有介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波會發(fā)生折射或者反射的響應(yīng)，同時(shí)在淺井或者地表中運(yùn)用檢波器來進(jìn)行地震波的接收。然后再利用地震波的信號、檢波點(diǎn)位置、震源的特性以及地下巖層的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)推斷是否存在油氣資源等。在分層的詳細(xì)程度以及勘查的精度上，地震勘探技術(shù)比其他地球物理勘探方法有更大的優(yōu)勢。地震勘探技術(shù)的勘探深度通常是從數(shù)10米到數(shù)10千米不等，其波及和勘測的范圍和深度比較廣。但是地震勘探技術(shù)應(yīng)用的最大難題在于分辨率的提高。高分辨率對地下精細(xì)的構(gòu)造研究非常有利，從而能更詳細(xì)了解地層的構(gòu)造與分布。

在地震勘探過程中，爆炸震源是一種應(yīng)用較為廣泛的人工震源。當(dāng)前，氣動震源、連續(xù)震動源都是持續(xù)發(fā)展而來的地面震源，但是在陸地地震勘探實(shí)踐過程中，應(yīng)用的震源方式依然是炸藥。海上地震勘探的震源一般應(yīng)用的是電火花引爆氣體、蒸汽槍以及空氣槍等震源方式[2]。

2 地球物理勘探技術(shù)中的地震勘探技術(shù)研究

2.1 采集地震勘探的相關(guān)資料與信息

在利用地震勘探進(jìn)行探測地質(zhì)與巖層情況時(shí)，通常利用的都是地震波，而該地震波會反映出一些與地層性質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)或者信息，通過這些數(shù)據(jù)信息能夠知曉地下地層的起伏高低情況，對于其是軟硬地層進(jìn)行分辨，厚度是多少進(jìn)行辨別，并對空隙中所含的是水、天然氣還是石油等資源進(jìn)行探知。而為了能夠?qū)@些地層、巖石等信息進(jìn)行更好地了解，應(yīng)進(jìn)一步利用地震勘探技術(shù)運(yùn)動學(xué)特征中的波傳播時(shí)間與空間的關(guān)系，利用地震波的動力學(xué)特征的振幅、頻率以及波傳播相位變化規(guī)律來反映地下巖體的特性。而在利用地震勘探技術(shù)之前，要先采集這些與地震勘探相關(guān)的資料和信息。

采集地震勘探相關(guān)信息和資料的主要順序和流程是先進(jìn)行測量，使用炸藥震源時(shí)要在鉆淺井孔埋炸藥，然后埋檢波器，最后進(jìn)行電纜線布置。在進(jìn)行測量時(shí)，要事先對測線位置、爆炸點(diǎn)與接收點(diǎn)的位置進(jìn)行更好地確定。鉆井時(shí)，要向能夠使用炸藥的淺井投放炸藥，實(shí)現(xiàn)炸藥的埋放；炸藥爆炸以后會釋放出地震波，地震波遇到巖層界面會反射到地面，然后利用檢波器接收到儀器車中，儀器車會將檢波器收回來的信號進(jìn)行記錄，從而獲得了埋藏地下油氣等資源的地震記錄。如果在高原地帶實(shí)施地震勘探，要對其地形以及黃土覆蓋層進(jìn)行全面勘測與調(diào)查，分析其作用和影響，然后加大孔深力度和炸藥量，運(yùn)用先進(jìn)的處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息的采集與獲取[3]。

采集設(shè)備技術(shù)水平的優(yōu)劣直接影響著地震資料采集技術(shù)的應(yīng)用效果。只有重視資料采集設(shè)備水平的提升與發(fā)展，才能夠推動地震資料采集效率的更好提升。在以前，采集資料的地震儀器主要運(yùn)用電子管元件，其比較笨重、體積較大，地震波在地下傳播的過程多利用照相的方法記錄在相紙上，而這些線條有時(shí)很亂，沒有條理，時(shí)而波峰、時(shí)而波谷，這些都是構(gòu)成光點(diǎn)地震記錄的主要內(nèi)容。而在這些記錄上，人們只能利用其反射時(shí)間來對地層下巖石的構(gòu)造形態(tài)等進(jìn)行推斷，運(yùn)用這種傳統(tǒng)的地震資料獲取方式，我國發(fā)現(xiàn)了黑龍江省的大慶油田以及新疆的克拉瑪依油田。當(dāng)前，我國在獲取地震勘探資料時(shí)，應(yīng)用的是三維數(shù)字地震勘探技術(shù)，地震資料獲取的儀器的性能比較精準(zhǔn)，適用性很強(qiáng)。

2.2 強(qiáng)化與提升地震勘探的精準(zhǔn)性

以前的地震勘探中，一般能夠接收到的地震波都是中頻或者低頻的，如果地震波的頻率低，那么其分辨能力就不高，因而此時(shí)的地震資料只能對幾十米或者百米左右大套地層的厚度進(jìn)行分辨。近些年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，地震勘探的程度也在逐漸提升，地震勘探人員不僅需要分清和辨別幾十米或者上百米厚度的大套地層，還要對厚度為幾米或者十幾米的薄層進(jìn)行準(zhǔn)確劃分，這就需要加大對分辨率問題的研究與分析。

近幾年，在油氣資源的勘探上，地震勘探技術(shù)的應(yīng)用效果較為顯著，但是在油氣儲層的研究上還存在一些局限和不足亟待解決，重視對地震勘探分辨率的提升是解決該問題和局限的重要方式和途徑。而在當(dāng)前，在油氣層的尋找方面，地震探勘技術(shù)的分辨率并不是很高，當(dāng)物體埋藏在地下3千米-5千米深時(shí)，運(yùn)用地震勘探技術(shù)只能分辨出15米左右厚度的地層，而經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，油氣層多儲存在幾米厚的地層或者出現(xiàn)在薄厚層的中間地帶，如果要對這類地層進(jìn)行清晰的勘察與辨別，只依靠目前的地震勘探技術(shù)是不可取的。

鑒于此，為了能夠促進(jìn)地震勘探的分辨率得到更好提高，使得地震波中的高頻成分的清晰度得到更好提高，必須要從采集、處理與解釋地震資料入手。在激發(fā)和接收高頻成分的地震波時(shí)，既要保證能量足夠強(qiáng)，還要最大化地減少炸藥的使用量，這樣才能夠促進(jìn)高頻成分的地震波得到更好地接收。在接收地震波時(shí)，要對適用的檢波器進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，同時(shí)為了能夠減少惡劣天氣等干擾因素對地震波接收產(chǎn)生不良影響，最好將檢波器放在淺井中或者插在坑里用土掩埋，這樣能夠最大化地提升檢波器的利用效率。同時(shí)為了能夠促進(jìn)檢波器接收總體能量得到更好提升，并能夠有效地防止外來因素的影響和干擾，可以將多個(gè)檢波器進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)接收，其效果較為理想。此外，減小采樣之間的間隔、增加地震儀器接收的道數(shù)，也實(shí)現(xiàn)了接收微弱高頻信號的目標(biāo)。在提高信號接收的分辨率以后，對于很小的地質(zhì)體就可以進(jìn)行有效勘探，對于更小的斷層、更薄的地層以及砂體等進(jìn)行探測，尋到油氣資源[4]。

2.3 海洋油氣資源的勘探

我國的海洋油氣資源儲量較為豐富，但是如何尋得海洋中的油氣資源，重視地震勘探技術(shù)的應(yīng)用是非常有必要的。一般情況，在海上如果沒有標(biāo)志物我們是分不清方向的，并不清楚自己所在的位置，因而勘探海洋油氣資源的難度非常大。但是海上油氣資源的勘探與陸地油氣資源的勘探目標(biāo)是一致的，其方法和原理也是相同的，唯一不同的是海洋的特殊環(huán)境，因而在系統(tǒng)定位、激發(fā)地震波以及接收高頻信號的方式會有所差異。在海洋上我們不能夠應(yīng)用經(jīng)緯儀等方式來進(jìn)行定位，而是應(yīng)用較為先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)來進(jìn)行定位。當(dāng)前，在海上進(jìn)行定位時(shí)，應(yīng)用的定位設(shè)備主要有無線電導(dǎo)航定位設(shè)備以及高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，也就是我們常說的GPS定位技術(shù)，其通過對人造地球衛(wèi)星發(fā)射的電磁波進(jìn)行利用實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航與定位，其具有高精度、全天候以及全球覆蓋的優(yōu)勢，在海洋油氣資源的勘探與開發(fā)方面發(fā)揮著不可估量的作用與價(jià)值，并得到了更加廣泛的應(yīng)用。利用GPS導(dǎo)航定位技術(shù)能夠隨時(shí)隨地對拖著檢波器和震源的航船位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。與此同時(shí)，在地震波的激發(fā)方面，海上與陸上的方法也不盡相同，陸上油氣資源的勘探能夠運(yùn)用炸藥當(dāng)作震源，但是海上不可以。在海上應(yīng)用炸藥當(dāng)作震源會嚴(yán)重污染海洋，使得海洋的生態(tài)環(huán)境或者生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致海洋生物的大量死亡。同時(shí)，在海洋上應(yīng)用炸彈當(dāng)作震源，容易產(chǎn)生很多氣泡，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波，而這種沖擊波會對有效地震波產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致地震勘探失敗。因此，在海洋油氣資源的勘探上，主要應(yīng)用的是非炸藥震源，即空氣槍震源。在尋找海洋油氣資源的過程中，利用航船拖著檢波器和震源進(jìn)行連續(xù)勘測，因?yàn)楹Ｑ蠓秶^大，且沒有障礙物，無需放炮、鉆炮眼，就可以實(shí)現(xiàn)測線工作和連續(xù)作業(yè)，所有的地震勘探設(shè)備都在一條航船上，航船上裝備著較為先進(jìn)且精密的記錄儀器、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)儲存設(shè)備、娛樂場所、生活必需品等，同時(shí)航船上還配備了導(dǎo)航系統(tǒng)和雷達(dá)，無論是黑夜還是白晝、晴好天氣還是惡劣天氣，都可以實(shí)現(xiàn)全天候的連續(xù)作業(yè)，因此，在海洋上利用地震勘探技術(shù)，其應(yīng)用效果較好，成本消耗低、工作效率高且速度快，能夠快速尋找到海洋中的油氣資源。

2.4 勘探煤層采空區(qū)的技術(shù)研究

在勘探煤礦資源的過程中，由于煤層在開采之后會形成采空區(qū)，且煤層和頂板巖層之間的反射系數(shù)存在差異，煤層能夠有較強(qiáng)能量的地震反射波產(chǎn)生。如果這時(shí)進(jìn)行煤層開采，那么煤層的采空區(qū)會有頂板塌陷問題發(fā)生，還會對煤層的連續(xù)性產(chǎn)生破壞。而地震勘探技術(shù)能夠?qū)γ簩拥牟煽諈^(qū)進(jìn)行更加精準(zhǔn)的識別，地震反射波在煤層采空區(qū)會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，煤層反射與頂板反射之間的系數(shù)差異較小，因而會出現(xiàn)空白區(qū)。在應(yīng)用地震勘探技術(shù)來探測煤層采空區(qū)時(shí)，由于其下層沒有遭到破壞，能夠?qū)ζ浞瓷洳ㄟM(jìn)行連續(xù)追蹤。應(yīng)用地震勘探技術(shù)能夠?qū)γ簩硬煽諈^(qū)進(jìn)行快速判斷，還能夠勘探和查明煤層的沖刷帶、陷落柱以及小褶曲等地質(zhì)信息和資料，防止一些煤層采礦安全事故的發(fā)生，提升煤礦資源開采的效率與安全性。

3 結(jié)束語

綜上所述，在石油、天然氣等資源勘探過程中，利用地球物理勘探中的地震勘測技術(shù)是一種有效的方法。地震勘測技術(shù)的應(yīng)用主要依賴的就是地震波，通過對地震波動力學(xué)特性以及運(yùn)動學(xué)特性的分析與掌握，強(qiáng)化對地震勘探資料的有效采集、地震勘探精度的持續(xù)提升，區(qū)分海洋、陸上油氣資源勘探過程中的震源應(yīng)用類型及其特殊性，不斷優(yōu)化與提升地震勘探的實(shí)際應(yīng)用效率，更好地對海洋與陸上的油氣等資源進(jìn)行勘探，為油氣資源開采效率的提升非常有利，對于我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、全面發(fā)展也非常有益。