1地球物理勘探基础知识

地球物理勘探基础知识 一、基本概念1石油石油是一种液态的，以碳氢化合物为主要成分的矿产品。原油是从地下采出的石油，或称天然石油。人造石油是从煤或油页岩中提炼出的液态碳氢化合物。组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧。2石油成因的学说主要有无机成因和有机成因学说。多数学者认为石油主要是有机成因的。3生油岩 按照有机成因学说，大量的微体生物遗骸与泥砂或碳酸质沉淀物埋藏在地下，经过长时期的物理化学作用，形成富含有机质的岩石，其中的生物遗骸转化为石油。这种岩石称为生油岩。4储集层 是指能够储存和渗滤油气的岩层，它必须具有储存空间(孔隙性)和储存空间一定的连通性(渗透性)。储集层中可以阻止油气向前继续运移，并在其中贮存聚集起来的一种场所，称为圈闭或储油气圈闭。5油气藏 圈闭内储集了相当多的油气，就称为油气藏。6油气田 在地质意义上，油气田是一定(连续)的产油面积内各油气藏的总称。该产油面积是受单一的或多种的地质因素控制的地质单位。7油气聚集带 油气聚集带是油气聚集条件相似的、位置邻近的一系列油气藏或油气田的总和。它具有明确的地质边界区，形成年产原油430万吨和天然气3.8亿立方米生产能力。8含油气盆地 在地质历史上某一时期的沉降区，接受同一时期的沉积物，有统一边界，其中可形成并储集油气的地质单元，称做含油气盆地。9生油门限 生油岩在地质历史中随着埋藏在地下的深度加大，受到的压力和温度增加，其中的有机质逐步转变成油或气。当生油岩的埋藏到达大量生成石油的深度(也是与深度相应温度)时，叫进入生油门限。10油气地质储量及其分级 油气地质储量就是油气在地下油藏或油田中的蕴藏量，油以重量(吨 )为计量单位，气以体积(立方米)为计量单位。地质储量按控制程度及精确性由低到高分为预测储量、控制储量和探明储量三级。地处豫西南的南阳盆地，矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市，分布在新野、唐河等8县境内。已累计找到14个油田，探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。1995年年产原油192万吨。11油(气)按储量可分 按最终可采储量值可分成4种：特大油(气)田：石油最终可采储量大于7亿吨(50亿桶)的油田。天然气可按1137米3气=1吨原油折算。大型油(气)田：石油最终可采储量0.77亿吨(550亿桶)的油(气)田。中型油(气)田：石油最终可采储量7107100万吨(0.55亿桶)的油(气)田。小型油(气)田：石油最终可采储量小于710万吨(5000万桶)的油(气)田。12按圈闭类型划分油气藏 有构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏三大类。后两类比较难于发现，勘探难度大，称为隐蔽圈闭油气藏。13岩石分类 岩石分沉积岩、火成岩及变质岩三大类。多数油、气储存于沉积岩中，火成岩及变质岩中也可以储存油、气。常见的沉积岩有砂岩、砾岩、泥岩、页岩、石灰岩及白云岩等。14地层及其单位 岩石(特别是沉积岩)常常是由老到新呈现为层状排列的，因而把这些排列在一起的岩石统称为地层。地层的单位有大有小，因其成因和时代及工作需要可把排列在一起的岩石划分为不同的地层单位和系统。15地层时代划分 地层形成的年代有老有新，通常把地层的时代由老至新划分为太古代、元古代、古生代、中生代、新生代等，与“代”相对应的地层单位则称为“界”，如太古界、新生界等。“代”可以细分为“纪”，如中生代分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，新生代分为第三纪、第四纪等，与“纪”相对应的地层单位称为“系”，如侏罗系、第三系等。“纪”和“系”还可以再详细划分，如油、气勘探开发工作中常用到的“组”和“层”，就是更小的地层单位。16三维地震勘探 由于地震勘探的测线只提供了二维的信息，要了解一定面积内的地下情况需要把各条测线的地震剖面进行对比，找出相关的信息推断测线之间的地下情况，才能形成整体概念，这就可能产生相当大的人为误差。三维地震是在一定的面积上采用地下地震信息的方法，它可从三维空间(立体的)了解地下地质构造情况。这种方法可以提供剖面的、平面的，立体的地下地质图构造图象，大大地提高了地震勘探的精确度，对地下地质构造复杂多变的地区特别有效。17高凝油 通常把凝固点在40以上，含蜡量高的原油叫高凝油。辽宁省的沈阳油田是我国最大的高凝油田，其原油的最高凝固点达67。18稠油稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。因为稠油的密度大，也叫做重油。我国第一个年产上百万吨的稠油油田是辽宁省高升油田。19天然气地下采出的可燃气体称做天然气。它是石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体的混合物。天然气按成因一般分为三类：与石油共生的叫油型气(石油伴生气)；与煤共生的叫煤成气(煤型气)；有机质被细菌分解发酵生成的叫沼气。天然气主要成分是甲烷。20干气和湿气油田的伴生天然气，经过脱水、净化和轻烃回收工艺，提取出液化气和轻质油以后，主要成分是甲烷的处理天然气叫干气。一般来说，天然气中甲烷含量在90%以上的叫干气。甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烃的含量在10%以上的叫湿气。21天然气与液化石油气区别天然气是指蕴藏在地层内的可燃性气体，主要是低分子烷烃的混合物，可分为干气天然气和湿天然气两种。干气成分主要是甲烷，湿天然气除含大量甲烷外，还含有较多的乙烷、丙烷和丁烷等。液化石油气是指在炼油厂生产，特别是催化裂化、热裂化、焦化时所产生的气体，经压缩、分离而得到的混合烃，主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。22沉积相指在一定的沉积环境下形成的岩石组合。在沉积环境中起决定作用的是自然地理条件的不同，一般把沉积相分为陆相、海相和海陆过渡相。23油气盆地数值模拟技术油气盆地数值模拟技术主要是从盆地石油地质成因机制出发，将油气的生成、运移、聚集合为一体，充分研究各种地质参数，建立数字化动态模型，并形成一维三维的计算机软件，全方位的描述一个盆地的油气资源形成及地质演化过程。24石油勘探所谓石油勘探，就是为了寻找和查明油气资源，而利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的圈闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程。25地震勘探地震勘探是地球物理勘探中一种最重要的的方法。它的原理是由人工制造强烈的震动(一般是在地下不深处的爆炸)所引起的弹性波在岩石中传播时，当遇着岩层的分界面，便产生反射波或折射波，在它返回地面时用高度灵敏的仪器记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找油气圈闭。26多次覆盖多次覆盖是指采用一定的观测系统获得对地下每个反射点多次重复观测的采集地震波讯号的方法。它可以消除一些局部的干扰，有利于求得较准确的讯号。27地震剖面地震勘探方法是在地面上布置一条条的测线，沿各条测线进行地震施工采集地震信息，然后经过电子计算机处理就得出一张张地震剖面图。经过地质解释的地震剖面图就象从地面向下切了一刀，在二维空间(长度和深度方向)上显示了地下的地质构造情况。28地震勘探的数据处理把记录采集到地震信息的磁带上的大量数据输入到专用的电子计算机中，按照不同的要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和错误的，最后把经过各种处理的数据以波形、线形的形式绘制在胶片上或静电纸上，形成一张张地震剖面。这个过程就称做数据处理。29地震勘探中所说的速度地震勘探所说的速度即是地震波的传播速度。常用的是平均速度，它是地震波垂直穿过某一岩层界面以上各地层的总厚度与各层传播时间总和之比，可以用来把地震记录的时间转换为深度(距离)。此外，还有层速度、均方根速度、叠加速度等。30水平叠加剖面在用多次覆盖方法采集的地震资料处理过程中，把共同反射点的许多道的记录经动校正以后叠加起来，以提高讯噪比(高讯号与噪声的比例)，压制干扰，用这种方法处理所得到的地震剖面叫水平叠加剖面。31叠加偏移剖面在地震资料处理中，在水平叠加的基础上，实现反射层的空间自动归位，用这种方法处理得到的地震剖面，就是叠加偏移剖面。32垂直地震剖面地震源放置于地面，接收的检波器置于深井中，地面激发震动后由不同深度的检波器接收地震波讯号，这种方法获得的地震波讯号是单程的，而不是反射或折射回来的，对分析和认识地下地质构造情况更为准确。33地震资料解释地震资料解释是把经过处理的地震信息变成地质成果的过程，包括运用波动理论和地质知识，综合地质、钻井、测井等各项资料，做出构造解释、地层解释，岩性和烃类检测解释及综合解释，绘出有关的成果图件，对测区作出含油气评价，提出钻井位置等。34地震地层学地震地层学是把地层学和沉积学特别是岩性、岩相的研究成果，运用到地震解释工作中，把地震资料中蕴藏的地层和沉积特征的信息充分利用起来，做出系统解释的方法。35地震层序地震层序是沉积层序在地震剖面图上的反映。在地震剖面图上找出两个相邻的反映地层不整合接触的界面，则两个界面之间的地层叫做一个地震层序。但因为受不整合面影响，其间的地层即地震层序是不完整的，沿不整合面追踪到地层变成整合的之后，这个地震层序才是完整的。36层序地层学层序地层学是在地震地层学基础上进一步发展的新学科，是综合地质、地震资料，详细划分并确立地下地层的层序，从而研究其构造活动、沉积环境的变化、岩相分布等。37地震相地震相是指沉积物(岩层)在地震剖面图上所反映的主要特征的总和。地震相标志分为：内部反射结构；反射连续性；反射振幅；反射频率；外部几何形态及其伴生关系。38合成地震记录合成地震记录是用声波测井或垂直地震剖面资料经过人工合成转换成的地震记录(地震道)。它是地震模型技术中应用非常广泛的一种，也是层位标定、油藏描述等工作的基础，是把地质模型转化为地震信息的中间媒介。39油气检测技术油气检测技术是一种综合利用烃类存在的多种地震特性参数(速度、频率、振幅、相位等)来确定油气富集带的方法。这类技术有许多种，目前常用的有亮点技术和AVO技术等。40储集层预测技术储集层预测技术是综合应用地震、地质、钻井、测井等各项资料对地下储集层的分布、厚度及岩性和物理性质变化进行追踪和预测的一项先进技术。41地震横波勘探地震波(弹性波)的传播有纵波与横波两种，纵波质点位移的方向与波的传播方向平行，横波的质点位移方向与波的传播方向垂直。现在通用的地震勘探方法采集的是纵波的讯号，采集横波讯号的称做地震横波勘探。横波在判断岩性、裂缝和含油气性方面有其固有的优点。此种勘探方法在我国正处于研究和实验阶段。42重力勘探各种岩石和矿物的密度(质量)是不同，根据万有引力定律，其引力也不相同。椐此研究出重力测量仪器，测量地面上各个部位的地球引力(即重力)，排除区域性引力(重力场)的影响，就可得出局部的重力差值，发现异常区，这一方法称做重力勘探。它就是利用岩石和矿物的密度与重力场值之间的内在联系来研究地下的地质构造。43磁力勘探各种岩石和矿物的磁性是不同的，测定地面上各部位的磁力强弱以研究地下岩石矿物的分布和地质构造，称做磁力勘探。由于地球本身就是个大磁体，所以对磁力的预测值应进行校正，求出只与岩石矿物磁性有关的磁力异常。一般铁磁性矿物含量愈高，磁性愈强。在油气田区，由于烃类向地面渗漏而形成还原环境，可把岩石或土壤中的氧化铁还原成磁铁矿，用高精度的磁力仪可以测出这种磁异常，从而与其它勘探手段配合，发现油气田。44电法勘探电法勘探的实质是利用岩石和矿物(包括其中的流体)的电阻率不同，在地面测量地下不同深度地层介质电性差异，用以研究各层地质构造的方法，对高电阻率岩层如石灰岩等效果明显。电法勘探种类较多，我国目前石油电法勘探一般用直流电测深、大地电磁测深、可控源声频大地电磁测深等方法，近期又发展了差分标定电法、大地电场岩性探测法等新方法。45地球化学勘探根据大多数油气藏的上方都存在着烃类扩散的“蚀变晕”的特点，用化学的方法寻找这类异常区，从而发现油气田，就是油气地球化学勘探。油气地球化学勘探方法的种类比较多，常用的是土壤烃气体测量、土壤硫酸盐法、稳定碳同位素法、汞和碘测量法等，还有地下水化学法及井下地球化学勘探法。46地球物理测井地球物理测井简称测井，是在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法，是勘探和开发油气田的重要手段。47测井系列不同的测井仪器有不同的性能和作用，在某种地质条件和钻孔条件下，根据一定的地质或工程目的，采用多种有针对性的测井仪器组合起来进行测井，称为达到这种目的的测井系列。48电阻率测井是在钻孔中采用布置在不同部位的供电电极和测量电极来测定岩石(包括其中的流体)电阻率的方法。通常所用的三电阻率测井系列是：深侧向、浅侧向和微侧向电阻率测井。49声速测井声速测井是利用不同的岩石和流体对声波传播速度不同的特性进行的一种测井方法。通过在井中放置发射探头和接收探头，记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差值，所以声速测井也叫时差测井。用时差测井曲线可以求出储集层的孔隙度，相应地辨别岩性，特别是易于识别含气的储集层。50放射性测井放射性测井即是在钻孔中测量放射性的方法，一般有两大类：中子测井与自然伽马测井。中子测井是用中子源向地层中发射连续的快中子流，这些中子与地层中的原子核碰撞而损失一部分能量，用深测器(计数器)测定这些能量用以计算地层的孔隙度并辨别其中流体性质。自然伽马测井是测量地层和流体中不稳定元素的自然放射性发出的伽马射线，用以判断岩石性质，特别是泥质和粘土岩。51井温测井井温测井又称热测井，它可以进行地温梯度的测量；可以在产液井中寻找产液的井段，在注入井中寻找注入的井段；对热力采油井，可以通过邻井的井温测量检查注蒸汽的效果；可以评价压裂酸化施工的效果等。52地层倾角测井地层倾角测井是在钻孔中测量地层倾斜方向和倾斜角度的方法。根据测得的数据，可以研究地质构造与沉积环境，从而追踪地下油气的分布情况。53井径测井井径测井仪是用来测量钻孔直径的。在未下套管的井中可以测量井径不规则程度，提供下套管固井施工所需要的水泥用量参数；还可根据钻孔的不规则形态，分析判断地下岩层裂缝的发育程度和裂缝的方向。在套管受损坏的井中，可以测量套管损坏的位置和变形情况。54自然伽马射能谱测井自然伽马能谱测井是测量地层中放射性元素铀、钍和钾40的伽马射线强度谱，从而确定它们在地层中的含量，用于分析岩石及流体性质。55声波变密度测井补偿声波测量的是接收到的声波波列的首波达到时间，用于测定地层的声波传播速度，源距较短，其资料用来计算地层孔隙度和确定气层。全波列声波测井记录的是接收到的声波全部波列，可测定岩层的弹性模量，其源距较长，用于求解岩层强度、检查压裂效果及固井质量等，在求解地层孔隙度及判断气层方面比补偿声波更为准确。56三孔隙度测井指补偿中子、补偿密度及补偿声波测井。57测井解释的“四性”“四性”是指地层的岩性、储集性(孔隙度、渗透率)、含油性和物理性。58测井相测井相又名电相，是从测井资料中提取与岩相有关的地质信息，并将测井曲线划分若干个不同特点的小单元，经与岩心资料详细对比，明确各单元所反映的岩相，即是测井相。在一个地区建立了测井相后，可以利用测井曲线解释出井的柱状岩性剖面图。59油藏描述油藏描述是一种新技术，它把地震、测井、地质等多方面资料综合起来，运用计算机手段进行处理，定性、定量描述三维空间的油气藏，包括：构造、储层、储集空间、流体性质及分布、渗流物理特征、压力和温度、驱动能量和驱动类型、油气藏类型等，是对油气藏本身正确的认识。60井壁取心井壁取心是使用测井电缆将取心器下入井中，用炸药将取心器打入井壁，取下小块岩石以了解岩石及其中流体性质的方法。61油气探井为勘察地下含油气情况所钻的井称油气探井。探井一般有4大类。参数井：了解一个地区(盆地或凹陷)生油岩和储集岩存在和分布的情况的井；预探井：了解一个圈闭中是否含有油气和储集岩分布情况的井；评价井：在预探井发现含油气储集层后，为探明这个圈闭(油气藏)含油气面积和地质储量所钻的井；资料井：为获得油气藏油层参数(主要是使用特殊工具在钻进中取出整块，进行检测与分析)所钻的井。62地质录井地质录井是配合钻井勘探油气的一种重要手段，是随着钻井过程利用多种资料和参数观察、检测、判断和分析地下岩石性质和含油气情况的方法。主要包括岩屑录井、岩心录井、钻时录井、荧光录井、钻井液录井及气测录井等。63可燃冰可燃冰是天然气水合物，其主要万分是CH4H2O。它的形成与海底石油、天然气密切相关，是埋于海底地层的大量有机质分解形成石油和天然气时，其中的许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与压力下形成一种类似冰的透明结晶。1立方米可燃冰释放的能量约相当于164立方米的天然气。目前国际上的公认全球可燃冰总量是所有煤、石油、天然气总和的2-3倍。我国南海海底已发现可燃冰带，估计能量总量相当于我国石油总量的一半。而对东海的调查也得出可燃冰蕴藏量可观的结论。还为新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景。64屏蔽地震波传播到介质分界面后，一部分能量返回形成反射波，一部分能量透过界面继续往下传播，当遇到另一分界面时，一部分返回，另一部分透过界面继续传播。第二个界面往回返的能量遇到第一个界面时，一部分能量返回下部，另一部分能量透过界面回到地表，地面接收到的第二个界面反射的能量大大降低，我们称这种现象叫作屏蔽。上部界面的反射系数越大，则接收到的下部界面的能量越小，称屏蔽作用越厉害。 二、基本问题1什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。2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。3当今的油气地球物理勘探技术有哪些？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。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。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。一般用于祥查阶段。 4地震勘探的三种基本方法根据震源激发出的振动（也称地震波）向四周传播的波型特征，地震勘探可分为三种基本方法。它们是反射波法、折射波法、透射波法。（1）反射波法日常生活中大家可能都有同样的感受：小时候在湖边玩耍时，将一粒石子投入湖中，平静的湖面在激起浪花的同时，还会产生向四周传播的波纹。水波传到对岸或遇到障碍物时，又会掉转头来反向传播。又如站在山前喊话，顷刻间会听到山那边传过来自己的声音。以上的现象是因为水波和声波在传播时遇到障碍物会发生反射的缘故。与此相似，如果我们在离震源较近的若干接收点（1，2，N）上布置检波器，就可以测出地震波从震源出发向地下传播遇到不同地层界面（、）时反射回来的地震波及其依次回到地面各检波点的传输时间t1，t2（t1，t2称为旅行时），旅行时的不同代表了浅、中、深地层在地下的埋藏深度的不同，运用这些微小差异就能直观地反映出地层的起伏变化。这就是反射波法地震勘探所依据的原理。（2）折射波法我们再做一个实验看看，将一根筷子插入盛水的玻璃杯中，咦！筷子入水后魔术般地变折了？从水中取出筷子仍然是直的，这种奇怪现象可能大家都曾见到过，这是光的折射现象。现在让我们看一看如何进行折射波法地震勘探。炸药爆炸后，激发的地震波向四面八方传播，当遇地层分界面时，除有一部分反射波返回地面外，还有一部分地震波透过分界面并沿着该分界面在下面地层中传播。在一定条件下，这种沿分界面传播的地震波也会返回地面，这种地震波叫折射波。通过接收这种波来分析地层情况的方法就叫折射波法地震勘探。（3）透射波法如果我们将激发点和接收点分别放在地质体的两侧，直接接收透过地质体的波，这种勘探方法叫透射波法地震勘探。目前，反射波法应用最广，折射波法次之，透射波法只作为辅助手段。5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。一些铁矿山周围存在很强的磁场就是这种磁化作用的结果。其实，这种现象也早为古人所知。相传 “一代天骄”成吉思汗在率领他的骑兵奔驰在乌兰察布草原上时，看见远处一座高山，他们快马加鞭直到山前，却突然感到骏马行动缓慢，举蹄艰难，经一番催促到了山顶，居然定在了那里。后经武士们奋力营救，直至铁马掌全部脱落，骏马才恢复了行动自由。成吉思汗拿起乌亮沉甸的矿石，惊讶地称赞“白云博格都，白云博格都！”（意思是：“宝山啊，宝山！”）。虽然白云鄂博铁矿吸掉成吉思汗马掌的传说无从考证，但白云鄂博铁矿确有非常强的磁性，堪称地壳中的一块大磁铁了。人类是如何根据磁性的特征找到矿藏的呢？在实际中，最容易被磁化的，是那些含有铁磁性矿物的岩石，所以，在这类岩石形成的矿藏和储油构造周围就存在较强的磁场。同样，它又会对一些铁性物质产生影响，这说明地下存在磁力异常。人类就是根据地磁的这种特性，早在17世纪初就想到用罗盘寻找磁铁矿了，到了1915年，法国人制造了精度较高的磁秤，并在圈定磁性岩体、研究地质构造和寻找油气藏中得到了很好的应用。中国于1940年在玉门油矿进行了磁测试验，1952年成立了第一个油气勘探磁力队。此后，队伍不断发展，几十年来，磁力勘探配合其他油气勘探方法，为中国各大沉积盆地的油气勘探立下了汗马之功。6什么是重磁力勘探当我们走进菜市场时就会发现熙熙攘攘的人群，人们正在购买各种食品和蔬菜。那些商贩们也乐得忙于用秤称这称那。可见，秤对于人们的日常生活是十分重要的。如果说物体的重量是用秤称出来的，没有人反对，但要说地球的重力也能称出来，可能有人会问，重力既看不见，又摸不着，怎么能称呢？其实，物体的重量就是地球重力作用的体现。高低不平的地下“地形图”。科技人员就可以用它并结合其他物探资料来分析研究地下的地质结构，并推断出哪些地方可能会存在油气藏，这就叫重力勘探。20世纪初，匈牙利物理学家厄缶发明了测定重力变化率的扭秤，并首先在捷克、德国、埃及和美国用于寻找油气藏，且获得成功。1935年，第一台能直接测出重力差的重力仪正式投入使用。此后，不同类型的重力仪也得到迅速的发展。磁力和重力一样，在地磁场的作用下，由不同地层所形成的地质构造就会呈现出不同的磁性，并产生磁力作用，因而，也就能用磁力仪（或磁秤）来测出不同地点的磁力值。用它记录的数据也绘成各种图件，同重力图配合使用，对寻找油气藏就能起到相辅相成的作用，这就叫磁力勘探。利用磁力找矿远在1870年，瑞典人泰朗和铁贝尔就制成了寻找铁矿的万能磁力仪（罗盘仪）。1915年，法国人施密特制成了磁秤，并在圈定火成岩体和探测油气藏方面得到广泛的应用。7什么是电法勘探公元前6世纪就有关于人工产生电现象的记载。19世纪，电机、电话、电灯这三大发明促使了人类实现电气化。现在，世界进入了信息时代，无论在工业、农业、国防及日常生活的各个领域都已离不开电。电也能用于找矿。借助于地表的岩石具有导电性能的特征，当我们在地面上两点供入直流电，地下立即会形成一个电场，如果地下的导电性是均匀的，电流线的分布就是规则的；如果地下埋藏着导电性与周围岩石不同的矿体，电场就会发生扭曲。人们通过分析地下电场的变化就可以发现矿体的存在，这就是人工电法勘探的基本思想。电法勘探历史久远。20世纪20年代，法国科学家什柳姆别尔热等创立和发展了电法勘探的理论。1924年，在原苏联著名地球物理学家彼德罗夫斯基领导下，组成了世界上的第一个电法勘探队，并开展了多种电法方法的试验和研究，他们为推动电法勘探做出了重要贡献。电法勘探是一个大家庭，根据供电电流的性质可分为直流电法和交流电法两类。如果将电法勘探比作一棵大树，可谓枝繁叶茂。直流电阻率法是电法勘探家族中的重要成员，在20世纪40年代就广泛应用于金属和油气勘探。还有一类方法叫交流电法，它们可利用天然的或人工产生的交变电磁场作为场源研究交变电磁场的分布规律和时间的变化关系，并可用来解决地质问题和寻找矿床。研究表明，地球是一个导电体，各岩层的电性（电阻率、极化率等）存在着差异，沉积岩的电阻率一般较低，变质岩和火成岩的电阻率较高，通过电法能较容易地确定沉积盆地范围、沉积岩厚度及其起伏形态。砂岩是很好的储层，当电阻率很高的石油侵入后，就会形成高阻层或高阻异常体，这就为寻找油气提供了电性异常以及有关的地质信息。中国大多数沉积盆地都开展过电法勘探工作，应用电法勘探结果不仅可以对盆地进行构造研究，也可以圈定油气有利富集区，为油气勘探作出积极贡献。随着电法勘探方法的更新、仪器精度的提高和计算机技术的进步，电法勘探能解决的地质问题越来越多，已成为探测油气不可缺少的手段。8地震勘探中的纵波与横波自然界普遍存在着纵波和横波。如将一块石子扔到水中，在石子处产生的向四周传播的水波是纵波。又如将橡皮筋的一端绑在柱子上，沿水平方向拉直，然后向上拉其另一端后突然松手。这时，橡皮筋的每一点呈上、下运动，但看上去好像有个波沿皮筋方向传播，这种波叫横波。纵波和横波有先后相继发生的现象。发生天然地震时，人们可能有这种感受：首先感到地面上下振动，这是垂直地面振动的、传播速度较快的纵波首先到达造成的；过后又会感到左右摇晃，这是平行地面振动的、传播速度较慢的横波接踵而来造成的。地震勘探也不例外，它可用纵波进行勘探，也可用横波进行勘探。二者相同之处是均为用人工方法激发地震波，又都是接收由地下反射回来传到地面的波。所不同的是激发和接收地震波的形式不同，各有其专门的震源和接收器。那么，怎样实现纵波地震勘探呢？在陆上进行勘探时，在井中用炸药放炮是激发纵波最常用的方法。近年来也采用非炸药震源的震源车在地面砸的垂直连续振动法（称纵波可控震源）激发纵波，同时用纵波检波器接收垂直地面振动的纵波。目前纵波地震勘探比较成熟并被广泛使用。进行横波地震勘探时首先要激发横波（激发方式有炸药震源和非炸药震源两种），同时使用横波检波器接收平行于地面振动的横波。目前横波地震勘探正在崛起。9什么叫一维、二维、三维和四维地震勘探我们生活的空间有一维、二维、三维和多维之说，地震勘探也是如此。地震勘探中的一维勘探是观测一个点的地下情况；二维勘探是观测一条线下面的地下情况；三维勘探是观测一块面积下面的地下情况；若在同一地区不同时间重复做三维地震勘探，则可称之为四维地震勘探。四维是观测同一块面积下面不同时间的地下变化情况。根据地质任务和达到的目的不同，可采用不同维的勘探方法。那么，怎样进行一维地震勘探呢？将检波器由深至浅放在井中不同深度，每改变一次深度在井口放一炮，记录地震波由炮点直接传到检波器的时间，这种只在一口井中观测的方法叫一维地震勘探。它能测出该井孔中地层的速度，借此可以确定各个地层的深度和厚度。如何实现二维地震勘探呢？将多个检波器与炮点按一定的规则沿一直线（称测线）排列，在测线上打井、放炮和接收。采集完一条测线再采集另一条测线。最后得出反映每条测线垂直下方地层变化情况的剖面图（二维剖面图）。这种方法从20世纪20年代初期已开始使用直至今天。如果你想看地下物体真实的立体图像就需要做三维地震勘探。它是由二维地震发展来的。三维地震主要在地下条件更复杂的地区或地表难以进行二维地震勘探的地区采用；另外，在已发现油田的地方，为优化油田的勘探开发方案可提出进行三维地震。三维与二维的主要差别是激发点与接收点的相对位置不同。二维地震要求炮点和检波点沿同一直线；而三维地震则是将多道（必要时可达上千道、上万道）检波器布成十字状、方格状、环状或线束状等，炮点与检波点在同一块面积上，形成面积形状接收由地下返回地面的地震波。其效果可以大大改善记录质量，提高信号的清晰度和分辨率，从而提高解决地质问题的能力，能把油气田的位置确定得更准确。由于三维地震最后得到的是一组立体的数据，根据这个数据体就能给出地层的立体图像（三维立体图）。同时，也可给出由浅至深，一层层的水平切片图，将这些图制成动画，人们就能像看电影一样来解释地下地质情况，既省时、省力，又精确。这种方法在20世纪70年代一经提出就得到了广泛应用。四维地震勘探始于20世纪90年代初，是三维地震的延续。它要求在同一块工区不同时间（可能相隔几个月或几年，时间为第四维）用相同的采集和处理方法将所得到的三维地震勘探成果进行比较。犹如将人物传记的立体电影一帧帧放一遍，细看每帧之间的不同就可以看出人物的成长过程一样。用这种方法研究油气田开采前后三维资料之间的差异就能得出油田的开采情况，找出尚未开采或漏采的剩余油区，达到以少钻井、低成本（因为钻一口井少则上百万、多则几千万，非常昂贵）、多采油的目的。这种方法给石油开采商们带来很大经济利益，因此，他们都愿意开展四维地震观测。10为什么用地震勘探方法能找到油气大千世界变化多。你能想到海拔几千米的喜马拉雅山在若干年前曾深埋在地下吗？你能想到北京十三陵高山上的岩层向南延伸到河北境内竟成为埋在地下几千米、高低起伏的地下山峰，并且其中含有大量的石油吗？那么，怎样才能找到这种深埋地下既看不见又摸不着的石油和天然气呢？在高科技迅速发展的今天，我们可以借助地球物理勘探，特别是地震勘探方法查看地下的奥妙，找出深埋在地下的油气藏。为什么用地震方法能找到油气呢？地下沉积岩在沉积过程中是由老到新一层层沉积下来的，不同的岩层由于其沉积时代、岩层松软程度、岩石孔隙内所含流体（油、气、水）不同等等，使各岩层之间存在性质不同的岩性分界面。以后的构造运动又使这些分界面形成高低起伏的形状。遇适当条件时，油气就储存在起伏地层的高部位，它称为构造圈闭。那么，我们怎样找到这些构造呢？下图为储存油气的构造示意图。地面上O1点为炮点，S1、S2、S3Sn为接收点。O1放炮时地震波传到地下构造顶点A1后又反射回到S1点被检波器接收，其接收到的时间为t1，同样，O1放炮经A2后S2接收到的时间为t2，S3接收到的时间为t3。很明显，t1比t2、t3反射时间短。在地震勘探过程中，在接收点处可以得到一系列的时间t，根据这些t值，就可以将地下构造反推出来，从而找到地下储存油气的构造。地震波在地下传播过程中如遇多个分界面就会形成一个个的地震反射波，由浅至深按顺序返回地面。这些波携带着很多与地层性质有关的信息，对这些信息的进行研究除可看到地下几千米深处地层高低起伏的情况外，还可以判断地下到底是什么地层，它的松软程度如何，孔隙中含有什么流体（是石油、是天然气还是水）等等。在我国，自大庆油田发现以来，绝大多数新油田都是由地震资料提供构造而找到的。世界上的墨西哥湾油田、中东油田、里海油田等许多大中型油田也是如此。可以预料，地震勘探在寻找油气方面仍将发挥重大的作用。可以说，如果没有地震勘探，现代油气勘探找油找气就很难进行。11在海洋里怎样进行地震勘探大海下面蕴藏着丰富的石油和天然气。在茫茫大海中，我们怎样才能知道哪些地方有石油呢？解决这个难题最有效的手段还是用地震勘探方法。那么，在海上怎样进行地震勘探呢？在海上航行时大家可能都有这样的感受：在没有任何标志物的情况下，分不出东、南、西、北，也不知道自己所处的位置，可见，寻找海下油气何等困难。然而，海上和陆上地震勘探的目的相同，方法原理和生产过程也没什么两样，只是在海上这一特殊条件下，定位系统、激发与接收地震波的方法有所不同。在海上，显然无法用经纬仪等手段定位，只有用先进的导航定位系统，目前，除依靠无线电导航定位设备外，主要是采用精度较高的卫星导航定位技术（GPS）。利用人造地球卫星发射的电磁波导航定位具有全球覆盖、全天候和精度高的优点，自1968年开始在海洋石油勘探中使用以来，很快得到广泛使用，可随时确定航船及其拖着的震源和检波器的精确位置。其次，在海上人工激发地震波与陆上也有所不同，在海上不能使用炸药作震源，炸药震源不仅对海洋造成大量污染，破坏环境，使大量海洋生物死亡。而且，在海水中爆炸容易产生气泡，造成冲击波，干扰有效波，使勘探失败。因此，针对海洋地震特别发展了非炸药震源，主要是空气枪震源。海上接收地震波的设备也与陆上不同，接收地震波的海洋检波器（又称压电检波器或水听器）是密封在长拖缆中的，并放在水下一定深度上，由深度控制器保持其在记录时深度不变，由船拖着施工。现已发展成一套比较复杂的先进的水下等浮电缆接收系统。在海上寻找油气时，由船拖着震源和检波器连续航行作业，不需要为放炮而钻炮眼，又因海上没有障碍物，可以保持连续施工和测线均匀分布，全部地震设备都装在一条船上，内有精密的记录仪器和处理计算机系统，有生活供应品、娱乐场所及数据存储装置，船上设雷达和导航系统，无论白天、黑夜，也不论晴天、雨天，均能全天候地连续工作，因此，海上地震工作速度快、成本低、质量好，便于找到海里的油气田。 12什么是地震勘探的资料采集现在我们已经知道了返回地面的地震波携带着很多与地层性质有关的信息，利用这些信息就可以知道地下地层的高低起伏情况，它们是硬地层还是软地层，其厚度如何，孔隙中所含的是石油、是天然气或是水，等等。那么怎样才能得到这些信息呢？很明显，要得到这些陆续从地下返回的地震波并将其展示出来绝非易事，这首先需要到野外将这些信息采集回来，也就是野外地震资料采集。地震资料采集包括测量钻浅井孔埋炸药（在使用炸药震源时）埋检波器布置电缆线至仪器车几个工序。测量的任务是定好测线及爆炸点和接收点的位置。钻井的任务是准备好可下入炸药的浅井，埋炸药就是向井中放入炸药，以在爆炸后产生出地震波。地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收并传到仪器车，仪器车将检波器传来的信号记录下来，这就获得了用以研究地下油气埋藏情况的地震记录。地震勘探野外资料采集主要讲的是怎样产生和怎样接收地震波并将其展示出来。首先，让我们看一看采集地震波的主要设备及方法是怎样发展过来的。世界上一切事物都会经历由发生、发展到完善的过程。地震资料采集技术也不例外，它的发展主要体现在采集设备的进步上。因为在设备发展过程中，也贯穿着新技术、新方法的不断涌现，只有设备发展了，才能使各种先进方法得以实现。早期的地震仪器采用电子管元件，体积大且笨重，用照相的方法将地震波在地下的传播过程用多条线记录在相纸上，这些线时而杂乱无章，时而又呈一条条一起向上跳（称波峰）和一起向下跌（称波谷）的曲线，这些线组成了光点地震记录。在记录上，人们只能惟一地利用地震信号的反射时间，由手工画图以推断地下简单的构造形态。运用这种方法，我国曾发现了克拉玛依油田和大庆油田。从20世纪60年代开始，中国地震采集设备引入了电子计算机，当时制造的模拟磁带地震接收仪虽然应用时间不长，但它的可重复性观测为多次覆盖技术的发展创造了条件。多次覆盖就是对地下同一地段由只进行一次观测的单次观测技术变为进行多次重复性观测的多次观测技术。这项技术革命大大提高了地震资料质量及解决地质问题的能力。在这个时期发现了华北的任丘油田和渤海湾等油田。中国从20世纪70年代开始使用数字记录接收仪，采集方法上除继续延用多次覆盖技术外还开发了提高勘探准确性的三维地震勘探技术。在此期间，除扩大了渤海湾油田的储量外，还发现了新疆塔里木的大气田。现在，采集设备开始采用遥控、遥测、多道（现已发展到千道以上）地震仪。采集方法除采用三维地震及更高覆盖次数观测的方法外还开发了能更好地解决复杂构造等地质问题的高分辨率和横波地震勘探技术。目前，海洋地震发展也很快，已全部采用非炸药震源进行工作，勘探精度也随着卫星导航系统及一系列新技术的应用而大为提高。今后，随着高新技术的应用会进一步为地震勘探的发展创造条件，如四维地震勘探技术和开发地震的应用将进一步扩大地震勘探的服务领域，能将以往由于技术所限而遗漏的剩余油气资源开采出来。中国地震勘探工作虽然比发达国家开始的晚，但经过近20年的不懈努力，地震采集的绝大多数装备不仅能自己制造以满足国内地震勘探的需要，而且还打入了国际市场，中国的地震采集技术水平已跻身国际先进行列。（1）地震仪的结构是什么样的地震勘探通过放炮产生地震波，再通过埋在地表下的检波器将由地下地层反射回来的信号接收下来再输送到地震仪