李澈

摘 要：綜述多波多分量地震勘探技術(shù)的發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀，討論多波多分量地震勘探在采集、處理和解釋等相關(guān)工作領(lǐng)域面臨的問題，并結(jié)合上述問題和國內(nèi)外多波多分量勘探的發(fā)展趨勢對其未來一段時間內(nèi)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：多波多分量 問題 展望

中圖分類號：P631.46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-125-02

1 引言

隨著勘探難度的增加和對巖性勘探要求的日益提高，以縱波勘探技術(shù)為依托的傳統(tǒng)三維地震勘探已經(jīng)難以應(yīng)對勘探過程中遇到的諸多新問題。在這樣的背景下，多波多分量地震勘探技術(shù)在近年來得到了迅速的發(fā)展。所謂多波多分量勘探是指利用三分量檢波器同時記錄地震縱波（P波）、橫波（S波）和轉(zhuǎn)換波（P-S波）信號，并進(jìn)行相應(yīng)的資料處理和解釋工作。相比以記錄縱波為主的傳統(tǒng)勘探方法，該技術(shù)能夠獲取更豐富的波動信息，在描述儲層參數(shù)和空間展布、預(yù)測裂縫發(fā)育程度、研究儲層含氣性等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。

2 多波多分量地震技術(shù)發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀

針對多波多分量地震勘探的理論研究最早始于前蘇聯(lián)，而相應(yīng)的勘探實踐則自20世紀(jì)70年代以來先后在前蘇聯(lián)、美國、法國等國家展開。這一時期的勘探主要著力于利用橫波速度低于縱波從因此在理論上能實現(xiàn)更高的分辨率這一特點，試圖獲取分辨率更高的地震資料。但由于橫波在速度低于縱波的同時，其頻率也低于縱波在因此傳播的過程中衰減嚴(yán)重，采集到的橫波地震資料信噪比過低，因此多波多分量勘探在該階并未取得顯著進(jìn)展。

20世紀(jì)70年代末至80年代中期的多波多分量勘探開始轉(zhuǎn)為綜合利用縱波、橫波的聯(lián)合勘探，其應(yīng)用主要集中于求取包括泊松比在內(nèi)的巖石彈性信息和鑒別含氣亮點的真?zhèn)蔚确矫妗５捎诙嗖碧较噍^于單一的縱波勘探成本過高，且在當(dāng)時尚有諸多相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)問題未能得到妥善解決，因此多波地震勘探在巖性勘探方面的應(yīng)用最終被以AVO為基礎(chǔ)的縱波巖性勘探所取代。

多波多分量勘探近年來的再次興起始于20世紀(jì)90年代海上多波地震勘探的成功。海上多波多分量地震勘探先于陸上取得成功的原因主要來自兩個方面：（1）一定深度的海床相比于陸地環(huán)境噪聲更低，采集到的橫波資料信噪比較低；（2）海洋地震勘探面臨著諸如硬海底、氣柱等用傳統(tǒng)縱波勘探難以解決的問題，這些問題的提出促進(jìn)了海上多波勘探的發(fā)展。此外，海底多分量電纜接收系統(tǒng)（OBC）的研制成功為海上多波勘探排除了資料采集方面的障礙。

自20世紀(jì)90年代末期以來，陸上多波多分量勘探再次受到關(guān)注?；谖㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的三分量數(shù)字檢波器的廣泛應(yīng)用為多波多分量勘探的實現(xiàn)提供了有力的技術(shù)保障。相比傳統(tǒng)的檢波器，三分量數(shù)字檢波器的優(yōu)越性表現(xiàn)在動態(tài)范圍大，輸出的信號頻帶平坦，具備較大的頻帶寬度，抗干擾能力強(qiáng)等方面。近年來的多波多分量勘探以利用P-S轉(zhuǎn)換波為主，這是因為激發(fā)橫波需要專門的震源而導(dǎo)致成本升高。相比之下轉(zhuǎn)換波利用傳統(tǒng)的縱波震源即可激發(fā)，并且同橫波一樣能夠反映巖性和各向異性等地下信息，盡管成本仍然高于普通的縱波勘探但低于專門的橫波勘探。因此，目前工業(yè)界應(yīng)用較多的多波勘探方法是利用縱波激發(fā)，同時采集縱波和轉(zhuǎn)換波的地震資料。

目前，海上多波多分量地震勘探正逐漸趨于成熟，而路上勘探受限于低信噪比、靜校正復(fù)雜等問題尚不能完全實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。北海地區(qū)的Alba油田是應(yīng)用多波多分量進(jìn)行勘探取得良好收益的典范，對P-S轉(zhuǎn)換波的地震解釋發(fā)現(xiàn)了以往縱波難以識別的含油飽和砂巖，進(jìn)而從根本上改變了對該區(qū)域的油藏構(gòu)造認(rèn)識。我國多波多分量勘探應(yīng)用較為成功的案例是南海西部的鶯歌海盆地多波地震勘探，應(yīng)用轉(zhuǎn)換波地震勘探成功解決了縱波勘探面臨的“氣云”問題，在中深部地層的巖性識別和含氣預(yù)測方面也取得了較大進(jìn)展。

3 多波多分量地震勘探相關(guān)技術(shù)

3.1 采集技術(shù)

與采集相關(guān)的技術(shù)主要包括震源、檢波器、觀測系統(tǒng)三個方面，由于需要激發(fā)并接受到橫波或轉(zhuǎn)換波以及縱波，多波多分量地震勘探對上述三個方面提出了比傳統(tǒng)縱波勘探更多的要求。

目前陸上多波勘探用來激發(fā)橫波的震源有三排井震源、水平可控震源、傾斜氣槍震源等，但這些方法存在的共同缺點在于成本過高對周圍環(huán)境影響較大，且激發(fā)的橫波衰減較快觀測效果并不理想。因此采用縱波激發(fā)對，對轉(zhuǎn)換波觀測仍是目前多波地震勘探的主要方式。海上多波地震勘探震源則同縱波勘探一樣采用空氣槍震源。

早期的陸上多波地震勘探采集使用雙檢波器，即除設(shè)置用于記錄地面震動垂直分量的檢波器外再沿水平方向設(shè)置一個用于記錄水平震動的檢波器，近年來微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展使三分量數(shù)字檢波器成為主流。海上多波多分量采集目前主要采用4C OBC電纜（由四個檢波器組成，其中三個記錄速度分量，一個記錄壓力分量），將檢波器組內(nèi)置或外掛在電纜上鋪設(shè)于海底。相比陸上作業(yè)海上多波勘探面臨著更復(fù)雜的定位問題。

陸上和海上多波勘探都面臨著數(shù)據(jù)量增多的問題，由于要在記錄縱波信息的同時記錄橫波或轉(zhuǎn)換波的信息因此多波勘探的觀測系統(tǒng)記錄道數(shù)相比于縱波勘探成倍的增加。此外，考慮到縱波和轉(zhuǎn)換波傳播特點的不同，在設(shè)置偏移距時要兼顧對二者的接收，要實現(xiàn)這一目的就要在施工前進(jìn)行波場特征調(diào)查。

3.2 處理技術(shù)

當(dāng)前針對多波多分量地震資料的處理技術(shù)根據(jù)處理流程的不同大體上可以分為兩類，一類是基于標(biāo)量波場理論的波場分離處理方法；另一類是基于矢量波場理論的多波聯(lián)合處理方法。其中波場分離處理方法是目前應(yīng)用的主流，而多波聯(lián)合處理方法由于相關(guān)技術(shù)不夠完善目前尚處于理論研究階段。

轉(zhuǎn)換波地震資料處理的思路大體上同縱波地震資料相同，但考慮到其傳播路徑的非對稱性這一特點又不能完全照搬縱波資料處理中的成熟方法。目前基于波場分離理論的多波地震資料處理基本流程是首先進(jìn)行波場波場分離，然后分別處理縱波和轉(zhuǎn)換波。對轉(zhuǎn)換波的處理主要涉及到不對稱抽道集、確定轉(zhuǎn)換點、噪聲壓制、靜校正、動校正、轉(zhuǎn)換橫波速度分析、轉(zhuǎn)換橫波偏移、求取縱橫波速度比等。其中，橫波靜校正問題是轉(zhuǎn)換波資料處理面臨的主要難題之一。這源自橫波信噪比低、對應(yīng)的低速帶更加復(fù)雜，且受到各向異性的影響等方面。

3.3 解釋技術(shù)

多波多分量地震資料解釋的基礎(chǔ)是做好縱、橫波地震資料的層位對比，這也是其主要難點之一。在此基礎(chǔ)上要結(jié)合VSP和測井資料等進(jìn)行縱、橫波聯(lián)合反演。正確解釋的多波地震資料可用于分析地下介質(zhì)的巖性及其含油氣性、識別真假兩點，利用橫波分辨率高的優(yōu)勢可識別小斷層、薄互層、尖滅等微小構(gòu)造，通過橫波分裂現(xiàn)象研究地下介質(zhì)的各向異性進(jìn)而發(fā)現(xiàn)裂縫油氣藏。此外轉(zhuǎn)換波資料還可以用于改善地震成像質(zhì)量，在對飽含氣的油藏和波阻抗差異較小的儲層其應(yīng)用效果尤為明顯。綜合多種資料信息進(jìn)行綜合解釋是多波多分量地震資料解釋的主要發(fā)展方向。

4 多波多分量地震勘探技術(shù)面臨的主要問題及發(fā)展趨勢

4.1 多波多分量地震勘探技術(shù)面臨的問題

盡管對多波多分量地震勘探的研究迄今已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，并實現(xiàn)了一系列成功的商業(yè)應(yīng)用，但這項新技術(shù)仍然面臨著諸多尚未解決的問題，這里對其中較具代表性的幾個方面進(jìn)行總結(jié)：

（1）橫波在傳播過程中衰減嚴(yán)重，接收到的信號信噪比低。如何有效的去除其中的噪音，并正確認(rèn)識其傳播規(guī)律進(jìn)行有效的靜校正是利用多波地震資料的基礎(chǔ)。

（2）當(dāng)前缺乏針對轉(zhuǎn)換波和橫波的精確速度建模方法。由于橫波和轉(zhuǎn)換波的傳播規(guī)律比縱波更加復(fù)雜，且缺乏相應(yīng)的巖石物理實驗數(shù)據(jù)，因此對這兩種波尚不能進(jìn)行精確的速度建模。精確的速度模型是對相應(yīng)地震資料進(jìn)行一系列處理的基礎(chǔ)，對深度域成像和縱、橫波聯(lián)合層位對比等工作也有著重要的意義。

（3）對橫波分裂不能實現(xiàn)準(zhǔn)確的分析。橫波在傳播過程中遇到各項異性介質(zhì)時會分離為極性正交的兩類橫波。該現(xiàn)象有助于認(rèn)識裂縫的發(fā)育情況，進(jìn)而預(yù)測裂縫油氣藏。但目前對各項異性的分析在各向異性層位較多時便會出現(xiàn)較大誤差。

（4）對多波多分量地震資料的綜合解釋在理論和技術(shù)上不夠健全。

4.2 發(fā)展趨勢

多波多分量地震勘探被認(rèn)為是地震勘探領(lǐng)域的第四次革命。盡管該技術(shù)從基礎(chǔ)理論層面到技術(shù)層面都還面臨著諸多尚未解決的障礙，但隨著勘探工作對復(fù)雜油氣藏和巖性勘探要求的提高，以及對各向異性問題認(rèn)識的深入認(rèn)識，多波多分量勘探有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

在可預(yù)見的未來，多波多分量地震勘探仍將以轉(zhuǎn)換波勘探取代直接針對橫波的勘探，而與轉(zhuǎn)換波特點相適應(yīng)的處理技術(shù)將是研究的重點?，F(xiàn)有的多波資料處理方法基本是以波場分離技術(shù)為基礎(chǔ)，但該方法很多情況下仍然難以解決縱、橫波場的耦合問題，很多情況下難以是兩種波的波場真正分離開進(jìn)而影響成像精度。相比之下，多波地震資料聯(lián)合處理方法從理論上能根本性的避免波場耦合對成像精度的影響，但該方法目前尚在理論研究階段且對計算能力要求較高，投入實際應(yīng)用尚需時日。

目前的多波勘探更多的關(guān)注對勘探本身在采集、處理、解釋方面的研究，而在多波勘探資料與其他勘探和地質(zhì)資料的結(jié)合方面研究較少。事實上，轉(zhuǎn)換波資料與縱波資料、VSP資料、測井資料等其他資料的綜合運用將對其解釋工作具有重要意義。

此外，目前尚無針對多波多分量資料進(jìn)行綜合處理、解釋的專門商業(yè)軟件，這種情況也從一定程度上制約了多波多分量勘探技術(shù)的快速發(fā)展。此類軟件的開發(fā)將隨著多波多分量勘探商業(yè)價值的日益凸顯而受到更多的重視。

除了自身理論和方法上的完善，多波多分量勘探也將與AVO、時移地震、全波形反演、逆時偏移等技術(shù)實現(xiàn)更加緊密的結(jié)合，在微小構(gòu)造解釋、巖性勘探等方面發(fā)揮優(yōu)于傳統(tǒng)勘探手段的作用。

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