第25卷第1期2002年2月
勘探地球物理进展
Progress in Exploration Geophysics
Vol.25,No.1
Feb.2002地震勘探技术新进展
杨勤勇1徐丽萍2
(1.中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所,江苏南京210014;
2.西北石油局规划设计研究院,乌鲁木齐830011)
摘要:近几年来,地震勘探技术得到了很大的发展。超万道地震仪的投入使用,以及优化采集设计技术的发展,有效地提高了采集效率和资料质量;叠前深度偏移技术使复杂构造的成像更为清晰;3D可视化技术和虚拟现实技术大大提高了地震解释的能力、精度和速度;地震属性技术的发展把地震解释向定量化解释推进了一步;井中地震技术、多波多分量地震技术以及时延地震技术的发展,有力地增强了油气静态描述和动态监测的能力;复杂介质中地震波传播规律的研究向传统的层状介质理论发起了冲击。
关键词:可视化;虚拟现实;地震属性;成像;井中地震;VSP;多分量;时延地震
中图分类号:TE132.1+1文献标识码:A
地震勘探是利用地层岩石的弹性特性来研究地下地质结构,推断岩体物性,预测油气的一种勘查方法。几十年来,地震勘探以其高信噪比、高分辨率、高保真度、高精确度、高清晰度和高可信度等赢得了广大用户的信任,成为找油找气的关键技术。在油气勘探开发中,应用地震勘探已有效地解决了一系列复杂的地质问题,在各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏的勘查方面取得了重大成果,给油气公司带来了可观的经济效益。
近几年来,以PC计算机群大规模投入使用,可视化、虚拟现实、网络技术飞速发展为标志,以高分辨率地震、3D地震为代表,以4D地震、井中地震、多波多分量地震为发展前沿的地震勘探技术正跃上新的台阶,高密度采集和3D空间成像归位技术以其精确、灵活显示等优点,在国内外已卓有成效地用于查明各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏。
1主要进展
1.13D可视化技术[1~4]
可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、图像,并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式,使人们能够观察到不可见的对象,洞察事物内部结构。方法包括以图形为基础(或称为面可视化)和以体素为基础(体可视化)的可视化。在以体素为基础的体可视化中,每一个数据采样点被转换成一个体素(一个3D象素的大小近似于面元间隔和采样间隔)。每一个体素有一个对应于源3D数据体的值,一个RGB(红色、绿色、蓝色)色彩值以及可被用来标定数据透明度的暗度变量。
多年来,许多公司致力于地学可视化应用软件的开发,取得了可喜的成果。在3D图形工作站环境支持下,各种基于数据体操作、图素提取与曲面造型、体绘制技术的应用软件相继出现,它们基本上代表了当今综合解释工作站3D可视化软件功能的发展水平(见表1)。
表1有代表性的可视化解释处理软件
公司软件
Landmark
3DVI(3D体积解释)
Voxcube(3D立体动画)
Geoquest GeoViz(交互3D解释)
Paradigm Voxel Geo(真3D地震解释系统)
DGI
Earth Vision
(基于3D空间地质建模)
Photo3DViz(3D体可视化)
体可视化允许解释人员直接进行地层解释,识别地震相,改进油藏特征描述。它通过数据的3D 立体显示,使解释人员能够作构造、断层、地层沉积、岩性、储集参数和油气等的交互解释。解释结果在三度空间内立体显示,可以激发资料处理解释人员的科学灵感,赋予他们无限的想像空间与创造力,极大地提高了工作效率和工作质量。
1.2虚拟现实技术
虚拟现实(Virtual Reality,简写为VR)是一种
收稿日期:2001-12-31
作者简介:杨勤勇(1964-),高级工程师,1985年毕业于中国地质大学物探系,现从事情报研究。
新型的3D解释环境,是一种能响应用户指令、实时3D绘图并营造一种让用户有沉浸感的显示环境。系统一般要求首先输入有关的石油数据,其中包括3D地震数据、解释后的层位和断层、地质模型、钻井轨迹、测井曲线、油藏网格化数据等。然后进行预处理,将原始数据格式转化为适宜实时绘制的形式,同时转换到公共坐标系上。预处理包括空间细分、简化和合成,建立多种分辨率的几何模型,建立适合快速绘制的图形基本单元,图像处理和体数据压缩,可视化参数(颜色、透明度等)编辑等。通过预处理后的数据称为VR数据,这种数据能够得到快速的响应。针对这种VR数据,利用VR工具、显示技术和人机接口技术等,就可以在虚拟现实环境中作各种分析和决策。
从近二年SEG演示报告现场和各方面的报导来看,国外有许多石油公司和研究机构都在开发和建立用于油气勘探和开发的虚拟现实系统。例如, ARCO公司和Norsk Hydro公司开发建立了沉浸式虚拟现实系统,Texaco公司开发建立了虚拟现实可视厅,Alternate Realities股份有限公司开发建立了可视穹(VisionDome),美国SGI公司建立了一个专门的演示厅,IB M公司开发建立了可以用来再现4D地震油藏模拟现实的虚拟现实系统,斯仑贝谢的Geo Quest公司等目前也在开发虚拟现实系统等。
目前的虚拟现实技术主要是针对油藏模拟、钻井轨迹设计以及地震解释而开发的,也就是说主要应用于钻井轨迹设计以及油藏模拟等方面。
1.3地震属性技术[1~4]
地震解释人员的主要目标就是从地震数据中提取越来越多的信息,然后利用这些信息解释地下构造、地层和岩性特征,最终定义精确的油藏模型,用于钻井决策、估计地质储量和可采储量。由于生成地震属性是获取所需信息的一条重要捷径,因此,长期以来地震属性技术一直是地震特殊处理和解释的主要研究内容。从60年代的直接烃类检测、亮点,到70年代的瞬时属性或复数道分析,80年代的多属性分析,直至90年代的多维属性(如倾角、方位和相干等)分析,地震属性的发展经历了几起几落,目前已逐渐走向成熟。通过近几年的发展,地震属性技术已经成为油藏地球物理的核心部分,在勘探地震与开发地震之间起到了桥梁作用,成为解释的重头戏。
从地震数据中提取的地震属性越来越丰富,有关时间、振幅、频率、吸收衰减等方面的地震属性已多达60多种,包括了运动学和动力学属性,几何属性以及物理属性等。新的属性还在不断涌现。人们除了仍按传统方法从频谱、自相关函数、复数道分析以及通过线性预测等方法中提取属性外,近年来还采用分形、小波变换等方法从数据时窗中提取属性。大量新属性的出现,引起了多属性联合分析(用聚类、神经网络或协方差等方法)的流行,而地震属性的分类学又使这项技术上了一个新的台阶。
3D地震已经使地震数据量增加了几个量级。当代强大的运算能力、交互工作站以及先进的可视化解释技术,为人们提取和分析3D地震属性并进行储层表征提供了条件,将3D地震解释向定量化方向推进了一步。
1.4深度域成像技术[5,6]
近几年地震深度域成像技术在国内外得到了迅猛发展。在方法理论研究方面,国外以美国斯坦福大学为代表的一批地球物理学家在Kirchhoff积分法、共方位角波动方程深度偏移成像及炮域的波动方程深度偏移成像方面取得了一批重要成果;国内以同济大学为首的一批地球物理学家系统地研究了Kirchhoff积分法、波动方程有限差分法及广义屏深度偏移成像方法,其研究成果达到了国际先进水平;成都理工学院在与地震成像密切相关的静校正方面做了很多工作,取得了一批实用的研究成果。
近几年,各大地球物理服务公司加紧实施地震深度成像成果的产品化。具有代表性的公司有美国加州大学吴如山教授领导的模拟和成像实验室,以色列的Paradigm公司,美国的ADS公司,美国的Landmark公司以及法国的CGG公司等。且地球物理服务公司正由销售地震成像软件向提供地震资料处理服务方向发展。
随着地震勘探的不断深入和研究的构造日趋复杂,人们提出了许多改进后的成像方案。最初建议采用D MO加叠后偏移的方法解决速度依赖倾角的问题,但由于速度的求取与成像脱节,因此在剧烈横向速度变化的区域,如盐丘、逆掩断层带、古潜山等,该偏移方法往往造成成像位置不准确,甚至出现虚假构造。于是,人们纷纷把目光转向叠前深度偏移成像,特别是基于速度模型的叠前深度偏移成像。叠前深度偏移成像克服了水平叠加速度不准确引起的部分误差,使得地震成像精度大大提高,但由于叠前深度偏移过程中的数据及计算量巨大,受计算环境的限制,因此它是随着计算机技术的发展而发展起来的。叠前深度偏移成像的发展大致可分为三个阶段:第一个阶段是计算量相对较
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