世界物探技術現狀及中國石油物探技術發展的思考

杜金虎，熊金良，王喜雙，王西文，王學軍

（1.中國石油勘探與生產分公司；2.中國石油大港油田分公司；3.中國石油勘探開發研究院西北分院；4.中國石油東方地球物理公司）

世界物探技術現狀及中國石油物探技術發展的思考

杜金虎1，熊金良2，王喜雙1，王西文3，王學軍4

（1.中國石油勘探與生產分公司；2.中國石油大港油田分公司；3.中國石油勘探開發研究院西北分院；4.中國石油東方地球物理公司）

隨著計算機技術的快速發展，世界物探技術發展可歸結為三大趨勢：陸地裝備已具備15萬道帶道能力，海上裝備已具備26纜的能力，未來裝備向百萬道發展；采集技術向寬方位、高密度、寬帶可控震源、雙檢電纜等技術發展；處理技術向疊前深度、逆時偏移，全波形反演等技術發展。“十一五”以來，中國石油堅持走技術發展之路，立足四大領域，持續開展技術攻關，物探技術取得了長足的進步。但是，中國石油物探技術與國際大公司相比，在裝備制造、計算機硬件能力、關鍵技術的自主創新能力方面存在較大差距。本文在分析世界物探技術發展趨勢的基礎上，結合中國石油各探區的勘探現狀，就中國石油物探技術應用與未來發展作了分析和思考，并提出了一些可操作性意見與建議，以期推動中國石油物探技術的持續快速發展。

計算機技術；物探技術；中國石油；技術發展；分析和思考

0 引言

為了跟蹤國際地球物理技術的發展趨勢，把握石油物探技術在地震裝備、地震采集、地震處理、地震解釋、油藏工程和軟硬件環境等方面的應用現狀，中國石油組團參加了2011年度第73屆歐洲EAGE年會。

第73屆歐洲EAGE年會的主題是“非常規能源和技術的作用（Unconventional Resources and the Role of Technology）”。來自全球的300多家公司和相關組織在會議展覽中心展示了他們的技術實力，參會人員有 EAGE，CGGV，Shell，Statoil，PGS，Total，Eni，Schlumberger等公司的董事會主席、CEO或高級副總裁等業內高管和專家。大會報告涵蓋108個專題，交流領域主要涵蓋了地球物理、油藏工程、地質工程、多學科一體化、近地表工程等五大領域，其中以地球物理和油藏工程為主要研究領域。

第73屆EAGE年會展示的成果代表了地球物理技術應用和發展的最高水平。代表團在聽取大會技術報告，參觀國際大型地球物理公司和服務公司展臺，與各大地球物理公司進行技術交流與座談的基礎上，會后在北京召集有關專家就中國石油物探技術應用與發展主題進行了認真研討，分析了世界物探技術現狀和發展趨勢，結合中國石油各探區的勘探現狀,就中國石油物探技術應用與未來發展作了分析和思考，并提出了一些可操作性意見與建議，以期推動中國石油物探技術的持續快速發展。

1 世界物探技術現狀

1.1 地震裝備技術

陸地地震裝備已具備15萬道帶道能力，海上地震裝備已具備26纜的能力，未來裝備向百萬道發展。

（1）SERCEL公司陸地裝備具備15萬道以上帶道能力，未來裝備向百萬道發展。SERCEL公司是本次展覽會上的亮點，主要有3項產品或技術值得關注：一是在428XL系統上發展的G系統，其特點是每個交叉站和LCI箱體可以管理10萬個地震道，光纜的傳輸率達1 Gb/s，系統已經具備100萬道采集能力，能滿足實時5萬道的記錄速度；二是新研制的水上節點系統，其工作深度達6 km；三是新式封裝的DSU1（單分量數字檢波器），更方便野外耦合。

（2）PGS公司以海上采集為主，其裝備代表了地震勘探船和操控拖纜能力的先進水平。PGS公司認為高效率地獲取最好分辨率的關鍵是勘探船要采集到更多的道數，盡可能多帶拖纜。PGS公司現在正在建造最新的Ramform W-class勘探船，擁有約26×12000 m的拖纜能力。

（3）INOVA公司開發的諧波畸變壓制技術和低頻信號激發技術，其節點系統為單點3道，提高了可控震源的激發信號質量。

（4）OYO GEOSPACE公司采用了水深達150 m的OBC采集系統。該系統的特別之處是數字包（采集站）與主纜活動連接，方便數字包的更換和維修，以及OBC電纜的收放，比較適合淺海地區作業。

1.2 采集技術

寬方位、寬頻帶、高密度、高帶道、小面元將是陸上、海上采集的發展趨勢。

（1）陸上采集技術向單檢、寬頻帶、寬（全）方位、高密度、高帶道、小面元和提高可控震源的寬頻帶激發能力（尤其是提高可控震源的低頻拓展能力）等方向發展。

①UniQ陸地采集技術

西方地球物理公司（WestGeco）的UniQ陸地采集技術，具有寬頻帶可控震源激發、單點檢波器接收、15萬道采集能力和全方位采集的優點。在利比亞Lehib區塊，常規陸地地震技術采集的資料頻寬為8～48 Hz，而應用UniQ陸地地震技術采集的資料頻寬為 5～65 Hz，頻帶拓寬近 20 Hz（圖 1）。

圖1 UniQ陸上采集技術（左）和常規陸地采集技術（右）成像效果、頻譜對比（WestGeco）Fig.1 The imaging effect and frequency spectrum comparison separately based on UniQ land acquisition technique （left） and conventional land acquisition technique （right）

②陸上寬頻可控震源采集技術

CGGV公司的陸上寬頻可控震源采集技術（EmphaSeis），可以增加低頻的倍頻程。如圖2所示，在Khaldae試驗區塊，與常規的可控震源采集（掃描頻率 6～72 Hz）相比，EmphaSeis可控震源掃描頻率改進為4～72 Hz，低頻幾乎提高1個倍頻程。圖2左為可控震源采用線性掃描與EmphaSeis掃描的PSTM 8 Hz的低通濾波剖面對比，圖2右為頻譜分析（圖中縱軸為對數表示的相對振幅，橫軸為頻率）。

（2）海上采集技術主要有雙纜技術、變深度拖纜技術、雙檢技術、全方位雙螺旋采集技術、精確點位控制技術、更深水域勘探技術。

①雙纜寬頻采集技術

WestGeco公司的Q-Marine海上采集技術和UP/DOWN雙拖纜技術（同時采用淺、深層雙層電纜），可以壓制鬼波、提高頻寬。淺層電纜采樣較密，可提高精度，深層電纜采用稀疏采樣，可提高效率。全方位雙螺旋采集技術 （FAZ Dual Coil Shooting Acquisition），采用四只船沿著環形路徑進行超長偏移距海上地震采集，兩條震源船和兩條拖纜船，可帶道15萬道、14 km的偏移距，提供了更好的目標照明。在墨西哥灣，全方位雙螺旋采集技術提高了鹽丘的照明度，取得了良好的勘探效果（圖3）。

圖3 窄方位采集（左）和WestGeco全方位采集（右）成像效果對比（WestGeco）Fig.3 The imaging effect comparison of narrow azimuth acquisition （left） and WestGeco full azimuth acquisition （right）

②單纜變深寬頻采集技術

CGGV公司的海上寬帶地震采集技術（Broad-Seis），采用高密度、寬頻帶、寬方位、變深度拖纜（6～50 m）、長排列（8～12 km）、去鬼波等技術，采集的資料頻寬 2.5～150 Hz（圖 4、圖 5、圖 6）。 圖 4為不同深度拖纜采集資料的頻譜分析，由于單一的壓力檢波器接收，鬼波的極性和反射波的極性相反，在不同深度拖纜采集資料的頻譜上產生陷頻效應，導致資料頻寬受限。圖5為CGGV公司的BroadSeis海上寬帶地震技術，采用變深度拖纜原理來提高低頻，電纜深度6～50 m，長度8～12 km，低頻可達到2.5 Hz。

③雙檢電纜技術

PGS公司完善了GeoStreamer雙檢電纜技術，提高了地震記錄頻寬，并與Seabird公司合作從事深水節點地震勘探。

圖4 不同深度拖纜采集地震資料的頻譜分析Fig.4 Frequency spectrum analysis of the streamers with different depth levels

圖5 BroadSeis海上寬帶地震資料的頻譜分析（CGGV）Fig.5 CGGV BroadSeis marine wideband seismic frequency spectrum analysis

圖6 常規地震（左）和BroadSeis海上寬帶地震（右）成像效果對比（CGGV）Fig.6 The imaging effect comparison of conventional seismic （left） and CGGV BroadSeis marine wideband seismic （right）

1.3 地震處理技術

WestGeco，CGGV，PGS，Paradigm 等公司的疊前深度偏移成像和逆時偏移技術成為油公司應用和發展的主流技術，全波形反演技術具有良好的應用前景。

（1）疊前深度偏移和各向異性深度偏移技術

統計表明，近兩年WestGeco公司的深度偏移已占一半處理工作量，且深度偏移工作量逐年提升。由圖7可看出，水平層狀介質經深度偏移后的成像效果明顯好于時間偏移。另外，深度偏移方法向高斯BEAM、波動方程疊前深度偏移、逆時偏移發展；由各向同性向各向異性、VTI深度偏移向TTI深度偏移發展。

逆時偏移是本次展會的亮點技術，數家國際大公司都展示了很好的逆時偏移成果。WestGeco，CGGV和PGS公司的逆時偏移技術應用到實際地震資料中，取得了良好的成像效果（圖8）。CGGV，PGS等公司攻克了傾斜各向異性（TTI）逆時偏移、全方位逆時偏移速度建模等瓶頸技術，實現了TTI各向異性逆時偏移和全方位角逆時偏移，提高了復雜構造的成像精度和復雜巖性的反演精度（圖9）。

（2）全波形反演技術

全波形反演集中在如何提高反演效果和反演效率2個方面。本次會議上，PGS，WestGeco，Exxon-Mobile等公司展示了實際數據全波形反演成果，速度模型的分辨率和精度均得到明顯提高，展示了全波形反演的應用前景（圖10）。雖然全波形反演距規模化應用尚有一段距離，但其應用前景仍十分看好。

（3）CGGV公司基于角度域道集和三維深度域層析成像的全方位角建模技術

CGGV公司基于角度域道集和三維深度域層析成像，實現了全方位角速度建模。該公司的寬頻帶地震信號處理技術，通過壓縮子波，提高了地質界面地震響應的空間分辨率。

圖7 疊前時間偏移（轉換到深度域）（左）和疊前深度偏移（右）效果對比（WestGeco）Fig.7 The imaging effect comparison of WestGeco pre-stack time migration （converted to depth domain） （left） and pre-stack depth migration （right）

圖8 波場外推深度偏移（左）和逆時偏移（右）效果對比（WestGeco）Fig.8 The imaging effect comparison of WestGeco wavefield continuation depth migration （left） and anisotropic reverse time migration （right）

圖9 不同偏移方法效果對比（CGGV）Fig.9 The imaging effect comparison based on CGGV different migration methods

圖10 常規（左）和全波形（右）反演速度模型深度切片對比（WestGeco）Fig.10 The depth slices comparison of WestGeco conventional（left） and full waveform （right） inversion velocity models

（4）360°全方位角疊前成像處理系統

Paradigm公司推出了EarthStudy 360°全方位角疊前成像處理系統。該系統利用全方位采集數據進行全方位角的疊前深度偏移、射線照明屬性分析、各向異性層析成像和疊前道集屬性分析與地震解釋。該系統目前仍處于試應用階段。

1.4 地震解釋技術

引領地震解釋技術進步的一個特點是：油公司提出技術需求，服務公司研發新技術，做好技術支撐和技術保障，推動地震解釋技術進步。地震解釋技術主要涉及地震油藏描述、四維地震、AVO/AVA反演、全方位或寬方位地震資料解釋、多波處理解釋。

（1）油藏描述的重點是碳酸鹽巖的儲層預測和裂縫預測。普遍的思路是：應用螞蟻追蹤技術進行小斷層解釋，確定斷層及主要裂縫發育方向；利用曲率等幾何屬性預測裂縫發育方向和發育程度；利用寬方位地震資料計算各向異性屬性，定量預測裂縫發育程度。

（2）應用四維地震進行油藏監測。注重地震資料的各種屬性與不同開發階段油藏性質之間的匹配，從而利用地震資料更好地監測油藏。

（3）AVO/AVA反演注重巖石物理等基礎模型研究。

（4）全方位或寬方位地震資料越來越廣泛地應用在油氣勘探生產中，對研究非均質儲層如裂縫型儲層的預測中將發揮越來越重要的作用。

（5）多波處理解釋技術越來越廣泛地應用在油氣勘探生產中的氣藏檢測、油氣藏流體預測。

2 中國石油物探技術發展的思考

隨著計算機技術的快速發展，世界物探技術發展可歸結為三大趨勢：陸地裝備已具備15萬道帶道能力，海上裝備已具備26纜的能力，未來裝備向百萬道發展；采集技術向寬方位、高密度、寬帶可控震源、雙檢電纜等技術發展；處理技術向疊前深度、逆時偏移，全波形反演等技術發展。“十一五”以來，中國石油堅持走技術發展之路，立足四大領域［1-8］，持續開展技術攻關，物探技術取得了長足的進步。但是，面對飛速發展的世界物探技術，中國石油一是面臨的高陡構造、碳酸鹽巖、低滲透、火成巖等復雜勘探領域；二是與國際大公司相比，在裝備制造、計算機軟硬件能力、關鍵技術的自主創新能力方面存在一定的差距。面對國際地球物理技術的現狀和發展趨勢，結合中國石油各探區的勘探現狀，就中國石油物探技術應用與未來發展作了分析和思考，并提出了如下意見和建議，以期推動中國石油物探技術的持續快速發展。

（1）結合各探區的勘探重點，認真研究物探技術的應用與發展

中國石油各探區面臨地面與地下地震地質條件差異大，勘探難度大等難題，而在有利凹陷區，大多已完成了三維地震的2次覆蓋和多輪次的處理。未來的勘探要解決什么問題，采用什么思路，發展什么技術，是物探工作者需要深思的問題。如渤海灣一些盆地，近年來2次三維地震采集已經完成，今后可否借鑒國外的小面元、高密度、寬頻帶、寬方位地震采集和各向異性逆時偏移處理技術，以此來提高復雜斷塊的照明度和小斷裂的成像精度；針對塔里木油田碳酸鹽巖非均質儲層，可否借鑒國外的小面元、高密度、寬頻帶、全方位地震采集技術，各向異性逆時偏移和全波形反演處理解釋技術，來提高縫洞型儲層的定量雕刻精度。

因此，根據中國石油物探技術發展的實際情況，應認真研究并重點發展如下技術：

①在地震裝備上，陸地裝備應向10萬道以上帶道能力發展，海上地裝備應向20纜以上的能力發展，未來裝備向百萬道發展。

②在采集技術上，陸上、海上采集應向寬方位、高密度、寬頻帶可控震源、雙檢電纜等技術發展。

③在地震處理上，應向各向異性逆時偏移、全波形反演等先進技術發展。

④在地震解釋上，應向多波處理解釋、四維地震、巖石物理等解釋技術發展。

（2）加大地震采集、處理和軟硬件的投入

中國石油陸上地震裝備目前是萬道以下帶道能力，海上地震裝備是10纜以下的能力，物探技術的發展對地震裝備提出了更高的要求。

國際上地震采集技術的成功經驗是采用寬頻帶、寬方位采集技術，尤其是提高可控震源的低頻拓展等技術。如Kuwai公司在Greater Burgan區塊的陸上采集，采用了2.5×2.5 m的小面元、炮密度2000 點/km2、可控震源低頻激發（3.5～120 Hz）、縱橫比為1、單點接收的觀測系統。而中國石油陸上地震采集，主要以井炮、組合檢波為特征，炮密度很低，采用25×25 m的面元，且方位偏窄。如果采用寬方位、高密度采集技術，不但要求陸上采集裝備應具有萬道以上的帶道能力；而且在相同勘探面積寬方位、高密度采集數據量是常規采集數據量數百倍以上，這對計算機規模、存儲、數據交換提出了更高的要求。

近幾年深度偏移、逆時偏移已占國外地球物理大公司一半以上處理工作量，且工作量逐年提升。而中國石油地震逆時偏移才剛開始應用，處理工作量很少。全波形反演僅處于學術界探討階段，在實際中尚未使用。據統計，逆時偏移計算量約是深度偏移的100倍，全波形反演計算量約是逆時偏移的100倍。要發展各向異性逆時偏移、全波形反演等先進技術，這對計算機運算能力和相應軟件提出了更高的要求。

國際上多波勘探中處理解釋技術、四維地震油藏監測技術已進入生產階段；中國石油在轉換波勘探中處理解釋技術有了很大進展，而多波勘探處理解釋技術仍在試驗階段，四維地震油藏監測技術也在試驗階段。要發展解釋新技術，這對計算機運算能力、圖形處理和相應軟件提出了更高的要求。

總之，要趕上國際地球物理技術的發展水平，應加大地震裝備的投入，加大地震采集的投入，加大地震處理解釋的計算機規模、計算機運算能力和相應軟件等方面的投入。

（3）強化物探技術自主研發和原始創新

中國石油的物探技術水平與世界大油公司相比，在地震勘探技術應用領域，基本處于同一水平；在地震勘探技術創新領域，物探技術進步主要以集成創新為主，但自主創新能力不足，今后需要強化物探技術的自主研發和原始創新。

因此，應跟蹤前沿、加強基礎研究，強化采集、處理、解釋關鍵技術的研發和自主創新。如在地震處理解釋方面，應在各向異性、逆時偏移和全波形反演等前沿技術領域加大創新力度；應結合探區勘探目標和生產實際，進行物探技術的應用創新。

（4）強化新技術的試驗和應用

結合中國石油各探區的勘探重點，針對不同類型的地質問題和技術需求，加強新技術引進和先導試驗工作，在試驗中創新發展，優選實用技術，做好技術儲備，持續推動技術進步，突破勘探難題，提高勘探效益。

（5）持續強化物探技術攻關

針對中國石油在低滲透、碳酸鹽巖、復雜構造、火山巖、深層、海上、非常規能源等“七大重點領域”所面臨的瓶頸技術問題，持續強化物探技術攻關。分勘探領域形成系列配套技術；分地震技術（地震采集、處理、解釋）形成關鍵技術，以此來推動中國石油物探技術的發展，并實現油氣儲量新的增長點。

（6）加大國際交流與合作，把握物探技術發展趨勢

隨著計算機技術的進步，國際物探技術發展迅速，寬方位、寬頻帶、高密度等采集技術，各向異性逆時偏移、彈性波的全波形反演等處理技術，多波處理解釋、四維地震等解釋技術，很快將會成為物探的主導技術。為了更好地把握技術的發展，應加強國際交流，積極參加諸如SEG，EAGE，AAPG等國際會議，跟蹤國際前沿技術；為了更好地應用這些先進技術，需要加大對外交流與合作的力度，尤其是開展與國外大公司的廣泛合作。

［1］中國石油勘探與生產分公司.低滲透砂巖氣藏地震勘探關鍵技術及應用［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［2］中國石油勘探與生產分公司.復雜山地高陡構造地震勘探關鍵技術及應用［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［3］中國石油勘探與生產分公司.深層火山巖地球物理勘探關鍵技術及應用［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［4］中國石油勘探與生產分公司.碳酸鹽巖儲層地震勘探關鍵技術及應用［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［5］杜金虎，馮志強，趙志魁，等.松遼盆地中生界火山巖天然氣勘探［M］.北京：石油工業出版社，2010.

［6］杜金虎，匡立春，梁世君，等.新疆北部石炭系火山巖油氣勘探［M］.北京：石油工業出版社，2010.

［7］杜金虎，王招明，李啟明，等.塔里木盆地寒武—奧陶系碳酸鹽巖油氣勘探［M］.北京：石油工業出版社，2010.

［8］杜金虎，徐春春，汪澤成，等.四川盆地二疊—三疊系礁灘天然氣勘探［M］.北京：石油工業出版社，2010.

Status quo of international geophysical exploration technologies and thinking about the development of PetroChina geophysical exploration technologies

DU Jin-hu1， XIONG Jin-liang2， WANG Xi-shuang1， WANG Xi-wen3，WANG Xue-jun4
（1.PetroChina Exploration&Production Company， Beijing 100007， China； 2.Dagang Oilfield Company,PetroChina，Tianjin 300270， China； 3.Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest， PetroChina，Lanzhou 730020，China；4.BGP Inc.of CNPC，Zhuozhou 072751，China）

As the rapid progress of computer techniques,the development of international geophysical exploration technologies could be summarized to three main trends.Firstly,the channel capacity of land equipments is 150000 channels,the capacity of marine equipment is 26 cables,and in the future the equipments would develop to million channels.Secondly,acquisition technique would develop towards wide azimuth,high density,wideband vibroseis and dual-geophone cables techniques.Thirdly,processing technique would develop towards pre-stack depth migration,reverse time migration and full waveforminversion techniques.Since the Eleventh Five-year period,PetroChina always adheres to technical development.Keeping a foothold on four major fields,PetroChina continuously organizes geophysical exploration technical research,and obtained great development in the geophysical exploration technologies.However,compared with international major companies,PetroChina still fall far short of independent innovation abilities in equipment manufacturing,computer hardware capability and key geophysical exploration technologies.In view of current situation of international geophysical exploration technologies and based on the practical situation of each exploratory area of PetroChina,the application and future development of PetroChina geophysical exploration technologies are analyzed,and some advices are proposed.

computer technique； geophysical exploration technologies； PetroChina； technical development； analysis andthinking

P631

A

2011-06-05；

2011-06-20

杜金虎，1959年生，男，教授級高級工程師，主要從事石油地質勘探方面的研究和管理工作。地址：（100007）北京市東直門北大街9號石油大廈。E-mail：dujinhu@petrochina.com.cn

1673-8926（2011）04-0001-08

王會玲）