不斷發(fā)展的地震勘探技術(shù)

摘要:本文通過(guò)對(duì)二維地震、三維地震勘探在野外施工、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、成果應(yīng)用方面的比較，闡述了地震勘探技術(shù)的變化發(fā)展以及三維地震勘探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:地震勘探 數(shù)據(jù)處理 解釋

地震勘探技術(shù)是一門集地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)為一體的綜合性應(yīng)用科學(xué)。20多年來(lái)，隨著煤炭高分辨率地震勘探技術(shù)的引入與推廣，煤炭地震勘探從二維逐漸發(fā)展到三維，為煤礦采區(qū)的開(kāi)發(fā)決策、巷道布置與開(kāi)拓提供了可靠的依據(jù)；在查明地質(zhì)構(gòu)造、勘探小斷層、褶曲、巷道、陷落柱、老窯、采空區(qū)等檢測(cè)工程及解決問(wèn)題的能力大大提高；在預(yù)測(cè)采區(qū)煤層厚度、頂?shù)装鍘r性變化、采區(qū)水文地質(zhì)評(píng)價(jià)等方面都展示了極大的能力。目前已成為煤炭普查、詳查、精查、采區(qū)勘探必不可少的勘探手段。

煤炭三維地震勘探與二維地震勘探相比，三維地震勘探是把沿線觀測(cè)的二維地震方法擴(kuò)展到三維空間。由深度方向（z）和構(gòu)成面積的（x，y）構(gòu)成三維空間。通過(guò)面積測(cè)量技術(shù)獲得與地質(zhì)體相適應(yīng)的三維數(shù)據(jù)體。三維數(shù)據(jù)體信息點(diǎn)的密度可達(dá)5.0m×5.0m，甚至更小。而二維測(cè)線的間距一般最高為500m。

要了解三維地震勘探技術(shù)，有必要先了解一下二維地震勘探的基本原理。二維地震勘探方法是在地面上布置一條條的測(cè)線，沿各條測(cè)線進(jìn)行地震勘探施工，采集地下地層反射回地面的地震波信息，然后經(jīng)過(guò)電子計(jì)算機(jī)處理得出一張張地震剖面圖。經(jīng)過(guò)地質(zhì)解釋的地震剖面圖就像從地面向下切了一刀，在二維空間(長(zhǎng)度和深度方向)上顯示地下的地質(zhì)構(gòu)造情況。同時(shí)幾十條相交的二維測(cè)線共同使用，即可編制出地下某地質(zhì)時(shí)期沉積前地表的起伏情況。

三維地震勘探的理論與工作流程和二維地震勘探大體相似。第一個(gè)階段是野外數(shù)據(jù)采集。野外地震數(shù)據(jù)資料采集包括測(cè)量、鉆井、激發(fā)井埋置炸藥(在使用炸藥震源時(shí))、埋檢波器、布置電纜線至地震儀器車幾道工序。測(cè)量的任務(wù)是按勘探設(shè)計(jì)的要求定好測(cè)線及爆炸點(diǎn)和接收點(diǎn)的位置。鉆井的任務(wù)是準(zhǔn)備好可埋下炸藥的激發(fā)井。埋炸藥就是向井中放入炸藥，炸藥爆炸后產(chǎn)生彈性地震波，地震波向地下傳播，遇波阻抗界面產(chǎn)生反射，地震反射波被埋置在地面的地震檢波器接收并傳送到地震記錄系統(tǒng)，記錄系統(tǒng)將檢波器傳來(lái)的信號(hào)記錄下來(lái)，這就獲得了用于研究地下地質(zhì)情況的原始地震記錄。

地震勘探的第二個(gè)階段是資料處理。室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理是把采集到的地震信息數(shù)據(jù)輸入電子計(jì)算機(jī)地震資料處理系統(tǒng)，按不同要求用一系列功能不同的模塊進(jìn)行處理運(yùn)算，按照地震勘探任務(wù)的不同，剔除干擾信息，加強(qiáng)有用信息，最終得到一份三維地震數(shù)據(jù)體文件。三維地震與二維地震相比，三維偏移歸位后的地震數(shù)據(jù)體，基本上能夠反映地下的真實(shí)情況，而二維地震波場(chǎng)不能滿足三維時(shí)間場(chǎng)方程，使二維偏移處理在運(yùn)動(dòng)學(xué)特征上發(fā)生了畸變。從而使三維地震資料處理與二維相比發(fā)生了質(zhì)的變化。

地震資料解釋是把經(jīng)過(guò)處理的地震數(shù)據(jù)體變成地質(zhì)成果的過(guò)程，包括運(yùn)用波動(dòng)理論和地質(zhì)知識(shí)，綜合地質(zhì)、鉆井、測(cè)井等各項(xiàng)資料，作出構(gòu)造解釋、地層解釋、巖性解釋及綜合解釋，繪出有關(guān)成果圖件。三維地震勘探與二維相比，二維地震的數(shù)據(jù)顯示方式是垂直地震剖面，沿地震測(cè)線垂直剖切，顯示形式也比較單一；三維則不同，三維地震數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)體在平面上按CDP網(wǎng)格排列分布，在垂向上按深度換算的時(shí)間采樣組成立體數(shù)據(jù)網(wǎng)格。對(duì)于這樣的數(shù)據(jù)體，解釋工作者可根據(jù)需要靈活地顯示多樣圖件，可以根據(jù)需要顯示走向、傾向或某一有意義的方向的剖面，折線剖面（如連井剖面，通過(guò)不同地質(zhì)特征帶剖切等），顯示等時(shí)切片，這些剖面能表現(xiàn)出相位和振幅的變化。還可以通過(guò)彩色顯示、三維可視化顯示等提高對(duì)地下構(gòu)造形態(tài)、斷層和地層變化的識(shí)別和確定能力。

以前由于沒(méi)有合適的三維顯示設(shè)備，人們只好利用一條條地震剖面(主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線)以及水平時(shí)間切片來(lái)顯示三維數(shù)據(jù)，地震剖面是一種二維圖象，可表示為A = f (x， z)或A = f (y， z)，水平切片也是一種二維圖象，可表示為A = f (x， y)，地質(zhì)解釋人員依據(jù)這些二維圖象來(lái)推測(cè)、想象地下地層的空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)。但是三維數(shù)據(jù)用二維解釋具有很大的局限性

圖1是某勘探區(qū)的一條地震剖面，從圖中可以清楚地看出地下巖層的起伏形態(tài)。圖2是這個(gè)勘探區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體在深度為1464毫秒處的水平切片，從圖中可以清楚地看出一個(gè)彎曲的古河道。

圖1某測(cè)線地震剖面

對(duì)于龐大的三維數(shù)據(jù)體，即使將每一條剖面和水平切片都顯示出來(lái)，一個(gè)三維體的完整信息也是分散在各個(gè)獨(dú)立的二維圖象中，很難綜合起來(lái)進(jìn)行聯(lián)想，觀察起來(lái)也不直觀，不能從三維的角度去觀察和分析地質(zhì)體的空間形態(tài)。更何況在實(shí)際工作中不可能對(duì)每條剖面和切片都進(jìn)行觀察，常常是將剖面抽稀，僅對(duì)部分剖面和水平時(shí)間切片進(jìn)行解釋，即只利用了一小部分信息，大部分信息沒(méi)得到利用，這是一種信息的巨大浪費(fèi)，其結(jié)果是不可避免地會(huì)漏失或忽略大量的小構(gòu)造。另外由于缺失中間過(guò)渡信息，在二維剖面的解釋過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)斷層組合不合理，同相軸難以追蹤和對(duì)比等情況，往往需要反復(fù)修改，解釋效率很低。多年以前人們就認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，并指出了三維數(shù)據(jù)三維解釋的出路。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為三維地震數(shù)據(jù)的三維解釋提供了技術(shù)上的支持，二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，國(guó)外就開(kāi)展了三維地震數(shù)據(jù)的可視化研究，在實(shí)踐和應(yīng)用中取得了明顯的效果，引起了人們的極大興趣，目前三維地震數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化技術(shù)還在繼續(xù)發(fā)展之中，并已成為地質(zhì)勘探中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

三維地震勘探技術(shù)今后的發(fā)展方向主要包括3方面：

一是發(fā)展萬(wàn)道地震采集技術(shù)。采用萬(wàn)道地震儀(測(cè)線在30000道以上)和數(shù)字檢波器進(jìn)行單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收、大動(dòng)態(tài)范圍、多記錄道數(shù)、多分量地震、全方位信息、小面元網(wǎng)格、高覆蓋次數(shù)的特高精度三維地震采集技術(shù)。

二是發(fā)展數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。為提高處理精度，必須發(fā)展海量機(jī)群并行處理和海量存儲(chǔ)技術(shù)。海量機(jī)群并行處理技術(shù)是指PC-CLUSTER(針對(duì)大型數(shù)據(jù)庫(kù)及大負(fù)荷運(yùn)算量的集群計(jì)算機(jī))的節(jié)點(diǎn)要多，同時(shí)發(fā)展相關(guān)的靜校正處理、組合處理、疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移、全三維各向異性等處理技術(shù)，以提高地下地質(zhì)體的成像精度和層位描述精度及瓦斯、裂隙等的分析精度。海量存儲(chǔ)技術(shù)指發(fā)展大容量的磁盤和自動(dòng)帶庫(kù)，以滿足大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)需求。

三是進(jìn)行高精度精細(xì)地震解釋。隨著微機(jī)性能的提高、成本的降低以及可視化解釋軟件的發(fā)展，未來(lái)三維地震數(shù)據(jù)可視化解釋技術(shù)的發(fā)展趨向是微機(jī)群，即用于解釋的微機(jī)群將以兩種形式存在：一種是集成并行機(jī)群，用于大數(shù)據(jù)量的計(jì)算和三維可視化分析；另一種是分布式機(jī)群，人手一臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，用于精細(xì)解釋研究。