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地震勘探技术——给地球做CT 探测深部油气资源

石油天然气资源深埋在地下千米,是如何形成的呢?看不见摸不着,人们是如何找到油气宝藏的呢?

石油和天然气资源主要分布于沉积盆地中。沉积盆地在一定的地质时期,接受沉积物的沉降形成较厚的沉积岩,同时大量的生物遗体包括浮游植物、细菌、高等植物等沉淀下来;随着沉积层越来越厚,下部沉积层被压扁、固结;随着地壳运动,海水退去,沉积岩地层形成褶皱,并产生断裂,当富含有机质的生油岩随着地壳沉降达到一定深度时,开始生成大量油气,油气最先充满生油岩,随后沿着断裂或裂缝向上运移;当油气充满与生油岩紧密相连的致密岩石后,便形成了非常规油气藏,剩余油气继续向高部位运移,最终在有利部位形成常规油气藏(图1)。

我国陆域的主要含油气沉积盆地包括:西北部塔里木盆地、准格尔盆地、柴达木盆地、吐哈盆地,东北部松辽盆地、二连盆地,还有鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、四川盆地、南华北盆地等(图2)。位于这些盆地的大庆油田、吉林油田、大港油田、胜利油田、长庆油田、塔里木油田、吐哈油田等是我国主要石油和天然气资源产区。

近年来,中国石油和天然气进口量持续增长,为了减少我国油气资源对国外的依存度,保障国家能源安全,需要持续加大油气勘探开发力度。要寻找深埋在地下几千米的深部油气资源,的确不是一件容易的事情。经过地质人员几十年的工作积累,通过不断的方法试验和总结,吸取和引用新技术、新理论,研发高精度的勘探装备,建立了一整套油气地球物理勘探的方法和技术体系。

地球物理勘探技术是根据地质学和物理学的原理,利用电子学和信息论等领域的新技术,建立起来的一种石油勘探方法。主要是利用各种物理仪器,观测地下的各种介质的密度、磁性、电性、速度等物理差异现象,从而推断、了解地下的地质构造特点,寻找可能的油气储藏构造。目前应用于油气资源勘探的主要地球物理方法包括:重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探。地震勘探技术是最有效的、普遍采用的一种地球物理方法。

地震勘探技术就像给地球做CT扫描一样。主要是利用人工方法引起振动,如利用炸药在钻孔中爆炸产生振动波、或用大型可控震源组合激发产生振动波,振动波向外围扩散,遇到不同的介质会发生透射、反射等现象。地震波遇到地层分界面时,不同地层速度与密度的乘积存在差异,通常会发生反射;同时另一部分地震波还会继续向下传播,碰到地层界面后还会产生反射和透射,即一部分地震波的能量反射回地面,另一部分继续向下传播。来自地下各个地层的反射波传输到地面,可利用精密的地震仪器记录下来,再对记录的信息进行处理解释,进而推断地下地质构造特征。该方法具有勘探精度高、探测深度大等特点。

地震勘探的实施过程,基本上可分为野外数据采集、室内资料处理和资料综合解释三个环节。

首先是地震勘探的野外数据采集工作。这个阶段的任务是在基础地质和其它地球物理工作的基础上,初步确定含油气资源的有利区域,部署测线,人工激发地震波,在地面用地震仪把地下地震波传播的情况记录下来;人工震源每激发一次就形成一个单炮记录,整个区域会记录到成千上万的单炮数据信息。

其次是室内资料精细处理。它的任务是根据地震波的传播理论,利用计算机对野外取得的几千至几万个单炮数据资料进行多种处理,突出有效信号,包括去除各种噪声、速度扫描、叠加、偏移等,最终得到反映地下地质构造的大概形态的地震成像剖面以及相关的地震波速度资料。

最后一个阶段是地震资料的综合解释。由于含油气盆地的地质构造比较复杂,地震成像剖面上的许多信息,既可能反映地下的真实情况,也可能是不明干扰造成的假象。地震资料的综合解释工作,就是要运用地震波传播理论,综合地质、钻井和它物探资料,对地震剖面进行深入的分析研究,对各有效反射信息做出正确的判断,真实解译地下地质构造的特征,最终圈定出有希望含有油气的区域构造,落实油气钻探有利井位。

随着科学技术的发展,新方法、新理论的应用,地震仪器和地震勘探技术也得到了飞速发展,逐步形成了一个复杂、庞大而完整的科技体系。数学、物理、计算机以及地质学的各个分支都逐渐渗透到这个领域中来,使地震勘探技术日趋完善。我们相信,新区新层系新领域的油气资源将不断被发现,老的油气田会重新焕发青春。我们要适应新时代地质调查工作的需求,全力支撑国家能源资源安全保障,地震勘探技术必定大有可为。

责编/马铭阳