资讯推荐:向地球深部进军系列科普②：如何给地球做核磁共振？

中国工程院院士孙金声曾这样类比超深层油气勘探：“在8000米以深的超深层寻找油气，就好比站在珠穆朗玛峰顶，看清雅鲁藏布江上的游船。”难度如此之大，我们怎样才能发现地球深部的油气宝藏？目前，现代化科技手段只有一种——物探。

物探被称作地质探测的眼睛，主要是通过透视深层超深层结构，形成地质特征影像，锁定蕴藏在地球深部油气资源的分布位置、形态和储量，为勘探开发指明方向和目标，是向地球深部进军的先行和先导。物探兼具望远镜和显微镜的功能，既可像望远镜那样观看整个地层结构，又能像显微镜那般细致观察地质单元的微观特征。

深层超深层物探的工作流程是什么？难点在哪里？又当如何解决？本期“向地球深部进军”系列科普聚焦深层超深层油气勘探开发中的物探环节。敬请关注。

【资料图】

地震采集如何用人造地震绘制“地下珠峰”？

工作流程：测量—激发—接收

测量：利用GPS定位精准确定大地坐标。

激发：通过炸药或可控震源等人工激发的方式产生震波。

接收：利用有线或无线仪器接收激发后反射回来的震波。

塔里木盆地地上地下条件复杂，经过亿万年喜马拉雅造山运动，地上是高山大漠，地下构造支离破碎，被地质家形容为“一摞碎盘子又被狠狠踩了一脚”，地震资料采集面临油气层埋藏深，以及由此带来的低信噪比和低分辨率的“双低”难题。

在物探资料采集过程中，由于地壳运动，以及复杂的地上地下条件，各种干扰波和物探地震激发接收的有效波混杂在一起，影响地震剖面品质，让地质家难以准确识别油气的藏身之地。因此物探需要不断创新新技术、新方法，拭去超深层地宫宝藏上的云雾，让地质家们看得更清晰。

物探地震采集是通过人工激发的方式制造地震波，通过地震波向下传导，利用反射波的不同特性来描绘地下构造。地震波类似于往水中投入一个石子产生的一圈圈扩散的涟漪，不同的是地震波是沿震源中心向下传导的，遇到阻碍会反射回来。反射回来的地震波通过复杂的处理，就可以给地层画出一张构造分布图。

要让地震波穿过不同的地层到达6000多米深的地下，再反射回来被接收到，需要技术人员先根据勘探项目的地质任务和勘探目的层系深度完成技术设计。如果把常规物探看成给地球做CT的话，超深层勘探就相当于给地球做核磁共振，需要更强化的技术方法来解决。

面对塔里木复杂山地高陡构造低信噪比和复杂构造准确成像这一世界级难题，东方物探公司塔里木物探处和塔里木油田公司共同攻关，创新“宽线+大组合”地震采集技术，成为复杂山地发现和锁定有利勘探目标的利器，使得6000米以下超深层地震资料一级品率从不足20%提高到60%以上。

和普通的二维地震采集技术相比，“宽线+大组合”技术能更有效地压制影响深层的噪声，提高地震剖面的信噪比，把地层深处的构造形态描绘得更清晰。2007年，塔里木物探处首次应用宽线+大组合技术在吐北5-大北6构造山地二维中开展物探技术攻关，通过“宽线+大组合”技术强强联合、优势互补，解决了超深层复杂构造信噪比低及成像度低的问题，成功锁定了6750米深的克深5井。

宽线是在二维单线的基础上增加一条或几条测线，提高覆盖次数，解决超深层地质目标信噪比低的难题。大组合就是增加检波器串数量，拉大检波器组合基距，更好地压制干扰噪声。如果把检波器图形看成一张渔网，那么拉大基距后的检波器图形就能更好拦截干扰信号，捕获到更多的鱼，这些鱼就相当于从地层深处反射回来的地震波。当然，这些数据都要经过技术人员的反复计算和试验，才能取得最佳效果。

完成技术设计只是万里长征走完了第一步。接下来就要进入物探野外资料采集环节，包括测量、微测井、钻井、放线、放炮、接收等多道工序。看不见的地震波从激发点传播到地层深处，再返回地面，被拉大组合基距后的检波器捕获，通过电缆传到仪器车。生成地震资料，要经过一个漫长的旅行，闯过地层数千米深处的高压、高温、褶皱、断裂、背斜等重重难关。

地震野外采集结束，每一炮都会生成一张地震资料。这些资料是单炮资料，要想看到地层深处的构造，还要经过技术人员利用计算机对单炮资料进行各种组合处理，最终形成一张完整的地震剖面，交给处理解释人员去识别埋藏在地层8000米甚至更深处的“油龙气虎”。

地震处理如何“洗清楚”超深地宫的“照片”

工作流程：信号分析—叠加成像—偏移归位

信号分析：进行噪声压制、能量恢复补偿。

叠加成像：将离散的单炮数据转换成系统的剖面图像。

偏移归位：把信号归位到真实位置和形态。

地震处理就如同洗照片，把地震采集到的零散信号，转变成连续可视化的图像，把一块块分散的砖，砌成一道道整齐的墙，再建成一栋栋立体的房。在深部地震信号处理过程中，面临着远超常规浅中层处理的难题。由于在地震波从地表向地下传播再反射回地表接收器的过程中，深度越大，传播空间就越大，几何能量扩散越厉害，地层吸收掉的能量也越多，接收到的反射信号就越弱，甚至不足激发时的5%，就像声音在空气中传播，同样声贝的发声，距离越远，能听到的音量越弱。为了恢复深部弱信号并将之准确成像，超深物探信号处理的计算流程超过40个步骤，关键步骤包括噪声压制、能量补偿、速度拾取、偏移归位等。

在集团公司重点工程中秋西三维地震处理过程中，由于地表山体林立，高差超过1500米，地下错综复杂，塑性盐层揉皱分布，虽然项目组采用炸药、可靠震源、气枪三种激发，水陆两种检波器接收，但因城市工业、铁路高速路网震动干扰严重，地震处理仍面临世界级难题。

在地震资料处理过程中需要去伪存真提纯，首先要解决噪声压制难题。就像一袋米中混杂了不同颗粒的砂子和不同类型的杂质，将之筛除干净的过程，就是噪声压制的过程。在地震传播过程中，地滚波、地面工业交通震动干扰、风吹草动的随机干扰、高压线50赫兹干扰等，都会伴随着反射信号一起被接收。在去噪的过程中，一方面要把干扰波去除干净，同时要保证不伤害到有效反射波。就像做手术一样，既要切除病变灶体，又要保护健康组织。比手术更难的是，噪声和有效信号不是分区存在，而是一体混叠，去噪就成了双刃剑，需要精准操刀。

在操作过程中，处理项目组创新了“六分法”去噪技术，按照分类、分时、分频、分域、分步、分区压制干扰，整体上按照“先规律后随机，先低频后高频”的原则，规则噪声和低频噪声能量强、占比重，先压制，随机噪声和高频噪声干扰后压制，通过多域组合、多次迭代、循序渐进、逐步压制，将有效信号从鱼目混珠的干扰中提取出来。

其次是精微能量分析，精确恢复信号原貌。地震信号在长途奔波中，一方面能量扩散，另一方面地层吸收，能量逐渐变弱且不均匀。同样是炸药激发，疏松黄土比致密岩石激发的能量传播能力弱，就像敲击海绵和石块，两者受力程度不一样；同样是沙漠地表接收，更疏松的背风面比迎风面接收能力弱，就像黑布和白布吸光能力不一致；同样的深层传播，倾斜地层、断裂破碎带比平整地层反射能力弱，就像同样是凸透镜，布满裂纹凹槽的镜面比光滑镜面的聚焦能力弱。在这样的传播信号处理中，需要把不同的激发、传播、接收能量恢复到同一水准。

对此，处理项目组发展完善了几何扩散补偿、地表一致性能量均衡和反Q滤波等技术，将严重衰减且空间不一致的信号恢复原貌。

再次是精细速度追踪，精准同相叠加。地震传播的核心在速度。当我们判别西瓜的生熟程度时，通常用手敲击表面，通过声音判断内部情况。当瓜不成熟时，内部密实、声音清脆；瓜成熟时，内部疏松、声音沉闷，这种现象是疏松介质对波吸收得更多，同时波传播速度较慢。地震波在不同岩石中传播的速度不同，当地下岩层孔隙度较高时，与同类性质岩石相比，地震传播速度较低，尤其是含油气时，速度变化明显。信号从不同方向传导到同一位置的用时不同，要准确捕捉速度变化，就需要将所有反射信号传导至同一反射位置的用时进行零偏移距校正，即把所有信号传输用时都校正成检波器与激发点在同一垂向位置时信号传输所需的用时，此时同步叠合保证能量值最强。如同多个手电筒照出去，要让正前方最亮，就要将光束聚焦，出发点都聚到正中心的手电筒这个点上。校正后形成的地震叠加剖面基本可以反映地下结构。

最后是深度偏移成像，信号归位归真。当地层都是水平结构且横向速度一致时，叠加成像是水平的，但地层有起伏、断点或速度横向变化时，叠加成像就与实际产状（即地层的倾角、倾向和走向）不一致，成像产生哈哈镜效应，就像从一定角度看水中的鱼，看到的位置并不是鱼的真实位置，要捕到鱼，就要偏移归位。地震信号未做偏移归位时，剖面上看到的位置和形态，并不是完全真实的。地震偏移归位经历叠后时间偏移、叠后深度偏移、叠前时间偏移和叠前深度偏移四个阶段。

为了使深层地震反射准确归位，东方物探公司成像团队研发了井控约束各项异性叠前深度偏移技术，比传统的技术归位精度大幅提高。在库车山地，传统方法深度误差可达10%以上，横向误差最大达到1000多米，而新方法将深度误差降低到1%，横向位置误差降低到50米以内。

地震解释如何破译超深地下构造的“摩斯密码”？

工作流程：地质建模—油藏刻画—圈闭描述

地质建模：通过层位和断裂搭建地质结构模型。

油藏刻画：含油气单元的结构雕刻。

圈闭描述：油藏的匹配要素分析。

地震处理成像主要反映地层的地震反射特征，地震反射代表什么地层？什么年代？什么岩性？是否含油气？要把处理成果翻译成地质信息，就需要进行地震解释，就像使用一套“摩斯密码”，把电波信号转译成文字信息。

深部地震解释包含10多个步骤，关键的环节包括地层标定、层位断裂解释、圈闭刻画、井位部署等。面对超深油气，物探精准解译深地密码，打造敲开深地宝藏大门的金钥匙，才能引导勘探开发在错综复杂的地宫中不迷路。为此，要充分发挥处理解释一体化技术优势，采取多种技术手段为超深层油气勘探开发的井位部署提供技术支撑。

一是综合信息卡层，明确地质年代。每一层的地震信号对应哪个地质年代的地层，需要通过卡层的方法进行界定。地质卡层可以用钻井揭示的地层与地震剖面进行对应，明确地质期次。部分高陡地层从深部向上生长，与地表出露为同层。在典型的地表出露区，尤其是天山、昆仑山等区域，也可以用出露地层辅助推测地下，以数字露头戴帽的方式，即形成地下与地表结构统一匹配的模型，来辅助地质卡层。

二是层位断裂解释，寻找油气有利区域。地质卡层后，用沿层追踪的方法，进行地质层位解释，把大区域内每一套主要地层尤其是标志追踪出来，形成一张张的网。由于地质挤压、拉张或错动，地层会形成树杈一样的断裂，同样沿着一条条的断裂追踪，形成断裂系统结构。网状地层的局部包含背斜、向斜、单斜、沟槽、古河道、湖泊、冲积扇等地质结构特征，为搜索含油气单元打下基础。

为了精准高效追踪层位和断裂，中国石油创新研究出人工智能追踪法，选取控制点后，依靠大数据和智能算法，自动追踪出地层和断裂。

三是搜索油气圈闭，明确赋存状态。油气藏的形成条件是苛刻的，包括生、储、盖、圈、运、保的完美匹配。首先要找到能生成油气的地层，比如三叠系、侏罗系煤质地层，再寻找烃源的运移通道，继而追踪运移到哪里。油气的储存需要储集体，可以是天山深处白垩系的穹隆状空隙砂体，也可以是沙漠区深层的溶洞、断缝等。找到储集体后，评价油气的封存条件，包括顶部封存、边界封存，储层顶部的膏盐、泥岩等塑性较强、内部裂缝不发育的地层，可以把油气封存住，防止逸散，边界断裂也可以对储集体内的油气形成封闭。通过对储集体面积、体积以及孔隙度、渗透率的计算，可以推算出油气储量、压力，为超深井位部署提供依据。

四是部署超深井位，探明深部油气。根据圈闭显示，在有利位置确定井位，比如在天山区，主要在6000米以深的穹隆状含油气单元的顶点位置部署，在沙漠区主要在7000米以深的大型溶洞、断控体或连片砂岩定井位，具体包含圈闭类型、深度、含油气特征，以及每一层地层的深度、倾角、岩性等信息，为地质钻探擦亮眼睛，明确目标。在钻探过程中，地震地质一体化动态跟踪，尤其关注卡层深度位置、岩性突变、油气显示，以便实时动态调整，降低工程风险，提高钻探成功率。钻后，综合地震、地质、测井、录井信息，进行进一步深入细致的研究，为下一步的勘探开发打基础。

科普问答

嘉宾：刘永雷东方物探公司高级技术专家

问：与常规中浅层物探相比，深地物探实现了哪些技术突破？

答：常规中浅层物探技术难以满足深层超深层油气勘探开发需求，因此，在采集、处理、解释三个主要环节都创新发展了系列新技术。

在采集环节，常规中浅层物探采用普通的二维宽线或三维方法。而深层超深层的勘探对象更加复杂，需要更多的资源投入和采用更强化的施工方法，因此深地物探采用的是“两宽一高”（宽方位、宽频带、高密度）三维勘探方法。所谓“两宽一高”三维勘探是将观测系统先从“线变成网，再加密成细网”。如果把窄方位看成一个长方形排列片，宽方位相当于一个横纵比更大的长方形的排列片。和窄方位相比，宽方位探测的角度更大，接收的信息更多，就像手术室里的无影灯，灯泡越多，产生阴影就越小。宽频带可以有效提高地震采集资料的分辨率，相当于照片的像素，像素越高越密集，成像就越清晰。高密度是通过提高排列的炮道密度，拨开地层深处的“云雾”，让地下构造看得更清晰。

也就是说，“两宽一高”的技术优势是通过布设范围更宽、密度更大的炮检点，采用更高的覆盖次数来获得更多的地下信息，提高地震采集资料的信噪比、分辨率和保真度，从而提高成像精度。

在处理过程中，与中浅层相比，应用了吸收衰减补偿技术，精确计算信号传播过程中的能量吸收衰减量，更好地恢复深部弱反射弱信号，并应用了双程波逆时偏移技术，对信号传播路径进行双向匹配，比常规单程波成像更聚焦。

在解释过程中，加大解释密度，使解释网格更细密，采用全层系立体解释，建立全深度地质结构模型，深层应用了人工智能追踪法，对复杂断裂系统进行分级刻画。

问：与国外深地物探相比，国内深地物探有哪些不同之处？

答：与墨西哥湾等区域相比，国内如塔里木盆地的地表地下条件更复杂。东方物探公司创新研发应用了可控震源滑动扫描激发，单点检波器无线接收，单炮混波分离，大沙漠、巨厚黄土塬和高陡山体综合信息约束网格层析反演近地表速度模型，综合叠前叠后去噪方法，井控中深层数字建模，数字地质戴帽约束划分岩性，井控相控联合反演储层等多项技术。这些深地勘探新技术已走向行业引领性潮头。

问：纵向对比，深地物探技术实现了哪些技术进步？

答：与以往勘探项目相比，现在的勘探方法采样更密，信号空间分布更均匀，有效反射信号更强，噪声压制更彻底，信号保真保幅程度更高，具备更多的数智化处理解释功能。同时，针对深部目标的成像更精细更聚焦，油气藏显示及刻画更精细，更能真实反映深部油气藏的细节微观特征。

本版文字：张向全、王健、刘新文、谭晔、张冀、袁镜武

技术支持：东方物探公司研究院、塔里木物探处