地球物理勘探技术中的地震勘探技术

左前,1 ,徐丽娜2

1山东省鲁岳资源勘查开发有限公司 山东 271000

2山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队 山东 271000

摘要：利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法叫作地震勘探。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。作为人类历史上一项重大技术，地震勘探的出现无疑受到了天然地震的启发。

关键词：地球物理勘探技术；地震勘探技术

引言

地震勘探的出现与人类对地震波的认识密切相关。通过长期以来对地震现象的观察，科学家们认识到，地震是由地层发生断裂或位移而引起的，地层断裂或位移会产生振动，振动会从地震发生的地方向四周传播，形成地震波。利用地震波可以了解地下地质构造的特征。

1.反射法与折射法

地震勘探技术的发展与人类科学技术的进步密切相关。地震勘探的每一次技术进步都是人类科学技术发展的体现，这从地震勘探的发展历史中可以清晰地看到。最早应用于地球资源勘探的技术是反射法地震勘探。但是由于当时人工地震所产生的地震波能量很弱，地震反射波的能量更弱，常常与自然界的噪声混杂在一起难以分辨，在技术上尚未能进行实际应用。后来，随着机械设备制造技术的进步，地震记录设备精度和灵敏度得到了显著提高，反射法地震勘探初步具备了实用化的基础。1921年，美国地球物理学家卡切尔(J.C.，Klarcher)把反射法地震勘探应用于生产实际，在俄克拉荷马州首次清晰地记录到人工地震造成的反射波，这是地震勘探在石油工业领域的首次尝试。1930年，根据反射法地震勘探的结果，在该地区发现了3个油田，从此反射法进入了工业应用的阶段。折射法地震勘探的实际应用开始

于德国明特罗普(Ludger Mintrop)，他于1919年申请到折射法地震勘探的专利。从1924年开始的几年内，明特罗普利用折射法在墨西哥湾沿岸地区发现了很多盐丘，其中有不少盐丘所在地后来成为高产油田。1930年末，苏联地球物理学家甘布尔采夫（1903—1955）等吸收了反射法的记录方式对折射法做了相应的改进。早期的折射法只能记录最先到达的折射波（直达波），而改进后的折射法能够记录各时段的折射波，可以更细致地研究地震波的传播特征。

2.全面发展的地震勘探技术

俄国著名地震学家加里钦在1912年曾预言，地震勘探是在短暂时间内照亮地球内部的一盏明灯。地震勘探技术的发展事实证明了这一预言的正确性，后来有人形象地将地震勘探中的地震成像称为“照明”。地震勘探所产生的地震波是目前少量可以穿透地壳的信号，帮助人们认识地球内部结构。经过近一个世纪的发展，地震勘探这盏“灯”的亮度、可“照射”的深度和广度还在不断发展，主要表现在地震勘探理论，地震记录设备，地震采集、处理、解释等领域的技术进步。在地震勘探理论方面，受物理、数学、光学等基础理论发展的影响，

科学家们对地震勘探和地震成像的认识更加深入，推动了地震勘探理论从早期的几何地震学发展到波动地震学，从早期的反射波法到折射波法，从叠后偏移发展到叠前偏移，显著提高了地震成像的精度。在地震勘探设备方面，在先进机械制造、微电子、集成电路和现代信息技术的支撑下，从早期的光点地震记录仪发展到模拟地震记录仪再发展到数字地震记录仪，从有线地震仪发展到无线遥测地震仪，大幅度提高了地震波的记录精度和动态范围；从炸药震源发展到可控震源，从窄频带可控震源发展到低频和宽频可控震源，为地震勘探精度的提高奠定了基础。

采用不同的地震技术取得的地震成像结果生动地展示了不同时代地震勘探精度的巨大差异。1950年利用光点地震仪所采集的地震剖面，仅能从地震剖面上看到地层界面的一些影子；2020年利用低频可控震源、数字地震仪所获得的高分辨率地震剖面，地质构造的细节特征一览无余，二者之间的差别不亚于黑白显像管电视机和彩色液晶电视机之间的差别。在地震采集领域，在新型地震记录设备的支持和信息技术发展的促进下，地震勘探在地震采集维度、采集密度和提高信噪比等方面取得了突飞猛进的进步。从早期的二维地震采集、三维地震勘探发展到现今的四维地震采集，从早期的单分量地震采集发展到现今的多波多分量地震采集，从早期的窄方位采集发展到先进的宽方位采集，从早期的低覆盖次数接收到现今的高覆盖次数接收，各种新技术新方法层出不穷。其中，就三维地震勘探来说，从早期的窄方位、低密度三维地震到现今的宽方位、高密度三维地震，其技术进步的幅度之大堪比从乡间小道、普通公路再到高速公路。以上地震采集技术的进步离不开地震激发设备和地震记录设备的发展，可控震源、精密数字地震仪及基于这些高精尖设备的“两宽一高”地震勘探技术功不可没。

在地震处理领域，超级计算机和现代信息技术的进步为地震数据处理带来了革命性影响，从早期的每秒运算百万次计算机到现今的每秒运算亿次至数十亿次计算机，从串行运算到并行运算及GPU超级并行运算，运算能力的提高为各种先进地震处理技术的应用和发展带来了前所未有的机遇；从早期的基于几何地震学的叠后偏移成像发展到现今基于波动方程理论的叠前深度偏移成像，从时间域到深度域再到频率域，从各向同性到各向异性，地震处理的效率和地震成像精度得到显著提高。

在地震解释领域，宽方位、宽频带、高密度地震勘探技术的发展和成熟使地震资料密度和地震成像精度得到显著提高，为基于地震资料的地质综合研究、油气藏储层识别和流体预测提供了基础，使地震勘探从早期的二维剖面型构造解释发展到三维构造解释，从局部解释发展到全空间三维可视化解释和虚拟现实解释，从定性解释发展到定量解释，使地质目标的识别能力得到明显增强。

3.地震勘探技术发展趋势

从近百年来地震勘探技术发展的历程看，自20世纪90年代中期以来，地震勘探全面进入高新技术引领和取胜的时代。纵观我国石油工业发展史上油气探明储量的每一次大幅度增长，都与地球物理勘探特别是地震勘探核心技术的进步密切相关，地震勘探技术已成为各种高新技术的集大成者，最新的地震勘探融汇了来自很多其他学科和其他领域的各种新技术新方法。与早期的地震勘探相比，最新的地震勘探成像精度和信噪比都得到了极大提高。当然，科学技术的发展不是孤立的，不同行业的科学技术的进步是相辅相成的，地震勘探技术的进步反过来也促进了其他行业的科学技术进步，如三维地震数据处理对高性能计算机的需求显著推动了超级计算机技术的发展，某些地震叠前偏移技术和地震属性分析技术已用于医学影像的处理等领域。显然，科技进步已成为地震勘探技术发展最根本的持久动力。随着全球经济和社会发展对能源方面，需要性能优良和高效的地震采集、处理和解释软件；在新技术方面，需要具备宽方位、宽频带、高密度地震勘探能力的“两宽一高”地震勘探技术、弹性波地震勘探技术、三维可视化技术、虚拟现实技术等。在科学技术快速发展的今天，作为社会与经济发展的支柱产业之一，石油天然气勘探行业纷纷把数字化、网络化、信息化、智能化转型作为行业未来发展的重要战略方向，超级计算机、新一代超高速大容量无线通信、云计算、人工智能等新一代信息技术的飞速发展必将为地震勘探行业的数字化转型升级提供新的动力。

结语

随着科学技术的不断进步，地震勘探效率和精度会进一步提高，地震勘探技术也会随之持续发展，而且将始终站在行业科技发展的前沿。地震勘探技术不仅在石油、天然气勘探开发中发挥更大的作用，而且在固体矿产资源勘查、地球深部探测、行星和宇宙探测、医学成像等领域也将得到更大范围的推广。

参考文献

[1] 陈欢庆 . 油气田开发中油气藏地球物理研究[J]. 地球物理学进展,2021,36(02):565-575.

[2] 钱荣钧,王尚旭 .石油地球物理勘探技术进展[M].山东:石油工业出版社,2006.9:310.