海相层系地震勘探概述

海相层系地震勘探，即利用地震勘探技术探测海相层系的地质结构特征，预测其中的含油气性。其探测目标是海相沉积实体，既可以是海相地层，也可以是陆相地层，甚至是水域。

（1）海相层系地震勘探发展现状

现行地震勘探技术是在针对浅层、简单地表、简单构造与陆相碎屑岩基础上发展起来的。在应用常规地震勘探技术勘探海相层系油气藏时，在地质条件相对简单的情况下，有许多海相碳酸盐岩油气田被发现，可以说地震勘探很有成效。有些论著还专门探讨了海相碳酸盐岩的地震勘探问题，如I.Palaz等人主编了《碳酸盐岩地震学》（1997），CarlJ.Regone讨论了测定和识别非规则地表碳酸盐岩产生的三维相干噪音的盒子波方法（box wave test）与宽线观测试验（1997）等。

上述研究对我们有借鉴意义，但并不完全适合我国海相层系地震勘探所面临的极其复杂的地表和地下地质情况。50多年来，我国地球物理学家与现今三大石油公司的科技人员，针对我国海相层系的地表和地下构造复杂、目的层埋藏深度大、孔洞缝储层发育、地层岩性储层的非均质性强等问题，做过大量的地震攻关研究工作，探索出一系列我国特有的海相层系地震勘探方法。

在地震数据采集方面，基于岩石力学、岩石物理学和爆破理论，通过炸药激发子波的动力学特征与岩石弹性参数、爆炸药量的关系研究，结合野外试验与室内物性测定分析，提出饱和激发理论（杨贵祥等，2004～2007），利用该理论可以指导激发参数优选，实现其最佳匹配组合；四川石油管理局地质调查处在四川盆地开展了大量的地震观测，已形成了富有特色的山地地震资料采集技术，经过几十年的地震勘探，尤其是1986年实现数字化以后，现已基本形成了较为成熟的山地地震资料采集的一系列配套技术；针对碳酸盐岩储层，中国石化南方勘探开发分公司等于2001年在四川东北部普光地区开展了复杂山地条件的海相层系高精度地震勘探攻关，形成了有针对性的采集工艺，获得了高品质的地震记录，并在川东北地区的普光、通南巴、元坝、黑池梁，贵州赤水的官渡，广西的百色，鄂西渝东的建南-龙驹坝等地开展了大规模的三维宽方位地震观测，提高了地震勘探的整体水平，为普光等特大型气田的发现和潜在油气田勘探部署提供了技术支撑；与此同时，中国石油集团公司在四川盆地也开展了大规模的三维与二维地震观测，为提高碳酸盐岩裸露区、高陡构造、复杂山前带地震资料质量做出了巨大努力。

在西部地区，中国石油和中国石化两大石油公司近年来进行了大量的山地、沙漠、黄土塬等复杂地区的地震数据采集新技术研究。主要包括地震观测系统的优化设计技术、优化激发与接收、表层调查与静校正新技术开发；山地高密度地震采集、山地宽线地震采集、复杂山地三维地震采集等关键技术的应用；黄土塬地区的沿沟弯线观测和穿沟直线观测技术等。这些研究针对性强、效果明显，使地震资料的品质获得了普遍提高。

在海相层系地震数据处理和解释方面，主要针对复杂地表静校正、复杂高陡构造成像、储层预测和地震相分析等开展研究，并有处理、解释一体化和采集、处理、解释一体化的发展趋势。

近20年来，中国石油和中国石化两大石油公司及有关科研单位在四川盆地和塔里木盆地碳酸盐岩储层地震勘探和地震地质研究方面开展了大量的工作，在储层地震相分析、礁滩储集体地震识别、储层预测及含气性判识技术等方面，取得了丰富成果。其中一个重要认识就是：在地震资料品质良好的地区，地震成果对大型油气田的发现具有关键作用。

在地震相分析、礁滩储集体地震识别和储层预测方面，提出了地震相分析和地震属性分析等方法。马永生等（2007）对宣汉-达县地区长兴组、飞仙关组礁滩相储层的地震识别标志进行了总结：浅滩相在地震剖面上总体表现为振幅强度变化规律多数不连续，以中低频为主，亚平行反射结构，位于弱振幅、连续、中低频及亚平行的局限台地与具前积结构的斜坡相之间。台地边缘生物礁相在地震剖面上呈透镜状，振幅可强可弱，多数不连续，中—低频，杂乱反射，部分为亚平行，具弱前积结构，位于具前积结构的斜坡与弱振幅、连续中频、亚平行-弱前积的开阔台地之间。殷积峰等（2007）根据川东地区二叠系生物礁的地质特点，从已知井的井-震响应特征分析出发，通过地震反射结构分析、神经网络波形分类处理、地震属性分析、三维可视化解释、多参数地震反演等多项地震特殊处理和解释方法，建立了生物礁和生物礁储层的判别模式，形成了有针对性的地震勘探配套技术，其中以伽马、补偿中子及声波为目标曲线的多参数地震反演技术对预测和评价生物礁很有效。

针对碳酸盐岩缝洞储层地震识别方法与技术迫切需要，国内也有不少学者开展了相关研究。贺振华等（2006，2007）研究了碳酸盐岩缝洞储层的物理模拟与数值模拟方法、缝洞储层的地震响应特征和储层边缘检测及预测方法。曲寿利（2001）研究了全方位P波属性裂缝检测方法；Zhu（2006）和Guan（2006）针对南方碳酸盐岩储层油气勘探问题从数据采集、处理与解释三个方面进行了系统总结；此外，在碳酸盐岩油气勘探实践方面，刘伟方等（2007）、陈广坡（2005）、王士敏（2004）、Wang（2004）、杨子川（2004）、李宗杰（2002）等研究了塔里木盆地碳酸岩盐储层地震预测问题；马永生（2005）、蔡正旗（2005）、黄花香（2004）、陈清华（2002）、刘海林（2002）等研究了川东地区碳酸岩盐储层地震预测问题。尽管如此，适合南方海相碳酸盐岩储层描述的地震属性提取与储层预测技术的系统研究才刚刚开始。为此，需要结合国际发展趋势与我国南方海相碳酸盐岩储层的特殊性，在储层地震属性提取与流体检测的研究中，应将特定储层的AVO分析与岩石物理研究相结合，最大限度地利用地震波场中反映礁、滩、溶蚀孔洞、裂缝储层特征的振幅、频率和波形结构信息，发展更有效的叠前弹性参数反演方法，加强属性参数优选、可信度评价与综合分析，探索流体参数转换的有效方法等。

（2）碳酸盐岩地层地震勘探的基本问题

碳酸盐岩地层具有速度高、非均质性强的特点，因此，其地震勘探的基本问题是如何提高分辨率、成像精度与如何有效预测非均质、多类型、非规则碳酸盐岩储层，以及对其中是否含油气进行判识。

1）碳酸盐岩地层传播速度高、岩石密度大。高速度使得相同频率情况下波长加大，导致地震勘探的纵向与横向分辨率都较碎屑岩中要低。如其顶面以上为低速碎屑岩，在地震剖面上形成高强振幅反射，而碳酸盐岩内部层位的反射一般异常微弱。

2）碳酸盐岩地层往往具有严重的喀斯特化现象。一般很难见到均匀岩性的碳酸盐岩呈多层简单叠置。随着海平面升降，碳酸盐岩常常暴露在大气中，风化淋滤形成了喀斯特化，产生的溶蚀孔洞为油气提供了良好的储集空间，但同时也易产生大量的非规则反射和散射，使信噪比降低。

3）陡构造形成地形复杂区。主要造成地形和地表岩性横向变化大，静校正问题严重。

4）地表岩性横向变化大。碳酸盐岩出露区地表岩性的横向变化大，地震勘探施工在不同风化程度的地层接收时，检波器与地面耦合和一致性问题突出，使得接收条件变得异常复杂，同时，碳酸盐岩裸露区风化程度的差异，将产生“静校正问题”。特别是碳酸盐岩地区往往形成剧烈起伏的地形和复杂地下构造，使得地震波场变得十分复杂，从而导致地震勘探中突出的“成像问题”。

5）薄皮（覆盖在碳酸盐岩地层之上且接近地表的较薄低速层）产生很强的面波和多次波，降低了记录的信噪比。其一，薄皮地层的强波阻抗界面使透射波能量大大降低，大部分能量被反射或沿水平方向上传播（折射），对下传能量的屏蔽作用强烈。因此，在碳酸盐岩地层下部的地震反射波弱，信噪比很低。其二，由高波阻抗差的碳酸盐岩顶、底引起强的多次波（全层与层间多次波）。其三，低速层引起很强的面波，淹没了低振幅的深层反射波。

6）类似高速层顶/底界面的速度差引起地震反射盲区与照明问题。对入射波而言，在高速刚性体顶/底界面上的临界角都很小（图3-1），波穿过其底层是接近垂直的，此时，从平行碳酸盐岩底的下伏界面来的反射波可穿过碳酸盐岩传回地表；但当地层倾斜、或下伏地层不平行于碳酸盐岩地面时，在该界面的反射波很容易超过临界角，将产生折射或不能达到地表，从而导致反射盲区，引起地震波场照明问题。这样，只有有限角度的反射波在地表被记录，即仅有与碳酸盐岩地面平行的下伏底层的反射波（在临界角范围内）能够被记录，其他倾角的信息就会丢失。而且，由于仅有有限的角度信息被记录，空间波数域的波数频带将变窄，从而造成空间成像模糊，影响空间分辨率。

图3-1 高速刚性体顶、底存在速度差异时对地震波的影响

7）碳酸盐岩储层具有非规则、非均质、多尺度、多类型的特点，储层预测与流体识别难度大。

8）碳酸盐岩裸露区岩石含水性差，激发条件差。因此，碳酸盐岩地层地震勘探的基本目标是：①提高信噪比；②提高分辨率；③提高成像精度；④有效预测优质碳酸盐岩储层；⑤有效判识含油气性。

（3）碳酸盐岩地层地震勘探方法

碳酸盐岩地层地震勘探方法是指利用地震勘探的基本原理与手段探测碳酸盐岩地层的地质结构、地层岩性与油气分布。研究内容涉及数据采集、处理、综合解释、储层预测与流体判识。

1）数据采集。

A.激发、接收机制研究。包括以下几方面：

a.地震采集的饱和激发理论研究。基于岩石力学、岩石物理学和爆炸理论，研究介质的饱和激发状态，研究饱和激发与激发参因素的关系，研究饱和激发与信噪比、分辨率的关系，实现信噪比和分辨率的有机统一。研究饱和药量的选择方法，依据饱和激发理论指导勘探实践，实现井深、岩性、药量三者的最佳匹配组合，保证了信噪比和分辨率的有机统一。

b.碳酸盐岩裸露区地震采集激发、接收机制研究。研究碳酸盐岩的弹性力学性质及对地震记录品质的影响，基于比奥（Biot）理论探讨碳酸盐岩中孔隙流体对弹性的影响；基于碳酸盐岩储层岩石物性参数测定，研究致密灰岩纵波速度、横波速度、泊松比、密度等弹性参数的统计规律，研究灰岩的泥质含量、弹性与地震记录品质的关系；研究碳酸盐岩裸露区激发、接收机制，基于饱和激发与岩石的弹性，研究在碳酸盐岩裸露区的地震观测中激发和观测高频地震波的特点，形成碳酸盐岩裸露区地震采集工艺技术，以实现碳酸盐岩裸露区地震采集理论与实践的突破。

c.复杂山地高精度地震采集激发、接收机制研究。研究复杂山地条件下噪音对分辨率的影响、地震波在传播过程中的吸收衰减规律，研究复杂山地高精度地震激发、接收机制研究和相应的采集工艺技术。重点是基于高频激发特性的激发接收技术。

B.近地表结构调查与近地表模型的建立，包括以下几方面：

a.近地表结构调查方法研究。研究各种近地表结构调查方法（地面地质调查、小折射、微测井、MVSP、浅层地震、初至波菲涅尔体层析成像、初至波层析成像、高频电磁法（AMT）成像、高密度电法、瞬变电磁法（TEM）成像等），通过理论分析与试验，进行表层结构调查方法对比研究，分析不同方法的适应性。

b.建立精确的近地表结构模型。综合应用近地表结构调查，结合地震采集数据，建立精确的近地表结构模型与表层校正量模型。

c.建立地震波动力学特征恢复模型。观测、研究起伏地表与表层结构对地震波传播的影响，建立定量的地震波动力学特征恢复模型。

C.观测系统设计。针对复杂山地，研究起伏地表的观测系统设计方法。利用正演模型技术，按照地质任务需求，设计地震勘探采集技术方案。借助于波动方程或射线理论（如射线追踪、波动照明等），确定复杂山地地震采集的各种观测参数（如偏移距、排列长度、接收面元/道距、震源距、覆盖次数、组合参数等），并在试验分析的基础上，进行二次论证。

D.干扰波调查与压制技术研究。研究适应复杂地表的干扰波调查技术（如十字法、盒子波法），分析其有效性。在干扰波调查分析的基础上，设计有效的压制方法。

E.试验方法研究与试验资料分析。根据地质任务、目的层埋深、勘探分辨率要求、实际的地震地质条件等进行起伏地表的试验方案研究。在表层结构调查、干扰波调查与实施试验的基础上，针对不同的勘探目的层，利用先进的分析手段，对激发、接收因素及观测系统参数进行系统的分析研究，以确定正式施工方案。

F.钻井工艺研究。研制适应不同地表与近地表条件的高效、轻便钻机，特别是致密灰岩、戈壁、砾石与山前垮塌区等特殊地带的钻井工艺。

2）数据处理。建立海相层系的地震数据处理方法和技术，重点是静校正、速度分析与速度建模、信号增强与提高分辨率、信噪比和地震成像精度的处理方法，以期获得高品质的地震剖面。

A.表层调查与处理。利用表层调查信息，建立近地表初始模型。

B.静校正。研究静校正处理的系列方法和策略，分区、分类研究复杂地表与近地表的静校正应用技术，建立有针对性的静校正处理流程。

C.地震速度分析与建模。研究获取准确速度的方法，以及建立逼近于实际地质模型的速度-深度（或时间）模型。

D.信号增强。分析记录上噪音的分布特征、干扰波的性质及其相对强弱关系，研究与应用相应的信号增强方法，建立合理的叠前压噪流程。

E.提高分辨率。主要包括基于褶积模型的提高分辨率的反褶积处理方法；基于大地吸收模型和非弹性波衰减的Q补偿方法，恢复地震信息在传播过程中失去的原始信号分辨率；借助于其他信息约束的提高分辨率处理方法——约束反演；利用信号奇异特征来提高分辨率处理方法等。

F.叠前与叠后波场成像。研究叠前/叠后波场成像原理与方法，重点是叠后深度偏移与叠前时间偏移。

G.建立不同地区和不同类别的海相层系地震数据处理流程。