地球物理勘探技術中地震勘探探討
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摘要：地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖、土介質中的傳播規(guī)律。其傳播的動態(tài)特征集中反映在兩個方面，一是波傳播的時間與空間的關系，稱為運動學特征；二是波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，稱為動力學特征。前者是地震波對地下地質體的構造響應，后者則更多地表現出地下地質體的巖性特征，有時亦是地質體結構特征的響應。上述兩種特征統(tǒng)稱為地震波的波場特征。工程地震勘探的基本任務就是通過研究地震波的波場特征，以解決淺部地層和構造的分布，確定巖、土力學參數等工程和水文勘探中所涉及的地質問題。
地震勘探是地球物理勘探的重要方法之一，其通過人工激發(fā)地震波在地層中的傳播規(guī)律來對地質情況進行勘探。地震波經過激發(fā)后向地下傳播，不同彈性地層分界面會有不同的反射波或者折射波反到地面，經過對地震波傳播時間以及波狀的記錄，能夠對勘測界面的深度與形態(tài)進行更準確地測定，從而對其巖性進行合理判斷。在實際勘探過程中，地震勘探多應用在天然震源的勘測上。地震勘探也是直接找油、勘探含油氣構造的主要物探方式，一般在鹽巖礦床、煤田、層狀金屬礦床的勘探以及水文地質、工程地質等問題的解決上應用較為廣泛。
1地球物理勘探以及地震勘探技術的概述
1.1地球物理勘探的概述
地球物理勘探技術主要是觀測地球上各物理場分布及其變化趨勢，多勘探礦石、巖石、圍巖等導電性、磁化性質、物理性質差密度、放射性等。同時，地球物理勘探技術也會對地球本體的介質結構、形成與構成、演化與發(fā)展的自然規(guī)律與現象進行研究與分析。地球物理勘探時，其會借助巖石的放射性、熱導性、彈性、電導率、磁導率以及密度等性質拉力進行勘探。同時，地球物理勘探的方法有很多種，如核法勘探、地溫法勘探、地震勘探、電法及磁法勘探、重力勘探等等。從空間位置與區(qū)域差異來進行地球物理勘探，其還可以分為海洋、航空、地面、鉆孔等地球物理勘探。從研究對象角度來分析，地球物理勘探也可以分為水文地質、煤田、石油、金屬、工程地質、深部地質等地球物理勘探。其中，地震勘探技術是近些年地球物理勘探方面發(fā)展快速的勘探技術。隨著信息科技的快速發(fā)展，三維地震技術的應用范圍逐漸擴大，并得到了廣泛的推廣和使用。在國際石油勘探開發(fā)的過程中，物探技術逐漸發(fā)揮著重要的作用與價值，其是滿足勘探開發(fā)需求的重要動力。同時，隨著科學信息技術的不斷發(fā)展，地球物理勘探儀器也得到了更好地換代與升級，其逐漸向智能化、數字化、多功能、高精度以及輕便化的方向發(fā)展與演變[1]。
1.2地震勘探技術概述
地震勘探主要是通過對地下介質彈性與其密度之間的差異進行利用，通過對人工激發(fā)地震波的響應進行觀測與分析來對地下巖層的形態(tài)與性質進行推斷的一種物探方法。地震勘探是在油氣資源開采之前勘探的重要方式和手段，其廣泛應用在地殼的研究、區(qū)域地質情況的調查、工程地質情況的勘察、煤礦資源地質情況的勘測領域。地震勘探技術的應用原理主要在地表，利用人工方法來激發(fā)地震波，當地震波向地下傳播時遇有介質性質不同的巖層分界面，地震波會發(fā)生折射或者反射的響應，同時在淺井或者地表中運用檢波器來進行地震波的接收。然后再利用地震波的信號、檢波點位置、震源的特性以及地下巖層的結構與性質推斷是否存在油氣資源等。在分層的詳細程度以及勘查的精度上，地震勘探技術比其他地球物理勘探方法有更大的優(yōu)勢。地震勘探技術的勘探深度通常是從數10米到數10千米不等，其波及和勘測的范圍和深度比較廣。但是地震勘探技術應用的最大難題在于分辨率的提高。高分辨率對地下精細的構造研究非常有利，從而能更詳細了解地層的構造與分布。在地震勘探過程中，爆炸震源是一種應用較為廣泛的人工震源。當前，氣動震源、連續(xù)震動源都是持續(xù)發(fā)展而來的地面震源，但是在陸地地震勘探實踐過程中，應用的震源方式依然是炸藥。海上地震勘探的震源一般應用的是電火花引爆氣體、蒸汽槍以及空氣槍等震源方式[2]。
2地球物理勘探技術中的地震勘探技術研究
2.1采集地震勘探的相關資料與信息
在利用地震勘探進行探測地質與巖層情況時，通常利用的都是地震波，而該地震波會反映出一些與地層性質相關的數據或者信息，通過這些數據信息能夠知曉地下地層的起伏高低情況，對于其是軟硬地層進行分辨，厚度是多少進行辨別，并對空隙中所含的是水、天然氣還是石油等資源進行探知。而為了能夠對這些地層、巖石等信息進行更好地了解，應進一步利用地震勘探技術運動學特征中的波傳播時間與空間的關系，利用地震波的動力學特征的振幅、頻率以及波傳播相位變化規(guī)律來反映地下巖體的特性。而在利用地震勘探技術之前，要先采集這些與地震勘探相關的資料和信息。采集地震勘探相關信息和資料的主要順序和流程是先進行測量，使用炸藥震源時要在鉆淺井孔埋炸藥，然后埋檢波器，最后進行電纜線布置。在進行測量時，要事先對測線位置、爆炸點與接收點的位置進行更好地確定。鉆井時，要向能夠使用炸藥的淺井投放炸藥，實現炸藥的埋放；炸藥爆炸以后會釋放出地震波，地震波遇到巖層界面會反射到地面，然后利用檢波器接收到儀器車中，儀器車會將檢波器收回來的信號進行記錄，從而獲得了埋藏地下油氣等資源的地震記錄。如果在高原地帶實施地震勘探，要對其地形以及黃土覆蓋層進行全面勘測與調查，分析其作用和影響，然后加大孔深力度和炸藥量，運用先進的處理技術來實現信息的采集與獲取[3]。采集設備技術水平的優(yōu)劣直接影響著地震資料采集技術的應用效果。只有重視資料采集設備水平的提升與發(fā)展，才能夠推動地震資料采集效率的更好提升。在以前，采集資料的地震儀器主要運用電子管元件，其比較笨重、體積較大，地震波在地下傳播的過程多利用照相的方法記錄在相紙上，而這些線條有時很亂，沒有條理，時而波峰、時而波谷，這些都是構成光點地震記錄的主要內容。而在這些記錄上，人們只能利用其反射時間來對地層下巖石的構造形態(tài)等進行推斷，運用這種傳統(tǒng)的地震資料獲取方式，我國發(fā)現了黑龍江省的大慶油田以及新疆的克拉瑪依油田。當前，我國在獲取地震勘探資料時，應用的是三維數字地震勘探技術，地震資料獲取的儀器的性能比較精準，適用性很強。
2.2強化與提升地震勘探的精準性
以前的地震勘探中，一般能夠接收到的地震波都是中頻或者低頻的，如果地震波的頻率低，那么其分辨能力就不高，因而此時的地震資料只能對幾十米或者百米左右大套地層的厚度進行分辨。近些年來，隨著社會經濟的持續(xù)發(fā)展，科學技術水平的不斷提高，地震勘探的程度也在逐漸提升，地震勘探人員不僅需要分清和辨別幾十米或者上百米厚度的大套地層，還要對厚度為幾米或者十幾米的薄層進行準確劃分，這就需要加大對分辨率問題的研究與分析。近幾年，在油氣資源的勘探上，地震勘探技術的應用效果較為顯著，但是在油氣儲層的研究上還存在一些局限和不足亟待解決，重視對地震勘探分辨率的提升是解決該問題和局限的重要方式和途徑。而在當前，在油氣層的尋找方面，地震探勘技術的分辨率并不是很高，當物體埋藏在地下3千米-5千米深時，運用地震勘探技術只能分辨出15米左右厚度的地層，而經過多年經驗總結，油氣層多儲存在幾米厚的地層或者出現在薄厚層的中間地帶，如果要對這類地層進行清晰的勘察與辨別，只依靠目前的地震勘探技術是不可取的。鑒于此，為了能夠促進地震勘探的分辨率得到更好提高，使得地震波中的高頻成分的清晰度得到更好提高，必須要從采集、處理與解釋地震資料入手。在激發(fā)和接收高頻成分的地震波時，既要保證能量足夠強，還要最大化地減少炸藥的使用量，這樣才能夠促進高頻成分的地震波得到更好地接收。在接收地震波時，要對適用的檢波器進行科學、合理的選擇，同時為了能夠減少惡劣天氣等干擾因素對地震波接收產生不良影響，最好將檢波器放在淺井中或者插在坑里用土掩埋，這樣能夠最大化地提升檢波器的利用效率。同時為了能夠促進檢波器接收總體能量得到更好提升，并能夠有效地防止外來因素的影響和干擾，可以將多個檢波器進行組合來實現接收，其效果較為理想。此外，減小采樣之間的間隔、增加地震儀器接收的道數，也實現了接收微弱高頻信號的目標。在提高信號接收的分辨率以后，對于很小的地質體就可以進行有效勘探，對于更小的斷層、更薄的地層以及砂體等進行探測，尋到油氣資源[4]。
2.3海洋油氣資源的勘探
我國的海洋油氣資源儲量較為豐富，但是如何尋得海洋中的油氣資源，重視地震勘探技術的應用是非常有必要的。一般情況，在海上如果沒有標志物我們是分不清方向的，并不清楚自己所在的位置，因而勘探海洋油氣資源的難度非常大。但是海上油氣資源的勘探與陸地油氣資源的勘探目標是一致的，其方法和原理也是相同的，唯一不同的是海洋的特殊環(huán)境，因而在系統(tǒng)定位、激發(fā)地震波以及接收高頻信號的方式會有所差異。在海洋上我們不能夠應用經緯儀等方式來進行定位，而是應用較為先進的導航系統(tǒng)來進行定位。當前，在海上進行定位時，應用的定位設備主要有無線電導航定位設備以及高精度的衛(wèi)星導航定位技術，也就是我們常說的GPS定位技術，其通過對人造地球衛(wèi)星發(fā)射的電磁波進行利用實現導航與定位，其具有高精度、全天候以及全球覆蓋的優(yōu)勢，在海洋油氣資源的勘探與開發(fā)方面發(fā)揮著不可估量的作用與價值，并得到了更加廣泛的應用。利用GPS導航定位技術能夠隨時隨地對拖著檢波器和震源的航船位置進行精準定位。與此同時，在地震波的激發(fā)方面，海上與陸上的方法也不盡相同，陸上油氣資源的勘探能夠運用炸藥當作震源，但是海上不可以。在海上應用炸藥當作震源會嚴重污染海洋，使得海洋的生態(tài)環(huán)境或者生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導致海洋生物的大量死亡。同時，在海洋上應用炸彈當作震源，容易產生很多氣泡，進而產生沖擊波，而這種沖擊波會對有效地震波產生干擾，導致地震勘探失敗。因此，在海洋油氣資源的勘探上，主要應用的是非炸藥震源，即空氣槍震源。在尋找海洋油氣資源的過程中，利用航船拖著檢波器和震源進行連續(xù)勘測，因為海洋范圍較大，且沒有障礙物，無需放炮、鉆炮眼，就可以實現測線工作和連續(xù)作業(yè)，所有的地震勘探設備都在一條航船上，航船上裝備著較為先進且精密的記錄儀器、計算機處理系統(tǒng)、數據儲存設備、娛樂場所、生活必需品等，同時航船上還配備了導航系統(tǒng)和雷達，無論是黑夜還是白晝、晴好天氣還是惡劣天氣，都可以實現全天候的連續(xù)作業(yè)，因此，在海洋上利用地震勘探技術，其應用效果較好，成本消耗低、工作效率高且速度快，能夠快速尋找到海洋中的油氣資源。
2.4勘探煤層采空區(qū)的技術研究
在勘探煤礦資源的過程中，由于煤層在開采之后會形成采空區(qū)，且煤層和頂板巖層之間的反射系數存在差異，煤層能夠有較強能量的地震反射波產生。如果這時進行煤層開采，那么煤層的采空區(qū)會有頂板塌陷問題發(fā)生，還會對煤層的連續(xù)性產生破壞。而地震勘探技術能夠對煤層的采空區(qū)進行更加精準的識別，地震反射波在煤層采空區(qū)會出現中斷現象，煤層反射與頂板反射之間的系數差異較小，因而會出現空白區(qū)。在應用地震勘探技術來探測煤層采空區(qū)時，由于其下層沒有遭到破壞，能夠對其反射波進行連續(xù)追蹤。應用地震勘探技術能夠對煤層采空區(qū)進行快速判斷，還能夠勘探和查明煤層的沖刷帶、陷落柱以及小褶曲等地質信息和資料，防止一些煤層采礦安全事故的發(fā)生，提升煤礦資源開采的效率與安全性。
3結束語
綜上所述，在石油、天然氣等資源勘探過程中，利用地球物理勘探中的地震勘測技術是一種有效的方法。地震勘測技術的應用主要依賴的就是地震波，通過對地震波動力學特性以及運動學特性的分析與掌握，強化對地震勘探資料的有效采集、地震勘探精度的持續(xù)提升，區(qū)分海洋、陸上油氣資源勘探過程中的震源應用類型及其特殊性，不斷優(yōu)化與提升地震勘探的實際應用效率，更好地對海洋與陸上的油氣等資源進行勘探，為油氣資源開采效率的提升非常有利，對于我國經濟持續(xù)、健康、全面發(fā)展也非常有益。
參考文獻：
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[4]王松陽.淺談地球物理勘探中的地震勘探[J].百科論壇電子雜志，2019（10）：765.
作者:韓曉飛 白若冰 閆俊義 李宇單位:陜西省地震局 陜西西安地球深部構造野外科學觀測研究站 長安大學地質工程與測繪學院
