石油的地球物理勘探方法

石油的地球物理勘探方法愚人（這篇文章是我在網上論壇摘下來的，網名愚人的網友是個數學工作者）石油不同于現存可開采的其他礦物的儲藏 ,它在淺層 （幾百米深度 ）的埋藏極容易揮發(fā)掉 ,也在最近千年來的人類開采中早已用磬 （例如我國宋代延安地區(qū)對淺層暴露出來的石油的使用,這是人類最早發(fā)現和使用石油的記錄 ,首次被沈括的＜夢溪筆談 ＞記載下來 ,至于天然氣 ,則記錄得更早 ,四川的天然氣開采和使用在兩漢時已經開始 ,也是世界上最早使用天然氣的記錄 ,常璩 ＜華陽國志 ＞就記載過 ）.現在開采的石油一般都埋藏得很深 ,一般在一千米以下 ,兩千米以下埋藏的油田是常事 ,甚至更深 ,深達五千米 ,而固體礦藏最深的只有南非東德雷風泰因金礦。該礦井深達兩英里 （約 3.2公里））.由于石油埋藏的深度決定了尋找它的困難性 .傳統(tǒng)地質學方法和地球化學方法只能大致圈定一個大范圍的石油埋藏的地區(qū) ,而且這樣的圈定是很不準確的 ,石油鉆井需要非常精確的地點和深度才能正確地打出原油 ,有些人以為地下埋藏的石油以一遍 “油?！暗男问酱嬖?,既然是海 ,那么,只要把鉆井安置在大致不差的地點 ,油總是能夠被抽出來的.這個想法是天真的 ,實際上,與其說石油是以地下海的形式存在,不如更形象地說 ,油田是由大大小小的“葡萄串“組成,它們是被隔離開的 ,不僅在水平方向上 ,也在垂直方向上因此,所謂鉆井 ,就是要準確地將井口放在一粒葡萄的頂部 ,如果放歪了 ,或者打歪了 ,不僅打不到需要的油量 ,甚至完全打不到油.有個故事講到大慶油田的誕生 ,先是測量出了差錯 ,徒勞無功的打了井 ,以至負責打井的隊伍完全喪失了信心 ,后來另一個單位的人繼續(xù)打 ,他們僅僅把井口挪動了幾十米 ,大慶第一口高產油井就誕生了 !這個故事的后面還包含了地質部和石油部關于誰先找到大慶油田的幾十年的爭論 .上述說明也隱含地告訴人們 ,即使一個油田算是發(fā)現了 ,以后,為了把葡萄串吃光 ,還要持之不懈的繼續(xù)為不斷增多的油井尋找準確的井位.所謂地球物理方法 ,是使用現代物理方法和新成果進行地質勘探的方法 ,它包括了電法 ,磁法,重力法,放射性法 ,地震波法等等 ,對石油勘探來說 ,尤以地震波法最為重要 ,地震波法勘探石油儲藏是現代石油勘探最基本的方法 ,因為 ,只有地震波才能穿透厚達幾千米的巖層 .提供石油可能埋藏的信息和數據.地震波法的原理并不困難 ,基本辦法是用高爆炸力的TNT炸藥在地面激起人工地震波 ,震波沿著與地面垂直的方向傳播 ,在碰到質地相對致密的巖層以后 ,一部分波被反射回地面 ,預先 ,在地面上安置起許多呈現點陣的檢波器 ,這些檢波器能夠把地面微弱的震動變成電子信號 ,通過連接線傳輸到接收機里 ,接收機的功能是分道記錄不同位置的檢波器的電信號 ,早期是用把經過自動增益控制的放大的電流隨時間的進程記錄在照相紙上 ,最近三十年來已經使用模擬和數字法TOC\o"1-5"\h\z把信號記錄在磁帶上 .記錄在載體上的地震波信號是一道道衰減的波浪 ,他們相互之間隨位置的移動 ,其波峰和波谷逐漸變化 ,一個特征是 ,當出現了某一巖層的明顯反射時 ,相鄰的波峰或波谷會形象地疊合在一起 .這樣,如果沿著幾條線逐漸放炮 （激勵地震波 ）,并逐漸布置檢波器陣列 .則在拼合起來的記錄上 ,可以看見這些波峰形成了一道墻 ,有時墻呈現出下凸的弧形 ,甚至在這條弧形線的下面還有一根上凹的弧形線 ,這就意味著兩條組成如“眼睛“狀的弧形線之間的巖層可能是封閉的!這個時候 ,地震工作者需要在與剛才那根地面?zhèn)染€的垂直方向上再布置幾條平行的側線 ,看一看在同樣的深度附近 ,會不會出現類似的兩條眼狀弧形線 ?如果證實確實也有 ,那么 ,在這個地區(qū)的地下深層 ,存在一個穹隆形的構造 ,它有可能是儲藏石油的地方.為了精確測定深度 ,還需要對記錄上的墻出現的位置 （它的橫坐標是按時間 ,即毫秒作計量單位的 ,其原點表示爆炸發(fā)生時那一瞬間 ）,這就需要把時間量度轉換為距離量度 ,辦法是一,使用縱波傳播的速度和時間的乘積 ;二 ,按照時間差一定的傳播軌跡應滿足雙曲線的規(guī)律 ,這樣的轉換被稱為 “歸位“,經過歸位運算以后的的地震反射波各點就是實際深度了 .這樣,我們只消精確地計下眼睛狀曲線的各點 ,就能較為準確地圈定地下可能的儲藏石油構造的位置和深度了 .實際情況遠比上述簡單原理復雜 ,首先 ,爆炸一瞬間并不純粹產生縱向傳播的 ,對確定巖層位置有益的好波 ,它同時可能產生強烈的聲波和沿地面方向傳播的水平波 ,它們對反射回來較弱的縱波進行干擾 ,常常使得對可能出現的構造模糊不清的現象 ,這就需要人們去掉這些害波 .去掉害波的方法之一是 ,不在赤裸的地面放炮 ,因為這既產生極大的 ,尖銳的聲波 （爆炸聲 ）,又會出現傷人的危險 ,辦法是在地下打爆炸井 ,井深一般在 5米左右,炸藥放在井里 ,上面加上坳土 ,使之成為 “悶井“.但是,此法不能避免地面波 .在計算TOC\o"1-5"\h\z技術發(fā)展的今天 ,科學家已經采用快速計算機來進行濾波 ,可以通過速度濾波 ,把速度很大的地面波從有用的波里過濾掉 ,或者采用頻率進行設現 ,濾掉高頻率的聲波 （有效的地震波頻率在28周至56周之間）,最近二十多年來 ,地球物理科學工作者更采用了卡爾曼濾波法濾波 ,濾波的技術已經非常成熟 .除了上述的兩類危害地震波勘探的壞波以外 ,還存在著在層間反復多次反射的無用的波 ,這種波也可以根據規(guī)律被濾掉.另外 ,還有一種詭異的波 ,它產生在地下可能出現的巖石的尖銳面上 ,仿佛在某個尖銳的點上 ,又出現了另一個爆炸源 !,這個虛假的爆炸源很無聊地反向 （向地面方向 ）傳播波 ,又反向碰到下面的巖石被反射到儀器記錄里 ,和有用的波混淆在一起,十分難以區(qū)別 .總之,現代地震波法勘探的任務就是要把有用的波收集起來 ,去掉干擾 ,換句話說 ,就是要提高信噪比 .同時 ,地震信號也要作到準確的歸位 （實際上 ,縱波傳輸并不一定準確按照人們預先測定的速度在復雜的地下傳播的 ）,最后 ,加密檢波器點陣以獲得更細致的分析也很重要 ,而這,又加重了勘探的成本 .在海上 ,還會出現波在海底與海面之間多次反射的干擾 .最后,新型 ,高靈敏度的檢波器群設置能夠向著 3D和全息的描繪地下構造的實現 .另外 ,還要考慮地震波穿透巖層時的折射影響（我曾經發(fā)表過這樣的計算論文 ）.一項最有興趣的地震波勘探就是直接從波的相對衰減和波形因素上獲取直接找油的信息 ,因為假如地下存在有石油 ,它將對地震波進行一定規(guī)律的吸收 ,從而造成波形上的不同 ,這項研究在二十多年前已經開始了 ,想來現在應