常规地震

常规地震根据场地勘查需求在储存场地表面布置激发和检波阵列，按照预定的参数激发地震波，采集经由储层传播之后反射回场地表面的地震波场信号，根据原始资料处理结果，确定储存场地预定深度内的地质和地层结构、构造情况，特别是储、盖层组合的物性描述（包括沉积环境、岩性、厚度和分布范围等几何尺度、平均孔隙度等参数）和断裂发育情况。

常规地震与钻孔地震不同，不需要钻至储层附近或钻透储层的钻孔。无论是何种常规地震勘探方法，其工作方法的核心都是三部分内容，即数据采集、处理和解释。以下围绕这三部分内容，阐述常规地震的技术方法要点和相关问题。

（一）数据采集

1.工作方式

根据震源与检波点的空间位置关系，常规地震可分为二维和三维地震勘查，前者控制一个剖面，后者控制一个实体，后者的成像较前者更为准确；根据采集的地震波场分量差异，常规地震可分为单分量和多分量地震；根据采集场地差异，常规地震可分为水上和陆上地震，两者的采集设备和方式有很大差异。针对特定场地的常规地震勘查方式往往是多种要素的组合结果，例如陆上三维多分量地震勘查。

单分量地震一般指垂直分量地震，其地震波场优势组分是纵波；多分量地震即多波地震，包括地震波场的多个分量，均为横波与纵波组分的耦合结果。横波对于储层压力变化敏感，而纵波对于储层流体性质改变敏感，对于裂隙和微裂隙检测，横波较纵波灵敏；对于流体检测，则相反。开展多波地震观测，将纵、横波信息结合分析，能够得到流体行为的更完整描述，包括提高气层以下的地层成像质量，了解流体在储盖层中的流动过程，增进流体压力和饱和度变化的识别。

一般而言，预定深度内地质结构和构造相对简单的场址区采用二维地震勘探方法即可，相对高成本因素和适宜解决复杂问题的特点决定了三维地震勘探的应用范围。需要根据CO₂地质储存场地地质特点、现有技术条件以及经济能力综合考虑实际常规地震工作方式。

2.观测系统与观测方式

观测系统即震源和检波阵列空间组合方式模版。三维地震观测系统涉及的参数有：观测系统类型、排列形式、接收道数、组合方式、道距、最大炮检距、最大非纵距、覆盖次数以及面元尺度等；二维地震观测系统涉及的参数有；观测系统类型、排列形式、接收道数、组合方式、道距、炮点距、最小炮检距、最大炮检距、覆盖次数以及共中心点间距等。目前，陆上CO₂地质储存工程三维地震一般采用规则束状观测系统，接收道数一般大于240道，覆盖次数一般大于或等于25次。

如果现有采集设备有限，单一观测系统模版不能完全覆盖较大的场区，则需要按照一定的规则移动观测系统模版，以实现场地勘查。根据震源和检波阵列模板移动与否，分为定排列观测和移动排列观测两种观测方式，Sleipner工程和CO₂SINK工程采用移动排列观测方式，Otway工程采用定排列观测方式（Juhlin et al.，2007）。

另外，考虑到经济因素，常规地震可能与钻孔地震结合，共用相关设备或涉及相同工作（例如.Otway工程三维地面地震与三维VSP结合），这就需要在设计观测系统时，兼顾考虑两者的工作特点，总之需要根据CO₂地质储存的场地勘查要求、现有技术条件以及经济能力综合考虑常规地震观测系统和对应观测方式。

3.激发与接收系统

常规地震的激发系统参数主要涉及震源的类型、最大输出能量、激发信号的有效频段、叠加或组合数目等。常规地震一般采用炸药、可控震源、空气枪等震源，激发纵、横地震波。

常规地震监测一般采用单分量或多分量检波器，实际应用中的检波阵列一般由相同类型的检波器以一定方式组合而成。

表面条件的变化对于常规地震勘查效果影响很大，对于陆上观测，表面条件包括土壤的湿度、地下水位以及地面耦合等因素的自然变化特征，对于海上观测，表面条件包括海洋潮汐、浪高、水温、含盐度等因素的自然变化特征。需要关注表面激发条件，保证不同震源位置的激发信号以及来自同一目标体的拾取信号能量、相位和频率的稳定性。

4.其他问题

勘查设计前，应对场地进行全面踏勘。野外踏勘前，根据地质任务，搜集、整理工区各类资料、相关技术标准和规程，明确地质勘探目标。实地调查场地情况，绘制附有测线（束）号、起止桩号的踏勘草图。若遇地面复杂场地，应参照航片、卫片，详细描述所有测线（束）的调查情况。

测线（网）布置既要满足勘探需求，又要便于勘查施工。如果CO₂地质储存场地地形起伏较大，必须进行较高精度地面基准测量工作，一般可采用差分GPS RTK测量系统开展地面基准测量工作。

一般结合数值模拟和现场试验确定采集参数。首先根据已知地质资料建立勘查区域的初始模型，利用数值方法进行数值模拟，初步确定与观测要求（成像范围、覆盖次数等参数）相匹配的采集参数；然后通过现场试验结合观测需求确定观测系统及组合方式，震源数目、震源类型、震源位置、震源间距、激发能量、频率范围和叠加次数，检波器组合方式、检波点距、采样长度、采样间隔以及震源和检波阵列的移动方式等参数，分析采集噪声来源和提出抑噪措施，考察每个检波器拾取波列的信噪比和信号可靠性。采集参数一般要满足高分辨率常规地震采集的要求，覆盖次数要求尽可能高一些，并且对于覆盖区其空间分布要均匀。

阶段数据采集结束后，需要根据相关规范对原始数据品质进行评价和分级，以保证数据采集质量。针对关键测区开展的现场处理也是控制数据采集质量的有效方法，现场处理另一目的在于揭示数据处理的关键问题，并初步选择数据处理的参数。

（二）数据处理

1.处理目标

数据处理的首要目标是保证数据处理结果的“高保真、高分辨率、高信噪比”品质，最终实现勘探区域的准确成像。具体目标是；

1）抑噪，通过滤波等处理手段，消除环境噪声干扰等因素的影响，提高处理结果的信噪比。

2）扩展频带，通过球面扩散补偿、反滤波等手段，补偿非目标地层因素导致的能量发散，消除多次反射波，提高处理结果的分辨率和保真度。

3）消除表面因素差异影响，通过地表一致性、静校正等处理手段，解决激发和接收条件、低速带、地形等因素差异带来的影响，提高数据处理的保真度。

4）成像，通过精细速度分析、动校正、偏移等处理手段，保证有效波场的准确成像。

其次，根据勘探需求，针对常规处理结果，完成后续处理。包括：

1）地层属性参数反演，结合测井等资料，获取地层属性参数反演剖面，以便提取地层波阻抗、密度、泊松比、孔隙度、厚度和分布范围等参数开展后续分析。

2）地震属性计算，包括相干分析，获取地震属性剖面，以便进行地震相与沉积相对比、识别岩性、提取厚度和分布范围等参数和认识断裂发育情况。

2.处理流程

数据处理包括三部分：预处理、常规处理和后续处理，其中关键处理步骤必须进行质量监控。

预处理包括数据格式转换、辅助资料整理，数据特征分析以及处理参数诚验。数据格式转换将原始数据转化为处理系统默认格式。辅助资料包括炮点和检波点的坐标和高程等测量参数以及低速带调查资料等。数据特征分析包括原始数据品质、激发和接收条件差异、信号／噪声特征等方面分析。处理参数试验选择静校正等常规处理参数。

常规处理包括叠前、叠加和叠后处理。叠前处理包括低速带、地形静校正、地表一致性处理、叠前噪声抑制、反滤波等；叠加处理包括速度分析、动校正、叠加、剩余静校正等；叠后处理包括偏移、叠后噪声抑制、时间深度转换等处理过程。

后续处理包括反演、属性分析、相干分析等处理过程。

针对每个处理步骤，需要通过可视化和量化计算手段来评价处理前后的数据面貌改善程度和品质保持程度，以控制处理质量。

3.关键技术

（1）静校正

几何地震学的理论都是以地面水平、地表介质均匀为前提假设的，如地表起伏不平，低降速带厚度及速度变化剧烈等情况，会严重影响地震剖面质量。为了改善地震剖面质量要进行表层因素的校正，即静校正。静校正方法从所采用的信息源头来分，大致可分为三类：

第一类：通过野外观测，如小折射、微测井、地形测量等得到的野外静校正量，属于这一类的静校正量估算方法有：高程校正、基准面校正、模型静校正、沙丘曲线法静校正、数据库静校正等等。其基本技术要素是：基准面的选择、替换速度的确定和低降速带底面形态变化。

第二类：信息源来自于正常生产炮的初至信息。该初至信息一般包含了直达波和近地表折射波。利用初至信息估算静校正量的方法有多种，其中之一是基于折射波原理的静校正量估算方法，统称为初至折射波静校正，包括扩展广义互换法、相对延迟时折射静校正、相对折射静校正等。

第三类：根据正常生产记录中的反射波信息估算静校正量。 般情况下，这类算法是在应用前面第一、第二类算法估算出的静校正量以后的记录上进行，其目的是解决剩余静校正量问题。

（2）地表一致性处理

地表变化不仅会对记录产生时移，而且还会使地震反射波的振幅、频率和相位发生变化，此时必须对地表的滤波作用进行反滤波，在振幅、频率和相位等方面进行多方位的补偿，这也就是地表一致性处理的内容。地表一致性处理主要包括：地表一致性反褶积、地表一致性振幅补偿、地表一致性相位校正、地表一致性剩余静校正等。所有的地表一致性处理的基本假设条件为：地表和近地表因素对整个记录的影响是不变的，是地表一致性的；影响因素与地震波传播的路径无关。基于这一假设条件，可以把有关的影响因素进行分解，如分解成与炮点、接收点、共中心点及共炮检距等有关的分量，然后分别进行校正，从而完成地表一致性的处理。

（3）降噪

要得到高分辨率资料，其前提是要提高有效波场的信噪比。一般提高地震资料的信噪比处理，主要是利用有效信号与噪声的差别，该差别主要表现为：第一是频率成分不同，例如低频的面波和高频的噪声，就可以利用合适的时变带通滤波来压制，以便加强优势信噪比带宽内的有效反射波；第二是横向相关性不同，随机噪声在横向上没有相关性，反射信号在横向上有相关性，使用多次覆盖、F-X多道预测滤波等方法就可以压制随机噪声，加强有效反射波；第三是利用相关噪声与有效信号的视速度不同，例如，面波和浅层多次折射波要比反射波的视速度低，用F-K滤波、模型减去法、多项式拟合去噪等方法技术可以压制。

（4）速度分析

如果测区中浅层构造相对较复杂，在采用常规速度分析方法的基础上，针对野外实际观测的情况，需要选择合适的大道集进行精细的速度分析，以便正确地求取速度。同时，在纵横向速度变化较大的复杂构造部位，要适当加密速度谱的点数和速度扫描的分析精度。在方法上可选择常规速度分析方法和DMO速度分析方法结合使用。实际中，速度的准确求取往往与静、动校正和叠加串在一起，循环迭代进行，以获得高质量的速度资料。

（5）偏移处理

当地下构造变化较大时，还需要进行叠前和叠后偏移，以提高剖面的成像精度和质量。由于区内地下地层起伏变化不大，构造相对简单，采用叠后偏移处理技术进行处理，其方法可以选择为基于波动方程的时间域有限差分偏移。

（6）反演

反演处理实现反射地震剖面到反演参数剖面的转换，从而提供岩性分布预测和储、盖层分析的基础资料。根据处理对象的差异，反演分为叠前和叠后反演。叠前反演主要有递推反演、测井约束反演、多参数岩性反演等，包括AVO反演等。叠前和叠后反演一般相互结合实现。通过反演，可以获得的反演参数包括：波阻抗、纵横波速度、泊松比、拉梅系数、密度等。提升地震资料的分辨率并以层序地层分析约束，可以提高反演质量，减小反演的多解性。在反演前需要根据地质、测井等已知资料对波组抗、速度等反演参数和岩性的对应关系进行分析，确定反演参数的优化组合，并据此选择适宜的反演方法。

（7）属性分析

地震属性指由叠前或叠后地震数据，经数学变换导出的有关地震波的几何形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征，包括振幅、频率、相位、极性等多类属性。属性分析的一般工作流程包括确定钻井和地震资料时深关系的层位标定，层位追踪和时窗地震属性提取，参数数目最小化属性组合优选，地震地质属性统计关系建立与地层属性预测和计算。地震属性提取一般采用复数道分析、时窗拾取等方法；属性组合优选可选择数学或专家优化方法；预测地层岩性－岩相和估算地层参数的属性分析一般采用多元统计分析或神经网络方法。

（三）资料解释

1.解释目的

资料解释针对数据处理得到的勘查场地成像结果，结合地质、钻孔、测井和岩心分析等已知资料，开展层位标定、构造解释、层序地层解释以及储盖层预测等工作，确定勘查场地预定深度内的地质和地层结构、构造情况，特别是储、盖层组合的物性描述（包括沉积环境、岩性、厚度和分布范围等几何尺度、平均孔隙度等参数）和断裂发育情况。通过考察解释基础资料的可靠性、解释结果与已知资料的吻合程度、解释结果与后期验证结果的吻合程度，以保证资料解释的质量，前两方面的考察内容与解释过程是相辅相成的。

2.层位标定

精细的层位标定是构造解释的基础。充分利用现有资料，综合地震、地质以及钻井等多种信息，强调综合层位标定的研究，是取得良好的标定效果的基础。

目前，常见的层位标定方法有三种：一是通过特殊地质界面或层系的地震响应来进行标定，主要是指利用区域不整合地质界面、超高速或超低速地质层（如火成岩或煤层等）形成的独特的反射特征来进行层位标定；二是利用已有的速度资料，通常是指利用VSP测井资料，来建立时深对应关系，对于单井而言，VSP资料是目前能够得到的最为准确的时深关系资料，但一般进行VSP测井的井较少，难以进行多井的综合对比；第三是利用声波和密度测井资料制作准确的合成记录从而建立精细的井－震关系。另一种是用声波、自然电位等测井资料合成人工地震记录进行标定，合成记录是建立地震与测井之间联系的桥梁，可以较为准确地将地质属性赋予地震波组，由于一般钻井都进行声波测井，合成记录层位标定是广泛采用的可靠的标定方法。

3.构造解释

基于精细层位标定，构造解释利用地层对比、断层解释、正演模拟等手段，完成褶皱、断裂等的构造要素提取、构造图绘制以及构造特征的综合解释等工作。

地层对比是对比目的层位的空间反射特征，其依据是；特定场区各套地层在纵向上都有自身的组合特点，而在横向上这种组合关系于局部区域是相对稳定的或有规律地缓慢变化，即来自同一套地层的反射具有一定的振幅、频率、波形、波组间时差等特征，这种特征在横向上具有同相性、稳定性或者有一定规律的缓慢变化。正确识别、总结目的层反射特征是确保同相轴正确对比追踪的重要工作。当然，对于陆相沉积的某些地层，确实没有明确、稳定的反射特征，这种无特征实际上就是其反射特征，只不过对比追踪的难度要大些，应通过多种对比手段才能达到同相追踪的目的。

断层解释包含两方面内容：断层识别和断层要素提取。断层识别一般基于叠加和偏移两类数据处理结果，采用的手段包括层位对比、相干分析以及正演模拟等，断层识别的依据是：

1）反射同相轴或波组均明显错断。

2）断层附近反射波形改变、能量减弱，可见绕射波和断面波。

3）存在一定宽度的断裂带。断裂带资料信噪比降低，反射波波形、能量有不同程度变化，断裂带影响区以外反射波恢复正常。

4）在断层影响带存在地层产状和厚度的变化，在影响带之外恢复正常。

5）平行相邻的多条地震剖面有相似的反射特征和反射结构。

断层要素包括：

1）断层性质。指正、逆（逆冲、逆掩）、平推等；断层走向，断层在平面上的延展方向，一般以正北方为基准，用方位角或方位表示。

2）断层倾向。垂直断面向上盘方向所指示的方位，它与断层走向互为垂直关系，如北西或北北西。

3）断层倾角。沿断层倾向方向量出的断面与水平面的夹角。

4）断层延伸长度。断面与某地层面相交的交线称为断层线，其长度即为断层断至该层的延伸长度。

5）纵向穿层情况。反映断层在地层中向上或向下断开及消失层位状况。

6）断距。指断层沿断层面相对位移的距离，它由水平断距和铅直断距构成，水平断距指断层上下盘断点间的水平位移量；铅直断距指断层上下盘断点间的铅直位移量。

正演模拟的目的在于辅助复杂构造模式分析。正演模拟的模型基于已知资料创建，一般采用波动方程求解方法开展计算，观测模式与构造解释目标场区的实际地震勘探采集模式一致，采用与实际观测数据相同的处理手段处理模拟记录，调整正演模型直到模拟和实际处理结果匹配最优，此时的正演模型构造模式即为构造解释结果。此外通过模型正演可以确定勘探结果实际分辨能力，为小构造特别是小断层解释提供理论依据。

构造图绘制包括时间构造图、深度构造图以及等厚度图绘制。利用水平叠加剖面绘制构造图常采用的方法有t₀法和曲射线法等。

构造综合解释包括构造特征分析、构造发育史研究等工作。

4.层序地层解释

层序地层学解释的中心思想是充分利用地震、钻井、测井、露头及测试化验资料，尽可能精细地建立等时地层格架，并在此格架中以成因上的内在联系为基本准则来分析沉积体系的发育演化和分布规律，以期提高地层及岩性圈闭的可预测性。

层序地层划分的方法主要有以地表不整合或与该不整合可以对比的整合面为层序边界的Vail理论以及将基准面作为解释地层层序成因并进行层序划分主要格架的Cross理论等。Vail理论应用于陆相断陷盆地，对于建立全盆地的三级层序地层格架，总体把握沉积体系分布规律，预测岩性圈闭类型及其群体分布，具有其较为普遍适用的优越性。在盆地内较高勘探程度的场区，使用Cross理论，对于建立局部高分辨率层序地层格架和精确预测岩性圈闭也有其独特的优越性。

层序地层解释的对象是盆地级过井地震剖面、钻孔和测井、古生物，同位素、地球化学以及区域沉积和构造等资料。解释内容包括：建立等时地层格架，确定岩性地层界线与层序地层界线的关系，研究盆地内沉积体系的时空分布规律，恢复盆地主要沉积时期的古沉积环境，对地震反射异常体进行解释，预测储、盖层的分布和空间组合关系，对目的层段储、盖层物性及横向变化、非构造圈闭的分布等进行预测。解释的手段主要有层序和体系域解释、目的层沉积微相分析等。层序和体系域解释包括钻孔－测井资料层序地层解释、地震资料层序地层解释以及综合层序地层分析。解释图件包括层序（体系域）砂泥岩百分比图、地层视厚度图、地震相分布图、沉积相（体系）图，目的层段储盖层物性预测图、有利储盖层分布图、有利储存区带预测图等。

5.储、盖属预测

储、盖层预测包括储、盖层几何形态和物性特征预测，储、盖层几何形态即储、盖层展布范围和空间分布情况，包括顶面形态、底面形态、厚度等；储、盖层的物性特征包括速度、密度、孔隙度等参数。

储、盖层的空间形态、展布特征、岩性、岩相以及物理性质等的变化都会产生不同的地球物理（地震、测井等）响应，综合利用已知资料并结合地震属性分析、测井约束反演等技术对地震和相关资料的后续处理结果预测储、盖层的空间展布和物性特征。

储、盖层预测需要在层序地层研究结果的指导下开展，其中间结果需要利用层序地层理念考察。与层序地层解释中的储、盖层预测有所不同，这里的储、盖层预测更为量化。