地球物理勘探技术中地震勘探探讨
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摘要：地震勘探主要是研究人工激发的地震（弹性）波在浅层岩、土介质中的传播规律。其传播的动态特征集中反映在两个方面，一是波传播的时间与空间的关系，称为运动学特征；二是波传播中其振幅、频率、相位等的变化规律，称为动力学特征。前者是地震波对地下地质体的构造响应，后者则更多地表现出地下地质体的岩性特征，有时亦是地质体结构特征的响应。上述两种特征统称为地震波的波场特征。工程地震勘探的基本任务就是通过研究地震波的波场特征，以解决浅部地层和构造的分布，确定岩、土力学参数等工程和水文勘探中所涉及的地质问题。
地震勘探是地球物理勘探的重要方法之一，其通过人工激发地震波在地层中的传播规律来对地质情况进行勘探。地震波经过激发后向地下传播，不同弹性地层分界面会有不同的反射波或者折射波反到地面，经过对地震波传播时间以及波状的记录，能够对勘测界面的深度与形态进行更准确地测定，从而对其岩性进行合理判断。在实际勘探过程中，地震勘探多应用在天然震源的勘测上。地震勘探也是直接找油、勘探含油气构造的主要物探方式，一般在盐岩矿床、煤田、层状金属矿床的勘探以及水文地质、工程地质等问题的解决上应用较为广泛。
1地球物理勘探以及地震勘探技术的概述
1.1地球物理勘探的概述
地球物理勘探技术主要是观测地球上各物理场分布及其变化趋势，多勘探矿石、岩石、围岩等导电性、磁化性质、物理性质差密度、放射性等。同时，地球物理勘探技术也会对地球本体的介质结构、形成与构成、演化与发展的自然规律与现象进行研究与分析。地球物理勘探时，其会借助岩石的放射性、热导性、弹性、电导率、磁导率以及密度等性质拉力进行勘探。同时，地球物理勘探的方法有很多种，如核法勘探、地温法勘探、地震勘探、电法及磁法勘探、重力勘探等等。从空间位置与区域差异来进行地球物理勘探，其还可以分为海洋、航空、地面、钻孔等地球物理勘探。从研究对象角度来分析，地球物理勘探也可以分为水文地质、煤田、石油、金属、工程地质、深部地质等地球物理勘探。其中，地震勘探技术是近些年地球物理勘探方面发展快速的勘探技术。随着信息科技的快速发展，三维地震技术的应用范围逐渐扩大，并得到了广泛的推广和使用。在国际石油勘探开发的过程中，物探技术逐渐发挥着重要的作用与价值，其是满足勘探开发需求的重要动力。同时，随着科学信息技术的不断发展，地球物理勘探仪器也得到了更好地换代与升级，其逐渐向智能化、数字化、多功能、高精度以及轻便化的方向发展与演变[1]。
1.2地震勘探技术概述
地震勘探主要是通过对地下介质弹性与其密度之间的差异进行利用，通过对人工激发地震波的响应进行观测与分析来对地下岩层的形态与性质进行推断的一种物探方法。地震勘探是在油气资源开采之前勘探的重要方式和手段，其广泛应用在地壳的研究、区域地质情况的调查、工程地质情况的勘察、煤矿资源地质情况的勘测领域。地震勘探技术的应用原理主要在地表，利用人工方法来激发地震波，当地震波向地下传播时遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波会发生折射或者反射的响应，同时在浅井或者地表中运用检波器来进行地震波的接收。然后再利用地震波的信号、检波点位置、震源的特性以及地下岩层的结构与性质推断是否存在油气资源等。在分层的详细程度以及勘查的精度上，地震勘探技术比其他地球物理勘探方法有更大的优势。地震勘探技术的勘探深度通常是从数10米到数10千米不等，其波及和勘测的范围和深度比较广。但是地震勘探技术应用的最大难题在于分辨率的提高。高分辨率对地下精细的构造研究非常有利，从而能更详细了解地层的构造与分布。在地震勘探过程中，爆炸震源是一种应用较为广泛的人工震源。当前，气动震源、连续震动源都是持续发展而来的地面震源，但是在陆地地震勘探实践过程中，应用的震源方式依然是炸药。海上地震勘探的震源一般应用的是电火花引爆气体、蒸汽枪以及空气枪等震源方式[2]。
2地球物理勘探技术中的地震勘探技术研究
2.1采集地震勘探的相关资料与信息
在利用地震勘探进行探测地质与岩层情况时，通常利用的都是地震波，而该地震波会反映出一些与地层性质相关的数据或者信息，通过这些数据信息能够知晓地下地层的起伏高低情况，对于其是软硬地层进行分辨，厚度是多少进行辨别，并对空隙中所含的是水、天然气还是石油等资源进行探知。而为了能够对这些地层、岩石等信息进行更好地了解，应进一步利用地震勘探技术运动学特征中的波传播时间与空间的关系，利用地震波的动力学特征的振幅、频率以及波传播相位变化规律来反映地下岩体的特性。而在利用地震勘探技术之前，要先采集这些与地震勘探相关的资料和信息。采集地震勘探相关信息和资料的主要顺序和流程是先进行测量，使用炸药震源时要在钻浅井孔埋炸药，然后埋检波器，最后进行电缆线布置。在进行测量时，要事先对测线位置、爆炸点与接收点的位置进行更好地确定。钻井时，要向能够使用炸药的浅井投放炸药，实现炸药的埋放；炸药爆炸以后会释放出地震波，地震波遇到岩层界面会反射到地面，然后利用检波器接收到仪器车中，仪器车会将检波器收回来的信号进行记录，从而获得了埋藏地下油气等资源的地震记录。如果在高原地带实施地震勘探，要对其地形以及黄土覆盖层进行全面勘测与调查，分析其作用和影响，然后加大孔深力度和炸药量，运用先进的处理技术来实现信息的采集与获取[3]。采集设备技术水平的优劣直接影响着地震资料采集技术的应用效果。只有重视资料采集设备水平的提升与发展，才能够推动地震资料采集效率的更好提升。在以前，采集资料的地震仪器主要运用电子管元件，其比较笨重、体积较大，地震波在地下传播的过程多利用照相的方法记录在相纸上，而这些线条有时很乱，没有条理，时而波峰、时而波谷，这些都是构成光点地震记录的主要内容。而在这些记录上，人们只能利用其反射时间来对地层下岩石的构造形态等进行推断，运用这种传统的地震资料获取方式，我国发现了黑龙江省的大庆油田以及新疆的克拉玛依油田。当前，我国在获取地震勘探资料时，应用的是三维数字地震勘探技术，地震资料获取的仪器的性能比较精准，适用性很强。
2.2强化与提升地震勘探的精准性
以前的地震勘探中，一般能够接收到的地震波都是中频或者低频的，如果地震波的频率低，那么其分辨能力就不高，因而此时的地震资料只能对几十米或者百米左右大套地层的厚度进行分辨。近些年来，随着社会经济的持续发展，科学技术水平的不断提高，地震勘探的程度也在逐渐提升，地震勘探人员不仅需要分清和辨别几十米或者上百米厚度的大套地层，还要对厚度为几米或者十几米的薄层进行准确划分，这就需要加大对分辨率问题的研究与分析。近几年，在油气资源的勘探上，地震勘探技术的应用效果较为显著，但是在油气储层的研究上还存在一些局限和不足亟待解决，重视对地震勘探分辨率的提升是解决该问题和局限的重要方式和途径。而在当前，在油气层的寻找方面，地震探勘技术的分辨率并不是很高，当物体埋藏在地下3千米-5千米深时，运用地震勘探技术只能分辨出15米左右厚度的地层，而经过多年经验总结，油气层多储存在几米厚的地层或者出现在薄厚层的中间地带，如果要对这类地层进行清晰的勘察与辨别，只依靠目前的地震勘探技术是不可取的。鉴于此，为了能够促进地震勘探的分辨率得到更好提高，使得地震波中的高频成分的清晰度得到更好提高，必须要从采集、处理与解释地震资料入手。在激发和接收高频成分的地震波时，既要保证能量足够强，还要最大化地减少炸药的使用量，这样才能够促进高频成分的地震波得到更好地接收。在接收地震波时，要对适用的检波器进行科学、合理的选择，同时为了能够减少恶劣天气等干扰因素对地震波接收产生不良影响，最好将检波器放在浅井中或者插在坑里用土掩埋，这样能够最大化地提升检波器的利用效率。同时为了能够促进检波器接收总体能量得到更好提升，并能够有效地防止外来因素的影响和干扰，可以将多个检波器进行组合来实现接收，其效果较为理想。此外，减小采样之间的间隔、增加地震仪器接收的道数，也实现了接收微弱高频信号的目标。在提高信号接收的分辨率以后，对于很小的地质体就可以进行有效勘探，对于更小的断层、更薄的地层以及砂体等进行探测，寻到油气资源[4]。
2.3海洋油气资源的勘探
我国的海洋油气资源储量较为丰富，但是如何寻得海洋中的油气资源，重视地震勘探技术的应用是非常有必要的。一般情况，在海上如果没有标志物我们是分不清方向的，并不清楚自己所在的位置，因而勘探海洋油气资源的难度非常大。但是海上油气资源的勘探与陆地油气资源的勘探目标是一致的，其方法和原理也是相同的，唯一不同的是海洋的特殊环境，因而在系统定位、激发地震波以及接收高频信号的方式会有所差异。在海洋上我们不能够应用经纬仪等方式来进行定位，而是应用较为先进的导航系统来进行定位。当前，在海上进行定位时，应用的定位设备主要有无线电导航定位设备以及高精度的卫星导航定位技术，也就是我们常说的GPS定位技术，其通过对人造地球卫星发射的电磁波进行利用实现导航与定位，其具有高精度、全天候以及全球覆盖的优势，在海洋油气资源的勘探与开发方面发挥着不可估量的作用与价值，并得到了更加广泛的应用。利用GPS导航定位技术能够随时随地对拖着检波器和震源的航船位置进行精准定位。与此同时，在地震波的激发方面，海上与陆上的方法也不尽相同，陆上油气资源的勘探能够运用炸药当作震源，但是海上不可以。在海上应用炸药当作震源会严重污染海洋，使得海洋的生态环境或者生态系统遭到破坏，导致海洋生物的大量死亡。同时，在海洋上应用炸弹当作震源，容易产生很多气泡，进而产生冲击波，而这种冲击波会对有效地震波产生干扰，导致地震勘探失败。因此，在海洋油气资源的勘探上，主要应用的是非炸药震源，即空气枪震源。在寻找海洋油气资源的过程中，利用航船拖着检波器和震源进行连续勘测，因为海洋范围较大，且没有障碍物，无需放炮、钻炮眼，就可以实现测线工作和连续作业，所有的地震勘探设备都在一条航船上，航船上装备着较为先进且精密的记录仪器、计算机处理系统、数据储存设备、娱乐场所、生活必需品等，同时航船上还配备了导航系统和雷达，无论是黑夜还是白昼、晴好天气还是恶劣天气，都可以实现全天候的连续作业，因此，在海洋上利用地震勘探技术，其应用效果较好，成本消耗低、工作效率高且速度快，能够快速寻找到海洋中的油气资源。
2.4勘探煤层采空区的技术研究
在勘探煤矿资源的过程中，由于煤层在开采之后会形成采空区，且煤层和顶板岩层之间的反射系数存在差异，煤层能够有较强能量的地震反射波产生。如果这时进行煤层开采，那么煤层的采空区会有顶板塌陷问题发生，还会对煤层的连续性产生破坏。而地震勘探技术能够对煤层的采空区进行更加精准的识别，地震反射波在煤层采空区会出现中断现象，煤层反射与顶板反射之间的系数差异较小，因而会出现空白区。在应用地震勘探技术来探测煤层采空区时，由于其下层没有遭到破坏，能够对其反射波进行连续追踪。应用地震勘探技术能够对煤层采空区进行快速判断，还能够勘探和查明煤层的冲刷带、陷落柱以及小褶曲等地质信息和资料，防止一些煤层采矿安全事故的发生，提升煤矿资源开采的效率与安全性。
3结束语
综上所述，在石油、天然气等资源勘探过程中，利用地球物理勘探中的地震勘测技术是一种有效的方法。地震勘测技术的应用主要依赖的就是地震波，通过对地震波动力学特性以及运动学特性的分析与掌握，强化对地震勘探资料的有效采集、地震勘探精度的持续提升，区分海洋、陆上油气资源勘探过程中的震源应用类型及其特殊性，不断优化与提升地震勘探的实际应用效率，更好地对海洋与陆上的油气等资源进行勘探，为油气资源开采效率的提升非常有利，对于我国经济持续、健康、全面发展也非常有益。
参考文献：
[1]李昂.地震勘探技术与应用[J].建筑工程技术与设计，2017（16）：1053.
[2]李云.地震勘探技术的新进展与前景展望浅析[J].华夏地理，2016（7）：128-129.
[3]房玉蛟.地震勘探技术发展现状及趋势浅析[J].建筑工程技术与设计，2018（26）：3445.
[4]王松阳.浅谈地球物理勘探中的地震勘探[J].百科论坛电子杂志，2019（10）：765.
作者:韩晓飞 白若冰 闫俊义 李宇单位:陕西省地震局 陕西西安地球深部构造野外科学观测研究站 长安大学地质工程与测绘学院
