国外水文物探技术的新进展Word文档格式.docx
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P、Sh或Sv波的质点位移形成一个正交坐标系。
多分量地震成像要求必须使用正交三分量检波器记录，以便识别出P、Sh和Sv质点的移动。
在陆上的地震工作中，多分量地震成像可以利用能相继产生三种波场的三个定向矢量震源。
各种震源产生的波场均包含了P波、Sh波和Sv波分量。
但是，垂直震源产生的P波分量最强，而其它两种水平震源产生的极化横波分量最强。
若在野外用三分量检波器分别记录下三种波场，结果就能得到九分量（9C）地震数据。
每个质点位移矢量（P、Sh和Sv波）都以不同方式反映了岩石的性质，因此也就提供了有关岩石系统、孔隙流体和地下目标的不同信息。
通过进一步开发P、Sh和Sv波的成像技术，就可以得到有关地下地质、地层关系、岩性分布和孔隙流体性质的更多信息。
2资料处理技术研究
（1）地震偏移技术
地震偏移技术是地震资料处理的一种重要技术，它的提出和应用已经有二十多年的历史。
早期的主要偏移方法有基尔霍夫偏移、F—K偏移和有限差分法偏移。
时至今日，以提高空间正确归位为目标的地震偏移技术已经取得了长足的发展。
作为提高空间分辨能力的主要手段，就要采用特定的方法实现反射界面正确的空间归位，即是要实现地震剖面上同相轴与实际反射面在位置、长度和倾角等方面的一致性。
实现这一目标的技术关键是要确保能够实现地震记录上的共反射点道集记录的同相迭加（当然首先要求取得合理偏移速度）。
目前，通常将偏移看作逆传播过程。
按维数有二维偏移和三维偏移；
按偏移与迭加的次序有迭前偏移和迭后偏移；
按对速度的适应能力有时间偏移和深度偏移；
按算法有积分法、有限差分法、频率波数域法等。
上述各项的不同组合有二维迭前深度偏移和三维迭后时间偏移等。
根据不同的地质条件，选择适当的偏移方法能取得较好的效果。
一般来说，简单地层情况应选用迭后时间偏移；
上覆地层横向速度变化大，应选择深度偏移；
出现倾斜同相轴交叉及与复杂表层构造有关的非双曲线时距曲线同相轴，应选择迭前偏移；
二维偏移不能消除明显的空间效应，应利用三维偏移。
（2）地震资料处理技术的发展
六十年代地震技术的重大突破，在于与采用共中心点（CMP）方法有关的多次覆盖反射剖面在反射成像和反演方面取得的成功。
该技术的目标是从相关和非相关（多次波）干扰最小的多次覆盖数据模拟一次反射波的零偏移距剖面。
通常将这样模拟的零偏移距剖面称作CMP迭加剖面。
它的结构包括按一种“宏观－速度－模型－独立”方法运行的、以相关性为基础的正常时差（NMO）速度分析。
NMO速度（也被称作CMP迭加速度）不但可以用于构组最佳的CMP迭加剖面，而且从根本上来讲，也可以用于确定当今被称做宏观速度的模型。
一般认为对地震软件技术的另一个具有历史性影响的发展发生在八十年代。
这即是引入“宏观－速度－模型－独立”的倾角时差（DMO）算子，用于改进从地震多次覆盖反射资料模拟零偏移距剖面。
这样就产生了当前通常被称作“NMO/DMO/迭加剖面”的零偏移剖面的模拟。
为了改进宏观速度模型和NMO/DMO/迭加剖面，它的最佳结构一般需要几种迭代的更新程序。
NMO/DMO/迭加的大多数应用成果（通常假设为一维的）被认为是它对宏观速度模拟不敏感所致。
利用这样简单的假设使NMO/DMO/迭加剖面易发生畸变，必然造成横向较强的非均匀性。
大多数的地震工作者考虑使用（特别是在横向非均匀条件下）宏观速度来模拟零偏移剖面，这样做不但非常困难，而且也不自然。
实际上，可以设计出多种新型的零偏移模拟，并且能完全成功地得到实现。
它们与过去传统的CMP迭加相似，在某种意义上，它们完全是按“宏观－模型－独立”的和专用的“以时差和相关性为基础”的方法在运行。
宏观－模型－独立的反射图像是基础，这是主要的技术战略思想。
1999年在德国召开的“宏观模型独立的地震剖面图像”专题讨论会上，一些作者指出，在二维横向非均匀沉积盆地（近地表地层速度稳定）内，利用在分析空间时差路线（或多次覆盖反射资料中的时差面）中使用的某些系统的相关分析，完全可以自动地得到多达三种可用的“运动波场特征”。
时差路线（或面）的这三种运动特征不但能帮助确定最佳迭加面和路线，而且还能直接得到良好模拟的宏观－速度－模型－独立的零偏移剖面。
它们还能为随后的反演或深度偏移确定宏观速度模型和其它地质特征。
这里须指出的是，该专题讨论会论文虽然只处理二维问题，但是没有将理论推广到三维的限制，可以从三维地震多次覆盖反射资料确定8个运动波场特征。
目前，地震学术界对该专题讨论会上研究的问题知之甚少，而将主要注意力集中在迭前和迭后偏移处理上。
该会议的资料将为地震研究和应用提供一个令人神往的资料处理、成像和反演方法。
3仪器发展趋势
上世纪80年代，发达国家浅层地震仪器的道数只有24道或更少；
仪器动态范围通常为60db或更少；
另外，只能同时对一、二组同相轴成像，只记录单分量信息，并且通常只能用一种方式分析纵波。
目前，仪器有了较大地发展,如2000年Schlumber公司宣布，开发成功Q—Land（陆上Q技术）系统。
该系统的第一个特点是记录单个检波器（而不是传统的组合检波器）接收地表波场，具有30000个数据道的采集能力（是以前通用系统的10倍）。
Q—Land包括能用于上述这样多数据的硬件和能改进多个检波器信号实时处理的资料处理软件。
该系统的另一个特点是具有对多个单数据道进行灵活的数字组合成型（DGF）。
因此，Q—Land系统克服了常规地震采集中大量线状或面状分布检波器组合造成的波数响应；
改善时、空域内分辨率、获取更强的信号及压制干扰的效果。
该系统1999年通过验证，2000年在中东作业。
Q—Land系统适合后勤供应困难、信噪比较差、地滚波干扰严重、有静电干扰和地形起伏大的地区使用。
该系统还可以用于诸如三维多分量地震、高分辨率成像等特殊情况。
（二）折射地震技术
折射地震是最早用于水工环地质调查的地震方法。
由于野外施工需要大排列和强震源以及自身的灵敏度和分辨率不高等技术缺点，其应用的主导地位已逐渐被反射地震法取代。
目前，对传统方法的改革和创新虽然不十分活跃，但也有了一些起色。
折射地震仍不失为一种主要的物探方法。
（三）垂直地震剖面技术的进展
垂直地震剖面（VSP）技术是前苏联在70年代首先研究成功的一项技术，后来为世界地球物理学界采用。
在地质复杂地区，记录垂直地震剖面可提供钻孔外的详细、高分辨率图像。
新一代的井下排列，可提供高保真度四分量数据。
发展到今天，VSP的应用已经不只限于提供地震波速度和标定层位，而是可以以钻孔为中心，沿地面呈放射状布置放炮，进行面积三维VSP观测。
采用高分辨率处理VSP资料，其分辨率可达到米级。
应用多波VSP获得的横波资料可对地层的各向异性和裂隙分布进行评估。
研究开发出了利用钻头振动为震源的随钻VSP技术，可对钻井进行动态监测和对钻头下方地层预测。
（四）三维（3D）地震
过去十年中，浅层高分辨率地震已逐渐成为浅层勘查的重要工具。
虽然单独利用2D资料也可以对简单连续地质特征填图，但是提供复杂反射体的大小和形状就比较困难。
从近年国外推出的3D地震勘探的实例可以看到，3D资料具有这方面能力。
现将有关的主要技术简介于下。
1在规划3D地震勘探时，要准确定义勘查的主要目标。
预计目标的最大和最小深度，横向范围要求的空间分辨率，探测线、深部特征所需的最少迭加次数；
最浅目标成图所需的炮－检距，浅、深部反射速度可靠分析所需要的最大偏移距和方位角范围；
尽力收集目标区的地质及以往的地震资料（如最佳震源能量和频率，检波器的大地藕合特征等）。
2因为三维地震的复杂性及采集资料的数量巨大，所以不管其勘探规模如何，事前均需做以计算机为基础的设计。
三维勘查的几何结构模拟使分配关键参数（如迭加次数，最大最小偏移、在单个CMP面积元内分配方位角和偏移距等）成为可能。
3根据设计的要求确定勘查参数。
FrankBuker等在3D地震试验中推荐了一种选择勘查参数的方法（勘查的目标深度都在50m以内），选择的内容包括检波距、炮点距、CMP面积元、平均覆盖次数、每一面元中小于20m偏移距的道数和方位角。
4资料采集方式。
三维地震资料的采集方式根据对实施项目的估计来设计，一般包括互相平行的数条接受测线，检波器道数及间隔和线距根据估算确定；
另外，需布置与接收线垂直，并互相平行的震源线。
然后利用设置的检波器网接收每一震源的信号。
为了使大多数的CMP面积元内有较多的小偏移距的纪录道，并能够对极浅（小于50ms）地层做可靠的成像和确定均方根速度，Frank等在最近试验中，在上述主采方式的基础上，又布置了第二采集方式予以补充。
5资料解释。
目前的解释还未摆脱二维资料解释的局限，存在着以下一些不足。
比如在解释中，虽然引进了人机联作交互技术，但以系列密集垂直剖面和水平等时切片联合解释为基础的工作方法不能克服在断层组合上存在多解性、难于确定一些特殊异常体位置的缺点
（五）三维地震资料的可视化技术
三维地震数据体可视化技术是一种地震解释技术。
它通过对地震数据应用不同透明度，在三维空间内实现对地下的地震反射率做直接评估。
这种解释技术及其基本原理与传统的解释方法截然不同。
可视化包括基于平面图和基于立体图的两种基本类型。
立体可视化以数据体一种完全不同的属性（透明度）为基础，假设地下界面的反射率是地下界面的三维现场模型（实质上由三维空间中的构造、地层及振幅特性综合而成）。
无论做特定前景目标评价还是做三维区域分析都可以通过这种“透视”方式来完成。
与平面可视化以层面构成三维模型不同，立体可视化以数据体本身构成三维模型。
基于三维象素的立体可视化中，将每一个数据样点转换成为一个三维象素（其大小近似面元间距和采样间隔的三维象素）。
每一个三维象素具有一个与原三维数据母体相对应的数值、一个红色（红、绿、蓝）值以及一个暗度变量，该变量有助于调整透明度。
因此，每个地震道就被转换成为一个三维象素柱。
数据按比例分为8位并显示三维象素值的分布。
在做详细的可视化之前，应该先检查一下诸如相位、频率及地震信号特征的数据参数。
这对于指导应用透明度及针对特殊解释问题设计可视化方案，都非常重要。
新技术带来新的工作流程。
首先，如有必要可对测量参数及数据比例做检查和校正。
较差的数据比例或过度限幅都会极大地减小立体可视化的作用。
其次，通过对数据设置缺省值、参数值，做成二维不透明切片图，将数据表示调整为与常规解释类似的情况。
然后，沿3个主轴对三维区域图和特定的前景图进行扫描。
一旦发现目标，用聚焦法将其提取出来准备用于暗度图。
这一步在立体可视化中非常重要，因为在这一步里将会剔除目标层段上、下无关的数据。
在低倾角地层中，锁定时窗的可视化对于地质评价十分有效。
检测是根据用户定义的振幅范围内三维象素的物理连通性做出的。
可以立即将其结果用来对内部振幅变化做评估。
这在做特殊地层特征评价、孤立断块成图或建立区域层面时极为有用。
锁定层位聚焦法是评价层段最为精确的方法。
因为这些层位仅存有利地带的数据。
对于构造沉积单元评价，这也不失为一种理想的手段。
单一层位可以用于生成一个整体运移的层段，或者两层之间的任意变化可用来制作层序可视化。
这里需要再次提醒物探人员的是，将常规解释思路和工作流程用于立体可视化会产生陷阱和不标准的结果。
克服困难的方法是对立体可视化有一个完整的了解。
（六）俄罗斯和乌克兰等国地震勘查技术的进展
1重视新技术和新设备的开发利用并积极发挥电法和重力等方法的作用。
为适应复杂勘探要求和提高勘探效益，地震队以三维地震技术作为基本勘探手段，已用SN388，I/O—2等类型的千道以上的新型遥测数字地震仪取代过去的国产48、96道数字地震采集装备。
物探数据的处理与解释上广泛采用当前世界流行的计算机和工作站系统。
特别需要指出的是，俄罗斯等国长期以来坚持非地震勘探技术（特别是电磁法和重力）在解决复杂、细致的油气勘探地质任务中有用武之地的观点。
在有关的基础理论、应用技术和新型装备的研究开发方面进行了大量的工作。
许多具有成本低、分辨率高的电法、重力等新技术方法，作为地震勘探技术的重要补充手段，在油气勘探中的应用增长很快，并显示出成效。
2多波地震勘探技术
综合应用地震纵波、横波及转换波所提供的与目的层相关的地质特性信息对寻找复杂的隐蔽性圈闭、构造有十分重要的意义。
当前，多波地震勘探工作主要是采用多波采集的VSP资料。
并由此推广到地面多波地震测量。
直接应用横波能更好的反映诸如海相地层中的礁体及地层的各向异性特征。
特别是对利用横波分裂产生的快、慢横波分析，可以研究地层内的裂隙密度及其分布状态。
可确定岩层的孔隙度和渗透率，对其含油气性进行预测。
目前，俄罗斯已研制出专门用于激发横波的大功率可控震源，以及使用炸药在炮井中激发横波的采集技术。
在西伯利亚地区，通过对多波地震资料研究，成功地查出灰岩的裂隙分布，从而找到一些裂隙型油气藏。
3地震数据的处理与解释技术
乌克兰国家科学院地球物理研究所开发了具有较好应用效果的地震资料处理自动剩余校正的软件“RUSTX”。
全俄地球物理勘探方法研究所开发了用于三维或二维地震资料处理、解释软件包—“INTERSYS”系统。
与当前流行的西方国家开发的三维地震勘探数据处理软件不同之处在于：
通常流行的软件是针对典型构造型的三维地震测量数据进行处理和解释；
而该系统则是针对复杂地震条件，在地质构造和存在速度横向变化的区域内获取精确的地震解释成果，为勘探井的部署提供可靠依据。
它可进行三维或二维迭前深度偏移及迭后深度偏移；
基于迭前偏移算法的偏移速度分析；
在迭加数据的数据体中进行剩余校正；
地震数据体及所研究介质模型的形象化显示等多项功能组合。
二电法勘查
不管是在20多年前单纯找水勘查年代还是在目前提倡合理利用地下水资源保护环境的时期，电法一直是水工环调查的一种重要方法。
近年来电法仪器和技术方法发展比较活跃。
电法仪器比较成功地移植了地震仪器成熟的经验技术，主要的技术指标（如动态范围、采样间隔、模数转换等）几乎与地震没有什么差别；
唯一的不足是地震的采集道数可达1000（有的达到了10000）道，而电法仪器最多才约为100道。
上述的电法优点再加上轻便、多道、通过卫星同步、遥测等功能，使电法（电磁法）仪器和应用进入了一个新领域。
电法可用于探测盖层厚度、断层裂隙、岩石单元、海水入侵等。
由于电法种类繁多，下面仅就国外近年来实用的几种仪器和技术介绍如下。
（一）瞬变电磁法（TEM）
它利用接地电极或不接地回线通以脉冲电流，在地下建立起一次脉冲磁场。
在一次场的激励下，地质体将产生涡流，其大小与地质体的电特性有关。
在一次磁场间歇期间，该涡流将逐渐消失并在衰减过程中，产生一个衰减的二次感应电磁场。
通过设备将二次场的变化接收下来，经过处理、解释可以得到与断裂带、采矿中的陷落柱及其它与水有关的地质资料。
常规物探方法受环境限制大，难于开展水上作业。
而瞬变电磁法则受环境影响较小，可以用于水上作业。
数字技术的发展促进了一批TEM仪器的出现（如GeonicsPROTEM47,SirotemMK3,ZongeNanoTEM，BisonTD2000等），它们对10-200m浅层具有较高的探测能力。
另外，还开发出TEM资料的处理新技术，有可能在事前没有较多可用地下资料的情况下，制作逼真的解释模型。
（二）EH-4电磁法成像系统及其应用
EH-4电磁成像系统是一套电磁信号自动采集和处理系统，由美国EMI和Geometrics公司联合开发生产。
该仪器将可控源音频大地电磁法（CSAMT）和大地电磁法的两种仪器有机地结合起来，实现10Hz-100kHz范围内信号的连续采集。
该系统轻便灵活，分辨率高，不受高阻盖层的影响，可以用于单点和连续剖面测量。
完成各测点测量后，可获得电场功率谱、视电阻率、相位、相关度、一维反演等资料；
在现场取得三个以上连续测点资料时可以提供拟二维反演成果。
EH-4系统可用于水文地质、工程地质调查及基岩填图等领域。
（三）仪器系统朝多用化和轻便化的方向发展
近十年来，电磁法仪器系统发展很快。
一机多能是现代地面电磁系统的一大特点。
1凤凰公司推出的V5—2000系统在原有的基础上，使该系统成为可用于高精度三维MT勘查的仪器。
该系统能与GPS同步，各测站之间相互独立。
通过分布在勘查区内多个远参考点建立起来全区统一的电磁场，对地形影响和静态位移等的处理都能收到较好的效果。
2在有源场电磁法仪器的开发方面，俄罗斯研制成功一种建场测深法仪器（TEM），得益于强大的人工场源，采集资料的质量得到了很大的提高，勘查的精度和解决问题的能力在多种电法仪器中位于前列。
3Zonge公司研制成功GDP—Ⅱ多道接收系统,可采集可控源和天然源地电数据.该系统的特点是可以进行遥控测量、宽带记录TEM、CSAMT以及IP波形的时间序列。
（四）20年前，为适应电法从单一的供水勘查向合理利用地下水资源和环境保护战略方向的转变，国外开发了一批小型、轻便、可快捷使用的电磁法仪器。
这些仪器在长期的应用中取得了好的效果。
在笔者查阅的国外水工环电法勘查实例文献中，这些仪器的出现率排在前列。
以下就Geonics公司生产的EM31、EM34仪器作一简单介绍
1EM31是一种电磁感应仪器。
支撑该仪器系列的是公司一项获得专利的电磁感应技术。
正是这项技术，使该仪器不需要电极！
仪器构形很简单（以EM31—MK2仪器为例），将数据记录器插入控制悬臂内，仪器重量只12.5Kg，工作时只需一人将仪器悬在胯部，在行进途中就可以完成大地电导率和同相分量的测量。
仪器适应在大多数地质条件下使用（包括诸如砂砾和沥青高阻条件）。
该仪器已经被有效地用于地质变化、地下水污染或任何与大地电导率变化有关的地下特征填图。
仪器的勘查深度约6m,并且具有比传统电阻率法快的优点，所以也适用于农业生态环境的大面积调查，比如将EM31—MK2仪器与探地雷达配合，用于探测农业土壤特征，确定农用化肥的离场流动。
2EM34与EM31仪器利用的是同一感应电磁技术专利。
与EM31仪器的主要不同之点在于它可以提供几个深度的地质资料。
最大深度可达60m；
两人操作。
适用于埋深较大的地下水污染羽状流填图和地下水勘查。
在垂直偶极情况下，EM34—3对垂直地质异常特别敏感，广泛用于裂隙、断层和基岩风化带的地下水调查。
三探地雷达（GPR）
GPR的试验研究应用已经有了90多年的历史,但是直到上世纪70年代美国GSSI公司才第一次研制成功SIR探地雷达系列,并取得一批实用成果。
由于GPR技术具有其它物探方法无与伦比的浅层高分辨率特点，近30年来该项技术已取得长足的发展。
仪器不断更新换代，资料采集、处理、显示和解释技术不断革新，如《现状与趋势》一书中提到按地震资料处理方式处理GPR资料的思想已经受到到了新思想的挑战。
在上世纪末期，GPR的应用领域已从工程建筑迅速扩展到地下水以及微观地质环境调查方面，成为现代地质调查中的一种重要工具。
（一）仪器研制的进展
1自上世纪七十年代GSSI公司推出SIR商业GPR仪器系统以来,其它公司又相继推出了GeoRadar、MK、PulseEKKO、多态雷达、层析雷达和三维雷达系统。
2仪器轻便、结实、通用是仪器厂商和用户追求的目标之一。
为实现该目标，加拿大的SSI公司先后推出了Noggin250、500型GPR仪器，将该公司生产的PulseEKKO系统的全部雷达功能压缩在一个简单的Noggin轻便仪器箱内。
但该仪器不仅是对原仪器进行简单的压缩，而是从基本设计原理上进行了改进。
将Noggin与该公司研制的软件“SPIView”配合使用，用户可以通过简单的操作在无限卷图上查看数据图像。
3选通频率阶跃探地雷达。
澳大利亚研制了一种新开发的频率式阶跃探地雷达（SFGPR）样机，运行在10—620MHz的频带范围内，可以在不降低分辨能力的情况下提高探地雷达的最大深度穿透能力。
该雷达具有在每一个频段使用窄选通的特殊能力，这就可以压制与深层目标弱反射波有关的无用强信号。
在无选通模式下该系统运行在175db，选通模式下为170db,参照10ms积累时间和10db信噪比。
这套系统适合在车辆内操作，包括与传统脉冲GPR类似的时实显示。
它每秒钟能记录50米深的剖面图。
提供了利用选通SFGPR收集的一个沙岛内的上层滞水位、高损失土壤的一条暗渠以及埋在1.7米深处500磅炸弹的地下图像。
使用了一种频率补偿方法来改进图像的清晰度。
确定地下目标最弱的信号能量在发射能量的100db以下。
这样的信号可能接近一台商业脉冲GPR的最低噪声水平。
（二）资料采集、处理和显示技术
1资料采集。
早在上世纪90年代，GPR仪器已从单点采集资料方式过度到连续采集。
在发射/接收天线的组合形式上，一般利用共偏移距法、共中心点法或共震源法采集资料。
共偏移距法（发射/接收天线距固定）容易快速地采集野外资料，适用于低衰减介质地区的大面积调查。
共振源法用固定发射天线位置，在两个接收站间按某一间隔采集资料。
共振源道集资料可以根据天线位置转换为CMP道集。
共振源法适宜用于详细确定地下构造的勘查。
其中心点（CMP）法通常将发射和接收天线对称地置于CMP两侧，用不同偏移距采集资料。
通常情况下，共中心点法的CMP道集资料分析速度比用共振源道集变换成的CMP道集的效果好。
与共偏移距法比较，共中心点法具有三大优点：
a资料信/噪比高；
b可以估算正常时差速度；
c可使用成像技术，用于提高空间定位精度。
2资料处理。
高频信号在低电导率介质中传播时，介质中的电流以位移电流为主。
在这种前提下，可以用声波方程近似地代替电磁波方程来描述雷达波的传播特征。
因此，多年来人们一直在沿用处理地震资料的方法处理雷达资料。
为了更好地将石油地震的先进资料处理技术，引入GP
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