CN112835121B - 一种基于震电效应的勘探方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地球物理勘探领域，具体是涉及一种基于震电效应的勘探方法。特别的，本方法对于地下介质分界面具有极佳探测效果。S1，源激发后产生向地下待勘探地层内传播的电磁波；S2，地表和井中检波器采集电磁波在待勘探地层内激发的地震波场响应；S3,固定检波器的位置，改变源激发位置，重复采集得到多组地震记录；S4，从地震记录中计算提取界面处的反射地震波信号，并根据该信号的波形特征反演分界面的特征。本发明中源激发电磁波，传播至地下力学和/或电性介质分界面处产生反射地震波信号被检波器记录到，该信号在波形上表现出与分界面相同的特征，可以直接表征界面特征。

Description

一种基于震电效应的勘探方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，具体是涉及一种基于震电效应的勘探方法。
背景技术
本发明所述的勘探方法是一种基于震电效应原理的地球物理探测方法。所谓的震电效应，是在固体骨架-孔隙流体中含有带电离子，在固-液界面形成了双电层，可动的孔隙流体内含净剩带电离子；地震波在传播过程中会引起孔隙流体相对于岩石骨架的运动，从而引起带电离子运动产生电磁场，这一过程被称为震电转换；相反，当电场施加于这种孔隙介质，由于电压的存在，会牵引着孔隙流体中的带电离子运动，由于带电离子与流体之间的粘滞牵引作用，进而带动孔隙流体相对于岩石固相骨架运动，从而产生地震波，被称为电震转换。
前人研究发现，震电转换有三种方式，第一种是在力源(如地震、采石场爆炸或者锤击)的作用下，在力源位置处产生独立向外传播的辐射电磁波；第二种是地震波经过的位置产生局部介质电磁响应，称之为同震电磁场；第三种是地震波传播到地下介质分界面(力学和/或电性介质分界面)处产生的辐射电磁波，被称为震电界面响应。
同样地，电震转换也有三种方式，第一种是在电流源的激发下，在电流源位置产生独立向外传播的地震波；第二种是电磁波经过位置的局部介质响应，被称为伴随电磁波的地震信号；第三种被称为电震界面响应，是电磁波传播到地下介质分界面(力学和/或电性介质分界面)处产生的独立向外传播的地震波。
由于震电和电震界面响应对于地下不连续介质分界面的敏感性，因此可以被用来勘探地下水位、矿物和油气资源等；在油气资源勘探方面，被广泛使用的方法包括地震和电磁勘探；地震勘探方法具有较高的分辨率，但无法较好地分辨出地下力学性质对比不明显，而电性性质对比明显的油气储层；电磁勘探可以被用于电性性质对比明显的油气储层，但高频电磁波在导电地层中衰减较快，一般采用源激发低频，波长较长的电磁波，导致电磁勘探的分辨率较低。
现有的勘探技术无法对于地下力学性质对比不明显，电性性质对比明显的地层分界面进行良好的勘探。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于震电效应的勘探方法，能较好勘探力学性质对比不明显，电性性质对比明显的油气储层，并且具有地震波勘探的分辨率。本发明利用电磁波在地下介质分界面处产生的界面电震响应的波形来反演分界面的特征。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于震电效应的勘探方法，包括如下步骤：
S1，源激发后产生向地下待勘探地层内传播的电磁波；
S2，待勘探地层所在的地表检波器和沿待勘探地层深度方向设置的井中检波器采集电磁波在待勘探地层内激发的地震波场响应；
S3，固定检波器的位置，改变源激发位置，重复步骤S1和S2，采集并记录地震波场响应；
S4，从步骤S3中记录的地震波场响应中获取待勘探地层介质分界面处产生的反射地震波信号，并根据反射地震波信号的波形特征反演分界面的特征。
进一步，步骤S1中的源是通过电流源在待勘探地层表面激发，形成向待勘探地层内传播的电磁波。
进一步优选的，步骤S2中是通过地震检波器记录待勘探地层中产生的地震波信号；
所述地震检波器包括位于待勘探地层地表的第一组检波器，位于待勘探地层深度方向的第二组检波器。
更进一步优选的，所述的第一组检波器和第二组检波器均为：1/2/3轴加速度传感器，1/2/3轴速度传感器，1/2/3轴位移传感器，或压力传感器。
更进一步优选的，所述的第一组检波器位于待勘探地层表面水平直线上；所述的第二组检波器位于待勘探地层深度方向竖直直线上。
进一步优选的，其特征在于步骤S3
具体实施如下：
SS1，电流源在待勘探地层的表面激发，第一组检波器记录的波形信号为w1，第二组检波器记录的波形信号为z1；
SS2，改变电流源在待勘探地层表面的位置，激发并重复记录，直至获取N个第一组波形信号w1,w2,......,wN和N个第二组波形信号z1,z2,......,zN，且wi和zi分别是在位于待勘探地层的表面上第i个位置处的电流源激发产生的被第一组检波器和第二组检波器记录到的信号，其中N为大于1的正数，i为不大于N的正整数；
第一组信号波形，以第一组检波器的位置作为横坐标，时间作为纵坐标进行绘制；第二组信号波形，以第二组检波器的深度作为纵坐标，时间作为横坐标。
进一步优选的，步骤S4中是采用哈达玛积的方法计算并提取界面处的反射地震波信号，具体过程如下：
将步骤SS1中的N个第一组检波器记录到的信号对应矩阵进行哈达玛积计算，计算结果绘制得到被第一组检波器记录到的反射地震波信号；
将步骤SS2中的N个第二组检波器记录到的信号对应矩阵进行哈达玛积计算，计算结果绘制得到被第二组检波器记录到的反射地震波信号。
进一步，步骤S4中的分界面包括地层中力学和/或电性介质分界面。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用电流源，激发产生向地下待勘探地层内传播的电磁波，经过力学和/或电性介质分界面产生几乎垂直界面传播的地震波信号；该发明基于震电效应理论，采用电流源激发，尤其对地下电性介质分界面具有较好的分辨能力；此外，电流源的激发频率在地震波频率范围以内，产生的界面地震波信号也在同样的频率范围，地震波波长较短，因此分辨率较高。
(2)本发明将第一组检波器设置在待勘探地层的上表面，能够采集到介质分界面处产生的向上传播的反射地震波信号；第二组检波器沿着待勘探地层深度方向设置，能够采集到水平方向传播的地震波信号；本发明设置两组检波器，分别用于采集不同方向传播的信号，实现对分界面处产生的地震波的全面采集，从而提供更多的信息以便分析地下介质分界面的特征。
(3)本发明将不同位置源激发下，第一组检波器和第二组检波器采集到的所有信号对应的矩阵各自进行哈达玛积计算，压制其他地震波信号，提取出其界面地震波信号。
(4)本发明将第一组检波器记录到的波形，以水平位置作为横坐标，以时间作为纵坐标；将第二组检波器记录到的波形，以深度位置作为纵坐标，以时间作为横坐标；进而能够通过反射地震波波形特征直观判断出分界面的特征。
附图说明
图1为本发明的勘探方法的使用状态图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的具体实例的纵向剖面图；
图4a、4b和4c为发明中第一组检波器采集到的波形；
图4d为图4a、4b和4c经过哈达玛积计算得到的波形；
图5a、5b和5c为发明中第二组检波器采集到的波形；
图5d为图5a、5b和5c经过哈达玛积计算得到的波形。
图中标注符号的含义如下：
1-待勘探地层11-第一层孔隙介质12-第二层孔隙介质3-电流源
4-第一组检波器5-第二组检波器
具体实施方式
以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于震电效应的勘探方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1，源3激发产生向地下待勘探地层1内传播的电磁波，具体过程如下：
将电流源3设置在待勘探地层1的上表面激发，形成向待勘探地层1内传播的电磁波。
S2，地表和井中地震检波器同时采集电磁波在待勘探地层1中激发的地震波场响应；地震检波器包括位于待勘探地层1表面水平直线放置的第一组检波器4，和位于待勘探地层1深度方向放置的第二组检波器5；两组检波器均为1/2/3轴加速度传感器,1/2/3轴速度传感器，1/2/3轴位移传感器或压力传感器；
S3，固定地表和井中检波器的位置，即固定第一组检波器4和第二组检波器5，改变电流源3激发位置，重复采集；通过两组检波器记录过程如下：
SS1，通过电流源3在待勘探地层1的表面激发，第一组检波器4记录的波形信号为w1，第二组检波器5记录的波形信号为z1；
SS2，改变电流源3在待勘探地层1表面的位置，重复记录，直至获取N个第一组波形信号w1,w2,......,wN和N个第二组波形信号z1,z2,......,zN，且wi和zi是电流源3在待勘探地层1的表面上第i个位置激发产生的信号，其中N为大于1的正数，i为不大于N的正整数。第一组信号，以第一组检波器的位置作为横坐标，时间作为纵坐标；第二组信号，以第二组检波器的位置作为纵坐标，时间作为横坐标。
S4，对第一组检波器4和第二组检波器5记录到的地震波形分别进行哈达玛积计算，具体过程如下：
将步骤SS2中的N个第一组信号对应的矩阵进行哈达玛积计算，得到第一组检波器记录到的界面反射地震波信号；将步骤SS2中的N个第二组信号对应的矩阵进行哈达玛积计算，得到被第二组检波器记录到的界面反射地震波信号；
S5，基于S4中第一组和第二组检波器记录到的反射地震波信号，并据该反射地震波的波形反演地下介质分界面的特征。
实施例1
本实施例中的，如图1和图3所示，待勘探地层1包括从上至下依次为第一层孔隙介质11和第二层孔隙介质12，第一层孔隙介质11为沉积层，第二层孔隙介质12为油气储层。沉积层和油气储层的力学介质参数接近，电性介质参数对比较明显，本实例中，力学介质参数主要包括密度、孔隙度、黏度、泊松比和弹性模量等；电性介质参数主要包括电导率等；在第一层孔隙介质11上表面电流源激发产生向地下待勘探地层1内传播的电磁波，传播至第一层孔隙介质11和第二层孔隙介质12的介质分界面处，产生反射的地震波，被第一组地震检波器4和第二组地震检波器5记录到。
本实例中，如图4a-4d,是在三个不同位置源激发下，第一组检波器4记录到的波形；如图5a-5d，是在三个不同位置源激发下，第二组检波器5记录到的波形；图4a-4d是由矩阵中的数据绘制；矩阵维度为：水平检波器的数量×记录的时间点，矩阵中的元素为特定检波器在特定时间记录到的信号强度；同理，图5a-5d是由矩阵中的数据绘制；矩阵维度为：记录的时间点×垂直检波器的数量，矩阵中的元素为特定检波器在特定时间记录到的信号强度；
图4a-4c中，“SAB”和“SCD”分别表示分界面“AB”和“CD”所产生的反射地震波信号；图5a-5c中，“SBC”和“SDE”分别表示分界面“BC”和“DE”所产生的反射地震波信号；
从图4a-4c以及图5a-5c可以看出，波形中除了产生于界面处的反射地震波信号，还包括其他地震波信号；
将图4a-4c的波形对应的矩阵进行哈达玛积计算以压制其他地震波信号，而显示反射地震波信号，再将计算结果绘制得到如图4d所示的波形；同理，将图5a-5c的波形对应的矩阵进行哈达玛积计算，再将计算结果绘制得到如图5d所示的波形。
结合图4d和图5d，信号“SAB”，“SBC”，“SCD”分别与图3模型中的介质分界面“AB”，“BC”和“CD”具有良好的一致性，表明界面处的反射地震波信号可以用来反演地下介质分界面。

Claims (4)

1.一种基于震电效应的勘探方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，源激发后产生向地下待勘探地层(1)内传播的电磁波；
S2，待勘探地层(1)所在的地表检波器和沿待勘探地层(1)深度方向设置的井中检波器采集电磁波在待勘探地层(1)内激发的地震波场响应；
S3，固定检波器的位置，改变源激发位置，重复步骤S1和S2，采集并记录地震波场响应；
S4，从步骤S3中记录的地震波场响应中获取待勘探地层(1)介质分界面处产生的反射地震波信号，并根据反射地震波信号的波形特征反演分界面的特征；
步骤S1中的源是通过电流源(3)在待勘探地层(1)表面激发，形成向待勘探地层(1)内传播的电磁波；
步骤S2中是通过地震检波器记录待勘探地层(1)中产生的地震波信号；
所述地震检波器包括位于待勘探地层(1)地表的第一组检波器(4)，位于待勘探地层(1)深度方向的第二组检波器(5)；
步骤S3具体实施如下：
SS1，电流源(3)在待勘探地层(1)的表面激发，第一组检波器(4)记录的波形信号为w1，第二组检波器(5)记录的波形信号为z1；
SS2，改变电流源(3)在待勘探地层(1)表面的位置，激发并重复记录，直至获取N个第一组波形信号w1,w2,......,wN和N个第二组波形信号z1,z2,......,zN，且wi和zi分别是在位于待勘探地层(1)的表面上第i个位置处的电流源(3)激发产生的被第一组检波器(4)和第二组检波器(5)记录到的信号，其中N为大于1的正数，i为不大于N的正整数；
第一组信号波形，以第一组检波器的位置作为横坐标，时间作为纵坐标进行绘制；第二组信号波形，以第二组检波器的深度作为纵坐标，时间作为横坐标；
步骤S4中是采用哈达玛积的方法计算并提取界面处的反射地震波信号，具体过程如下：
将步骤SS2中的N个第一组检波器(4)记录到的信号对应矩阵进行哈达玛积计算，计算结果绘制得到被第一组检波器(4)记录到的反射地震波信号；
将步骤SS2中的N个第二组检波器(5)记录到的信号对应矩阵进行哈达玛积计算，计算结果绘制得到被第二组检波器(5)记录到的反射地震波信号。
2.如权利要求1所述的基于震电效应的勘探方法，其特征在于：所述的第一组检波器(4)和第二组检波器(5)均为：1/2/3轴加速度传感器，1/2/3轴速度传感器，1/2/3轴位移传感器，或压力传感器。
3.如权利要求1所述的基于震电效应的勘探方法，其特征在于：所述的第一组检波器(4)位于待勘探地层(1)表面水平直线上；所述的第二组检波器(5)位于待勘探地层(1)深度方向竖直直线上。
4.如权利要求1所述的基于震电效应的勘探方法，其特征在于：步骤S4中的分界面包括地层中力学和/或电性介质分界面。
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