小儿体内镉超标怎么办:地球物理勘探技术的发明与兴起

　　物理技术同石油地质的结合，“杂交”出了地球物理学以及相关的地球物理勘探方法，使人们有了越来越多、越来越高明的手段来认识地下，找到油气田。

重力法勘探技术的发明

　　在众多的地球物理勘探——物探技术中，最“老资格”的是重力勘探方法。这就是，运用一种仪器，探测不同地方的大地重力场的变化。出现重力高的地方，往往有某种含油地质构造存在。

　　重力法至今仍然是油气非地震勘探的一种重要方法。

　　被称为“重力勘探法之父”的是德国人冯·欧特伏斯(brand Von Eoivos)，他于1901年首次用自己发明的扭秤测明了冰封湖泊的湖底并画出了图。这说明重力法用于水面对水深测量是有好的效果的。

　　首次把扭秤——重力法引进石油工业的是雨果·冯·波克。他于1915—1916年间，用扭力秤勘查捷克斯洛伐克一个单井型小油藏——埃格贝尔油田。这是一个已知的背斜。围绕一口已经出油的井进行的重力测量，测出重力高就在这口井的近旁。证明应用重力测量可以寻找背斜。这是重力法在油气勘探上第一次商业性应用。

　　第一次世界大战中断了重力法的研究和发展，因为德国是轴心国，主战场在欧洲。

　　美国人对于新技术的发明十分敏感。杰出的勘探家德高里尔在1914年就写了报告，认为重力法很有前途，但他的努力没有成功。

　　1922年，欧洲人已经用扭秤找到了好几个盐丘构造，美国人才下决心把它引进。

　　德高里尔的公司——阿梅拉达石油公司和罗克萨那石油公司(壳牌集团的美国子公司)各引进了两套扭秤。德高里尔的公司首先试用成功，先在斯宾徒(即“纺锤顶”)油田和皮尔斯·琼克辛油田上验证，测出的重力高与已知油藏的高点符合。于是正式投入商业性应用。1924年用它发现纳希穹窿(Nash Dome)，由于它出了油，石油界认定重力法是一种有效的找油工具。1925--1926年间，在美国用重力法找到了四个油田。

　　重力法在埃格贝尔地区的试验，证明用它勘探背斜，比探查盐丘的效果还要好，后来，在梅西亚洛林断裂带上应用，又取得了令人满意的结果。

　　第二代重力法的仪器是钟摆仪，但它的“寿命”很短。

　　随着科学技术的发展，1930年出现了新型重力仪，它的发明者是休斯敦的赖斯大学的教授刘易斯·M·史密斯(Lewis M．Smith)。1938年，他成立了自己的公司，专门从事重力测量服务。重力仪很快取代了扭秤。

　　不久，重力仪被搬上了飞机，开展航空重力测量。

电法勘探技术

　　1915年前后，法国的康拉德·斯伦贝谢(Cartrad Schlumberger)和美国标准局的文纳(Wermer)分别提出了视电阻率的概念，创造了测量大地电阻率的方法。

　　斯伦贝谢发明电阻率探测法的经过，详见本书“康拉德·斯伦贝谢”一文。20世纪30年代之初，他决定集中力量发展井下电阻率探测法——电法测井，而把电法勘探技术转让给了法国的通用地球物理公司(CGG)。

　　1917年，美国人康克林(H．W．Conklin)获得了首项电磁探测法的专利。1925年，美国人森德伯格(Sundberg)开始正式应用电磁探测法(EM)。

折射法地震勘探技术

　　地震勘探技术形成于20世纪20年代，它分为折射法和反射法两种。

　　最早出现并应用的是折射法，但不久就被反射法所取代，但折射法偶尔还被应用。

　　1846年，英国人罗伯特·马列特向爱尔兰皇家科学院呈送了一份报告，建议用人工地震来探查被水覆盖的地区。这是有记载的第一个地震勘探方法的想法。三年后马列特做了试验，由于仪器不灵，没有成功。

　　1876年，美国军队中的H．H．阿鲍特也做过几次试验，尽管他用的仪器比马列特的要进步一些，也未获成功。

　　自此以后，一些物理学家陆续进行了理论探讨，大多是欧洲的科学家在研究机构里进行的。1910年后．折射法理论被认为是言之有据的。1914年前后，明特洛普等人做了一些实验。

　　第一次世界大战中，军事上需要探查敌方大炮的位置，用折射法接受和处理大炮发射形成的声波，证明声波可以在空气中传送，由高空大气层折回地面。

　　第一次世界大战后，德国人鲁杰尔·明特洛普(Ludger Mintrop)进行了实用化的研究。1917年，他研制出了一种仪器——折射地震仪，在德国获得了专利。此项专利覆盖了用折射法探明地层的深度和类型。

　　第一次世界大战期间，他向德国军方建议，应用这种仪器来测定并且计算出敌军大炮阵地的位置，以便及时加以摧毁。德国将军鲁登道夫对此很感兴趣，让他立即做出100套仪器，组织100个地震队到战争第一线去。当时战争已经到了后期，既缺乏高素质技术人才．也缺乏高质量的相关器材．未能完成鲁登道夫的任务。此事不了了之。

　　战后，1921年明特洛普成立起世界上第一家地震勘探服务公司塞斯莫斯(Seismos)，得到德国多家矿业公司的支持，以便把折射地震技术应用于探矿。公司的创业资本只有100万德国马克，只有8个人。

　　1923年，他的地震公司被荷兰皇家壳牌集团邀请到墨西哥去做地震勘探油田的试验；该队由杰森海纳率领。同年，马尔兰石油公司(大陆石油公司的前身)把他的一个地震队请进了美国，明特洛普本人亲自带队。

　　折射法在墨西哥取得了可喜的成功。在坦皮科地区，用折射法布了三口井。第一口是拉·卡泰洛4号并，是干井，但是地震资料是有用的。第二口井是1925年5月在黄金带上布的亚马特兰7号井，成功地出油了，日产400桶(约54．6吨)，证明地震资料是正确的。第三口又是干井，但地震图是正确的。

　　在美国，1924年，海湾石油公司雇佣明特洛普的地震队在得克萨斯州的福本特县发现了奥查德盐丘穹窿(Orchard Dome)。两年后，这里出了油。发现井井深1150米，日产油400吨。这在当时是件大事。

　　根据嘎列特的建议，海湾公司用折射法对一个已知盐丘穹窿作探查试验，发现声波穿过盐层和沉积层的速度不同，用扇面激发法可以查明盐丘。美国路易斯安那土地与勘探公司用折射法很快找到了十几个盐丘。

　　到1930年，明特洛普的折射法地震队在墨西哥湾沿岸地区，先后为9家石油公司服务，一共找到22个盐丘构造。但是，这一方法在美国西部加利福尼亚却不成功。

　　同一时期，卡切尔(J．C．Karcher)等四名美国人也做了一些试验，1920年获得一条两道的记录，显示出了浅层的反射。这是世界上第一个地震勘查记录。在此基础上，他们组成一家公司，在俄克拉何马的朋卡市附近现场勘探，可惜都不成功。但麦克柯伧继续研究。

折射法地震勘探技术的改进

　　明特洛普的塞斯莫斯公司集中全力在美国搞折射法的商业化应用，忽视了仪器方法的继续改进。

　　有一个美国人为此做出了贡献。他就是奥利夫。斯科特。佩蒂(OliveScot Petty)。

　　佩蒂1895年出生在得克萨斯州的奥利夫，1917年大学毕业，学的是民用工程。1925年，他对折射地震技术发生了兴趣，同他的哥哥达布尼‘佩蒂(得州经济地质局的地质师)合伙，创办了佩蒂地球物理工程公司，设在得克萨斯州的圣安东尼奥。 ’

　　兄弟俩解剖了明特洛普的折射法地震仪，认为它完全是机械结构，笨重，灵敏度不高。即便探测浅层构造，也需要大的爆炸能量。他们把当时最先进的真空管技术吸收进来，改造折射地震仪，做出了第一台位移敏感的新型地震仪，能够真实地记录地下地震波的传播速度和振幅，只需要较少的爆炸能量。1925年，他们的仪器系统可以精确测绘出深部的背斜和盐丘穹隆；

　　第二年，他们又开发出一种测定浅部穹隆的简化方法，不必精确地测量放炮线的长度和记录爆炸时间。

　　不久，折射法被1925年出现的反射法地震勘探技术所取代。佩蒂公司立即大力推广应用反射法。并且，于1931年创造了反射地震的逆向剖面法，提高了作业效率。

　　佩蒂地球物理工程公司发展很快，曾经成为美国第一大物探承包商。他们成功的主要原因之一是得到辛克莱石油公司的有力支持。他们两家建立起长期的合作关系，从1932年10月一直延续到1967年１１月。

反射法地震勘探技术

　　反射法最早用于探查水底。其创始人是雷琪纳德·费森登。他拥有此项专利。

　　用反射法来探寻油田最早是在美国俄克拉何马。它的发明者、首创者是折射法的先驱者之一约翰·克拉伦斯·卡切尔(John Clarence Karcher)博士。

　　卡切尔1 894年出生在印第安纳州，但是在俄克拉何马州长大。他父亲有一个32公顷的农场。他14岁那年到城市近郊的一所中学就读；1912年进入俄克拉何马大学学习物理，一边上学，一边打工，以补贴上大学的费用。1916年他以全班最好成绩毕业，然后在宾夕法尼亚大学读研究生。在此期间，他有幸在纽约门罗公园的托马斯‘爱迪生研究所实习了三星期，使他激发起创造热情，立志当发明家。

　　第一次世界大战爆发后，卡切尔被美国标准局派到法国去研究大炮发射产生的声波。战后回到美国继续这一研究，并且开始探索怎样把相关的知识运用到解决地质问题上来。1920年他获得了博士学位。

　　在美国标准局工作的卡切尔会同其他几个人开展研究，要证明声波可以被大地内部的地层弹射或者反射回来。他相信，用这一方法有可能测定地下构造的位置。1921年6月，一支装备了简单的反射地震仪器的地震队开始在俄克拉何马城附近的油田上做试验。整个夏天，他们一直在现场测量声波在不同岩层中的发射速度。他们用采集到的信息画出了等值线图，做出了第一张反射地震的地质剖面。这一台初始的反射地震仪，至今还保存在华盛顿国家博物馆里。

　　但是，卡切尔没有钱，无法进一步加以开发。

　　1925年，阿梅拉达石油公司的总裁德高里尔了解到这个情况，找到卡切尔，支持他把反射地震商业化。他们为此创办起地球物理研究公司(GeophysicalResearch Co．，GRC)。

　　地球物理研究公司双管齐下，一面推广应用明特洛普的折射地震技术，一面开发卡切尔的反射地震技术。1926年，他们用反射地震仪样机对已知的纳西盐丘穹隆进行试验性探测，效果良好，不仅能查明盐帽，而且克服了上部沉积层松软，反射速度低的困难，用倾斜激发法查明了盐丘的形状。1928年，他们研制成功了全套反射地震勘探装备，建立起第一支反射地震队，开始了反射地震的商业化应用。

　　1930年，地球物理研究公司结束。卡切尔成立了自己的物探公司——地球物理服务公司(Geophysical Service Inc．，GSI)。1 933年，它用反射地震技术得出了老洋穹隆的地质构造图，发现了这个滨海地区最大的天然气与凝析油油田。

　　20世纪30年代初，用反射法在俄克拉何马发现了几个油田。

　　20世纪20～30年代是美国找油的高潮，使物探方法很快推广应用。由于反射法勘探比折射法优越，加上仪器的不断改进，30年代在美国已大量使用。1937年，已有250个地震队。

　　在反射地震技术的发展中，卡切尔的助手之一的亨利·萨尔瓦托利(Henry Salvatori)起过重要的作用。

　　萨尔瓦托利是意大利人，少年时期跟随父母移居美国，在新泽西州长大，在费城上中学，在宾夕法尼亚大学毕业，曾经一度在贝尔实验室工作过。

　　1926年，一次偶然的机会使萨尔瓦托利同地球物理勘探事业结下了不解之缘。他到俄克拉何马的几个油田去参观，碰上卡切尔率领地震队在做反射地震野外试验。他和卡切尔非常投机，成为卡切尔的助手，负责试验工作。不久，地球物理研究公司要在西部加利福尼亚开展业务，派萨尔瓦托利去那里主持。

　　1933年，美国的经济大衰退进入低谷，卡切尔的地球物理服务公司业务不景气。萨尔瓦托利实现了“细胞分裂”，以9000美元创业资金，办fgTiN方地球物理公司(Western Geophysical Co．)。在萨尔瓦托利领导下，随着经济的恢复和石油工业在美国和世界各地的发展和兴起，西方地球物理公司发展很快，后来(20世纪80年代)成为美国和世界最大的物探公司。

数字化和三维化

　　第二次世界大战以后，在世界范围内形成了新的科技革命。它的最主要的代表就是计算机的发明、发展和广泛应用。这一科技革命影响深远。它在石油领域的直接影响之一，要算物探技术的数字化。

　　早期的地震勘探，用纸记录模拟信号，靠人凭他的技能来做出地质解释。这些记录下来的地震信号受到各种各样的噪声——无用信号的干扰，而且很难把它们排除掉。

　　第二次世界大战期间，在通讯理论和信号处理方面做T；kN2E作，有很大进展。战争结束后，转向地球物理勘探方面加以应用。人们研究这些噪声怎么产生的，怎么把它们同有效信号相区别。

　　20世纪50年代，在波斯湾首次发现地震记录会“唱歌”。人们不久就意识到，这一特征乃是由于水层中的振动，这些信号非常强，以致它遮蔽了深部含油地层的反射信号。

　　20世纪50年代初，美国马萨诸塞理工学院的一些科技工作者有一种想法，应用信号处理理论，也许,-IPA减弱这些单一的振动波，通过数字过滤去除它们。如果用模拟数字来实现，那就大功告成了，用数字技术来处理，看来会更加方便和降低成本。

　　1952年，马萨诸塞理工学院成立了地球物理分析组，来研究信号技术和通讯理论在地震勘探中的应用。第二次世界大战中开发的数字计算机使这一突破成为可能。

　　开始时，石油业界并不重视这项研究。研究工作持续了10年之久。石油公司才意识到它的重要，才肯出钱支持。

　　不久，信号处理以去除噪声的问题得到了解决。地震技术的数字化得以实现。

　　20世纪50年代初，勘探工作者开始使用模拟磁带记录系统，取代反射地震的纸记录系统。这是物探技术的一次飞跃。它意味着地震勘探的原始记录可以多次回放，从而可以利用不同的数据处理方法来压制破坏性干扰信号，增加有用的真实信号。这为下一步多次覆盖共深度点叠加打下了基础，而且大大提高了地震资料的质量。

　　1950--1952年，美国麻省理工学院数学系的研究员，在乔治·瓦德沃兹教授主持下，把著名控制论大师维纳的时间序列分析理论应用到石油地质勘探的处理上来，使用当时最先进的旋风1号计算机，完成了世界第一批地震资料处理程序。这台现在看来很“低级”的计算机，内存只有1024个字，每字16位，每天为美孚石油公司处理一小时。

　　这个时期的地震勘探使用了晶体管，采用了“共深点法”，在爆炸震源之外出现了可控震源车。

　　1964年美国商用机器公司IBM开发出360系列的数字计算机，使现代化石油地质技术同信息技术紧密结合了起来，地震信号以毫秒记读，在1英寸宽的格式记录带上记录二进制数字，开发了计算机辅助的三维油藏模拟，首次成功地实现了对非线性特点的地下特征的模拟。

　　1961年，美国地球物理服务公司(Geophysical Service Inc．，GSI)首次使用了野外数字采集系统，并用计算机处理资料。

　　1964年地球物理服务公司宣布，它开发出第一台可以用于地震资料处理的数字计算机。

　　数字地震技术在勘探复杂地质构造时，具有相当高的分辨能力，从而提高了勘探成功率。

　　1963年Montgomery公司发表了无线电控制地震系统的概念。1969年这家公司推出了第一代遥测地震仪，即同轴心电缆、时驱多道系统。1972年布洛丁(Broding)开发出无线电地震记录系统。70年代中后期，数字地震技术进展加快。1977年法国通用地球物理公司(CGG)的子公司赛合尔(Sercel)研发出第一套遥测地震仪SSN348 o 1985年和1993年，它陆续推出第二代、第三代遥测地震仪SSN368、388。

　　1976年，海湾(Gulf)石油公司在H．H．Watson博士指导下，进行了海上排列的数字地震采集现场试验。

　　1988年，美国地球资源公司(Geosource)推出第一套双传输，即既可以电缆传输，也可以用光缆传输的MDS-16DX遥测地震仪，为地震勘探应用光缆来代替电缆，大大扩大信息传输量打下了基础。

　　这正是物探技术的重大突破之一。

　　地震技术的又一次革命，是从二维(2D)发展到三维(3D)。使人们能够立体地认识地下。

　　三维技术的先导者是埃克森公司的上游研究中心——埃克森生产研究公司的科研人员。以胡夫·哈迪(Hugh W．Hardy)为首，他们从1963年开始研究三维地震勘探。在大量室内试验、研究的基础上，1967年在埃克森公司的美国弗伦兹伍德油田上进行了第一次现场试验，成功地获得了三维资料。但是，三维地震的实际应用延迟了7年之久，因为三维资料必须有全新的计算机处理方法和解释方法。

　　这第一次现场采集试验采用了围绕震源向心式50×50检波器阵列，用重锤提到一定高度跌落下来，撞击地面产生振动作为震源，地震波初至用野外磁带记录仪单道记录下来。重要的问题在于数据(即信号)的储存和显示。埃索生产研究公司集中力量加以突破。

　　数据的储存采用计算机磁盘储存器、50道的记录和回放系统以及数字磁带。数据的显示是个难题。起初设想的显示系统，用的是小型真空管组成的50×50矩阵，用导线连接组装起来，它们的光强度可以根据地震信号来确定。由此合成的图形用高速摄像机拍摄下来。

　　有人建议用TV(电视)屏幕系统来产生同样的图像，呈现在Tv显示器上。为此，又做了大量工作。

　　终于实现了以不同密度把采集的信号储存在摄影胶片上，采用光学显微发光管重新加以组装。设计成功了摄影胶片记录设备，做了出来，用上去了。投影仪采用线型光源、光学纤维和反射镜头，通过从反面射光“阅读”储存的数据。

　　埃索生产研究公司同时研究开发新的放炮(震源)技术。

　　由于没有高道数的现场记录系统，他们另想办法，设想用十字形排列48个炮眼，可以记录48个检波器插头十字线，产生出以往地震勘探放炮作业的能量。

　　1964年，在得克萨斯州哈里斯县靠近弗伦兹伍德研究中心的西产区25号井区，进行了第一次采集试验，到1968年，埃索公司在得州海岸附近地区一共开展了9次试验性勘探。

　　这些早期试验证实了这一技术的地质价值，只要现场采集问题解决得好，可以从三维数据中取得数量巨大的真实的地质信息，而且已经把数据储存和回放的设备研制出来了。

　　尽管如此，三维地震的应用直到20世纪70年代前后才成为现实。这是一场数字革命。地球物理服务公司(GSI)于1972年开展了现代三维地震技术的第一次实际应用，是在新墨西哥州里县的贝尔湖油田上。

　　GSI和它的母公司得克萨斯仪器公司(Texas Instruments)一起在20世纪60年代研发出第一代现场数字采集系统和地震数据处理计算机。

　　Fairfield Industries公司的董事长施奈德(Wj山am B．Schneider)同GSI于20世纪60～70年代合作研究，70年代前期对三维地震数据采集和处理技术的发展做了大量有成效的工作。

　　对三维数据出来的技术突破建立头功的，是埃索生产研究公司的阿里斯太．布朗(Allistair Brown)。

　　1984年，菲利普斯(Phillips)石油公司首家购买CRAY巨型计算机，用以进行三维地震的数据处理。

　　20世纪80年代初，美国兰德马克(Landmark，90年代被哈里伯顿公司兼并)公司首家开发成功人机交互地震处理工作站，使地震资料处理计算机微型化、便携化，更得到广泛应用。

　　到20世纪90年代中期，全球范围内从事三维地震的作业队达到219个，远远超过二维地震队(109个)。可见，三维地震工作量已经超过二维地震．

　　20世纪90年代，石油公司开始把三维地震应用到已投产油田的生产监测中去。例如，雪弗龙德士古公司1995年开始在印度尼西亚的杜里重油油田上，按三维矩阵，在注汽井和生产井网中埋设了检波器，定期进行三维地震，清楚地显示出油藏中蒸汽驱前缘的推进情况。这就是“四维地震”技术的形成，所谓的第四维，就是时间维。

　　1995年英国石油公司与法国CGG公司签订了长期合同，CGG为英国石油公司在阿伯丁办公区建立一座四维资料处理中心，开展对北海已开发油田的四维监测。