塔里木盆地顺北地区海相超深层碳酸盐岩是塔里木盆地油气勘探的重点领域之一。经过地震采集、处理成像、量化识别和地质工程一体化解释的系统攻关, 逐渐形成了高密度、高精度、面向缝洞体的三维地震采集技术; 宽频带、高保真全波场地震处理技术; 叠前宽方位分析、各向异性检测、可视化等多维度解释技术。但作为典型的非层状油气藏, 塔里木盆地顺北地区海相超深碳酸盐岩油气地震勘探理论与地震勘探实践仍面临全方位的挑战, 未来应进一步加强物探技术攻关, 包括进一步完善地震散射波传播与成像理论; 试验以“共中心点离散化、近偏高覆盖、多观测系统”为主的地震采集技术; 重新认识噪声, 实现多态式地震波处理和全波场地震成像; 积极探索智能化解释技术, 综合岩石物理分析与正演模拟、多态式的叠前反演与地震属性分析, 精细描述缝洞体及其内幕。这些技术对支撑顺北地区持续重大突破和持续发展, 以及对国内外超深层碳酸盐岩勘探和非层状油气藏勘探具有借鉴意义。

地震技术已由常规三维经高精度三维发展到高密度三维, 但仍不能满足地表、构造、储层"三复杂"勘探开发目标对地震资料精度的需求。为满足"三复杂"条件下地震成像的需求, 依据高密度地震技术及计算机和物探装备的发展趋向, 提出了"超密度地震技术"的新思路。通过野外小道距采集实验和小网格正演模拟实验, 验证了超密度采集对近地表速度建模与静校正及深层高陡断裂成像的改善。考虑超高密度地震采集的仪器和装备需求及海量数据以及经济可行性, 提出了"变道距+插值"的实施策略及相关仪器、存储、计算配套技术, 分析认为10×10⁴道级节点仪、海量数据存储与计算是实现"超密度地震技术"的基础, "小宽高"高密度地震采集技术、"小平滑面"RTM叠前深度偏移技术和压缩感知或五维插值技术是重要的关键技术。未来更高精度的地震技术应是炮道密度大于200×10⁴道/km²的超密度地震技术, 为此, 需要加快发展超大规模的节点仪单点采集装备、海量数据存储与计算装备及变道距数据插值技术等, 并推进野外地震采集的实践。

塔里木盆地西南坳陷复杂山地山前带处于西昆仑造山带与天山造山带的交汇处, 强烈挤压作用造成地下构造高陡破碎, 与复杂多变的近地表地震地质条件共同造成地震原始数据信噪比极低, 构造成像困难, 是国内少有的超高难度探区。受地震资料品质影响, 该区油气勘探长期未取得实质性突破。近年来持续开展了地震勘探攻关, 采集方面加强近地表调查及激发接收参数优选, 优化观测系统设计, 开展线束地震及高密度宽方位三维地震采集技术攻关; 处理方面探索多重联合约束初至层析反演、黄土区“黑三角”带强能量噪声压制、真地表速度建模和深度偏移成像等技术。经过技术攻关, 地震资料品质不断得到提高, 发现和落实了一批钻探目标, 首次在侏罗系砂岩和石炭—二叠系碳酸盐岩取得两项重大突破, 打开了塔西南山前带油气勘探新局面。

回顾了中石化在塔里木盆地油气勘探的历程, 总结了经验、教训, 明确了中石化在塔里木盆地取得的三大油气勘探成果。梳理了塔里木盆地不同探区、不同类型油气藏勘探难点, 总结了主要物探技术进展及应用成果。油气勘探实践结果表明, 大油气田的发现离不开勘探理论创新和技术进步, 特别是三维高精度地震勘探技术。面对更深、更小、隐蔽性更强的勘探目标, 提出了需要夯实地震波场发育机理基础研究, 发展超深层低信噪比区高精度地震采集技术, 攻关低序级断裂、小尺度缝洞目标处理技术及山前复杂速度场条件下构造成像技术, 探索人工智能技术、叠前叠后联合应用技术在强非均质性碳酸盐岩缝洞储层预测及油气检测中的应用研究。

2014年以来, 随着国际市场原油价格的低迷和高密度地震采集技术的推广应用, 油公司和油服公司面临巨大的采集作业成本压力。地震节点仪器因其适应复杂地表施工、适应灵活观测系统部署、施工效率高、HSE风险小、作业成本低等优势而得以迅速发展, 地震节点采集技术成为国内外地震勘探行业研发和应用的热点之一。此外, 节点仪器比有线仪器价格低, 适应“单点、高密度、大道数”采集技术发展趋势。近年来, 中国石化持续推进节点仪器及节点采集技术的研发与应用。介绍了中国石化地球物理公司研发的第一代、第二代Ⅰ-Nodal节点采集系统性能特点, 总结了节点采集技术在中国石化的应用进展。结合节点与有线仪器混合采集、全节点独立采集以及全节点与激发新技术配套采集等多种作业模式, 展示了其应用效果。与有线采集相比, 节点采集面临着数据无法实时回传、噪声无法实时监控等难题。为适应油气勘探高密度、高效率、低成本施工需求, 节点采集将向小型化、轻量化、低成本化、自动化方向发展。面临高密度、高效率、低成本物探采集技术需求, 节点采集展现了广阔的应用领域和良好的应用前景。

油气地震勘探已经进入了复杂地表、复杂构造、复杂储层和深层目标勘探的阶段, “两宽一高”地震数据采集也已经成为业界的共识。我国西部各油气盆地的山前带/前山带探区已经成为我国油气资源的战略接替区域, 并取得了不错的勘探效果。但是, 这并不说明我们已经完全解决了“双复杂”探区地震勘探的核心技术问题。首先, 界定山前带地震数据成像处理的根本问题在于基于剧变道间时差和低信噪比数据如何建立满足偏移成像要求的速度模型, 从勘探地震介质系统的线性性及地震波成像本质是实现地下同一反射点处不同偏移距反射子波的同相位叠加的角度、从道间时差破坏局部线性同相轴线性相位特征的角度、从时间域成像处理与深度域成像处理的分界点在于基于风化层底面之上的速度模型进行静校正后CMP道集中同相轴是否满足双曲时距关系的假设的角度、从当前线性化的层析速度反演仅能估计背景光滑速度的角度、从线性化的偏移成像仅仅依赖于背景光滑速度模型的角度, 全面分析了解决山前带地震数据成像处理问题的根本逻辑和方法技术流程, 指出以道间时差消除为中心的数据预处理+小平滑基准面+全深度域地震波成像是解决山前带地震数据成像处理问题的正确技术路线。

随着深度神经网络技术的发展, 卷积神经网络(CNN)被越来越多地应用于地震数据的噪声压制中。常规CNN方法一般是在时间域进行, 为了提升CNN方法对地震噪声的压制效果, 提出了基于连续小波变换(CWT)的CNN地震噪声压制方法。该方法首先将一维时间域信号通过CWT转换为二维时频域信号。然后, 在利用CNN对时频谱进行噪声压制时, 提出了两种策略: 能量谱策略(策略Ⅰ)是将CWT计算的复数矩阵的振幅谱作为CNN的训练样本, 保持相位谱不变; 复矩阵策略(策略Ⅱ)是将复数矩阵的实部和虚部图谱作为CNN的不同通道分别进行处理。最后, 对于CNN的输出结果, 利用逆连续小波变换(ICWT)将二维复数矩阵还原成一维地震信号。为了定量地对比方法的效果, 提出利用峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和均方根误差(RMSE)3个指标对比基于两种CWT策略的CNN方法与其它常规滤波(包括低通滤波、小波滤波和中值滤波)方法的噪声压制效果。相较于常规滤波方法, 数值实验表明基于CWT策略的CNN方法具有更好的随机噪声和涌浪噪声压制效果。为了提高模型处理地震数据的泛化性, 引入迁移学习对预训练模型进行微调。迁移学习的成功应用表明基于CWT的CNN地震噪声压制方法可以有效且可靠地处理实际地震信号。

尽管高精度三维地震采集取得了巨大的成功, 但面对更复杂地质体时, 探索能同时进行连续界面反射及随机介质散射的全波场地震采集的方法依然十分重要。地震采集面临两大困难, 一个是不存在同时满足大倾角界面反射波与小尺度介质散射波的单一观测系统, 即现有野外排列并不能对散射波充分采样; 另一个是面对小尺度介质产生的地震波散射, 不能同时满足横向分辨率与最小介质尺度对空间采样的要求, 认为对小尺度介质进行充分采样无效。在引入量子力学概念后, 地下非均质体与地震波的传播构成量子系统, 散射波被视为概率波, 空间采样密度便不再受限制。全波场地震采集是均衡获取多态式地震波的过程, 由于不能靠稀疏、规则的采样方式获取, 概率波采集需要满足遍历性, 宜采用共中心点道集离散化技术, 基于多观测系统设计和炮道密度控制的细分面元方法实现。考虑到地震散射波信号弱, 存在局域性和不确定性, 应选择小面元、小道距、小偏移距、近偏高覆盖和炮点与检波点局部随机布设等采集参数。全波场地震采集方式灵活, 支持同期、多期镶嵌或井场连续地震采集, 有效信号更丰富, 背景噪声更低, 地震波信号的频率范围更宽, 而且经济上可以接受且物理可实现。

地震资料高分辨率处理方法通过拓展频带范围有效地提高了地震资料的精度。迄今为止, 基于深度学习的高分辨率处理方法仅在时域中进行特征提取, 忽视了地震数据的频域信息, 因而影响高分辨率处理效果。为此, 结合深度学习的数据驱动能力与时频分析方法的时频定位能力, 提出了一种基于S变换和复值U-Net网络(STCVU-Net)的地震资料高分辨率处理方法。首先, 通过褶积模型构建高分辨率与低分辨率的单道地震数据, 接着, 利用S变换获得不同分辨率地震数据的时频谱并将其作为训练数据, 然后基于构建的STCVU-Net对时频谱进行训练和测试, 最后, 使用迁移学习方法对已训练的网络进行微调并应用于实际数据的处理。STCVU-Net方法充分考虑了地震数据的时域与频域信息, 在准确得到地震数据时频谱的同时在时频域中对地震信号进行精准拓频, 从而提高了地震资料的分辨率。对比时域端到端的深度学习方法在模型资料和实际工区资料的高分辨率处理结果表明, STCVU-Net方法的高分辨率处理结果更准确, 高频信息更丰富, 具有较大的实际应用潜力。

分别从模型构建技术与测井实际应用两方面对数字岩心和数字井筒技术研究与应用进展进行了介绍。总结了单孔隙介质系统、双孔隙介质系统、多元多孔结构和多尺度融合的数字岩心建模方法, 探讨了数字岩心建模在电学特性、声学特性、渗流特性和核磁共振特性方面的应用。由于数字岩心技术的建模和数值模拟主要集中在微米级甚者纳米级, 探索微观尺度下的岩石物理属性不能有效地解释宏观因素(岩石结构、层理、裂缝等)对岩石物理属性的影响规律, 因此发展了数字井筒建模技术。基于多尺度数字岩心并结合电成像、常规测井等多种信息构建三维数字井筒是一门新兴技术。该技术能够在大尺度上反映井周孔隙度的连续变化, 结合核磁技术、压汞、常规测井等信息可应用于电性、弹性、渗流特性等的模拟, 为井震结合提供虚拟测井数据, 可用于解释各种微、宏观因素对地层岩石物理属性的影响规律, 有望成为未来三维测井数据处理与解释的主要辅助工具。

油藏地球物理技术是综合应用多种地球物理资料与油藏动静态信息进行复杂油藏精细表征和动态监测的跨学科技术, 对于提高油藏的储量动用程度和提高采收率具有重要的意义, 是当前地球物理技术的重要发展方向。系统回顾了中国石化油藏地球物理提出的背景和过去二十年的发展历程, 梳理了油藏地球物理技术系列, 总结了在油藏地球物理基础研究、井中地球物理技术、多尺度资料联合反演、地球物理约束确定性建模、时移地震剩余油气预测、地震地质工程一体化、微地震油藏监测等方面的技术创新和应用效果。面对中国油气田勘探开发的深层、深水、非常规及老油田(“两深一非一老”)形势和一体化、智能化、绿色化挑战, 油藏地球物理在油气产业技术致胜阶段仍然大有可为, 要持续创新油藏地球物理技术, 井、震、动、模一体化联合和人工智能应用, 构建高水平的油藏地球物理勘探开发一体化、地质工程一体化解决方案, 支撑油藏全生命周期建设。

低频信息是地震勘探和储层表征的重要依据。由于传统时频分析方法难以描述低频区域的时频特征, 因而严重影响了储层表征的精度。W变换方法通过构建包含时变主频的窗函数, 可以清晰地刻画低频区域的时频分布, 但是, 面对高时间分辨率的储层表征需求, 单参数控制的W变换不能很好地调整时频分辨率。为此, 提出了改进型W变换(MWT)的时频分析方法, 可以更为灵活地调整时频分辨率。首先, 设计了一个新的斜率参数, 结合原有尺度因子, 得到包含双参数组合的窗函数。接着, 替换原W变换的窗函数获得时间域的改进方法, 并将改进型W变换由时间域转换到频率域, 实现简单、高效时频变换。与W变换的比较表明, 改进型W变换方法利用斜率参数和尺度因子可以更加精细地控制时频分辨率。单子波和子波组合的合成记录实验证明了该方法可以灵活地调整时频分辨率。实际工区数据应用结果表明, 改进型W变换方法通过选取合适的参数集, 可以在油井储层区域对应出现较为明显的低频异常现象, 可以更好地用于储层表征。

在监督学习的三要素(数据、标签和模型)中, 对标签的结构及地球物理意义的研究较少受到关注。当训练地震相分类这种多类分类模型时, 通常将分类值转换为独热编码。由于手动解释的标签含有噪声, 因此信息单一的独热编码在用于训练时很容易引起深度学习模型的过拟合。为此, 在分析现有深度学习地震相分类存在的问题的基础上, 引入了一种基于标签精炼的地震相标签动态生成方法, 可以在不修改深度学习模型的基础上, 提高预测准确率。首先制作包含空间信息的“先验标签”, 替代独热标签送入深度学习模型进行训练; 然后将前一次模型的输出结果作为下次训练的数据标签, 依次迭代, 不断更新该深度学习模型的网络权重与输出结果, 从而得到具有更多信息量、更符合实际概率分布的地震相标签。F3工区与Parihaka工区数据的应用结果表明, 该方法可以在不改变模型结构等其它超参数的条件下提高地震相预测的准确率。

地震数据处理过程中压制随机噪声是提高地震数据质量的重要环节之一, 其关键是有效压制噪声并尽可能地保留有效信号。针对深度学习方法在地震数据去噪处理时局部特征提取的局限性, 提出了一种基于密集扩张卷积残差网络(DDCRN)的去噪方法。DDCRN主要由多个密集扩张卷积特征融合块(DDCFFB)构成, DDCFFB内部的密集块和多尺度扩张卷积可以用来并行提取特征, 融合结构可以用来融合特征, 残差结构则跳跃连接通道数。其中, 密集块连接不同的卷积层来学习特征, 关注局部特征的传播和重用, 高效提取复杂信息; 多尺度扩张卷积扩大感受野, 增加特征提取范围; 残差学习则加快网络训练的收敛速度。分别采用K-奇异值分解(KSVD)、频域-空间域反卷积(f-x decon)、去噪卷积神经网络(DnCNN)、U型网络(Unet)以及DDCRN去噪方法对合成地震数据和实际地震数据进行去噪处理。结果表明, DDCRN去噪方法不仅能更有效地压制随机噪声, 同时还能更完整地保留同相轴的连续性。

海上三维地震数据采集中, 地震数据的欠采样问题使得目前大多数的鬼波压制方法的效果受到限制。针对欠采样三维海上地震数据, 通过波场外推原稀疏采集的地震波场来重建指定位置的密集地震波场, 利用不同位置密集波场, 通过回响分离方法求解水面密集鬼波波场, 进而求解原始位置的稀疏鬼波波场来解决鬼波压制问题。该方法能够兼顾三维数据欠采样问题和鬼波压制问题, 从三维意义上遵循地震波的传播规律, 目标是最小化实际数据与模拟波场之间的差异, 解决密集采样波场稀疏外推问题的不确定性, 最终达到压制鬼波、改善地震资料品质的目的。理论数据试算和实际数据处理结果表明, 基于密集采样波场重建的三维地震数据鬼波压制方法可以很好地解决三维海上地震数据的欠采样问题对鬼波压制效果的影响, 从而很好地压制鬼波, 改善地震资料波场品质, 提高地震资料分辨率。

舒尔特波和导波是海洋地震勘探中常见的噪声, 尤其在浅海地区, 能量很强的舒尔特波和导波往往掩盖了地震信号, 极大地降低了地震数据的信噪比。利用浅海OBN采集中的水检和陆检垂直分量数据, 对信号和噪声进行加权偏振分析, 并利用它们的不同偏振参数设计滤波器, 在一定的频率内利用加权偏振滤波压制舒尔特波, 在一定的速度范围内利用加权偏振滤波压制导波, 从而取得很好的噪声压制效果。加权偏振滤波解决了OBN数据中的噪声在水检和陆检两个分量中的能量差异造成的噪声识别困难, 而且基于同一物理点的地震道计算, 并对每个接收点的多分量数据独立处理, 不受空间假频的影响, 相比基于FK或Tau-p变换的方法具有明显优势。模拟记录试算和实际数据处理结果表明, 加权偏振滤波不依赖数据采样密度, 可以有效分离OBN数据纵波分量中的舒尔特波和导波, 并在压制噪声的同时很好地保护有效信号。

受地震数据有效频带的限制, 常规的地震反演方法很难对薄层结构进行准确刻画和描述。基于机器学习的地震反演方法是近年来用于薄层结构预测的新技术。为此, 基于BLSTM-Net神经网络模型, 针对薄层空间结构的预测问题开展了简单及复杂陆相沉积模型的阻抗反演试验分析。首先, 构建简单的薄互层模型, 开展基于BLSTM-Net模型智能反演与基于测井约束的常规地震反演方法的试验对比, 同时对BLSTM-Net模型的抗噪性进行测试; 然后, 构建典型的陆相沉积复杂薄互层地质模型, 对反演结果的可靠性及其对地震频带的依赖性进行试验分析; 最后, 对比分析BLSTM-Net神经网络模型与稀疏脉冲反演对弱反射的恢复和保护能力。模型试验结果表明, 基于BLSTM-Net模型的反演方法较常规反演方法具有更强的薄层结构预测能力, 且对弱反射具有更好的保护作用, 具有更大幅度提高实际地震数据薄层刻画精度的理论优势和技术潜力。

高密度宽方位地震勘探是现阶段油气勘探的主要方向之一, 作为面向高密度宽方位地震数据处理的OVT域处理技术也得到了快速发展, 特别是时间域的OVT处理, 其基本流程、方法已较为成熟, 但如何做好OVT处理每一个流程节点的质量控制工作, 目前业界还没有形成较为完整、统一的质量控制标准。以时间域OVT处理流程为主线, 首先介绍了目前通用的时间域OVT处理流程, 包括OVT域道集分选、OVT道集细分、OVT域插值、OVT域叠前时间偏移以及OVT道集的速度方位各向异性校正; 然后, 基于OVT域的通用处理流程, 详细论述了时间域OVT处理的质量控制手段, 主要包括OVT道集的空间分布、方位角偏移距属性、OVT道集单次记录、OVT道集单次偏移、OVT道集显示、OVT道集偏移距-振幅属性等。四川盆地TNB探区实际应用结果表明, 系统的OVT域处理质量控制可以提升时间域OVT的处理效果。时间域OVT处理质量控制方法研究加快了现阶段的OVT域处理技术的推广应用。

在各向同性背景地层中发育有垂直裂缝的地层, 其可以表征为具有水平对称轴的横向各向同性介质(HTI介质), 而裂缝弱度参数可用来表征岩石裂缝密度和识别流体。为了提升基于HTI介质裂缝弱度参数反演的稳定性和准确性, 提出了一种稳定、可靠的储层裂缝弱度参数反演方法。该方法以褶积模型和HTI介质反射系数近似公式为基础, 通过不同方位地震数据相减的方式, 求取地震振幅差异, 以减少待反演模型参数的数量, 进一步基于贝叶斯反演理论, 通过线性化反演算法求取裂缝弱度参数的最大后验期望和协方差, 实现裂缝弱度参数反演。合成数据和实际资料的测试结果表明, 裂缝弱度参数反演结果和测井数据具有良好的一致性, 可有效表征储层裂缝发育特征, 该方法在裂缝型储层预测和表征方面具有广泛的应用前景。

面向地质目标体的成像技术将局部区域作为成像目标, 获得深层目标构造或特殊地质构造如高陡构造、盐下构造、小尺度构造的精细成像结果。总结了面向地质目标的地震偏移成像方法的研究进展, 归纳出面向地质目标体的成像方法包括了数据选择类方法和模型选择类方法。数据选择类方法利用地震特征波对特殊地质构造进行成像, 主要包括多次波成像、绕射波成像和回折波成像等; 模型选择类方法对局部目标区域进行精确成像, 通常可大幅度提高计算效率, 主要包括基于模型选择的地震干涉法、数据基准面重构法、面向地质目标的CFP成像方法、局部目标成像法、声弹耦合波场延拓法和成像域最小二乘偏移法等。面向地质目标的地震偏移成像技术总体发展趋势是从偏移成像到反演成像, 模型选择类方法与数据选择类方法融合发展, 并与人工智能技术结合, 可实现地质目标地震靶向成像。

地震资料中包含的多种多次波往往会引起地层结构的假象, 给油气藏勘探开发造成了严重的影响。针对地震资料中多次波难以识别和压制的问题, 提出了基于VSP资料的多次波特征分析及其应用方法。首先对VSP多次波产生的原因进行了理论分析, 从实际地震资料中的多次波出发, 深入讨论了多次波的产生条件以及井中和地面地震资料中多次波的异同点, 归纳了多次波的分类方法, 认为VSP多次波具有全程可追踪、易于识别等特点, 这对于地震波传播规律分析、地震资料处理方法研究具有重要的指导意义; 然后对VSP多次波特征进行了分析, 建立了多次波地震地质模型, 并利用正、反演模拟结果分析VSP多次波特征, 进而讨论了VSP多次波的识别方法; 在此基础上, 综合评价了VSP多次波在地震数据处理解释中的应用方法和效果, 包括用于指导地面地震多次波识别、对多次波污染程度进行分析、表层结构静校正量计算及表层Q因子评估、多次波成像、井地联合多次波压制等方面; 最后展望了下一步多次波研究的发展方向, 预计随着井地联合采集试验的增多, VSP多次波成像将有更大的发展和应用空间, 此外, 井地联合多次波压制方法也将是未来的重点研究方向。

传统谱蓝化拓频技术由于谱蓝化算子的单一性, 蓝化拓频后频谱分布异常, 从而导致地震资料高频段存在不合理的现象; 同时, 蓝化拓频后频谱低频段容易出现震荡, 导致拓频效果不佳。为此, 提出基于同步压缩小波变换的分频谱蓝化拓频技术。该技术首先利用同步压缩小波变换对频率的分辨率优势, 将地震数据精确地分成多个分频数据体; 然后, 在分频段计算谱蓝化算子过程中, 考虑不同频段振幅谱特征, 提出一种基于不同频带能量差异加权的改进谱蓝化算子; 再依据不同分频段振幅谱占比确定其对应的改进谱蓝化算子权重; 最后, 将改进谱蓝化算子与地震反射系数褶积, 得到优化后的拓频数据。模型试算及实际地震资料测试结果表明: 相较于传统谱蓝化技术, 联合同步压缩小波变换分频及谱蓝化算子优化进行地震拓频, 较大程度提高了地震资料的高频信息, 拓频后地震数据分辨率更高, 在保证薄层精细刻画下, 其低频段信息也得到有效保留, 视觉假分辨率得到一定程度的压制。

海洋油气勘探逐渐进入深水深层勘探领域, 地下地质构造复杂(横向变速剧烈)、目标油藏复杂(由以构造油气藏为主转向构造与地层岩性油气藏并重), 同时还可能伴随海底地形及附近岩性的复杂变化, 所有因素促使海洋油气地震勘探技术不断变革。提高海洋油气勘探效益的首要问题是发展尽可能满足高精度地震波成像需求的地震数据采集技术及对应的高精度地震波成像技术。当前, 无论海上和陆上油气地震勘探, “两宽一高”地震数据采集技术和全波形反演(FWI)/最小二乘逆时偏移(LS_RTM)为代表的地震波成像技术是标志性的领先技术。海上油气地震勘探中, 海底节点(OBN)地震数据采集是目前业界公认的、最有可能真正实现“两宽一高”地震数据采集的技术。与拖缆数据采集相比, OBN数据采集具有宽方位照明、数据信噪比高、无检端鬼波、存在实测的(至少一阶自由表面相关)下行波场、四分量观测等优点。尤其是宽方位照明和存在至少一阶自由表面下行波场的特点, 使得OBN数据具备了对中深层复杂构造和近海底介质进行高精度成像的能力。着重讨论了高精度地震波成像对地震数据采集的要求, 指出OBN数据采集在海洋油气勘探中的必要性; 分析了OBN数据采集的地震波场的特点, 据此提出OBN数据地震波成像处理的基本逻辑及相应的关键技术; 认为海洋油气勘探中地震波成像处理的特殊问题主要由特征反射层引起, 海水面、海底面和地下介质中若干强反射层构成了这些特征反射层, 提出了模型驱动波动理论特征反射层相关多次波预测与压制的技术路线, 并对比了几种代表性的多次波预测的基础理论; 指出对应当前的线性化偏移成像算子叠前数据域与叠前成像域是等价的, 据此以成像道集后处理为中心, 给出期望成像道集的定义, 将弱旁瓣、定量的反射系数作为保真高分辨地震波成像的目标, 在两个域中尽可能完美实现地下同一反(绕/散)射点、不同炮检距反(绕/散)射子波的同相位叠加, 尽可能好地实现保真高分辨带限反射系数的成像; 提出最好把带限反射系数成像推进到宽带波阻抗成像的技术路线; 结合OBN数据的特点, 给出了OBN数据地震波成像处理的基本技术流程, 指出各环节的关键方法技术。最后, 针对OBN数据四分量观测的特点, 指出是实际观测的多波地震波场中的波现象(主要是P_SV波)与地震波传播及模拟理论不匹配导致了当前多波成像结果达不到预期, 建议重点研究实际观测的多波地震波场中的波现象与地震波传播及模拟理论不匹配的物理根源, 而不是发展更高端的矢量波成像算法。期望本文的思想观点对OBN地震勘探在海洋油气勘探中的进一步应用产生积极的促进作用。

近年来, 光纤传感技术已经应用于地面地震数据、海洋地震数据、井中地震数据和井-地联合地震数据的采集, 推动了光纤传感技术在地球物理特别是地震数据采集中的应用。井-地或井-海联合地震勘探是陆地或海洋三维地震与三维DAS-VSP勘探相结合形成的三维立体地震勘探方法, 利用井-海联采的三维DAS-VSP数据, 可以获得地下井周围准确的时深关系、地层速度、反褶积算子、球面扩散补偿因子、吸收衰减因子、各向异性参数和井筒周围的高分辨率构造成像, 这些参数可以基于井驱处理提高陆地或海洋三维地震数据的处理质量。在中国东海某OBN数据勘探中首次开展了井下套管内铠装光缆同步采集的三维DAS-VSP数据的处理方法研究以及成像处理。首先, 采用常规的三维VSP数据成像处理技术对三维DAS-VSP数据进行常规处理, 具体处理流程包括: 观测系统定义、预处理、初至拾取、静校正、振幅补偿、反褶积、波场分离、速度分析与建模和利用上行反射波进行井周围地层的构造成像; 然后, 再根据海上三维DAS-VSP数据下行多次波的特点, 研发了海上三维DAS-VSP数据的下行多次波成像技术, 扩展了三维DAS-VSP数据成像范围, 提高了三维DAS-VSP数据成像的整体质量。与本工区早期的三维OBC数据成像结果相比, 本次三维DAS-VSP数据的下行多次波成像结果表明, 井周围三维构造成像质量得到了显著改进, 大幅度扩展了成像范围; 新采集的OBN数据和三维DAS-VSP数据的成像结果展示了更为详细和较高分辨率的构造成像, 基于新的成像资料, 对储层顶部和储层内流体的识别与追踪变得更加容易和清晰。井-海联采技术生产效率高且成本低, 既能快速获得三维DAS-VSP数据及成像, 还能对三维海洋地震数据进行井驱提高分辨率处理。此外, 三维OBN或OBC数据和三维DAS-VSP数据还能够进行融合处理, 实现井-地或井-海同步采集数据的联合偏移成像, 可以大幅度提高三维海洋地震数据的成像品质, 值得在有条件的地方推广应用。

ST9井测试获气进一步展示了川西复杂构造带二叠系具有较大的勘探潜力, 但由于龙门山推覆构造地层破碎, 地震波场畸变, 地震数据品质低, 难以满足后续地震地质解释研究的需求, 因此如何提高该区地震数据采集及成像质量尤为重要。针对这一问题, 以HX1井区资料为基础, 建立地质模型, 从地下目的层成像角度优选采集参数, 总结分析川西复杂构造带不同激发区域地震波场特征差异, 利用照明能量优化采集参数和激发区域, 深入分析对成像质量最为敏感的采集参数, 分区域提出观测系统建议方案, 研究认为炮点距(或炮线距)对成像质量的改善最为敏感, 龙门山构造主体应进行局部加密炮点距(或炮线距), 而盆地内激发效果好, 但对改善龙门山主体构造的成像质量作用不大, 可以降低炮点密度, 从而通过有目标的疏密炮点设计方法, 经济高效地提高研究区主体构造成像质量。

A油田海上深水浊积砂岩油藏开发中井数少且井距大, 井控程度较低, 存在连通性难判断、水淹范围及程度难刻画、剩余油难预测等问题。时移地震技术基于分析不同时间点三维地震数据的波阻抗差异, 可有效弥补井资料不足的问题, 成为油田生产优化及调整挖潜的重要手段。以西非某典型深水扇油田为例, 采用动静结合的思路, 将时移地震与构造断裂、储层预测、井网分布、生产动态研究相结合, 探讨时移地震在深水浊积挥发性油藏中的有效应用, 为该类油田的时移地震应用提供借鉴与参考。研究表明, 时移地震与断距结合, 在判断断层封堵性方面具有较高的可靠性, 可有效厘清开发矛盾, 指导调整井的部署; 时移地震与沉积相及储层预测相结合, 可有效刻画出水驱前缘、表征水淹程度, 明确生产优化方向; 时移地震与井点泥岩隔夹层结合, 可准确判断层间连通性, 指导措施优化; 综合构造断裂、沉积相分布、储层结构和井网等信息, 可以实现对剩余油的有效预测并指导油田调整挖潜。

不精确的初始速度模型、不完备的数据采集和不准确的物理模拟使全波形反演(FWI)易陷于局部极值, 影响着FWI的实用化。发展凸性更优的目标函数是解决此问题的关键。近几年, 最优化传输函数提供了新的途径。在全波形反演方法简介的基础上, 探讨最优化传输函数的模式匹配特性, 重点研究了包括一维和二维算法在的W2, BFM, KR-OT, GS-1D和GS-2D共5种最优化传输函数, 阐述其基本原理, 从理论上分析了其优、缺点。采用透射模型和SEAM Ⅱ Foothill模型, 实现了这5个函数的FWI; 根据反演剖面, 对5种最优化传输函数的凸性进行了测试和对比分析, 结果表明, 2D的最优化传输函数优于1D, BFM函数优于W2, GS-2D技术优于GS-1D技术。最优化传输函数的凸性主要取决于范数、预处理和时间空间坐标是否引入最优化传输目标函数等因素。

研究页岩复电阻率与孔喉结构的关系, 可为页岩气储层识别及评价开辟新途径。在实验室条件下, 对我国四川盆地南部探区的海相页岩样品进行了复电阻率测试, 利用复合Cole-Cole模型反演电阻率和极化率, 并根据毛细管束导电模型, 建立极化率与平均孔喉半径、极化率与迂曲度的关系模型, 实现对产气井龙马溪组储层页岩复电阻率与孔喉结构关系的研究。结果表明, 页岩储层具有低阻高极化的特征, 页岩的极化率与平均孔喉半径、极化率与迂曲度均具有较好的二次函数关系。研究结果进一步证实, 极化率为较敏感的激电参数, 与页岩气储层的孔喉结构参数关系密切, 利用极化率预测和评价孔喉结构具有可行性。可根据极化率的这一特征利用复电阻率进行页岩气勘探及储层评价。

弹性波波场解耦是各向异性弹性波逆时偏移的关键环节之一。基于Helmholtz分解的波场解耦方法和基于时空域各向同性的波场解耦方法在各向异性介质中解耦不彻底, 解耦后纵横波存在串扰; 波数域各向异性波场解耦方法由于在每个时间节点需要进行傅里叶变换而导致计算量巨大。为此, 将横向各向同性(VTI)介质中弹性参数分解为纵波参数和横波参数, 分别将纵波参数和横波参数代入弹性波方程得到解耦的纵、横波方程, 从而在波场延拓的过程中实现纵、横波矢量分解。该方法计算量小, 无需进行振幅和相位校正, 有利于各向异性弹性波逆时偏移。采用简单模型对弹性波波场分离效果进行了测试, 发现分离结果中存在少量残余。对分解后的矢量波场抽取单道波形进行残差分析, 并利用标准模型进行弹性波逆时偏移成像测试, 成像结果反映界面信息一致且信噪比较高, 对复杂构造如断层、褶皱等的刻画清晰, 没有明显的成像假象以及深度不一致等现象, 测试结果表明了该方法的有效性。

复杂地质条件下, 有效提高页岩气井的压裂效果是页岩气井增产、提效的重要手段。通常情况下, 用于压裂模拟的数值模拟计算采用的是有限元方法, 但是该方法在地层变形较大和断层裂缝较发育处存在网格畸变的问题, 导致压裂模拟结果与实际压裂结果不一致, 降低了页岩气开发效率。为此提出了一种能够综合利用地震、地质和测井等资料进行地震-地质-工程一体化压裂模拟的技术, 并采用物质点法进行数值模拟计算, 有效避免了上述问题。该技术主要利用成像测井数据构建反映裂缝程度的裂缝面密度曲线, 然后应用模糊数学算法对多种裂缝敏感属性进行排序优选, 并利用模糊神经网络算法进行天然裂缝的人工智能建模, 最终应用裂缝建模结果并结合物质点法进行水平井段压裂模拟, 得出有利的压裂区和压裂效果。该技术在J研究区进行了应用, 完成了典型井J1井和J2井的地震压裂模拟, 对比了J1井压裂模拟效果与实际压裂效果, 结果一致性较好。该方法可以为实际压裂施工提供方案设计指导, 对页岩气开发降本增效具有重要的现实意义。

豫西-关中地区地处秦岭造山带、华北克拉通和扬子克拉通接合部, 盆山耦合、构造演化与壳幔结构关系极其复杂。在该区开展的深大地学断面综合解释及其成油、成藏关系研究中, 深地震反射剖面法首先获取了高质量的地壳乃至上地幔的反射特征, 解释出莫霍面内部滑脱面结构, 对岩石圈内部结构有了全新的认识, 对油气盆地结构及其演化研究具有重要指导作用。为扩大研究成果, 佐证地震资料认识, 以沿地震大剖面测量的宽频大地电磁勘探测线资料为依据, 开展了深部电性构造特征研究。经过对横跨渭河盆地、三门峡盆地和洛阳盆地的东西向大剖面宽频带大地电磁资料的处理与反演, 获得了深大断面的二维电阻率深度剖面, 并结合地电模型、地质与地震资料进行分析研究。研究表明, 表层电性特征与盆山结构对应良好, 基底与盆山界限清晰; 渭河盆地与三门峡盆地虽然都是在古、中生界基底上发育的新生代断陷盆地, 但二者并非整体, 而洛阳盆地与二者差异明显且盆山间存在清晰的断裂分界; 研究区地壳电性结构纵向上可分为4层, 由浅至深分别为低阻盖层、中低阻上地壳、中高阻下地壳以及高阻上地幔。研究区上、下地壳分界线(康氏面)清晰, 地壳与上地幔之间的莫霍面基本连续。该区深层地电结构模型结果为新生代沉积盆地的识别和性质界定提供了重要依据, 对油气和矿藏的生成关系研究有重要指导意义。

地-井电磁方法是一种极具潜力的油气藏识别方法, 日益受到业界重视。为研究地-井电磁方法有效识别各类油气藏分布的可能性, 建立了相应的地面模型和地对井模型, 采用基于电性源和磁性源的两种测量配置, 配合不同的测量参数, 通过正演模拟对地面模型和地对井模型进行浅层油气藏的灵敏度分析, 比较得出性能最佳的测量模型、测量配置以及测量参数(如发射源的频率、发射源与接收器的间距)。进一步建立了一个地-井双源模型。然后, 基于该模型采用高斯牛顿法的反演方法对各类别油气藏进行反演研究。灵敏度分析发现, 地对井模型对浅层油气藏极其敏感。不同模型的反演研究表明, 采用地-井双源模型能够对浅层油气藏进行精确反演; 增设地面接收器的地-井电磁方法能够较为准确地刻画1500m深度的复杂油气藏的位置形态及断层背景; 采用地-井电磁与井间电磁联合反演可以较为精准地识别5000m深度的典型缝洞型油气藏的大小与位置。抗噪实验证明, 地-井电磁方法可以有效提升井间电磁方法的勘测精度且具有一定的抗噪性能。此方法可以为实际生产提供帮助, 即在缝洞型油气藏的后期开发当中, 利用井间电磁结合地-井电磁的方法可以实现对油气藏流体的监测和对其周围地层流体变化的监控。

地震数据极化滤波广泛应用于地震数据处理中噪声压制、震相识别和波形分离且效果很好。在时间域极化滤波中, 通常利用协方差矩阵的特征值构造偏振特征函数来设计极化滤波器。针对传统极化滤波器对有效信号和噪声识别不清晰的问题, 总结分析了当前应用较为广泛的10种偏振特征函数, 讨论了这些函数对地震噪声信号的表征能力。在分析偏振特征函数优、缺点的基础上, 使用特征值构造一种新的偏振特征函数表达式, 基于该特征函数设计的极化滤波器能够提高地震有效信号和噪声的识别精度, 更有效实现噪声衰减。利用合成和实测的微地震数据验证了不同偏振特征函数对极化滤波器性能的影响。结果表明, 采用新构建的偏振特征函数设计的滤波器, 能有效识别噪声数据段, 对初始相位影响较小且滤波后地震数据的信噪比(SNR)、均方根误差(RMSE)和互相关归一化系数(NCC)均优于其它偏振特征函数设计的滤波器。处理后的地震信号矢端曲线图能更好地反映地震信号的偏振方向, 更有利于确定微地震初至波的极化方向。

基于偏移成像分辨率对观测系统进行量化评价, 可在地震采集设计阶段为获得最佳成像效果提供保证。目前基于偏移成像分辨率的观测系统评价方法以双聚焦分析为主, 其实现过程包含了波场延拓, 因而导致双聚焦计算效率低。针对常规双聚焦分析方法效率低的缺点, 对其进行如下改进: 首先利用基于有限频斯奈尔定律和粘弹介质模型的高斯束正演得到目标点的CFP道集, 再根据计算得到的旅行时, 将CFP道集在目标点平面内进行检波点和炮点双聚焦, 最后以聚焦主能量的宽度作为偏移成像分辨率对观测系统进行评价。改进后的双聚焦分析方法在射线追踪时考虑了菲涅尔带的影响, 同时在动力学追踪时考虑了品质因子的影响以及子波主频的变化, 因此计算结果更为真实可靠。该方法原理与叠前深度偏移一致, 模型应用结果表明, 该方法能够高效、可靠地针对地下某一目标点或目标层进行观测系统偏移成像分辨率量化评价, 对于复杂地质目标的三维观测系统设计具有较高的应用价值。

经过数十年的勘探开发, 塔里木盆地塔北地区奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏勘探开发已由早期的大尺度缝洞向小尺度缝洞迈进。如何精细刻画缝洞的轮廓、缝洞内幕结构以及识别小尺度缝洞成为现阶段油田增储上产的关键。常规叠前时间偏移、深度偏移以及逆时偏移地震数据体的纵、横向分辨率难以满足上述需求。基于高频段分频叠前时间偏移成像数据体, 经过振幅属性与地震反射强度交流分量属性的对比, 优选地震反射强度交流分量属性数据体, 应用三维可视化技术, 有效刻画了不同尺度缝洞的空间展布。将该技术应用在塔河油田某三维工区80km²实际资料的解释, 结果表明, 与基于常规叠前时间偏移数据体的缝洞识别结果相比, 此项技术不仅可以提升大尺度缝洞轮廓的刻画精度, 还可以判别缝洞组合体的内幕结构。更重要的是, 该技术大幅度提升了小尺度缝洞的识别精度。该研究成果对塔北地区今后增储上产和井位部署具有广泛的应用意义。

塔里木盆地碳酸盐岩储层是重要的油气藏储层类型之一, 可分为缝洞型、裂缝型和裂缝-缝洞型储层, 缝洞体的尺度远小于地震波长, 其地震波场响应以绕射波为主, 因而对绕射波的保护和增强是影响地震资料采集质量的关键因素。随着勘探开发的不断深入, 较大尺度缝洞储集体动用程度越来越高, 勘探目标向小尺度缝洞储集体转移。通过小尺度溶洞、裂缝储层的模拟波场特征研究发现, 缝洞型储层地震响应波场具有能量弱、视速度低、能量强度与激发子波主频正相关等典型特征。基于以上特征开展了激发、接收的理论研究和野外试验。塔河地区激发模拟表明, 小药量激发的地震子波主频更高, 有利于增强小尺度地质体的绕射能量。4, 6, 10kg 3种激发药量的二维试验证明, 4kg和6kg药量激发能够拓展地震成像的高频成分, 提升成像分辨率; 模拟研究表明, 20m以上组合基距接收对低视速度绕射波有较大损伤, 并影响缝洞体偏移聚焦能量, 采用组合基距小于12m的接收方式对小尺度缝洞型储层成像质量影响较小, 为兼顾原始资料信噪比, 较理想的接收方式是相同观测系统参数下, 采用小组合接收、小药量激发的方式, 对于风化壳缝洞储集体的识别能力更强, 小串珠数量增加约30%。

天然气水合物是我国地质调查和资源勘查的重要矿体之一, 勘探开发面临着诸多难题, 如地震响应特征、力学和电学性质等需要开展深入研究。天然气水合物的赋存需要特定的温度和压力范围, 环境温度和压力的变化可能会造成天然气水合物的分解, 这在海洋环境和地质灾害等研究领域造成了诸多问题。天然气水合物地层的物性和岩石物理变化特征较复杂, 在实验室开展天然气水合物测试分析是了解其岩石物理性质、获取岩石物理参数的一种有效手段。回顾了凝水成冰法、四氢呋喃(THF)溶液法、过量水法、过量气法、温度法、冰粉混合法等实验室生成水合物的方法, 总结了温度、气体压力、粒径、矿物成分、含水率、表面活性剂、含盐量、地层骨架等水合物生成实验的影响因素, 介绍了水合物岩石物理实验研究中声学、力学、电学等方面的研究进展, 展望了天然气水合物岩石物理实验未来的研究方向。

致密砂岩的产能预测是国内油气勘探研究的重点问题之一。鄂尔多斯盆地的伊陕斜坡西南部构造复杂、直井数量少, 单一的传统预测方法对砂岩的产能“甜点”预测难度大、预测结果多解性强。为此, 提出了智能预测和常规地震属性融合的产能“甜点”预测方法。首先结合地质、测井和地震资料, 使用卷积神经网络(CNN)刻画研究区砂质碎屑流沉积微相, 得出优势相带的分布范围, 然后考虑研究区微幅构造对产能的控制, 融合曲率属性与砂质碎屑流微相, 最终获得产能“甜点”的三维空间展布。利用该方法提取并优选地震数据中产能敏感的属性, 同时, 利用深度学习预测方法对地震数据进行储层物性参数和沉积相预测, 最后融合产能敏感属性和预测得到的沉积微相, 得出产能“甜点”分布范围。该方法在研究区的应用结果表明, 融合得到的产能“甜点”分布与试油数据拟合效果明显提高, 且“甜点”区域在已钻水平井上与细砂岩和粉砂岩分布吻合, 预测结果为后期的高产井位部署和剩余油的有效挖潜提供了参考。

根据储层岩石学特征分析认为渤中B油田致密储层的主要成因为原生沉积成岩后期强压实、强胶结作用; 致密储层中局部发育相对高渗甜点储层的控制因素是沉积微相; 该地区致密砂岩中局部甜点层与致密储层的岩石物理特征差异较小, 常规地球物理方法难以区分二者。依据沉积砂体成因类型的差异, 总结了致密储层中高渗甜点层垂向叠置变化模式, 指导建立了不同储层厚度、甜点层厚度、甜点层位置、甜点层非均质性变化的等效甜点层典型模型, 并对该模型进行正演。根据反射特征差异, 遴选出对不同叠置地质模式敏感的地震属性, 并形成多敏感属性组合图版, 再利用有井监督的地质模式匹配方法预测甜点层。将致密层中不同甜点层叠置样式的地震多敏感属性组合图谱库与实际地震属性进行模式匹配, 优选和标识出实际致密层中甜点层的叠置样式组合。将上述方法应用于渤中B油田甜点层的预测, 预测结果与实钻结果吻合率较高。该方法提高了利用地震属性进行甜点预测的准确性, 为低渗致密砂岩的评价和开发提供了参考。

在地震数据去噪处理中, 曲波变换硬阈值法容易导致弱同相轴模糊, 为此, 提出了一种基于曲波变换-联合双边滤波的地震随机噪声去除方法。曲波系数尺度分析结果表明, 粗尺度信号主要表征地震数据构造特征; 中尺度信号通常包含大量的弱同相轴的信息; 细尺度信号通常包含噪声信息。曲波变换-联合双边滤波方法对粗尺度信号进行双边滤波处理, 对中间尺度信号进行联合双边滤波处理, 对细尺度信号应用硬阈值处理。曲波变换可以较好地处理多方向的线状变化特征, 而联合双边滤波具备引导图, 可以修复有效信息的关键特征, 提高弱同相轴的连续性。叠前和叠后数值模拟测试和实际地震数据处理结果表明, 曲波变换-联合双边滤波方法的去噪结果优于曲波变换硬阈值法和小波变换方法, 具有更高的信噪比和峰值信噪比。该方法克服了曲波变换硬阈值法的局限性, 不仅能够较好地去除随机噪声, 而且增强了弱同相轴的能量, 提高了弱同相轴的连续性。