早期地震偏移的目标是通过寻找地下反射面的位置来落实井位。经过半个多世纪的发展,地震偏移技术日趋精深。特别是随着叠前深度偏移的广泛应用,地震偏移结果为解释人员进行精细的地质构造描述提供了较为可靠的资料。梳理并总结了叠前深度偏移的一些重要理论和应用现状,以及为满足生产需求所发展起来的一些方法和技术。从真振幅偏移理论出发,介绍了生产中常用的Kirchhoff偏移、射线束偏移和单程波偏移等叠前深度偏移方法,特别讨论了逆时偏移的理论和应用。介绍了逆时偏移研究中涉及的一些重要技术方法,如叠前道集输出、各向异性偏移、非弹性衰减补偿、组合炮记录偏移、成像中的鬼波补偿、多次波成像等等。讨论了最小二乘偏移的理论、方法以及其面临的主要困难,分析了偏移反褶积和最小二乘偏移的区别。全波形反演是近十年来勘探地球物理研究的热点,真振幅偏移理论可以作为联系成像与反演的纽带,全波形反演的算法核心仍然是基于反演的真振幅逆时偏移。对全波形反演的一些重要问题,如低频缺失、走时反演、反射波反演、多参数反演等方面进行了探讨,介绍了该领域所取得的一些新进展。自动化全波形反演大幅简化了处理流程、降低了工作成本、提高了成像精度。更重要的是,这一技术有助于反演出高精度的定量地质模型。
压缩感知(Compressed Sensing,CS)突破了传统奈奎斯特-香农采样定律的限制,仅用不完备(远低于香农采样率)的测量即可高精度重构未知目标。简要综述了压缩感知的一些基本概念及其在地球物理勘探中的最新应用进展,包括地震数据不规则采集、处理、成像、反演的新理论和新技术。实际应用中可灵活把握CS的三要素:随机采集(包括炮点和检波器点两方面的随机)、目标的稀疏表达和稀疏约束优化重构的快速算法。重构更高维的目标,需要用的采集数据(百分比)可更少。压缩感知结合深度学习技术,可作为未来的一个发展方向。
提高可控震源生产效率面临着滑动扫描存在谐波干扰强、多震源同时激发会产生较强邻炮干扰、距离分离同时扫描需要大量设备等困难,此外地震数据质量的提高和采集成本的控制也受到这些因素的影响。引入分频同时扫描(Frequency Separated Simultaneous Sweep,FS3)技术,利用不同频率信号之间互不相干的特性,将一个目标扫描信号分离成若干个不同或相关性很小的频带的子信号,从而实现无邻炮干扰或其干扰最小的同时扫描。该方法激发时不受距离限制,提高了生产效率;为特定频带(特别是低频)增加激发能量创造了条件,减少了由非线性扫描带来的谐波干扰;可以使各频带能量输出均匀,从而实现合成记录的能量均衡,为后期取得优质的地震资料奠定了较好的基础。
同步震源混合地震数据的有效分离方法是同步震源采集技术得到广泛应用的关键之一。为此,在时间随机抖动的混合采集框架下,提出了一种同步震源混合地震记录分离方法。首先将未混合的共炮点记录作为训练样本,基于字典学习,得到学习型字典;然后基于稀疏反演构造分离混合地震记录的反问题表达式,并将待分离记录基于学习型字典的稀疏表示作为约束项,利用交替迭代策略进行求解。复杂模型数据和实际资料算例表明,与基于局部离散余弦变换的稀疏反演结果相比,利用字典学习能够有效提高分离结果的精度,为后续的地震信号处理提供高质量的数据。
根据地震数据中波形形态差异明显的分量对地震信号进行建模,进而构造能稀疏表示各分量的超完备字典。基于该超完备字典,实现对复杂地震信号各分量的分离。根据面波、体波的不同震荡特性,应用该方法构造不同Q值的Q可调小波函数,成功实现了体波与面波的分离。实际地震资料处理结果证明,该方法不仅能够衰减单炮地震记录中的强面波干扰噪声,同时能够更好地保护有效信号的波形特征与频谱带宽,为地震资料的后续处理和分析提供良好的基础数据;根据强背景反射连续性好等特征,考虑到河道砂体等与储层相关的地质体空间展布范围较小的特点,构造了能分别稀疏表示稳定地层及与储层相关的河道砂体等地质体地震响应的Curvelet变换原子和二维平稳小波变换原子,从而压制强屏蔽层对储层地震响应的干扰,实验结果验证了方法的有效性。
反泄露傅里叶变换已在地震数据规则化、多维数据去噪及数据压缩等领域得到广泛应用,但其多在时间域实现,计算效率不高。对均匀网格反泄露傅里叶变换的常规实现方法进行了改进,在频率域给出一种均匀网格反泄露傅里叶变换的高效实现方法。该方法在频率域寻找傅里叶系数极大值及其位置,通过在频率域减去SINC函数,避免了常规实现方法在每次迭代过程中所使用的离散傅里叶变换及逆离散傅里叶变换,大幅减少了均匀网格反泄露傅里叶变换的运算量,提高了均匀网格反泄露傅里叶变换的计算效率。利用合成数据对方法进行了验证,结果表明,该方法不仅能够明显减少频谱泄露现象,提高稀疏表示性能,而且较常规实现方法提高了计算效率。
地震勘探中由于采集成本和采集条件等因素导致的地震数据不完整性极大地影响了地震数据的后续处理。为此,引入了一种压缩感知理论下的快速不动点连续(fast fixed point continuation,FFPC)算法对缺失的地震数据进行重建。首先对地震数据进行小波变换,然后根据要求选择合适的测量矩阵对地震数据进行缺失处理,最后采用FFPC算法重建缺失后的稀疏地震数据。模型数据及实际地震数据测试结果表明,该算法能够很好地完成地震数据重建,重建后的地震数据具有较高的信噪比。相对于不动点连续(fixed point continuation,FPC)算法,FFPC算法耗时更短、重建效率更高;相对于传统的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)以及最小化L1范数的谱投影梯度(spectral projected-gradient for L1 minimization,SPGL1)等算法,FFPC算法的重建精度更高。
地震数据不规则采样会导致在后续处理工作中引入人为误差、噪声及空间假频等。为此基于Jitter下采样、随机下采样和傅里叶变换,通过L1范数谱投影梯度(SPGL1)算法对不规则下采样地震数据进行重建,并探讨了该算法中的参数选取问题。在重建过程中选取不同的噪声水平σ值和迭代次数,比较不同参数下的重建结果。数值试验结果表明,SPGL1算法能获得较好的重建结果,不同的参数对重建效果影响较大,当σ值较小、迭代次数适中时,重建数据的信噪比高且计算时间较短。
插值重建的计算效率很大程度上依赖于数据的规模,对规模减半的频率数据体进行插值重建,可有效提高插值重建的计算效率。从理论上分析了有效频率数据体表征原数据的可行性,针对3D不规则地震数据,基于3D Curvelet变换,利用凸集投影方法,借助时间信号频谱的共轭对称性,研究了频率域3D高效地震数据插值重建方法。模拟算例以及实际资料处理表明,该方法能在保证插值重建效果的同时,有效提高插值重建的计算效率,在最大有效频率选取为奈奎斯特频率时,计算效率提高约1倍。
基于稀疏反演的随机噪声消除方法需要估计一个与噪声能量相匹配的阈值才能获得可靠的去噪结果。由于不同数据的噪声能量不同,因此通常采用人工调节的方法获得合理的阈值估计,这会耗费大量的计算资源和人力成本。为此提出一种自适应的随机噪声消除方法,以曲波变换为稀疏变换,通过迭代过程中解的稀疏性与拟合误差之间的内在关系确定合适的阈值,并且自动终止迭代,因而不依赖于对噪声能量的估计就能实现对噪声的消除。利用理论模型数据及两个地区实际地震数据验证了方法的有效性。
谐波噪声是可控震源滑动扫描采集过程中产生的主要干扰,有效压制此类噪声是实现高精度、高分辨率地震数据叠前、叠后反演及属性分析的前提。讨论了时频域稀疏优化谐波噪声压制方法的技术关键,即有效信号及谐波干扰噪声稀疏表示字典的构造,给出了稀疏表示字典主要参数的确定方法。将时频域稀疏优化谐波噪声压制方法应用于准噶尔盆地玛湖地区三维典型单炮记录谐波噪声压制,并与工业界常用的频率域振幅异常噪声压制方法(FDNAT)进行了对比。典型单炮数据处理结果对比、单道数据对比、反褶积及其多道数据平均归一化振幅谱分析表明,时频域稀疏优化方法能在压制谐波噪声的同时具有良好的保真性能。
为提高最小二乘逆时偏移成像的计算效率,推动其实用化,将压缩感知理论应用于最小二乘逆时偏移中,提出了一种基于压缩感知理论的快速最小二乘偏移方法。通过对激发震源和观测数据同时进行降采样,可以大幅度降低最小二乘逆时偏移中波动方程的计算。总结了利用压缩感知理论进行快速最小二乘逆时偏移的基本理论,以及在这个框架之下,利用变量投影技术解决未知的震源子波问题,以实现对包含表面多次波的海洋地震数据进行准确的成像。SEG/EAGE盐丘模型和Sigsbee 2B模型数据以及英国北海海域某工区实际数据实验结果表明快速最小二乘逆时偏移方法可行且有效。
弹性波数值模拟中分裂格式的完全匹配层吸收边界(SPML)难以吸收与边界接近平行传播的地震波,并会产生数值噪声,降低了地震波模拟的精度。针对此问题,提出了复合吸收边界条件,将SPML边界条件与海绵吸收边界条件组合成边界的内外层,实现了对与边界接近平行传播地震波的有效吸收。针对数值噪声沿边界传播的特点,对复合边界中的海绵边界吸收系数进行了改进,提高了海绵边界对平行于边界方向传播的地震波的衰减能力,进一步提高了对入射至边界处地震波的吸收效果。数值测试结果显示,不论对简单速度模型还是复杂速度模型,复合吸收边界对地震波的吸收效果优于常规SPML边界的吸收效果,且不会产生明显的数值噪声。
当单点高密度采集数据一致性处理不完全时,均匀加权的室内组合会导致地震数据高频信息的损失。从波束形成理论的角度引入余弦窗、汉明窗、布莱克曼窗,通过调节权重矢量减小组合对数据的影响,考虑到窗函数作为权重矢量对数据的适应性较弱,进一步研究了基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的鲁棒自适应最小方差信号无畸变响应(minimum variance distortionless response,MVDR)加权组合。Marmousi2模型正演模拟数据测试结果表明:相比于均匀加权组合,基于PCA的鲁棒自适应MVDR加权组合实现了信号保真与信噪比的有效统一,对深层地震数据信号的保护作用更为明显,信噪比也得到进一步提高。研究成果丰富了单点高密度地震数据的室内组合技术,拓宽了理论研究思路。
深水地震资料处理中,水层多次波因深水水层为变速体的特性,无法应用浅水水层多次波压制技术(Shallow Water Multiple Attenuation,SWMA)进行压制,而传统的自由界面多次波压制技术(Surface-Related Multiple Elimination,SRME)压制水层多次波则不具有针对性。为此,开展了基于变水速模型驱动的深水水层多次波压制技术(Deepwater Water-layer Multiple Elimination,DWME)研究。该技术通过构建海底和变水速模型计算出水层多次波准确旅行时,在τ-p域根据水层多次波旅行时将地震数据进行延拓,得到水层多次波模型,然后应用自适应匹配相减方法完成水层多次波压制。理论模型验证及海外某工区实际地震资料应用结果表明,DWME对深水水层多次波压制效果较好,且针对性强。
分析现有层速度求取方法发现,常规方法构建的层速度场无法满足页岩气勘探中水平井钻探对构造层位的精度要求,为此,提出了一种基于叠加速度、测井数据、构造解释数据、地震数据等多源信息和不同层速度计算方法(Dix公式方法、模型层析方法和波阻抗反演方法等)的综合信息三维层速度建场方法。首先,根据测井数据的起始深度将地层分为上、下段地层,对上段地层采用3种常规的基于叠加速度和构造解释数据的层速度计算方法计算层速度,对下段地层采用基于三维叠后地震数据、测井数据和层位数据的波阻抗反演方法计算层速度;然后,进行上、下段地层的层速度组合和优选分析,充分利用波阻抗反演得到的高分辨率层速度的优点,优选出研究区的最佳组合层速度。涪陵页岩气田实例计算结果表明,基于该层速度场得到的深度构造图与钻井实测的页岩地层深度误差小,可以有效应用于后续的勘探开发工作,表明所提出的综合信息三维层速度建场方法具有重要的实际应用价值。
弹性阻抗反演采用快速叠前角度部分叠加道集,较好地反映地层岩性和流体特征,具有较强的抗噪能力。基于随机反演理论,将快速傅里叶变换滑动平均模拟(Fast Fourier Transform-Moving Average,FFT-MA)与改进后的非常快速的量子退火算法(Very Fast Quantum Annealing,VFQA)相结合,提出了基于FFT-MA模拟和VFQA优化算法的弹性阻抗随机反演方法并用其估算纵波模量。利用FFT-MA模拟获得反演参数的先验信息,采用地震记录和正演关系构建似然函数,并构建弹性阻抗平滑约束,提高了反演结果的精度及可靠性。模型测试与实际数据应用结果表明,该反演方法能够有效获得纵波模量参数,且有较高的分辨率和计算效率。
裂缝预测是花岗岩潜山油藏勘探开发攻关的难题之一。为此,从花岗岩裂缝地质特征出发,优选敏感偏移距及方位角OVT道集,利用纵波方位各向异性技术预测花岗岩裂缝发育强度及走向;同时结合FMI测井、试油等数据得到具有实际地质意义的裂缝发育强度及走向结果。以中非花岗岩潜山裂缝储层为例,预测出的花岗岩裂缝发育特征与研究区构造地质特征吻合,单井预测走向与FMI测井一致,裂缝强度与试油产液量一致,验证了方位各向异性井震联合花岗岩裂缝预测方法的可靠性,并且使得裂缝预测精度得到很大提高。
在电阻率成像测井资料处理中,图像修复的目的是得到全井周电成像图像。基于多点地质统计的图像修复方法考虑了处理窗长内整幅图像的统计信息,用这种方法修复均匀性较好的地层测井图像时,图像修复效果较好,但在修复空白区域较大、非均匀性比较严重的复杂地层测井图像时,修复结果出现异常。提出了基于多点地质统计与插值相结合的电阻率成像测井图像修复方法——一种混合图像修复方法。该方法充分利用了插值方法速度快的特点,初步快速修复电成像测井空白区域的图像,在空白区域利用其初步修复结果,在滤波域进行匹配,寻找模式匹配块,在非均匀性比较严重的空白区域利用初步修复结果,减少了该区域模式匹配的不确定性,比较容易寻找正确的模式,降低了出现异常模式的概率,使修复结果可靠。实测电成像资料处理结果表明,该方法适用于空白宽度较大、非均匀性较严重的复杂地层图像的修复。
苏公网安备 32011502010797号
PDF全文
摘要
HTML
在线办公
作者投稿查稿