宽方位地震技术是横向接收单元尺寸与纵向接收单元尺寸之比大于0.50的三维地震采集、处理和解释技术。通过设计宽方位观测系统有效地采集到高品质的地震数据体,经过炮检距向量片(OVT)等技术处理,获得OVT数据域的五维(即空间三维坐标＋炮检距＋方位角)叠前地震道集,为五维地震资料解释奠定了资料基础。以OVT域五维地震解释为主线,首先介绍了宽方位地震采集和OVT处理技术的发展历程,探讨了OVT技术对宽方位地震资料解释带来的革新及在OVT域进行地震资料解释的必要性;其次基于各向异性理论,论述了OVT域地震资料五维解释的理论基础。理论及实例研究表明,基于OVT域五维地震资料可有效地实现方位各向异性分析与研究,显著提高地震资料解释(构造解释、地层解释、岩性解释、流体识别、裂缝预测及地应力研究)的精度和准确性。OVT域五维地震资料解释不仅是一项技术,更重要的是一种思想,五维地震数据的解释将是地震技术的又一次革命。
岩石孔隙度和孔隙结构是表征储层渗、储属性的重要参数,这些参数在含流体岩层的岩性识别和油气预测中具有关键作用。首先探讨了孔隙结构参数的含义及其数学表示,再利用与孔隙度和孔隙结构有关的岩石骨架模型替代常规Gassmann流体方程中不含孔隙结构的岩石骨架模型,形成了可定量计算孔隙度和孔隙结构参数的扩展Gassmann方程;然后推导出孔隙度和孔隙结构对储层有效弹性属性影响的定量公式,获得了度量孔隙度和孔隙结构对储层弹性性质的影响因子R,为定量比较二者对储层属性的影响奠定了理论基础。理论分析和数值模拟计算表明:当R值适中时,孔隙度和孔隙结构对储层弹性性质的影响相当;R较大时,孔隙结构的影响大于孔隙度的影响;R较小时,孔隙度的影响大于孔隙结构的影响。这为储层评价和分析提供了定量方法和依据。以常用的Keys-Xu模型作为对比,计算了储层纵、横波速度随孔隙度和孔隙结构的变化,结果显示:孔隙度和孔隙结构均可使岩石的纵、横波速度的最大变化量达到2 000~3 000 m/s,变化规律与影响因子R的结果一致,验证了扩展Gassmann方程和定量比较方法的正确性与适用性。
针对含油气砂岩储层大多为双相介质薄储层的特点,利用薄层反射透射系数矩阵方程并结合Gassmann方程获得薄砂体储层的弹性参数、PP波及PS波地震响应,用以对比分析入射波频率、孔隙度、流体类型及流体饱和度对地震反射的影响。模拟分析结果表明:在薄层极性固定的情况下,薄砂层反射振幅随着频率的增大、孔隙度的减小而增大;中、低孔隙度下流体类型及饱和度的不同在地震响应上差异较小,高孔隙度下反射PP波振幅会显示出含气异常;相同孔隙度下,含气储层的泊松比较不含气储层的泊松比低,而在含油与含水情况下的泊松比相近。说明对于薄砂岩储层,利用反演泊松比的方法判别储层是否含气是可靠的,而区分油水层则缺乏足够的地震异常。
地震波场有限差分数值模拟的准确性取决于空间网格大小,而空间网格大小通常仅依据差分格式的色散和耗散误差所要求的每最短波长网格数的选取,没有考虑速度模型的复杂性。对于存在速度间断面的复杂速度模型来说,不同的介质离散方法将导致不同的有限差分离散速度模型,进而导致模拟波形的差异。定量分析了地震波有限差分模拟中不同的介质离散方法(包括直接取值法、格点平均法、体积分平均法与正交各向异性等效介质法)对反射/透射波准确性的影响,探索了界面误差随网格变化的规律。通过数值计算获得了每种介质离散方法对不同类型弹性波满足给定的误差精度所要求的网格大小,为地震波场正演模拟中的网格参数选取提供了参考依据。
多震源地震混合采集数据(混叠数据)目前还不能直接采用传统的地震资料处理流程处理,必须先进行分离。基于滤波思想的分离算法可以初步实现对混叠数据的分离,但是当有效信号完全淹没在强噪声中时,该算法的分离效果较差,有效信号会受到损害。提出了一种基于稀疏反演的多震源数据分离算法,实现步骤是：首先输入野外采集的混叠数据,将其从炮集抽取为共检波点域或共炮检距域道集,使得来自邻炮的记录数据变成非相干噪声;然后通过稀疏反演,采用L1模的阈值噪声压制算法估计出混叠数据的噪声;最后从混叠数据中减去估计得到的噪声,从而分离出有效信号。模拟和实际数据测试结果表明,该方法能对混叠数据进行有效分离,很好地压制混叠噪声和保护有效信号。
地震数据采集时受地表因素影响常常变观,使得炮检点分布不规则,影响了振幅特征的一致性,不利于后续的叠前属性分析及储层预测。为此提出了基于压缩傅里叶插值算法的数据规则化技术,在插值位置对不同空间带宽波数进行扫描,优选出满足均方根误差条件的最大空间波数,用于计算插值权系数。为了提高插值结果的振幅一致性,插值时考虑了纵向、横向、炮检距、方位角和时间等五个维度的信息,并增加了局部倾角校正处理以提高插值的抗假频能力。利用该技术对某工区不规则地震数据进行了五维插值规则化处理,处理后的地震数据不仅具有规则的炮检点分布,而且提高了覆盖次数的均匀性。对比分析了五维插值前后地震数据的振幅特征,结果表明,基于压缩傅里叶算法的五维插值技术可以很好地降低不规则炮检点分布对振幅特征的影响,提高了振幅的一致性。
衰减旅行时层析作为一种估计Q值的方法,其衰减旅行时计算的准确程度影响最终Q值反演结果的精度。为了提高衰减旅行时层析求解精度而得到更真实的地下Q值分布,提出了一种改进的衰减旅行时层析方法,提高了模型中的衰减旅行时计算精度和实际资料中的衰减旅行时拾取精度。在射线追踪计算模型中的衰减旅行时的过程中,用方向速度梯度代替传统的速度梯度,考虑不同射线在不同传播方向上的速度差异,提高了射线追踪计算旅行时和反射角的精度,从而提高衰减旅行时计算精度。从实际资料中拾取衰减旅行时的时候,采用对数谱比反演方法,利用多道反射波信息同时反演多道衰减旅行时,从而避免了传统方法中人为选择最优频带带来的误差,使反演结果更稳定。在反演过程中考虑反射波在不同界面内的旅行时之差,可以有效解决上覆地层的影响。模型数据测试和实际资料应用结果表明,该方法Q值估算结果更加准确,Q补偿偏移后的剖面更加符合实际地下介质情况,验证了方法的可行性和有效性。
复杂地表条件下炸药震源和可控震源联合激发时,两种震源采集的地震资料存在明显的相位差异,处理中经常采用极性反转或相位调整的方法去解决,但是得到的处理结果精度不高,一致性处理效果不理想。提出了基于初至信息的可控震源资料匹配滤波技术,基本思想是对同位置激发的炸药震源和可控震源单炮记录分别进行初至拾取、拉平、叠加、子波提取处理,利用两者初至子波差异求取匹配算子,然后将匹配算子与可控震源记录褶积,完成可控震源采集数据的匹配滤波处理,实现两种震源资料的相位一致性。实际资料应用结果表明,相对于常规的极性反转或相位调整,该技术具有更好的一致性处理效果。
谐波是可控震源采集数据中的特殊干扰波。针对力信号内含谐波和表层响应谐波在产生机理与分布特征上的差异,提出了两种不同的相关后数据谐波干扰压制方法:①基于地面力信号设计的力信号内含谐波压制滤波器,采用最小二乘法对预测的谐波干扰进行修正,以实现对力信号内含谐波的准确压制;②分频滤波压制表层响应谐波,根据表层响应谐波的能量与频率分布特征,在不同频段对共中心点道集中的谐波进行压制。这两种谐波压制方法既可以用来直接对相关后数据的谐波噪声进行压制,也可以用来对两种谐波干扰噪声进行联合压制。实际资料试算结果表明:两种谐波干扰联合压制方法可以有效压制相关后数据中的内含谐波和表层响应谐波。
基于波场传播原理,分别推导了海上拖缆双检地震采集中压力波场和速度波场鬼波算子,建立了检波器接收信号和上行波场线性关系,利用最小二乘反演和匹配滤波算法求解拖缆处上行波场,该方法无需地下介质信息,实现数据驱动鬼波压制,通过引入噪声影响因子,减少因水、陆检信号的信噪比差异对鬼波压制效果的影响。数值模拟资料和拖缆双检实际资料处理结果表明,基于最小二乘反演的拖缆双检鬼波压制方法可以有效压制鬼波能量,拓宽资料频带,有利于后续资料的处理和解释。
为降低立体层析反演实际应用中绕射波、多次波和侧面波等对提取最佳数据空间(炮点坐标、检波点坐标、炮点P参数、检波点P参数、旅行时)精度的影响,提出了获取更佳立体层析数据空间的两步法策略。首先利用初始速度进行叠前深度偏移,然后在成像域实施运动学反偏移以提取更佳数据空间参数。将二维叠前成像体视为三维数据,采用三维结构张量算法一步即可精确获得运动学反偏移所需的构造倾角和剩余曲率信息。不同于理论数据,对于实际数据采用了在若干不同偏移距数据体的共偏移距成像道集上分别选取有效数据点,然后分别延拓的策略,以保证通过延拓挑选出的数据点更均匀、可靠。最后,利用运动学反偏移将选出的成像域数据点的运动学信息反偏移到数据空间,获得更佳立体层析数据空间。针对南海某二维实际数据,对两步法提取的数据空间进行立体层析反演,建立偏移速度模型,最终的叠前深度偏移结果表明:两步法策略有效地提高了实际数据的反演精度,是一种获得更佳立体层析数据空间的有效途径。
当前的层析反演速度建模方法大多基于射线传播算子,以射线长度为层析反演敏感度核函数,对复杂构造偏移成像的适应性不强,反演精度有待提高。基于波动方程的一阶Born近似和Rytov近似,从高斯束偏移成像条件出发,推导了成像域波动方程线性化走时层析反演核函数,该核函数的本质是有限频核函数,可通过高斯束积分表达的格林函数计算得到。利用该核函数替换常规射线层析核函数能提高层析反演精度。发展的高斯束层析反演速度建模方法通过方位-反射角度域共成像点道集与高斯束偏移串联并迭代实现复杂构造成像,该技术路线实用化程度高,能进一步提高当前工业界广泛应用的常规射线层析及射线偏移的成像精度,尤其是改善了低信噪比资料的成像质量。数值计算及实际数据应用证明了基于高斯束算子的偏移成像与成像域走时层析方法的有效性。
基于准P(quasi-P,qP)波方程研究了TTI介质逆时偏移方法,通过引入横波速度,改善数值模拟的稳定性。提出了联合有效内边界存储和检查点(checkpiont)方法降低存储需求的TTI介质逆时偏移成像方法,实现了震源波场的精确重建,为高精度逆时偏移成像奠定了基础,也使方法更好地适应大数据计算。借助图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的高效并行计算能力,大幅度提升震源波场重建以及TTI介质逆时偏移成像的计算效率。应用BP2007各向异性理论模型数据进行测试的结果表明,TTI介质逆时偏移成像方法成像精度高、适用性强、稳定性好。
受郯庐断裂带活动影响,渤海湾盆地X油田气云区广泛发育。地震资料受气云影响严重,在油田主体区地震成像效果较差,无法准确描述构造和储层特征。在现有纵波资料的基础上,开展了气云区关键处理技术研究,包括Q值层析反演气云区能量吸收衰减补偿技术、潜波层析反演浅层速度建模技术等,有效解决了气云区地震能量吸收衰减严重和浅层难以实现高精度速度建模的问题,同时结合其它配套处理技术,如匹配追踪插值数据规则化技术、水层多次波压制+广义地表多次波压制技术,形成有针对性的有效处理技术流程。本工区处理结果表明,该处理流程明显提高了气云区地震资料的成像质量。
地震波传播过程中的频散现象对于流体识别至关重要,而常规的AVO反演技术没有考虑地震波在传播过程中的能量衰减和速度频散,忽略了频率因素,影响流体识别效果。基于Gray的λ-μ-ρ反射系数公式,通过依赖频率的AVO反演,构建了新的频散属性Iλ和Iμ,将其作为新的流体识别因子可以识别出含流体介质所引起的频散现象。模型试算和实际数据处理结果表明,该频散属性可以较好地识别出含流体储层,并且对不同流体的敏感性存在差异,频散属性Iλ可以更加准确地识别出含气储层,且受背景干扰很小。因此,基于Gray反射系数公式的频变AVO反演方法得到的频散因子对于有效储层的识别具有重要意义,为利用频散属性进行流体识别提供了一条有效途径。
常规叠前弹性阻抗(EI)反演识别流体的方法难以满足预测致密砂岩储层的要求,为此进一步推导了广义弹性阻抗(GEI)方程,表达为纵横波速度比vP/vS(可计算泊松比σ)和一种新的流体识别因子f/vS(Gassmann流体项与横波速度的比值)的计算公式,可以直接反演出vP/vS(或σ)和f/vS参数,避免了间接计算的累积误差。建立正演模型,分析弹性阻抗方程和广义弹性阻抗方程的精度可知,在鄂尔多斯盆地苏里格气田致密砂岩储层中,广义弹性阻抗方程的精度比弹性阻抗方程的精度高。分析测井资料多项参数后认为,泊松比σ为岩性识别最敏感参数,f/vS为流体识别最敏感因子。对研究区进行正反演计算,通过正演模拟验证了广义弹性阻抗方程的精度,通过反演获得了vP/vS(或σ)和f/vS数据,对反演数据进行分析研究,进一步验证了f/vS对致密砂岩储层流体识别的可靠性;同时可知,流体因子f/vS的识别精度虽受噪声影响,但可以清晰地检测出流体,具有一定的抗噪性。
传统地面微地震监测资料处理流程中通常先进行震源定位然后进行震源机制反演,这样做会将震源定位误差引入到震源机制反演中去;而采用同时离散位置与震源机制空间的反演方法由于搜索格点太多而影响计算效率。介绍了一种迭代的震源定位与震源机制联合反演方法,在迭代过程中利用P波初动震源机制反演结果校正定位的目标函数,校正定位后采用P波辐射花样约束反演震源机制。该方法在提高震源定位和震源机制反演精度的同时大大降低了计算量。理论模型和四川盆地某压裂井微地震地面监测应用结果表明,该方法在实际应用中稳定、可靠且高效。
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