为了认识不同地球物理方法预测烃源岩有机质丰度的适用条件及限制因素,探索未来发展趋势,在大量文献调研的基础之上,总结了ΔlogR法、地层体积密度测井法、自然伽马测井法、多元线性回归法以及地震多属性反演法等方法的优缺点,深入分析了地球物理方法预测烃源岩有机质丰度的技术现状,并得出以下认识:①地球物理方法预测烃源岩有机质丰度已形成以地球化学实测控点、以单井地球物理测井评价控线、以多井或三维地震控面的逐步深入的评价步骤和模式,该模式的建立为油气地质勘探开发提供了极具经济性的基础评价方法;②我国地质情况复杂,目前尚没有一种方法适用于所有地质条件,故应在同一研究区内根据实际地质背景优选适用方法并横向对比拟合结果,从而确定最优方法;③未来在开展区域性地质资料对比研究时,同时针对性地建立特定岩性的烃源岩有机质丰度地球物理评价方法,是提高地球物理方法预测烃源岩有机质丰度工作效率和准确度的关键;④仍需要深入研究不同地球物理参数与有机质特征的相关性机理。
弹性波速度是弹性波动力学研究的核心内容之一。倾斜横向各向同性(TTI)介质弹性波相速度的理论精确公式比较复杂。由于地球介质弱各向异性的普遍性,在理论研究和实际应用中常常采用弱各向异性假设进行简化,但是面对页岩等中强各向异性介质时,弱各向异性近似不能满足精度要求,甚至不再适用。基于前人的研究成果,从TTI介质弹性波相速度理论精确公式出发,利用近似的配方法将精确公式内的D项近似表示为两项的平方和,从而实现多项式的开方运算。在此基础上,推导了TTI介质qP波和qSV波相速度的一般性近似表达式。理论分析和数值计算结果表明:TTI介质弹性波相速度一般性近似表达式由于在推导过程中没有直接利用弱各向异性的假设,因此不仅适用于弱各向异性,也适用于中强各向异性的情况,即在较大范围内,一般性近似的精度高于弱各向异性近似的精度。并且对于同一种TTI介质,qP波的一般性近似式精度高于qSV波的精度。
拓宽地震信号频带范围,实现宽频地震采集,是提高地震分辨率和成像精度的关键,用于宽频地震采集的检波器要求具有单点单支、频带宽、灵敏度高、保真度高、理想的幅频相频响应等特性。基于现有电磁式动圈检波器和MEMS数字检波器工作原理和实际应用效果分析,结合两种检波器的技术优势,开展了新型检波器的设计和研发,并对新型检波器进行了特性参数实验室测试,验证了新型检波器的宽频特性。将新型检波器与自然频率为10 Hz和5 Hz的动圈检波器以及MEMS数字检波器进行了地震数据采集对比和数据处理分析,结果表明,新型检波器具有频带宽的优势,获得的剖面层间信息更为丰富,地震分辨率和成像精度明显提高,具有很好的应用前景。
介绍了基于压缩感知的非规则观测系统设计以及在中国西部沙漠地区实现的第一块基于压缩感知的地震数据采集。在进行压缩感知观测系统设计时采用贪心序贯算法,以逐点增加的方式确定检波点与炮点的位置并构建观测矩阵,按照观测矩阵与稀疏变换矩阵的不相关性来确定观测系统,然后利用确定的观测系统,基于探区的速度模型进行正演模拟,以验证观测系统的有效性,从而确定最终的观测系统。针对中国西部沙漠试验区的具体情况设计了块状非规则(随机)采样观测系统,纵横向检波点在一定约束条件下不均匀分布、激发点近于随机不规则分布。首次采用可控震源进行了数据采集,获得了1 760炮的地震数据。通过数据重建,得到了4倍密度(7.5 m×7.5 m的面元)数据体,偏移成像后的地震剖面品质比常规剖面(15 m×15 m)明显提高。与规则高密度采集相比,此次基于压缩感知的地震数据采集虽然检波点、炮点大幅度减少,但重建后的高密度规则数据的偏移成像质量有了明显提高。该稀疏采集试验不仅为后续高密度数据重建研究提供了宝贵的实际资料和应用经验,而且对于东部复杂障碍区的地震数据采集也具有借鉴意义。采用“节点仪器+压缩感知+可控震源”的采集方式,将是一种最佳组合,会取得更高的效益和更好的效果。
基于VSP技术特点,对VSP采集设计的主要问题进行了探讨,结合实际资料和模拟计算分析,提出了产出/投入比的概念,并针对VSP采集设计如何实现产出/投入最大化问题,提出了面向勘探目标、基于反射纵波成像照明的VSP采集设计思路及实现方法。首先根据密度和速度测井资料或以往VSP速度资料建立1D速度模型,通过AVO分析初步确定最大偏移距选择范围;然后根据该最大偏移距范围,通过改进高斯射线束进行非零偏移距VSP勘探目标反射纵波成像照明模拟,以确定最佳最大偏移距和合适的观测井段;最后根据Walkaway-VSP(WVSP)/3DVSP观测系统,模拟勘探目标的横向覆盖次数及其分布,经过反复调整观测系统及采集参数,使勘探目标所获得的覆盖次数最大、分布最优。通过实际VSP观测系统设计方案对比分析,证明了本文VSP采集设计技术良好的应用效果。
逆散射级数法在有效预测层间多次波的同时,面临着一次波和多次波叠加的干扰,为解决压制多次波时保护有效信号不被损伤的问题,开展了逆散射级数层间多次波压制方法的研究。首先从理论上推导并阐述了逆散射级数层间多次波压制方法的物理机制,然后改进常规层间多次波压制处理流程,在逆散射级数法预测层间多次波前、后去除和补偿子波来提高层间多次波预测的准确性,从而降低对自适应相减的依赖度。该方法完全由数据驱动,无需人工干预和先验信息,适用于复杂地形和地质情况的层间多次波压制。模型数据和实际数据应用结果证明了方法的有效性和适用性。
为了有效去除地震数据随机噪声,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的地震数据随机噪声去除算法。算法的关键在于构建一个适用于地震数据去噪的CNN,包含输入层、卷积层、激活层、输出层等。该CNN以含噪地震数据作为输入层,由多个卷积层提取并处理地震数据,激活层采用修正线性单元(ReLU)获取地震数据波动特征,再借助归一化层加速网络训练收敛速度。CNN通过残差学习获得随机噪声并由网络输出层输出。分别采用小波变换、双树复小波变换、曲波变换以及CNN对实际叠前海上地震数据、叠后陆地数据及复杂陆地叠后数据进行去噪,实验结果表明,CNN能有效去除随机噪声,且与常规去噪算法相比具有更强的去噪能力,验证了算法的可行性和有效性。
近地表吸收衰减严重,会引起地震子波的空间变化,地表一致性反褶积和近地表Q补偿是解决这一问题的关键技术。首先描述了基于质心频移的近地表Q计算方法及稳健的Q补偿方法;其次从假设条件、应用范围、受噪声的影响程度以及算子的稳定性等方面对比了近地表Q补偿和地表一致性反褶积的效果。对叠前粘弹波动方程正演模型数据和某近地表由沙漠区向公益林区过渡的三维地震资料,分别利用反褶积地表一致性反褶积和近地表Q补偿技术进行了处理和分析,得出结论:在近地表岩性变化剧烈的区域,激发和接收岩性对地震子波的影响起主要作用时,应使用地表一致性反褶积处理技术;在地表吸收起主要作用的沙漠区,应使用近地表Q补偿技术。
微地震事件的分布范围和密度与页岩气井的产量有较好的正相关关系,经济、高效地进行微地震事件的压前预测和压后评估,对压裂增产优化设计具有重要的指导意义。针对微地震监测技术成本高和施工受限的问题,基于渗流力学和岩石力学理论,结合天然裂缝张性和剪切破坏准则,建立了水力裂缝动态扩展过程中微地震事件模拟预测的流固耦合数学模型,给出了数值求解方法。采用涪陵页岩气示范区HF-X水平井的储层地质参数和施工参数,对页岩储层压裂过程中剪切和张性微地震事件的动态演化和展布进行数值模拟,模拟结果与实时监测的微地震数据吻合度高于80%。结果表明,该理论方法能够经济、高效和可靠地预测微地震事件的展布。
体曲率属性相对于层位曲率属性具有较多优点,其计算关键在于倾角数据体的计算,因此在计算中引入了平面波解构法。首先沿三维地震数据体的纵测线和联络测线方向利用平面波解构法估算每一个剖面的倾角,将三维地震数据体转化为视倾角数据体;然后根据曲率属性计算原理将视倾角数据体转换为体曲率属性,实现基于平面波解构的三维体曲率计算方法。实际资料应用表明,该计算方法具有计算效率高、稳定可靠的优点,计算得到的体曲率属性明显优于利用解释层位数据得到的层位曲率属性和利用相干扫描法得到的体曲率属性,具有较好的应用前景。
要：塔河奥陶系碳酸盐岩油藏储集空间以溶洞储集体为主。溶洞储集体地震反射特征受溶洞规模、溶洞充填物类型及充填程度的共同影响,仅依据地震反射特征难以准确刻画溶洞规模。从地震、地质及钻井资料出发,建立了不同规模、不同充填物的溶洞模型,利用非均匀介质波动方程正演模拟技术,对比分析了不同规模、不同充填物的溶洞模型对地震反射振幅及频率响应的影响,提出了基于高频衰减梯度属性的溶洞储集体规模识别技术。以塔河油田岩溶古河道溶洞储集体为例,利用高频衰减梯度属性识别岩溶古河道规模,结果表明,高频衰减梯度不受溶洞储集体充填物的物性差异的影响,直观反映了溶洞发育的规模。基于高频衰减梯度属性的岩溶古河道溶洞储集体规模识别结果与已钻井结果高度吻合,证明了该方法的有效性。
薄层研究不应过于强调单一地层的厚度,而应关注地层的组合形式。重新定义了薄层,并从地质学和地球物理学角度分别对薄层进行分类,初步建立了多维度薄层分类标准。基于新的分类标准,研究调谐效应,并根据调谐响应的不同特征,将调谐分为3类:TPⅠ、TPⅡ和TPⅢ。实例1研究了中、浅层欠压实情况下,地质学中泥包砂型薄层对应于地球物理学中高包低(低阻抗地层介于高阻抗地层之间)型薄层,利用沉积微相与响应频率之间的关系(microfacies versus frequency,MVF)研究该类型薄层的沉积微相,分别预测了边滩、分支河道、泛滥平原等。实例2讨论了两套正旋回、油气同出、反射特征差异明显的薄层类型,针对地质特征相似,地震响应差别较大的薄层,依次进行了岩石物理分析、数值正演模拟、高压物性分析和气油比分析等研究,预测了凝析气藏和轻质油藏的分布范围。
以P波通过HTI介质中的裂隙时所表现出的方位各向异性特征为基础,研究了叠前裂缝检测方法及流程,介绍了自主研发的叠前方位各向异性裂缝检测软件产品。该软件采用面向集成环境的组件式模型架构方法研制,形成了以中心组件为核心的2个服务组件和7个应用组件,有效弥补了传统面向对象的软件设计方法在研发规模、开发效率、升级维护方面的不足;开发了特有的自由方位划分功能,为窄方位观测系统方位覆盖分布不均这一瓶颈问题提供了有效的解决方案;无需第三方工具介入,从点、线、面联合分析入手,配合丰富的图形展示和有效的质量控制手段,可以进行全方位的交互体验。在四川盆地某三维工区叠前裂缝检测研究与软件测试中,利用该软件反演的成果成功揭示了目标层位的裂缝平面展布规律,详细刻画了任意范围内的裂缝走势。与叠后裂缝检测方法对比显示,两者对于平面网状断裂系统中的大尺度断裂检测结果非常吻合,验证了叠前检测方法以及软件功能的准确性与可靠性;对于较小尺度、数量庞大的小型断裂或微断裂,叠前检测方法反演的效果更好。
传统的异常电位法将总电位分为背景场(一次场)电位和异常场(二次场)电位,背景场电位通常是简单模型背景场电位方程的解析解,但起伏地表条件下背景场电位方程无解析解。针对这一问题,利用改进的异常电位法,定义了适用于起伏地表条件的自然边界条件。将该方法引入井中激电的正演模拟,对二维线源场进行井中激电井地正演模拟,并采用加权余量法推导了新形成的边界条件,求解对应的有限单元积分方程。将直接解法求解器引入正演模拟,求解最终的线性方程组得到总电位,证明了起伏地表条件下有限单元法正演模拟的精度和效率。将几个典型的起伏地表模型试算结果与采用传统的总电位法得到的结果进行了比较,验证了该方法的正确性与有效性。
火成岩储层中发育的裂缝具有不同的性质,可以采用声波测井资料进行评价。首先通过经验模态分解(EMD)将火成岩裂缝地层的阵列声波测井信号分解为多个具有瞬时频率的平稳信号——固有模态函数(IMF)分量,每个IMF分量代表声波测井信号中不同组分的波,即纵波、横波和斯通利波等;然后通过Fourier变换将时间域的IMF分量转换到频率域,一定程度上改善了非平稳声波信号Fourier变换的局限性;最后通过对比、分析特定IMF分量的能量、主频和到时变化规律,得到各组分波对中低角度裂缝、高角度裂缝、网状裂缝和半充填缝的响应特征。将该方法应用于辽河东部凹陷火成岩裂缝地层特征分析,结果表明:纵波、横波和斯通利波的高频成分对裂缝普遍敏感,具体表现在到时、主频和能量三个方面的变化上,敏感程度与裂缝的角度有关。一般地,裂缝的倾角越大,声波受到的影响越小,其中斯通利波对裂缝的响应最明显,横波对裂缝的敏感程度要强于纵波,纵波对高角度裂缝一般没有明显响应。
电测井是评价洞穴型储层的主要手段之一,洞穴型储层非均质性强,电测井仪器响应复杂,评价难度大。利用二维有限元数值模拟方法对洞穴型储层中的高分辨阵列侧向测井(resolution laterolog array,RLA)响应进行正演模拟,分析了测井响应随洞穴半径、洞穴填充物种类、填充程度以及洞穴形状变化的规律。阵列侧向测井仪器对半径不小于0.2 m的洞穴具有良好的识别能力,同时能反映填充物电阻率。当洞穴半径大于6 m时,仪器响应基本反映了洞穴填充物的电阻率。阵列侧向测井仪器对填充物分层界面敏感,且RLA1和RLA5的视电阻率值能较好地指示填充物的电阻率,当填充物为多种物质分层填充时,洞穴处的仪器响应会出现明显的阶梯状特征。阵列侧向测井曲线形态受洞穴形状影响大,洞穴径向延伸时,仪器响应明显降低,洞穴纵向延伸时,洞穴处的RLA5逐渐增大而RLA1逐渐减小。该研究结果对洞穴型储层的定性识别和定量评价具有指导意义。
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