地震波走时计算对地震资料层析速度建模、偏移成像及地震定位等研究都具有非常重要的意义。有限差分法计算地震波走时具有计算效率高、易于实现、准确性高的优点,因而得到广泛应用。针对规则网格有限差分方法处理尖锐速度界面时存在不足的问题,提出了一种非规则网格的有限差分走时计算方法,即在Vidale差分算式的基础上推导出不规则网格差分算式,使其适用于不同的网格剖分方式。对均匀介质模型、复杂模型和Marmousi模型试算的结果表明，改进的方法能较好地解决尖锐速度界面和首波走时计算问题,且对复杂速度模型具有较好的适应性。
有限元法是地震波场数值模拟最常用的一种方法，能够比较客观地反映地震波在复杂介质中的传播规律。为了提高有限元法数值模拟的计算效率和减少内存占用，采用双二次插值法实现了二维声波方程的有限元法数值模拟。在矩形网格剖分情况下，取每个单元的4个角点和4边中点为节点，在单元内采用双二次函数进行插值；根据质量守恒原则，将单元的质量分配到8个节点上，得到角节点质量非负的集中质量矩阵，避免矩阵的求逆运算；对结构刚度矩阵采用紧凑存储(只存储结构刚度矩阵下三角部分的非零元素)，使得结构刚度矩阵每一行需存储的元素不超过11个；同时在时间循环过程中零元素不参与运算。模型算例的双二次插值有限元法数值模拟结果与双线性插值有限元法数值模拟结果对比表明，在无可见数值频散情况下，前者单步耗时更短，内存占用更少。
由于传统密度测井仪器中同位素中子源具有潜在的放射性危害,可控的脉冲中子源得到越来越广泛的应用。脉冲中子源发射的快中子,经过地层的减速作用和扩散作用被原子核俘获(吸收),并释放出俘获伽马射线。运用蒙特卡洛方法模拟快中子离开源后与地层之间的作用过程,得到了俘获伽马射线的强度分布；将俘获伽马射线作为伽马射线源进行密度测井研究,模拟经过地层吸收后剩余伽马射线强度的分布与地层密度的关系,以及测量条件对剩余伽马射线强度的影响。研究结果表明,剩余伽马射线强度随着地层密度的增加而减小。建立了剩余伽马射线强度与地层密度、孔隙度以及探测源距的拟合关系,可用于指导脉冲中子源密度测井仪器的设计。
SN167井是位于松辽盆地梨树断陷中央构造带上的一口大斜度井。针对SN167井区的井-地联合地震资料采集，开展了三维VSP采集参数优化技术应用研究。基于弱各向异性介质假设下计算的入射角与反射系数关系，确定最大井源距；根据不同接收深度时成像范围和覆盖次数的正演结果，分析优选最佳检波器沉放深度；综合考虑目的层成像范围和覆盖次数，选择合适的井下观测点数。应用优化确定的SN167井三维VSP采集方案取得了较好的采集效果，所获三维VSP资料的频宽较地面三维地震资料高出20~30 Hz，井周小断层的分辨能力显著提高。
斜缆地震采集采用水下电缆变深度施工方式,从而产生连续变化的鬼波陷波频率,有利于最大程度地压制鬼波,获得高信噪比和高保真的宽频地震数据。针对珠江口盆地白云凹陷深水复杂构造区斜缆三维地震资料,采用了不同于常规拖缆地震资料处理的子波处理、三维水面相关多次波去除(3D SRME)、镜像偏移和联合反褶积去鬼波、Q补偿等斜缆地震资料处理关键技术,有效地去除了多次波,压制了鬼波,拓宽了低频和高频信息,提高了地震资料信噪比和分辨率。斜缆地震资料处理显著改善了中深层复杂构造成像效果,更好地满足了白云凹陷深水复杂构造区地震反演和解释的需求。
针对海上OBC三维地震观测正演数值模拟的海量计算需求，研究并实现了基于信息传递接口(Message Passing Interface,MPI)并行平台的交错网格有限差分数值模拟并行算法。该算法能够以三维任意偶阶空间精度从X,Y和Z3个方向同时实现并行运算，可以任意选择空间并行计算方向以及并行计算的进程个数。在算法实现过程中，引入了进程坐标系的概念，使得每一个参与计算的进程对应一个进程坐标，通过进程坐标来判断边界条件的使用；同时引入虚拟进程以方便模型边界处的数据交换。通过层状模型采用不同计算进程个数的正演计算验证了该并行算法的可行性和运行效率；最后对海上某靶区三维地质模型进行了Patch观测系统下的多波多分量地震观测正演并行模拟。
为解决地层衰减作用造成传统子波提取方法提取结果不准确的问题，提出了一种基于时频谱模拟的时变子波估计方法。首先对非平稳地震记录进行改进的广义S变换后再作时频滤波处理，然后采用谱模拟方法从处理后的地震记录时频谱中拟合出每一时刻的子波振幅谱，最后通过反傅里叶变换得到时域子波，从而实现时变子波的精确提取。与常规分段提取时变子波方法相比，该方法不需要子波分段平稳的假设，当相邻层段子波属性存在较大变化时也能准确估计出时变子波。理论分析和模型试算结果表明，该方法在提取时变子波并用于提高地震资料分辨率方面具有一定的可行性和有效性。
为克服常规方位AVO梯度提取方法各方位截距项难以一致,以及井的方位AVO梯度先验约束不易获取的问题,提出了稳定方位AVO梯度无约束反演方法。该反演方法分为两步:第一步认为地震数据是反射系数序列,据此消除导致最小二乘反演方程不稳定的子波项,得到自激自收地震记录和方位AVO梯度地震记录;第二步基于最少反射层假设搜索准确的地下界面位置,以降低方位AVO梯度地震记录反褶积方程维数。模型试算结果表明,该方法能够提高方位AVO梯度反演方程稳定性,并且所得方位AVO梯度的椭圆分析可以较好地指示裂缝密度和裂缝走向。实际工区的应用结果表明,稳定方位AVO梯度无约束反演结果的方位AVO梯度椭圆分析可以较为准确地预测地层裂缝发育带,为裂缝型储层预测提供了有利的技术支撑。
为了提高微地震定位的精度,利用观测的三分量数据,从震源的矩张量分析开始,研究了微地震震源矢量反演方法。主要包括：①利用简化的高斯束射线追踪方法进行微地震震源矢量场的格林函数正演;②改进了走时距离反演,将常规网格搜索方法改进为黄金分割网格搜索方法;③在对数域进行走时正演和反演迭代计算,提高了径向距离对走时的敏感性。通过分析震源矢量、地层响应矢量及检波器响应矢量特性,结合检波器三分量坐标系标定不准确问题,研究并提出了震源矢量、检波器方位角同时反演的策略。在反演过程中加入了同一个震源事件绝对方位角相等的约束条件,提高了反演结果的可靠性。通过模型和实际资料分析,验证了上述方法的正确性和有效性。
针对复杂近地表地震波旅行时层析成像的数据特征，设计和推导了基于广义逆的近似算法，避开了大型矩阵的求解问题，提出了复杂近地表速度广义近似反演方法。这种广义近似反演方法是一种考虑了复杂地表区地震记录旅行时拾取误差的层析成像方法，能够获得较稳定的近地表速度模型。根据旅行时误差与速度模型误差的关系，给出了误差传递方程，可应用于反演精度的控制。将广义近似层析反演方法应用于南方海相碳酸盐岩复杂地表区实际地震资料，用炮检距小于2 500 m的旅行时数据反演出了射线分布与近地表速度模型。针对无约束广义近似层析反演结果存在的射线分布不均衡问题，提出了4种约束方法，获得了较好的射线覆盖，反演出的速度分布清晰地展示出近地表地层结构。用3 200 m/s作为门槛值划分出低、降速带后，将约束广义近似层析反演的速度模型用于地震资料静校正，消除了复杂近地表对反射波旅行时的影响，得到了理想的反射波同相轴形态。
准确估计地震波衰减对提高地震成像分辨率和储层预测及裂缝检测的可靠性具有重要作用。针对利用叠后地震资料估算Q值精度较低、适用性差的问题,提出了一种基于广义S变换的叠前Q值估算方法。首先利用时频分辨率可调的广义S变换,对叠前CMP道集进行时频分析,减小薄层空间谱干扰的影响,从而得到精度较高的时频谱;其次,通过构建并求解时频域反演方程得到谱比斜率,由Q值与偏移距的关系(Q versus offset,QVO)经线性回归估算出零偏移距处的射线平均品质因子;最后,应用层剥离法估算层品质因子。模型数据测试结果证明了方法的可行性;实际地震资料含气砂岩储层段Q值反演预测结果验证了方法的有效性。
利用常规的振幅类地震属性难以有效识别塔河油田奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层的“弱反射”特征。为此,首先建立了几种不同类型的缝洞储层数值模型,通过正演模拟明确地震“弱反射”特征与碳酸盐岩缝洞储层的相关性;然后针对见油井点缝洞储层段地震资料进行“弱反射”特征识别的敏感地震属性分析,证实了利用频率衰减属性能够识别“红波谷”反射特征的缝洞储层;最后采用频率衰减属性与反射强度属性相结合的思路,构建出反射强度调谐累计频率衰减属性,能够同时实现对“串珠状”和“弱反射”特征的碳酸盐岩缝洞型储层进行有效识别。
为了对塔中地区顺托果勒南区块SN1井区碳酸盐岩缝洞型储层进行精细预测，开展了基于三维叠前地震数据的贝叶斯反演技术应用研究，重点论述了测井曲线重构、岩石物理分析、敏感弹性参数验证、叠前反演角道集优选等关键技术环节。利用神经网络技术建立测井响应与地层参数之间的关系模型，重构出垮塌井段的纵、横波速度及密度测井曲线;通过建立缝洞型储层的地震地质模型，利用正、反演技术同时验证了贝叶斯叠前反演在SN1井区的适用性及敏感弹性参数识别储层的有效性。最后将叠后曲率属性与叠前反演的敏感弹性参数属性进行融合，对碳酸盐岩缝洞型储层进行精细刻画，预测出SN1井区两条相交断裂带的交会区域为最有利勘探区带。
针对碳酸盐岩裂缝-孔洞型储层的有效预测,研究并提出了井震结合的地震多属性融合缝洞体系综合预测方法。该方法首先采用叠后地震资料的峰值频率振幅属性对储层的孔洞分布特征进行预测,然后利用成像测井获得的储层段裂缝平均孔隙度与倾角、曲率、方差等叠后地震属性预测的大尺度裂缝分布结果进行交会,分别确定出这些属性的有效范围,再将有效范围内的几种属性值进行融合得到叠后大尺度裂缝分布特征；基于叠前分方位CRP道集计算频率梯度属性进行小尺度裂缝预测,并将预测结果与成像测井裂缝孔隙度进行交会得到小尺度裂缝分布；最终将孔洞、大裂缝和小裂缝3种预测结果融合,得到缝洞体系综合预测成果。对我国西部T油田H区块碳酸盐岩储层缝洞体系预测的实际应用结果表明,所论缝洞体系综合预测方法相较于常规方法能够更好地实现碳酸盐岩储层缝洞体系的有效预测,提高勘探预测精度。
针对在调谐背景下直接利用叠后属性识别预测薄层砂体多解性强的问题,研究并提出了塔中北坡S1井区目标储层基于部分叠加角道集属性的含油薄层砂体预测方法。首先,以现有井资料为基础,开展薄层地震反射波随入射角变化规律的正演分析,认为研究区含油薄层反射的视AVA效应是敏感且可检测的；其次,在对原始CRP道集资料提高储层成像精度预处理的基础上,利用部分道集叠加的方式进一步增强薄层反射视AVA效应的规律性；然后,结合正演模拟取得的认识和实钻井目的层油气显示结果,进行基于部分叠加角道集数据的属性随入射角变化规律分析,认为在调谐背景下目的层最大波峰振幅和最大波峰主频属性是检测薄层砂体含流体性质的敏感地震属性,据此提出了相应的油气检测因子,预测了研究区目的层含油薄层砂岩有利分布区。
镇巴地区属于典型的复杂山前带探区,其非常复杂的地表地质条件及地下地质构造特征(“双复杂”)给地震勘探带来了严峻的挑战。区内已开展了从二维到三维的多轮地震采集攻关研究,全面尝试了从叠前时间偏移到叠前深度偏移,再到逆时偏移的地震资料成像处理,但获得的成果资料均表现为低信噪比特征。区内地震单炮记录及叠加资料的波场特征主要表现为绕射波和半支绕射,且波组不稳定、不完整、不健全,主要目的层基本没有稳定的水平反射同相轴。理论计算和模型正演分析表明,目前地震资料的低信噪比特征应该是地下地质结构的客观反映,预示镇巴地区地下稳定地质体的尺度、规模偏小,已接近甚至小于地震可观测的最小尺度。在提出地震采集、处理进一步攻关研究具体建议的同时,为切实加快镇巴地区油气勘探进程,建议尽早实施风险钻探。
非线性共轭梯度(nonlinear conjugate gradient,NLCG)反演法具有较好的稳定性和反演精度,在二维反演中得到了广泛的应用,但是正则化因子选取困难以及计算量较大等问题限制了其在一维反演中的应用。针对上述问题,结合一维反演实际,提出了一种改进的NLCG优化算法。该算法以Bostick反演结果为初始模型,采用正则化因子自适应迭代调整方案,每次迭代时根据目标函数自动调整正则化因子,无需再对正则化因子进行不断尝试反演;简化了预处理因子和最优步长的计算,用单步线性搜索法代替迭代法求最优步长;对反演结果进行优化并做二次NLCG反演,进一步提高了反演精度,使非线性共轭梯度一维反演算法更高效。通过几个模型算例分析了优化算法的有效性。实际大地电磁数据NLCG反演结果与钻井资料吻合好、精度高；与Occam反演结果相比分层更加清晰，未出现异常高阻层,对地下电性结构的划分更加可靠。
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