塔里木盆地大沙漠区地震勘探走过了30多年的历程。在此期间,技术和装备的发展使地震采集技术水平不断提高,地震成像质量逐步改善,目前已经形成了成熟的爆炸震源激发地震采集技术系列,为该区一系列勘探成果的取得和油气突破发挥了关键作用。由于塔里木盆地大沙漠区恶劣的地理环境、疏松的沙漠表层、缝洞型储集体和薄互层砂岩并存的勘探目标,以及超过7 000 m的最大勘探深度等一系列难点,使得可控震源激发技术一直难以得到有效应用。不久前在塔里木盆地沙漠区开展的以“点、线、束、面”逐步推进、对激发参数和观测系统不断优化为技术思路的可控震源三维地震采集试验获得成功,推动了塔里木盆地大沙漠区地震勘探进入应用可控震源进行“高效、安全、环保”的施工作业模式,开展高密度、宽方位、宽频带、高覆盖次数地震采集的新阶段。
基于模型的观测系统照明分析技术在复杂地区的观测系统设计中起着非常重要的作用,但随着野外勘探复杂程度的增加,三维地质模型也更加复杂,常用的射线方法在精度上已经不能很好地满足实际生产的需求,波动方程类方法则由于计算效率较低在实际使用中存在很大局限性。提出了一种基于高斯射线束的双向照明方法,给出了方法的实现步骤。该方法将波场分解到具有一定宽度的射线束上实现波场的模拟和延拓,通过检波点射线坐标反向变换,根据互易性原理实现观测系统的双向照明,不仅大幅提高了计算效率，而且有效改善了照明的精度。根据高斯射线束照明结果分析和统计炮点对各目的层面元的双向照明贡献,优选对低能量目的层区域贡献大的炮点附近进行补炮,从而实现观测系统的局部优化。采用一个三维地质模型验证了高斯射线束双向照明算法的合理性和正确性。
提高灰岩裸露区地震激发效果是我国南方复杂山地探区地震勘探重点攻关的难题之一。通过对砂岩、灰岩中雷管爆炸后破裂情况的分析,认为灰岩为刚性岩石,脆性强、弹性差,在炸药爆炸瞬间不易产生弹性波,尤其地震勘探所需要的低频弹性波;分析炸药与灰岩的匹配关系,认为目前的炸药性能均无法与灰岩匹配;依据炸药爆炸半径和柱状炸药应力场分布情况,进行了在药柱下方垫入长度大于爆炸半径的砂岩岩心、含沙水泥柱从而改善灰岩激发环境的试验,收到了较为明显的效果。
微地震资料的处理、解释首先需要拾取精确的初至信息。微地震初至的人工拾取虽然精度较高,但工作量大,不能满足实时处理的需要。为此,提出了一种基于小波多尺度分解和高阶统计量相结合的长短时窗峰度比(wavelet transform based short time window kurtosis/long time window kurtosis,W-STK/LTK)微地震初至拾取方法。考虑到有效微地震信号频率较低,而噪声信号频率则相对较高,首先对微地震信号进行小波多尺度分解,剥离有效信号与噪声;接着对分解得到的最大尺度信号应用基于高阶统计量的长短时窗峰度比(STK/LTK)算法;最后在分析特征曲线异常点特征的基础上识别微地震有效信号并拾取初至。模型数据和实际资料测试结果表明,该方法能够从信噪比较低的微地震资料中较准确地拾取微地震P波初至。
S变换能够提供局域化的时频谱,给信号的时变滤波提供了条件,但S变换基函数具有一定的时频局部支撑,导致传统的S域滤波会产生虚假信号和处理噪声。为此,提出了一种改进的S域滤波方法,将滤波器的时间变量与信号的时间变量严格对应,提高了滤波处理的时频局域性。将该方法应用于模拟数据和实际资料的面波压制,验证了改进方法的正确性和有效性。研究结果表明,改进的S域滤波方法可以很好地解决滤波边界处的能量泄露问题,在保真性方面明显优于传统的S域滤波方法。
常规海上拖缆采集数据受海水面虚反射(鬼波)影响存在陷波特性,近几年发展起来的变深度缆采集技术则使陷波特征分散,应用专门的去鬼波处理方法可获得宽频数据。在前人研究的基础上,开展了最优化联合反褶积压制鬼波算法及其在变深度缆采集数据中的应用研究。首先在频率-波数域导出了镜像缆记录生成公式,并在时空域实现了镜像记录的生成,然后基于原始炮集记录和镜像炮集记录,利用最优化联合反褶积去鬼波算法从变深度缆数据中提取上行波。合成数据及某海上实际变深度缆数据测试结果表明,最优化联合反褶积压制鬼波算法既能提高浅层的高频反射能量,又能提高深层的低频反射能量,从而拓宽地震反射资料的频带,提高勘探分辨率。
局部相关反射波同相轴的斜率反映了射线参数、慢度水平分量等地震波运动学信息,被用于地下速度建模和偏移成像等地震数据处理中。拾取反射波同相轴斜率是应用斜率数据的必然环节。提出了一种基于曲波变换(Curvelet transform)的地震反射波同相轴斜率拾取方法。该方法根据曲波变换所具有的各向异性和局部方向性的性质,利用地震信号曲波变换后的曲波系数,确定地震反射同相轴位置和延伸方向,再将延伸方向换算成斜率值。理论数据测试和实际地震资料试应用结果表明,与常用的基于倾斜叠加以及直线—双曲线叠加的反射波同相轴斜率拾取方法相比,该方法具有更高的精度。
为提取正确的AVO信息和获得高信噪比、高分辨率的叠加剖面,需要消除CMP道集上的剩余时差,校平同相轴。为此,给出了一种基于匹配追踪(Matching Pursuit,MP)算法的地震道集剩余时差校正方法。利用匹配追踪算法在地震信号分解与重构方面的优势,将CMP道集信号分解为不同的子波,对各个子波分别进行剩余时差校正,再用校正后的子波重构出消除剩余时差后的地震道。同时,为提高匹配追踪算法的计算效率,利用相位展开法得到稳定的瞬时频率,以瞬时频率为中心进行扫描,快速得到最优匹配频率。理论模型和实际资料的测试结果表明,这种方法不仅可以提高匹配追踪算法的计算效率,而且还能很好地校平CMP道集同相轴。
A油区先后进行了两次三维地震观测,二次地震施工的坐标分带、观测系统、面元网格、覆盖次数等诸多采集因素均不相同。分析了在这种非重复性采集条件下进行时移地震资料处理存在的问题,并针对去除两期地震数据采集不一致性所造成的不利影响和消除非油气藏因素引起的地震响应变化,给出了针对性的技术思路和处理对策。主要论述了观测因素一致性处理,相位校正、谱整形、匹配滤波等高保真的精细处理,独立处理与融合处理,以及通过过程质量控制优化地震数据的可重复性。对A油区前、后两期非重复性采集三维地震资料进行了叠前、叠后一致性处理和质量控制,获得了较可靠的剩余振幅数据体。
目前大多数转换波叠前时间偏移(PSTM)算法只考虑了VTI各向异性介质对转换波旅行时的影响，而具有垂直裂缝的HTI各向异性介质具有较强的速度方位各向异性特点,不同传播方向的速度按照椭圆规律变化,仅使用VTI各向异性参数而不考虑速度方位变化对旅行时的影响,将导致多方位三维转换波叠前偏移成像质量下降。针对上述问题,提出一种基于正交各向异性介质的多方位三维转换波PSTM偏移算法,其转换波旅行时计算公式同时考虑了VTI和HTI各向异性参数,更加接近于地层介质的实际情况。由于转换波还受到映射在水平径向分量(R)和切向分量(T)的快、慢横波影响,因此需要在转换波叠前时间偏移之前进行R,T分量的快、慢横波分离。在常规三维转换波资料处理的基础上,利用基于正交各向异性介质的多方位三维转换波PSTM偏移算法对西南地区某实际资料进行了测试处理,结果表明,转换波叠前时间偏移结果在构造解释上更加合理,地层特征更加清晰,证实了算法的合理性和实用性。
针对新疆塔里木盆地玉北地区目标储层埋藏深、非均质性强以及地震资料信噪比低、波场复杂的特点,以逆时叠前深度偏移成像为核心、深度域速度建模为关键、保真的弱信号补偿为基础,建立了一套面向玉北碳酸盐岩缝洞型储层的高精度地震成像技术流程。将该技术流程应用于玉北6井区474 km2实际三维地震资料处理,所得结果与传统叠前时间偏移结果对比分析表明,该技术流程对于复杂构造带成像、“串珠”成像、缝洞储层刻画等具有明显的优势,有效提高了研究区奥陶系碳酸盐岩缝洞型目标储层的成像精度。
VSP观测系统的检波器位于井筒内,地震资料的信噪比高,波场信息丰富,利用基于双程波的叠前逆时偏移方法可实现VSP资料的高精度成像,也为井筒附近复杂介质和目的层流体性质的研究提供基础资料。在Walkaway VSP资料逆时偏移算法研究的基础上,在Linux操作系统下,以Qt环境为开发平台,设计了一套较为完整的VSP资料逆时偏移处理流程,初步开发了Walkaway VSP资料逆时偏移计算软件。该软件具有CPU和GPU两套核心算法模块,可适应不同的硬件系统,理论模型数据测试结果表明,该软件平台具有操作性强、移植性好和成像精度高的特点。
基于压缩感知稀疏信号采样和重构理论提出了一种稀疏脉冲反射系数谱反演方法。在稀疏地层假设下,利用地震资料的部分谱信息,采用基追踪算法,反演地下地层在L1范数意义下的宽带稀疏脉冲反射系数。利用褶积宽频带的四参数Morlet子波,生成高分辨率地震剖面,提高地震资料对薄层的识别能力。一维理论模型试验结果证实了利用地震资料的部分谱信息可以准确地反演出稀疏脉冲反射系数序列。二维理论模型试验结果表明,得到的反演结果不仅能识别薄(互)层界面、透镜体边界和地层尖灭位置等薄层结构,还能保持原始地层模型的横向连续性特征,并且具有一定的抗噪性。最后,实际资料的应用结果显示,反演得到的高分辨率剖面不仅在整体地层格架上忠实于原始地震资料,而且能够分辨出原始地震记录中无法识别的薄层结构,使得地下地层的接触关系更加清晰,为地震地层学精细解释提供依据。
孔隙流体模量是一种极其敏感的流体指示因子,对该参数进行地震尺度的估算在含油气储层识别中具有重要的意义。首先在孔隙弹性介质理论的指导下,推导了包含孔隙流体模量的Zoeppritz方程的线性近似方程;然后在贝叶斯理论框架下,假设先验分布服从四元柯西分布、似然函数服从高斯分布,建立了包含正则化约束的叠前AVA反演方法。模型试算结果表明,利用该方法估算孔隙流体模量,能够提高流体识别的精度;实际资料的试应用取得了较好效果,证明了该方法的有效性和实用性。
点插值法(PIM)作为一种典型的全域弱式无网格法,该方法在地质建模时将物性加载到只与坐标有关的高斯积分点上,因此处理复杂模型时较常规网格方法便利,但缺点是计算效率低。将有限元法(FEM)与PIM耦合,形成FE-PIM,用于大地电磁二维正演模拟。利用Galerkin法代入插值法构造的形函数并结合高斯积分公式推导了大地电磁二维无网格化总体矩阵表达式,简述了背景网格积分与边界条件的加载技术,理论模型的数值计算验证了FE-PIM算法的正确性、高效性及其在处理复杂模型上的便利性。
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