中国石化通过高精度三维地震、逆时叠前偏移成像、地震属性分析和地震反演等技术的开发与应用,在老区精细勘探和新区勘探突破中取得了良好的效果,特别是在复杂断块精细刻画、陆相砂岩岩性油气藏识别、海相碳酸盐岩储层描述、致密砂岩储层精细预测和页岩气综合评价等方面均取得了显著成果。在取得勘探新成果的同时,中国石化油气勘探当前还面临着规模战略接替阵地不明朗、天然气勘探难度大、新增储量埋藏深和品位下降、工程技术支撑能力不足等4个方面的挑战。面对挑战和困难,在老区油气勘探中,一方面要重点发展高精度地震、油藏地球物理等技术,不断提高复杂地质体识别描述精度,提高复杂油气藏评价可靠性;另一方面要开展高效环保物探技术攻关,创新性地应用装备制造、信息技术、计算机技术等新成果,降低勘探投入成本,提高勘探效率。在新区新领域油气勘探中,要进一步深化地震基础理论研究,探索复杂条件下地震信号的激发与接收规律;强化物探技术创新,着力攻克极复杂地表和地下条件下地震采集技术难关,提高低信噪比地区地震资料品质,为油气发现提供更强有力的技术支撑。
研究通过数值计算地震波场特征直接获得地震波长尺度岩石物理参数及其响应特征的计算岩石物理方法。基于岩心资料,从页岩沉积的随机过程出发,以“层”和“纹层”为基本单元,构建厘米—毫米(cm—mm)级页岩小尺度数值地质模型,并随机加入有机质、有机孔、层间缝、垂直缝和基质孔隙。在小尺度网格应用宏观岩石物理等效介质模型,充分考虑介质的非均匀性,将小尺度地质模型转化为地球物理参数模型。基于小尺度地质模型与小网格地球物理参数模型,进行不同角度平面非均匀地震波传播模拟,提取传播时差,直接计算得到地震波长尺度的岩石物理参数。以胜利油田罗家地区页岩油层为例,改变TOC含量、层与纹层不同厚度和组合、裂隙分布,分别计算弹性参数,并甄选敏感弹性参数,验证了方法的有效性。
准确求取各向异性初至波走时与射线路径对偏移成像及层析反演具有重要意义，目前基于图论的最短路径方法虽然能同时得到走时与射线路径且无条件稳定,但仅适用于弱各向异性介质。利用牛顿下山法求解群相关系方程,由群角得到较为精确的相角,进而求得较为精确的群速度和走时,使得最短路径射线追踪方法可以适用于复杂各向异性介质。将此射线追踪方法应用于均匀各向异性介质及层状介质模型,并将试算结果分别与理论走时和弹性波动方程有限差分结果进行比较,验证了方法的准确性;通过复杂各向异性介质模型试算,验证了方法对复杂介质的适用性。
地下介质不仅具有各向异性性质,还存在一定程度的复杂地质构造。运用均匀节点网格射线追踪方法计算旅行时要求网格单元的划分非常小以达到较高的旅行时精度,这种做法会产生大量的网格单元从而降低计算效率。基于均匀节点网格算法,研究了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪方法,采用较大的网格单元,通过在网格单元的每条边增加次一级节点来提高旅行时计算的精度与效率。首先讨论了qP,qSV和qSH波的群速度计算方法,然后给出了非均匀节点网格TI介质反射波射线追踪算法,最后分别求取了3种不同对称轴倾角的TI介质起伏地层模型qP,qSV和qSH反射波的射线路径和旅行时。结果表明:①非均匀节点网格射线追踪算法能够适用于复杂TI介质模型;②相同模型中不同波模式具有不同的反射路径和旅行时;③相同波模式在不同对称轴倾角模型中也具有不同的反射路径和旅行时。
有限差分方法(Finite Difference Method,FDM)是波动方程正演数值模拟领域应用最为广泛的方法之一,然而,当模拟区域不规则或者地表起伏不平时,规则网格有限差分法求解波动方程会产生阶梯状近似,影响模拟的精度。借助贴体网格技术,将不规则的物理区域转换为规则的计算域,给出了贴体坐标系下的二维声波方程及其二阶精度的分部求和(Summation by Parts,SBP)有限差分离散格式，采用Fourier谱分析方法分析了该离散格式的稳定性,得到了贴体网格二维声波方程SBP有限差分方法的稳定性条件。数值实验结果表明：①当时间采样间隔的选取满足稳定性条件时,贴体网格SBP有限差分的数值计算过程是稳定的；②与贴体网格中心差分方法相比，贴体网格SBP有限差分方法的稳定性更好。
品质因子Q和速度一样是地层的固有参数,其大小决定地震波吸收衰减的强弱。由于Q值的大小与地震子波的传播时间和频率的乘积有关,因此,提出了一种基于自适应子波分解的品质因子提取方法。首先,利用自适应子波分解算法对地震信号进行子波分解,得到的匹配子波可认为是不同时刻的时变子波;然后,将不同匹配子波的中心时间和中心频率的乘积与相应匹配子波的对数振幅投影到平面坐标中,得到随该乘积值变化的对数振幅散点分布;最后通过拟合这些离散点斜率提取Q值。为压制离群值对拟合精度的影响,采用L1模线性回归方法对离散点进行线性拟合。理论模型测试和实际资料应用的结果表明,该方法能比较准确地提取品质因子,有效补偿地震波能量,提高了地震资料的分辨率。
山前构造带具有良好的圈闭条件，是油气资源富集的重要场所，但“复杂地表、复杂地下”的双复杂地震地质条件给地震勘探造成了极大困扰。针对双复杂地震地质条件造成的一系列地球物理难题，以拟真地表地震资料处理思路为纽带，以高保真的叠前预处理为基础，以递进式深度域速度分析与建模为关键，以起伏地表逆时叠前深度偏移成像为核心，建立了一套面向复杂山前带的深度域高精度地震成像处理流程。实际资料处理结果验证了该处理流程的正确性及有效性，为复杂山前带油气勘探提供了有效的地震资料处理技术支撑。
针对微地震资料的信噪比低,无法清晰识别P波和S波的问题,根据微地震信号具有随机性、非平稳性的特点,研究了基于同步压缩变换(synchrosqueezing transform,SST)微地震弱信号提取方法。首先利用SST对信号进行自适应阈值去噪,然后在有效信号的频率中心附近进行SST系数的积分抽取,再利用抽取的有效信号进行SST重构实现弱信号的提取。应用于合成的含不同强度噪声的非平稳信号模型以及实际微地震单道记录的处理结果表明,该方法具有较好的抗噪能力和较高的信号提取精度。将该方法应用于实际井中微地震数据的试处理和分析,并与常规低通滤波结果进行了对比,表明该方法能够较好地将弱有效信号从噪声中提取出来,具有较好的实用价值。
近年来,经验模式分解法(EMD)因其处理非稳态地震信号的能力和易于实现而备受关注。总结了EMD在地震去噪中的应用情况,提出了一种基于f-x域EMD和多道奇异谱分析(MSSA)相结合的去噪新方法。该方法不同于f-x域EMD分别与f-x域预测滤波、小波阈值、曲波变换等相结合的各种去噪方法,它可以得到比f-x域MSSA更高的信噪比并能预测f-x域EMD中损失掉的线性能量。该方法的实现过程为:首先,对地震剖面应用f-x域EMD,保留所有相对水平的同相轴,这样在噪声剖面中留下很少的倾斜信号和随机噪声,然后在差异剖面中应用f-x域MSSA恢复倾斜信号,最后将水平信号和倾斜信号相加得到去噪剖面。理论测试和实际数据的处理结果验证了该方法的优越性。
通过三维叠前深度偏移提取地下成像点的共方位-反射角(或倾角-方位角)成像道集对于层析速度分析及振幅随角度变化分析(AVA)等至关重要。高斯束叠前深度偏移技术利用相互独立的高斯束描述波传播,并通过相邻高斯束的叠加计算波场,其实现方式解决了多路径问题,且无成像倾角限制。更重要的是,高斯束偏移提供了一种能高精度且方便高效地提取三维共方位-反射角度成像点道集的策略。通过解析求解高斯束算子,计算单个高斯束的波场传播方向矢量,进而通过不同高斯束的传播方向矢量计算得到成像点处的方位-反射角,从而实现三维高斯束叠前深度偏移方位-反射角成像道集的提取。数值计算及实际数据应用结果证明了三维高斯束叠前深度偏移共方位-反射角道集提取技术的有效性。
炮检距向量片(offset vector tile,OVT)是一种新颖的叠前数据编排方式,当地震数据分选到OVT域后,地震资料的各种属性特征表现得更加明显,充分利用这些特征,可以改善噪声压制、振幅均衡、数据规则化等各种处理过程的效果。OVT道集偏移后的CRP道集(CRP gather after OVT migration,OVG)含有方位各向异性信息,同相轴随观测方位的变化而明显起伏,典型表现形式是“蜗牛道”，可以用于方位各向异性研究。采用非刚性匹配(non-rigid matching,NRM)技术能有效校平“蜗牛道”,改善成像效果,提高AVO分析精度。实际的宽方位资料处理结果表明,经过OVT域预处理和道集校平,其处理成果可以分析振幅随倾角和方位角的变化(amplitude versus angle and azimuth,AVAZ),进行分方位裂缝预测。OVT域处理是宽方位三维地震资料的一种有效的处理方法。
常规地震层析反演分为射线层析和波动方程层析两类，基于射线类的常规层析方法由于理论假设的限制难以对复杂地区进行准确的速度建模;波动方程层析需要建立高精度的初始模型,其应用受到实际资料品质的限制。为此，开展了高斯束层析偏移速度建模方法研究,利用高斯束核函数构建病态性更小的灵敏度矩阵以提高层析反演的稳定性;采用高斯束叠前深度偏移进行高陡构造成像,并直接提取高分辨率的角度域共成像点道集(ADCIGs)用于高斯束层析反演,进而获得精确的偏移速度模型。为了避免在高陡构造地区人工拾取的繁杂,采用自动拾取技术获取反射点坐标与地层局部构造倾角。模型测试和实际资料应用结果显示,该方法具有较高的反演精度和稳定性。
复杂结构膏盐岩对下伏碳酸盐岩地震成像的影响一直是地震勘探研究的热点之一。首先,分析了阿姆河右岸“三膏两盐”结构膏盐岩的地震反射特征:上盐层表现为一套弱振幅反射,同相轴平缓;中石膏层、下盐层、下石膏层的地震反射能量强,同相轴起伏变化强烈、连续性差。其次,针对强烈变形膏盐岩构造,设计了3个理论模型(“眼球状”盐丘模型、厚层盐层模型、两层薄盐层模型)和两个实际复杂膏盐岩模型。最后,应用非均匀介质声波方程交错网格高阶有限差分方法,对理论模型和实际模型进行了地震响应正演模拟和照明分析。结果表明:膏盐层引起的强能量多次波、广角导波、散射波和回转波等干扰波降低了下伏层反射波信噪比和连续性;复杂构造膏盐体形成的回转波一般会引起下伏层反射振幅的假亮点;膏盐层层数对下伏层能量的屏蔽作用比厚度更加显著;膏盐体的复杂构造导致了地震波向下传播能量的非均匀性和照明阴影。
综合利用地震岩性学理论、地震反射同相轴非频变特征、地震数值模拟和时频分析等方法对鄂尔多斯盆地高家河三维地震工区上古生界地层进行了地震沉积学研究。研究表明:①基于在上古生界建立的5个参考等时地震反射界面,通过线性内插,在90°相位地震数据体中形成311层具有等时意义的地层切片;②在地震薄层(<λ/4,λ为通过砂岩的地震波波长)的情况下,90°相位地震数据的极性与岩性具有对应关系,零相位和90°相位地震剖面具有相同的纵向分辨率;③利用振幅信息进行岩性(沉积体系)解释时,频率并不是越高越好；最佳频率是使目的层内最厚砂岩达到调谐振幅的频率(调谐频率);④90°相位地震数据的时频谱不能反映由薄砂层到厚砂层的连续变化特征,所以利用90°相位地震资料地层切片预测岩性时,必须将地震主频调整为最厚砂层的调谐频率。将上述认识应用到工区上古生界山西组二段最下部(P1S23)的地层研究,揭示了该时期主要水道的分布特征。
基于反射系数奇偶分解的基追踪反演方法,补充了地震资料中所缺失的低频与高频信息,较好地提高了反演结果对地层的分辨能力。但仅仅使用稀疏约束加入的低频信息缺乏合理性,可能与工区的实际地质情况不符,需要进一步改善反演结果的横向连续性。因此,提出在基追踪反演目标函数中加入模型约束,得到模型约束的基追踪反演目标函数,并使用梯度投影稀疏重构(Gradient Projection for Sparse Reconstruction,GPSR) 算法进行求解。模型约束的加入增强了反演的稳定性,使得反演结果中的低频信息更加符合工区实际地质背景信息,并且能够改善反演结果的横向连续性。楔形模型和实际数据测试结果表明,模型约束基追踪反演方法不仅保持了基追踪反演的稀疏性,地层阻抗呈现块化,反射界面刻画清晰,而且反演方法更为稳定,反演结果的横向连续性得到了改善,从而验证了该方法的可行性。
弹性波全波形反演面临的主要技术难题是源于弹性波传播的复杂性所引起的强烈非线性问题。基于弹性波有限差分正演模拟方法,数值分析了多波多分量地震数据的不同反演目标函数在纵、横波速度,阻抗以及Lamé常数3种参数化方式下随弹性参数摄动尺度的变化关系和非线性程度,具体分析了不同偏移距数据的L2范数目标函数随纵、横波速度摄动尺度的变化关系和非线性程度,为分步骤、分尺度弹性波全波形反演方法和反演策略的选择提供了理论指导。
弹性波场的复杂性致使反演问题非线性性增强,寻优过程极易陷入局部极值。多尺度反演能在一定程度上提高反演的稳定性及分辨率,但多尺度反演策略无法解决实际数据的低频缺失问题。针对该问题,提出了一种新的基于包络目标函数的弹性波多尺度反演策略。首先将包络反演方法应用到弹性波,恢复地下弹性介质参数中的低波数信息；然后将包络反演结果作为常规多尺度反演的输入,进一步提高反演的稳定性。Marmousi2模型试算结果表明该策略能够更加准确地反演纵、横波速度以及密度信息。
针对地震资料中存在强反射背景屏蔽有效储层弱反射的情况,利用匹配追踪算法的自适应稀疏表示能力,提出了一种强反射背景下沉积体边界检测和流体识别的方法。该方法综合利用测井资料、井旁道地震数据以及快速匹配追踪算法实现了对强反射背景的最优匹配和有效分离,削弱其对下伏地层造成的振幅“假亮点”以及砂体连续分布的假象;在此基础上利用叠前弹性阻抗反演和流体因子识别技术,精细落实砂体的沉积期次和展布规律,提高了岩性圈闭边界和流体识别的精度。模型数据试算和实际地震资料处理的结果验证了该方法的可靠性和有效性。
针对叠前各向异性裂缝检测方法对单组裂缝预测有效、对多组裂缝发育区表现为弱各向异性的特点,提出应力场模拟约束下的裂缝综合预测思路。首先通过有限元分析模拟的构造应力场识别出单组及多组裂缝发育区,将其作为地震预测手段的宏观约束,然后在单组裂缝发育区域优选叠前各向异性裂缝检测结果,在多组裂缝发育区域优选曲率等叠后地震属性预测结果。将该方法应用于塔中地区ZG8井区鹰山组碳酸盐岩裂缝型储层综合预测，结果与该区测井解释结果以及构造环境具有很好的一致性,说明应力场模拟约束下的裂缝综合预测思路可行,为复杂碳酸盐岩裂缝预测提供了一条新的途径。
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