在可控震源地震勘探过程中,谐波干扰不可避免。特别是随着可控震源高效采集方式的出现和不断发展,谐波干扰成为制约可控震源技术发展的主要因素。为了准确压制谐波干扰,对谐波干扰产生的机理与特征进行了研究,发现谐波干扰产生的原因主要有:①机械系统畸变产生的谐波;②表层介质响应畸变产生的谐波。通过对野外采集资料的分析和正演模拟揭示了两种谐波的产生机理和特征,并用来指导两种谐波干扰的压制。
分辨率的概念从时间域扩展到空间域,产生了横向分辨率、水平分辨率、纵向(垂向)分辨率、法向分辨率、方向空间分辨率等多个概念。从叠前偏移的成像椭圆出发,利用几何方法推导了均匀介质假设条件下共炮检距道集中分辨率的精确表达式,理清了各分辨率概念的内在联系。进一步通过理论计算讨论了横向分辨率随炮检距、观测点位置及深度的变化特点,对比分析了3种横向分辨率计算式的差异性。研究结果表明,前人近似横向分辨率计算公式容易高估地震资料的实际分辨能力。对于确定的炮检距和观测点位置,横向分辨率随观测点埋深呈非线性变化。当埋深约为0.7倍炮检距时,通常可获得最大横向分辨率。
Russell流体因子是表征储层孔隙流体特征的重要敏感流体因子,其提取结果的可靠性是决定流体判识质量的核心问题之一。叠前地震反演是提取流体因子的主要途径,而反射系数近似方程是叠前反演的基础。结合Biot-Gassmann多孔弹性介质理论对反射系数近似方程进行了重新推导,得到了包含Russell流体因子的孔隙弹性介质反射系数线性近似方程;通过分析方程的精度和反演敏感特征,验证了新反射系数近似方程的可靠性和Russell流体因子项的高反演敏感度;最终基于贝叶斯反演框架的AVO反演实现了Russell流体因子的定量提取。模型试算和实际应用结果表明,基于新反射系数近似方程的叠前反演方法能够稳定可靠地从地震资料中提取Russell流体因子,为储层流体识别提供了一种新的流体因子计算方法。
巨厚黄土和地形起伏剧烈是影响黄土塬采集的地震资料品质的关键因素,如何在黄土塬探区自动、高效、合理地选择有利区域布设炮检点对于提高地震资料品质至关重要。在地震数据采集理论设计的基础上,综合利用高精度卫星遥感影像、数字高程模型、近地表调查数据等建立地震资料采集区域地形地貌和地理信息数字模型,通过对比研究,将炮检点布设区分为5类,即冲沟、汇流沟等资料较好的首要布设区,塬、峁等可布设调整区,陡坡等缓布调整区,山脊和山顶避高区,地表障碍禁炮区等,再根据这些区域的优先级别进一步优化采集设计,形成一套炮检点优化设计技术。将该技术应用于鄂尔多斯盆地南部的彬长三维工区地震采集设计,优化后适当增补了炮检点,炮点调整率近30%,新采集的地震资料叠加剖面的浅、中、深反射波组齐全、连续性较好,应用效果表明,该技术使用方便、快捷,能够有效提高黄土塬探区采集的地震资料品质。
传统的独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)去噪方法假设地震记录的相邻道含有相同的随机噪声,仅适用于同相轴较平的地震记录,去噪效果并不显著。为了改善ICA方法对高斯随机噪声的压制效果,首先通过构造度量数据非高斯性的目标函数求取地震数据的ICA基,将数据转换至ICA域;然后通过贝叶斯方法构造出满足非高斯分布的阈值函数,进行阈值法去噪处理。为了满足独立分量分析的假设条件,将地震数据进行分块处理,并假设每个数据块与整体的数据含有相似的数据结构。理论模型及实际资料试算结果表明,该方法可以有效地压制剖面中的高斯随机噪声,对含复杂界面的数据也十分有效,具有较好的应用价值。
奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)是近几年发展起来的一种地震数据随机噪声压制方法。基于频率域奇异值分解矩阵降秩运算,利用凸集投影(Projection Onto Convex Sets,POCS)迭代算法,实现了地震数据去噪和插值的同步处理,给出了方法的实现步骤。实际资料处理时，采用分窗处理方式减少了算法对内存的需求,降低了插值和去噪处理的运算量,同时使有效信号的同相轴线性化,满足方法的假定条件。模拟数据和实际资料测试均表明,频率域奇异值分解方法可以在压制地震数据噪声的同时进行插值处理,具有广阔的应用前景。
面波压制是陆上地震资料处理的主要任务之一。根据面波和有效波在小波域能量和分布区域的不同,提出利用连续小波变换自动压制面波的方法。首先利用大尺度的小波系数自动识别面波区,然后计算每道面波的频带范围,最后对面波区小波系数进行滤波处理并估计出有效信号,根据计算的面波频带范围对估计出的有效信号进行高通滤波得到去除面波后的地震记录。实际地震资料的处理结果表明,与常用的高通滤波方法相比,该方法自动化程度高,压制面波的同时可以减少对有效信号的影响。
相对于双程波逆时偏移,单程波叠前深度偏移具有计算效率高、高频信息保持好且易于提取成像道集等优势,适用于我国陆上高陡构造不甚发育探区。为满足陆上复杂地表三维探区海量地震数据成像的需求,发展了基于GPU平台的三维起伏地表裂步傅里叶(Split-Step Fourier,SSF)叠前深度偏移技术,并引入了单程波偏移的相位校正技术以及基于分布式炮域成像结果的偏移距域道集并行提取技术。陆上复杂断块及缝洞探区实际资料成像试处理表明：基于GPU的三维起伏地表单程波叠前深度偏移成像方法不仅计算效率高,而且能较为准确地刻画复杂断块及缝洞储集体,在横向变速不太剧烈及陡倾构造不甚发育的探区具有很高的应用价值。
随着我国西部勘探开发的深入,起伏地表情形下的保幅成像逐渐成为研究热点。在线性Born近似的基础上,推导了最小二乘偏移基本公式,利用傅里叶有限差分传播算子设计了对应的偏移算子和反偏移算子,结合“逐步延拓-累加”的波场传播模式,给出了起伏地表最小二乘傅里叶有限差分偏移方法。利用加拿大逆掩断层模型对方法进行了测试,结果表明,该方法能够较好地实现地下构造成像,明显改善中深部成像的保幅性和振幅横向均衡性。将该方法应用于陆上某探区实际资料的偏移成像试处理,结果较常规偏移方法在成像精度和中深层保幅性等方面都有一定程度的改善,说明该方法对起伏地表陆上资料具有一定的实用性。
巨大的计算量成为影响全波形反演发展的重要因素之一。为了提高计算效率,时空双变技术被引入到时间域多尺度全波形反演中。在波场正向延拓与残差波场的反向延拓过程中,在不同区域采用不同的网格间隔,并采用局部变时间采样来配合变网格方法,随着反演精度的提高,由低频到高频逐步反演,全局网格尺度不断减小,同时局部加密网格尺度也成比例地减少。从起伏地表模型和Marmousi模型的反演结果可以看出,采用多尺度时空双变网格全波形反演方法减少了计算量,目标区域的反演精度也得到了提高。
针对传统时间域相位编码全波形反演的炮间串扰问题,提出了一种基于随机炮分配的相位编码时间域全波形反演策略,并实现了基于多卡GPU的加速。基于四卡GPU加速的模型反演实验表明：在GPU和相位编码技术的共同加速下,时间域全波形反演的计算效率可得到显著提升,同时由于各卡间的随机炮分配,基于随机炮分配的相位编码时间域全波形反演策略能更有效地压制串扰噪声,因此其比传统的相位编码全波形反演具有更高的反演精度和收敛效率。
永进油田属于典型的地层-岩性油气藏,此类油气藏砂体范围的准确预测是勘探成功的关键,而砂体尖灭线的识别直接影响砂体范围圈定的精度。尖灭点识别的方法较多,但直接用剖面解释的方法存在较大误差,而基于调谐厚度的方法存在应用条件的限制问题,基于瞬时谱分析的地震属性方法则存在分辨率的问题。通过建立不同地质模型进行正演研究与分析,优选出识别砂体尖灭点效果较好的上覆地层下波谷幅值属性。理论测试表明,该属性比剖面直接解释和瞬时相位识别的尖灭点更接近真实位置。在实际应用过程中,考虑到研究区目的层分辨率低、不同砂组相互叠置等问题,结合谱分解技术,沿上覆地层下波谷同相轴提取了分频数据体的下波谷幅值属性,通过切片能清晰地识别出永进油田西山窑二、三砂组主力油层的尖灭线,且计算结果与实际井资料相符,为该区域砂体范围刻画提供了可靠依据。研究方法对同类地层-岩性油气藏的尖灭点识别有一定的借鉴作用。
针对地震资料频带较窄的问题,提出了一种基于频率域多阶微分融合的地震频带拓宽方法,该方法利用微分运算可揭示信号微观特征的性质来拓展高频信息。微分算子在振幅谱上与频率呈平稳的递增关系,微分阶数大小决定了信号高频的提高程度。在测井反射系数振幅谱低频趋势的约束下,将不同阶微分提取的信息进行多次迭代融合,并将其变换到时间域,获得了宽频的地震记录,其高截频可以提升1倍左右,有效地降低了地震子波带限的影响。利用该方法对薄互层数学模型、尖灭体物理模型和实际地震数据进行了试处理,均取得了较好的效果,验证了本方法对于拓展地震资料频带的可行性及有效性。
针对油页岩强反射屏蔽储层有效信号的问题,开展了基于匹配追踪的强反射层分离方法研究,目的是较好地弱化强阻抗界面的影响,增强储层有效信号。结合匹配追踪算法和强反射形成机理,首先建立强反射层分离流程，然后基于二维模型,对强反射层分离过程中子波控制参数的选取进行了详细讨论,并提出利用能量增长率作为参数优选的依据。研究认为,当给定1～2 Hz的频率扰动范围、且将匹配子波全部(1倍)从原始记录中减去时,强反射层分离效果最佳。以华北彬县—长武区块油页岩强反射为例,通过对目的层段测井响应特征和地震响应特征的分析,结合模型试验结果确定了子波控制参数,并对油页岩强反射层进行了有效分离。分析表明,强反射层分离后储层弱反射信号得到了有效增强,平面属性能更加客观地反映河道边界和砂体展布特征,井点吻合率达到75%,取得良好的应用效果。
简要设计地质模型,应用时域有限差分法对模型空间进行非均匀网格剖分,选取磁偶源和不同阶廖氏边界条件,实现了井中均匀全空间和含低阻体的三维瞬变电磁场数值模拟,获得了不同电阻率目标体在导电围岩内电磁场的传播特征以及不同导电围岩对瞬变电磁响应的影响规律。数值模拟结果表明:围岩电阻率越大,电磁总场的极大值出现的时刻越早,随时间衰减越快,且衰减到后期,总场不受围岩电阻率的影响,衰减值几乎相同。
我国南方地表与地质构造复杂,地震方法在页岩气勘探中面临着巨大挑战。时域电磁勘探方法因其具有勘探深度大、工作效率高、成本低廉和方法灵活等特点,可作为页岩气地震勘探的有效补充。基于我国南方页岩储层岩石露头及井中岩心,经过岩石复电阻率测试与分析,认为我国南方富有机质页岩储层具有低阻、高极化特征,表明在该地区利用时域电磁法进行富有机质页岩勘探具有较好的物性基础。分析了滇黔渝地区页岩层地质与地球物理特征,并结合富有机质页岩复电阻率测试结果,建立了该地区富有机质页岩储层地电与激电融合模型。基于该融合模型,实现了基于极化介质条件下时域视电阻率正演模拟。模拟结果表明,在研究区地质条件下，富有机质页岩存在时,视电阻率变化明显,表明时域电磁勘探方法能有效识别富有机质页岩储层,具有较广阔的应用前景。
光纤传感器具有高灵敏度、大带宽、抗电磁干扰能力强等技术优势,光纤地震检波器采集系统是近年来地震勘探领域研发的热点。在研究干涉型光纤检波器基本构成、传感原理及干涉型光纤检波器采集系统构成的基础上,设计和开发了适用于陆地油气勘探的16道光纤检波器采集系统样机。通过现场地震数据采集,对光纤检波器、动圈式检波器和压电式检波器进行了对比测试,并对试验资料进行了处理分析,结果显示,光纤检波器具有更高的灵敏度、更大的带宽和更好的高频响应,有利于提高地震信号采集精度,改善地震勘探效果,为光纤检波器的推广应用提供了科学依据。
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