压缩感知思想在油气勘探领域已经受到了充分的关注。主要体现在两个方面,一个是与随机采样有关的随机地震数据采集系统的设计与评价、同时源激发的混叠数据分离、空间非规则数据的规则化、地震数据的去噪和地震数据压缩(传输)等;另一方面是地震数据的特征表达、模型参数(如速度模型参数)的特征表达、模型特征表达情况下的地震波正演模拟以及对应的稀疏反演方法(包括多尺度反演方法)。前者可以直接借鉴信号和图像处理领域发展的各种方法;后者需要勘探地球物理学家及相关领域研究人员提出合适的思想和方法。来自以沉积地层为主的地下介质中的反射(绕射)波场是有特征的或可压缩的;以层状地层为主的模型参数也是可压缩的。这是压缩感知方法能用于地震勘探的基础。首先简述了压缩感知的基本思想，指出它是一套随机采样理论。然后阐述了无论是叠前地震数据或是叠前偏移成像结果都是可以稀疏表达的，压缩感知理论可以在地震勘探中得到有效应用。接着从随机采样、同时源激发的混叠数据的分离、高维数据规则化方面展示了压缩感知思想的应用。关于随机采样，指出当前地震数据采集的技术重点应该是更高效地实现“两宽一高”的数据采集。最后列举了压缩感知思想在特征数据提取、编码炮集成像和特征波场成像中的应用。
针对海洋地震勘探的海底电缆(OBC)采集系统,提出了一种直接正演表面多次波的方法,其核心思想是采用镜像延拓的思路修改模型,将海底对称映射到海平面之上作为新边界。将原始模型的表面多次波传播路径等效成新模型下一次反射波的传播路径,因此,只需将新模型的表面边界设置成吸收边界就可以方便地计算出多次波的传播特征。将该方法应用于多个地质模型数据,正演出的多次波波场和实际多次波信息较为吻合,证明了方法的有效性和便捷性。
起伏地表条件下的高效高精度射线追踪方法是三维层析速度建模的关键技术。首先将多模板快速推进算法(MSFM)扩展到三维起伏地表条件下的走时计算。该方法通过变换坐标系引入6个三维差分模板,综合考虑坐标轴方向和对角线方向的信息,在较少增加计算成本的同时显著提高了计算精度。在MSFM的基础上,采用三线性插值和Runge-Kutta方程求取走时梯度,并从接收点开始向激发点沿走时梯度反向追踪得到射线路径。三维均匀模型和复杂近地表模型的测试应用表明,基于三维多模板快速推进算法的射线追踪方法要优于基于传统快速推进算法(FMM)的射线追踪方法。
塔河油田主力产油层奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层非均质性强,埋藏深,以往三维地震资料精度低,不能满足油田进一步勘探开发的需要。根据该区缝洞型储集体的固有特征,结合前期地震采集的技术经验,对数据采集的观测系统设计、检波器接收与噪声压制、地震波激发等3个关键技术环节进行了针对性的分析和优化,提出了面向开发的高精度勘探地震采集技术:①采用小网格、高覆盖、长排列、宽方位的大道数三维正交横向慢滚动观测系统;②采用“品”字形组合方式接收,同时采用调低电机转速等措施压制老油区特殊噪声;③忽略“低频段”影响,在潜水面以下最佳激发深度激发。塔河油田10区东、10区西等多块高精度三维地震勘探实践证实了该技术的有效性。
叠前道内插方法可以改善地震数据空间采样不足对叠前处理和偏移成像造成的不利影响。实际地震资料处理时叠前地震道插值,不但要精度高、适应性强,而且还要速度快,同时不能导致地质假象。为此,将计算效率较高的二维半步长预测滤波插值方法拓展应用到三维叠前资料处理,形成了一种可用于三维叠前数据加密的广义f-x,y域半步长预测插值方法,给出了几种用于炮集数据加密的实现方式。数值试验和实际数据应用展示了方法的实用性。该方法可以对具有空间假频的地震道进行内插,内插出的地震道波形自然。将其应用于三维炮集数据加密,有助于改善地震成像质量。
水体相关多次波压制是海洋地震资料处理的重要环节之一。在模型驱动类多次波预测模型的基础上,利用水体一次反射格林函数与自由表面接收到的观测波场褶积,预测高一阶的多次波,并将此多次波预测过程用编码理论来表示,建立起水体相关多次波的预测理论,给出了基于平面波编码的水体相关多次波预测模型。根据斯奈尔定律,利用局部平面波域水体一次反射格林函数形成编码算子,实现了多次波贡献道集的自动优化,提高了水体相关多次波的预测精度,进而改善了多次波的压制效果。理论数据测试和实际数据应用结果证明了本文方法的可行性和有效性。
压制相干噪声的方法通常基于两个基本假设:①相干噪声是线性的;②相干噪声与有效信号的视速度不同。但是实际地震资料往往不存在理想的相干噪声。基于上述考虑,提出一种基于局部数据规则化的相干噪声压制技术,通过在不规则观测系统局部区域利用五维插值技术求取最优解重构规则道集,让噪声满足相干的假设条件,从而实现更好的去噪效果。山地实际地震数据应用结果验证了该方法的有效性和实用性。
为了消除山前带复杂地表对速度分析与建模以及偏移成像的影响，基于平滑地表面和初至波反演底界面两个关键参考面，提出了双界面匹配的一体化速度建模技术。该方法通过表层模型驱动的道间时差校正与起伏地表偏移结合，消除了复杂地表引起的高低频道间时差；通过时间域浅中深层速度融合，实现深度域一体化速度初始建模；采用地质模式约束的沿层层析、网格层析修正速度模型并结合起伏地表深度偏移逐步提高速度模型精度。将该方法应用于天山南山前带阳霞区块实际地震资料处理，整体上提高了偏移成像质量，尤其是阳霞构造的成像效果得到明显提升。
复杂断块、复杂岩性、复杂地层油藏受复杂断裂体系、岩性和地层尖灭或剥蚀的影响,准确合理地开展地层对比难度大。油田现场的地质分层数据往往沿用不同历史时期测井资料解释的结果,存在着不同程度的错误分层问题,因此,在老油田重构地下层位认识体系很有必要。以大港王徐庄油田为例,在总结井震联合分层方案和细分层统层对比准则的基础上,建立了声波引导地震约束模式控制等时地层对比技术,将声波时差曲线引入到地质分层工作之中,提高了含钙质较高、致密或含有较大泥岩段储层地质分层的品质。井震联合等时地层对比技术的应用,有效地提高了大港王徐庄油田地质分层的精度,为复杂油藏开展细分层和不同层系单独分层提供了新的技术手段。
综合利用三维地震、钻测井及岩心资料,在塔河地区三叠系上油组中识别出了大型下切谷沉积体系。结果表明，该下切谷体系对下伏地层侵蚀作用强,相干体切片可见明显的下切河道特征,地震剖面上呈强振幅“V”形或“U”型反射,下切谷内部具短轴状强振幅反射特征,自然电位与自然伽马测井曲线均呈高幅箱形或钟形,岩性以灰色粗砂岩、中细砂岩为主,垂向上多套砂体叠置。同时,下切谷体系朝着东部、西南部和南部3个主要方向发育,且各部位下切谷宽度、深度、宽深比、弯曲度等特征各不相同,这与局部的地形地貌条件密切相关。该区下切谷的形成及演化受构造活动、沉积物供给和湖平面变化等因素控制。下切谷内充填的砂体及其末端发育的低位三角洲形成了良好储层,可作为该区岩性圈闭勘探的优选目标。
超记忆梯度类优化算法具有全局收敛性和超线性收敛速度,计算内存需求小,适合求解大规模无约束优化问题。将超记忆梯度类优化算法应用到全波形反演中,结合超记忆梯度类方法优点,提出混合超记忆梯度法全波形反演策略,并给出详细的实施流程。数值试算结果表明,混合超记忆梯度法优于共轭梯度法。含不同强度噪声的地震数据及不同精度初始模型的反演结果表明,混合超记忆梯度法反演精度较高。反演效率分析结果表明,混合超记忆梯度法反演耗时较短,证明了该混合策略在全波形反演应用中有一定的优势。
全波形反演(FWI)算法对低频信息和初始模型的依赖比较严重,容易发生周波跳跃现象而陷入局部极小点。为减少周波跳跃现象对全波形反演的影响,提出了波场相位相关时移全波形反演算法,在反演之前对模拟数据进行处理,提高观测数据和模拟数据的匹配程度;同时为减少初始模型对FWI的影响,利用Curvelet变换的多尺度特性,在反演的不同阶段选择不同尺度的数据参与反演,从而改善全波形反演因初始模型误差较大而出现周波跳跃的问题。利用Marmousi模型对波场相位相关时移全波形反演算法进行了测试,结果表明,该反演算法以及利用Curvelet变换多尺度数据参与反演可以明显改善FWI对低频信息和初始模型的依赖,得到较好的反演结果。
传统的测井孔隙度反演方法在反演复杂孔隙形态地层的孔隙度时往往存在偏差。孔隙形态的影响可以利用等效介质模型体现,提出了一种四参数孔隙度反演方法,即,引入差分等效介质(Differential Effective Medium,DEM)模型,将孔隙度反演与孔隙形态的影响相结合,利用中子、密度、纵波时差和横波时差四个参数实现地层的孔隙度和孔隙纵横比的同步反演。首先利用中子、密度和纵波时差反演地层孔隙度初值,通过DEM模型求取孔隙纵横比初值;而后利用纵波速度、横波速度和体积密度信息同步反演声学孔隙度和孔隙纵横比;最后综合利用中子、密度、纵波速度和横波速度数据,对地层孔隙度和孔隙纵横比进行同步反演。以西南某探区深层白云岩地层孔隙度反演为例,比较了不同孔隙度反演方法的效果,验证了四参数孔隙度反演方法的有效性。
多波资料解释结果不仅取决于联合标定与资料匹配,而且取决于多波联合反演方法。依据实现原理的不同,将P-P与P-SV波联合反演方法分为叠后联合、属性间接联合、两参数直接联合和三参数直接联合四类,利用数值模型定量对比了单一P-P波反演方法和三类叠前P-P与P-SV波联合反演方法的差别。研究结果表明:①弹性参数直接联合反演方法的精度高于单一P-P波反演方法;②AVO属性间接联合反演的精度低于弹性参数直接联合反演;③噪声严重时,考虑到弹性参数相关性的属性间接联合、两参数直接联合反演方法可以在弹性参数相关性较好的情况下获得更加稳定的密度反演结果。
泥页岩的含气量反映了页岩气是否高产富集,是页岩气勘探选区及评价的关键参数之一。国内外学者在单井页岩含气量的测定和预测方面进行了大量的研究,但是综合利用地球物理技术进行页岩气含气量纵向及平面预测及评价的研究较少。以四川盆地东南缘志留系海相页岩气勘探井为基础,统计分析认为有机碳含量(CTOC)及压力系数是影响页岩含气量的关键指标,建立了页岩含气量多元计算模型。首先基于岩性密度与总有机碳预测模型,采用高精度叠前密度反演技术,实现CTOC的地震定量预测;其次通过叠前速度反演技术,利用改进的Fillippone地层压力系数计算公式进行压力系数的预测;最后综合CTOC及压力系数进行页岩总含气量的预测。该方法较CTOC单参数模型预测精度明显提高,且在构造复杂、压力系数差异明显的地区具有很好的推广应用前景。
希尔伯特-黄(Hilbert-Huang transform,HHT)变换是一种非线性非平稳信号处理技术,在复杂地震信号处理方面比传统的时频分析方法更为有效,但该方法存在模态混叠和端点效应等问题,导致信号处理的精度下降。为此,提出了基于自回归(AR)模型预测的完备总体经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)方法对希尔伯特-黄变换加以改进:在经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)过程中加入成对的辅助白噪声,降低了由信号中随机噪声引起模态混叠问题;并利用AR模型在信号端点预测出极值点并对其进行包络线拟合,较好地抑制了端点效应。应用改进后的方法提取实际地震记录的瞬时振幅和瞬时频率并进行储层预测,预测结果与测井资料所反映的储层信息吻合度很高,证明该方法能够更为准确有效地反映储层特征。
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