地震波成像的目的首先是定位反射界面或散射点的空间位置,描述地下地质体的几何结构;然后是估计地下介质的物性参数,主要是与速度和密度相关的参数;最终是与岩石物理结合描述含油气储层。以地震波传播的散射场表达以及逆散射成像为切入点,首先给出散射波的表达形式,讨论了逆散射成像的本质与逆散射成像所需要的叠前地震观测数据及对应的观测方式;然后给出一般的线性化最小二乘叠前深度偏移(Least-squares Prestack Depth Migration,LS_PSDM)基本理论框架,只要能给出用Green函数计算的波传播算子,就可以实现线性化的LS_PSDM;接着讨论了当前广受关注的最小二乘逆时深度偏移(Least-squares Reverse Time Migration,LS_RTM)方法,给出了最小二乘偏移成像的迭代实现方法和保反射界面结构的总变差正则化方法以及数值结果;最后分析了基于反射波估计反射系数的成像方法和基于散射波估计散射强度的成像方法的差异,指出针对勘探地震介质特征和波场特征的成像方法是最具实用性的方法,逆散射成像应该在此基础上进行。基于散射波的成像方法能否满足储层描述的要求,有待进一步研究工作的检验。
TTI介质射线追踪决定了TTI介质建模、成像的效率和精度。在程函方程法射线追踪的基础上,提出了基于相速度的TTI介质射线追踪新策略,该策略以Hamilton公式为基础推导出相速度法射线追踪系统,再代入群速度和出射角将其转换为TTI介质射线追踪微分方程,利用龙哥库塔解微分方程得到每一步延拓的坐标和出射角。相速度法射线追踪在保证精度和稳定性的前提下,提高了计算效率,所得出的参数可用于后期层析迭代反演等。模型试算结果表明基于相速度的TTI介质射线追踪方法有效且实用。
岩石物理建模是求取横波速度的重要手段之一,针对勘探开发过程中缺少横波速度资料的情况,研发了一种基于等效自相容近似(SCA)模型的碎屑岩地区横波速度计算方法。首先基于孔隙分类理论计算碎屑岩中含束缚水的无效孔隙大小;然后将无效孔隙作为岩石基质成分进行建模;再利用有效孔隙建立岩石骨架并进行流体饱和计算;最后在实测纵波速度约束下,通过调整岩石基质各组分大小迭代计算横波速度。试验结果证明,该方法预测四川盆地碎屑岩地区横波速度的精度较高,有一定的推广意义。
从束缚水、自由水的介电特性差异出发,测量相同几何尺寸岩样的电容值反映其介电特性,研究了一种新的岩石孔隙水分布状态分析方法并定量确定束缚水饱和度。采用岩石质量-电性参数自动测量系统实现岩石不同质量和不同频率下电容数据的连续采样。扫频测量的实验结果表明,100×103 Hz是一个比较理想的测量频率,该频率下水的分布状态对岩石电容-含水饱和度曲线的形态影响较大,岩石电容-含水饱和度曲线呈N形分布。将N形曲线上、下拐点作为吸附水、束缚水含量分界线来得到岩石吸附水和束缚水的饱和度。实验结果表明,采用介电实验研究岩石孔隙水分布状态的方法可行,并证明了岩石吸附水、微毛细管水和自由水具有不同的介电特性,且受测量频率和含水饱和度的影响。
考虑到裂缝介质的双重孔隙特征,将Thomsen等效孔隙裂缝模型与线性滑动模型进行等价对比,得出Thomsen裂缝模型的广义各向异性参数并将其引入到HTI介质的纵波、转换横波弹性阻抗公式中,最终得到对应Thomsen裂缝介质的弹性阻抗公式,建立裂缝参数、岩性参数以及物性参数与弹性阻抗的直接函数关系,对弹性阻抗归一化后进行数值模拟。模拟结果表明,裂缝型油气藏弹性阻抗对裂缝填充物性质极其敏感,且在不同流体饱和条件下对基岩的横纵波速度平方比、基质孔隙度的响应程度差异显著。在此基础上,将各向同性介质流体因子定义延伸,建立适用于各向异性介质的广义流体因子。数值模拟和实际数据处理结果表明,优选的因子能够更好地识别等效孔隙裂缝介质中的流体。
开展了基于小波分频技术的地层Q值补偿方法研究。首先应用小波分频技术将浅层、中深层和深层地震数据分成不同的频率段,得到不同目标层频率区间的地震数据,然后利用地层Q值提取技术提取Q值,最后分别进行地层Q值振幅补偿和相位补偿。该方法针对不同的目标层将地震资料分成不同的频率段,避免了不同频率成分地震信号的相互影响,同时特殊对待目标层的频率信息,提高了地层Q值提取的稳定性。模型试算和实际资料应用表明,该方法能够有效补偿不同目的层地震数据,使浅、中、深层反射波形基本一致,主频提高,频带展宽,从而提高了地震数据的质量。
近地表对地震波的吸收效应非常强,前人用了很多吸收补偿的方法来减小其影响,虽然取得了一些不错的补偿效果,但将适用于深层成岩地层的补偿公式应用于近地表存在着补偿量分布不合理、运算参数难以优选等技术问题,未达到理想的近地表吸收补偿目的。在研究地震波吸收补偿技术的基础上,分析了常用的补偿方法存在的问题,在补偿因子的计算公式中引入一个修正系数,给出了一种适合近地表强吸收的由增益门限和频率上限双因素控制的补偿方法,解决了以往近地表吸收补偿存在的问题,获得了表层低降速带吸收补偿较为合理的地震剖面。该方法可广泛应用于地震资料的近地表强吸收补偿处理。
油气藏勘探开发中,含煤储层地震响应信息被煤层强反射遮掩,提高地震分辨率处理是含煤薄储层预测的有效方法之一。针对含煤薄储层提出并采用地质约束非线性反演煤层衰减方法削弱煤层地震响应,凸显储层反射信息。在此基础上利用空间正则化的井控多道反褶积方法保持地震反射信息的空间连续性,有效提高地震资料的分辨率。该技术组合在鄂尔多斯盆地D气田资料解释性处理中取得了明显的应用效果,气田开发井钻井结果证明其能够有效解决含煤薄储层预测问题。
根据地震记录中面波和反射波形态结构的差异性,将基于离散曲波变换字典和二维局部离散余弦变换字典(2D-LDCT)组合的形态成分分析法应用于地震数据的面波压制。首先选取离散曲波变换字典来稀疏表示面波分量,选取二维局部离散余弦变换字典来稀疏表示反射波分量,然后建立地震记录在两种字典下的面波分离模型,最后通过块协调松弛算法求解该模型来分离出两种分量,实现对面波的有效压制。合成地震记录及实际地震记录试验处理结果表明,该方法在有效压制强面波干扰的同时,能够较好地保护反射波信号。
基于空间周期排列的球状斑块饱和模型(White模型)和动态体积模量理论,研究了含气饱和度和渗透率对固结良好、中等固结和未固结砂岩储层地震响应特征的影响,结果表明:①当含气饱和度增大时,地震纵波相速度的衰减会更加明显,在地震频段内可达数百m/s,而渗透率增大对其造成的影响则相对较小;②高频情况下,含气饱和度越高,逆品质因子越高,地震波衰减越强;③低频情况下,含气饱和度越高,逆品质因子越低,地震波衰减越弱。利用相移法波动方程正演对三类砂岩储层地震响应特征进行了数值模拟,结果显示:①增大含气饱和度可使储层下界面反射产生时间延迟,且在未固结和中等固结的砂岩储层中十分明显,地震波主频逐渐向低频方向移动;②在含气饱和度较高的状态下,介质中流体的流动性增强,导致渗透率对地震波速度的衰减能力增强。
北部湾盆地多期构造演化及沉积沉降中心迁移,使得不同凹陷存在沉积差异,由于缺乏钻井资料,海中凹陷地层结构研究及盆地主要烃源岩层流沙港组二段(流二段)预测均十分困难。依托三维地震资料联片处理,基于层位标定及初步建立的构造框架模型,运用地震相类比、地震属性和测井约束反演等技术,由定性类比到定量分析,对北部湾盆地涠西南凹陷及海中凹陷沉积地层进行了地震识别研究。研究认为海中凹陷与涠西南凹陷流沙港组二段、流沙港组三段(流三段)地震相、均方根振幅及波阻抗等属性的变化具有对应层段高度相似的特点,据此类比建立海中凹陷地层建造,查明该凹陷流二段、流三段地层分布特征。结果表明,海中凹陷与涠西南凹陷古近系地层特征相似,流沙港组具相同沉积演化过程,海中凹陷流三段为水动力条件较强的砂泥岩互层沉积,流二段与涠西南凹陷完全一样,发育相对稳定的湖相泥岩相沉积,即存在良好的烃源岩条件。此认识与HZ2井钻井结果吻合,表明该凹陷具有良好的油气前景,为下一步油气勘探提供了科学依据。
时间域和频率域地震反演分别在不同域中考虑地震响应与模型合成地震记录的匹配程度进而搜索数据空间对应的最优模型参数。从贝叶斯估计理论出发,综合考虑时间域和频率域地震反演在地层分辨率和抗噪性方面特有的性质,联合贝叶斯稀疏反演框架、时间域反演理论及频率域反演方法,提出了基于贝叶斯框架的时频联合域地震反演方法,改善了频率域反演对噪声非常敏感的问题。模型测试表明,时频联合域稀疏反演在地震资料信噪比高的情况下保持了频率域反演分辨率高的优良特性,同时在信噪比低的情况下延续了时间域反演抗噪能力强的优势,有效地提高了地震资料分辨率和压制随机噪声之间的平衡。理论模型测试和实际资料试处理结果验证了该方法的稳定性和可靠性。
常规的地震反演方法通常假设噪声信号服从高斯分布，以此构建出的目标函数在特定地区反演效果好，但其普适性较小。假设地震噪声信号和岩石物理模型误差服从高斯分布且带有加性脉冲噪声，引入Hampel三截尾函数构造能够同时压制高斯噪声和脉冲噪声的反演目标函数，利用牛顿法求解目标函数得到储层弹性和物性参数反演的迭代公式，并通过阈值的选择适应噪声分布不同的地区。该算法利用Hampel三截尾函数构建加权矩阵,能在一定程度上自适应调节地震数据、岩石物理约束和先验信息之间的权重，消除地震和岩石物理噪声的统计性误差造成的反演不稳定性，最终得到稳定的储层弹性和物性参数反演结果。通过理论模型测试和实际资料应用显示了算法的稳定性和可靠性。
常规基追踪反演方法仅仅依赖于地震数据,分辨率依然不足,可能导致反演结果与实际工区情况不符。为此,在基追踪反演算法中引入地质模型约束,构建先验模型约束目标函数,将其转化为约束最优化问题,然后利用对偶对数障碍规划算法进行求解,有效解决了基追踪反演结果分辨率较低的问题。二维模型数据测试结果表明,与常规基追踪反演方法相比,改进的基追踪反演方法分辨率更高,在实际资料应用中取得了较好的效果。
顺南地区碳酸盐岩储层类型多、埋深大,储层规模、空间分布及发育程度复杂,区内钻井少,地震资料信噪比相对较低,储层识别与评价难度大。针对研究难点,首先,基于研究区内钻井、测井、地震和地质资料,进行了岩石物理参数特征分析,建立了符合地下实际情况的地震地质模型,通过正演模拟研究了碳酸盐岩储层的地震波场特征,建立了不同类型储层的地震识别模式;其次,开展不同类型储层的地震敏感参数分析,明确了不同尺度储层的预测方法以及小断层、裂缝的识别方法;最后,综合储层、断层及裂缝、油气等预测结果开展含油气储层发育区评价,优选有利区带及勘探目标。结果证明,采用上述思路对顺南地区碳酸盐岩储层进行识别与评价是有效的。
当前储层流体识别主要依靠地震资料振幅异常和弹性参数差异,实际应用中,往往存在地震振幅对油气层的反映不明显,弹性参数对油气层的区分性不强等问题,存在很强的多解性。针对该问题,根据斑块饱和模型分析对油气层敏感频率进行筛选,再利用已钻井钻遇的油气层信息进行控制,将速度频散属性和能量衰减属性进行融合获得油气敏感因子,提出了速度频散和能量衰减井控属性融合油气检测方法。渤海A油田的实际资料应用结果证明了本文方法能够有效检测储层含油气情况。
针对碳酸盐岩复杂储层流体识别困难的问题,提出了构建声-电测井联合流体识别因子的方法。利用阵列声波等测井资料计算弹性力学参数,构建流体指示系数以表征各弹性力学参数对流体的敏感性,优选敏感弹性参数构建流体识别因子。基于Gassmann理论和阿尔奇公式,证明在气、水两相均质介质中,传统流体识别因子(F)与电阻率参数(R0/Rt)对气、水相对含量的指示具有一致性,以此为依据构建了新的流体识别因子。对比几种流体识别因子的流体指示系数,显示新的流体识别因子的流体指示系数最大,流体识别能力最强。依据新的流体识别因子和纵横波速度比交会图版确定了区域流体识别标准,将其应用于川东北地区碳酸盐岩储层的流体识别,解释结果与试采结论吻合较好。该流体识别因子为碳酸盐岩储层流体识别提供了有益参考。
正确识别地层界面并准确计算地层产状对于油气勘探非常重要。针对国内测井领域地层界面识别及产状求取方法存在的分辨率低、精度低及速度慢等问题,提出一种基于电成像测井图像识别求取地层产状的新方法:应用曲线斜率拟合法提取地层界面对应的正弦曲线,以提高地层产状计算的速度;采用双窗口检测、交互移动技术以及优选控制准则来提高地层产状计算的精度;通过设计不同步长、窗长组合分别检测地层宏观构造面与微观沉积层理面。理论地层模型与实测资料应用结果表明,该方法求取的地层产状较好地反映了地层实际情况。
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