针对反演近地表物性参数的地震层析成像方法的发展历程开展了论述。首先,阐述了传统的联合代数重建法(SIRT)、最小二乘QR分解(LSQR)等求解方程组的方法以及最新发展的局部最优化算法(包括伴随状态法与改进的散射积分法)的模型更新方式;其次,从简单到复杂论述了层析成像方法在射线理论、有限频理论、波动理论下的发展历程;再次,从初至波到时频率依赖的初至波到时初至波波形反演方面阐述了反演精度逐步提升的技术关键;然后,介绍了目前对地下物性参数要求提升的情况下,地震层析成像方法从单参数速度到各向异性等多参数反演的最新研究动态;最后,分析了地震层析成像这种高度非线性的反演过程的模型参数化、反演策略、Hessian矩阵利用等问题。综上所述表明:地震层析成像在实际应用中仍具有不可替代的作用;通过不断挖掘数据中更多的信息,其理论方法与实现方式正在向全波形反演靠拢。
关键词：
经过常规三维地震采集和高精度三维地震采集后,我国东部产油区油气勘探正在向高密度三维地震采集方式过渡。基于前期丰富的地震和地质资料,提出了一套适用于成熟勘探区的高密度三维地震观测系统设计技术。首先将已有高密度采集数据的退化处理结果用于炮道密度的论证,以实现经济成本和勘探效果的平衡,并用于指导本地区新一轮高密度三维地震观测系统的设计;然后对面元边长、最大炮检距、接收线距等主要的观测系统参数,充分利用已有的地震、地质资料,基于目的层地震地质参数模型进行观测系统参数宏观论证;再建立目标地质模型,通过波动方程正演进行观测系统参数精细论证;最后将该技术应用于胜利油田高密度三维地震采集观测系统设计,采集结果表明地震剖面信噪比和分辨能力明显改善,断裂系统刻画清晰,成像精度大幅提高。
常规的双井微测井近地表地层品质因子调查方法为单井激发、单井接收采集方式,利用相同炮点不同检波点或相同检波点不同炮点初至波的谱比斜率计算地层品质因子,计算过程中无法同时消除炮点和检波点耦合对地层品质因子计算精度的影响。为此,提出了一种双井激发、井间近地表接收的采集方法,地层品质因子计算时选择两个左右对称的激发点和接收点,分别计算各激发点不同检波点的初至谱比斜率,将其相加得到消除炮检点耦合的谱比斜率。该方法采用S变换计算初至波的瞬时谱,根据谱比对数的斜率和地震波传播时间计算地层品质因子;利用相同炮点、不同检波点的谱比斜率消除炮点耦合的影响,采用炮检点对称互换方法消除检波点耦合的影响。实际资料应用结果表明,该方法能有效提高近地表品质因子反演的精度。
“避高就低”的检波点位置偏移原则在塔里木盆地大沙漠区提高地震资料分辨率方面取得了效果,但是在准噶尔盆地沙漠区并不完全适用。利用基于实际资料的大数据统计方法对共检波点道集有效频带的能量和信噪比变化关系进行了分析,结合不同地表地貌的湿度、压实度、地表植被发育等地表物性的抽样验证,发现沙漠地表物性空间上的差异性与检波器接收响应相关,是造成接收道之间地震反射能量、相位差异的主要因素之一,在局部范围内其影响程度要强于地表高差。为此,提出了“先避虚就实,后避高就低”的检波点位置偏移原则,并应用理论模型模拟的方法论证了不同的检波点位置偏移距离对波场均匀性的影响,分析了检波点位置偏移距离的约束范围。依据地表植被发育程度(颜色)坡度高程的检波点位置选择优先顺序,以地表面元为约束范围在准噶尔盆地沙漠区完成了一条二维宽线采集的检波点位置偏移对比试验,选点偏移的优选检波点后的道集资料和成像剖面目的层反射的高频端均有不同程度的拓宽,验证了该沙漠区检波点位置优选方法对提高有效地震信号分辨率的有效性。
相较于由图像领域发展的去噪算法,Seislet阈值去噪算法更好适用于地震数据的去噪处理,但在Seislet阈值去噪算法中,常规硬阈值函数在阈值处存在断点,软阈值函数处理得到的系数与原有系数之间存在恒定偏差,且传统阈值确定准则难以适用于Seislet域。为此,将Riemann-Liouville分数阶积分理论应用到阈值函数中,推导出分数阶阈值函数;再根据地震数据在Seislet域低尺度中有效信号分量远多于高尺度中有效信号分量的特点,提出了一种适用于Seislet域的尺度加权阈值;最后将分数阶阈值函数、尺度加权阈值和Seislet稀疏变换相结合,得到Seislet域分数阶阈值去噪算法。人工合成含噪地震记录和实际地震资料测试结果表明:常规硬阈值和软阈值去噪算法虽然能够在一定程度上压制噪声,但压制效果并不明显,且容易损伤与噪声差异较小的有效信号;分数阶阈值去噪算法较好地克服了硬阈值和软阈值去噪算法的缺点,能够有效压制地震资料中的随机噪声,减少了有效信号的损失,提高了地震资料的信噪比。
应用深度学习方法压制地震噪声的训练集和测试集均来自同一数据集,使得模型的泛化性受限。为解决泛化性问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的残差U型网络(RUnet)压制随机噪声的方法。方法的设计思想是在基于卷积神经网络的U型网络(Unet)基础上加入残差块,以增强网络对随机噪声的捕获能力。该方法建立在端到端的编码解码网络结构上,将含噪声地震数据作为输入,由多个卷积层和残差块提取随机噪声的本质特征,构成编码;再由多个反卷积层和残差块构成解码,网络的输出即为噪声压制后的地震数据。在残差块之后加入批规范化层,采用带泄露整流函数作为非线性因子,提高网络模型对地震资料随机噪声的泛化性和敏感性。在叠后和叠前地震数据实验中将RUnet卷积神经网络方法与小波变换、离散余弦变换、三维块匹配(BM3D)算法和Unet卷积神经网络算法进行去噪效果对比,结果表明,RUnet卷积神经网络方法相比其它4种方法,对随机噪声的压制更有效,并且在一定程度上保护了有效信号。
水力压裂引起的地下岩石破裂通常发生在以压裂井为中心约200m的水平范围内,利用地震干涉法恢复微地震地面监测资料的反射波,会导致虚源一侧恢复的反射波位于互相关正延迟中,而虚源另一侧恢复的反射波位于互相关负延迟中。如果仅根据互相关正延迟函数生成虚源地震道,则会导致互相延迟中的反射波信息丢失。为此,提出了将互相关正、负延迟函数相加的求和方法以及虚源及其接收点位置与压裂井位置关系的相对位置方法,这两种方法均可将丢失的反射波重新利用,且覆盖次数翻番,进而显著提高偏移成像质量。将上述方法分别应用于数值模型和四川某工区采集的微地震地面监测资料,应用结果表明:虚源道集的叠加剖面质量显著改善,与同位置的三维地震资料时间偏移剖面相吻合,且浅层反射波成像同相轴连续性好,证明了上述方法的有效性。
弹性波逆时偏移能够充分利用地震记录数据,更接近于波传播规律,得到的多分量偏移成像结果能提供更准确、丰富的地下地质信息,但由于偏移过程中正反传波场各种分量混杂,基于逆时偏移框架直接采用常规互相关成像条件会造成偏移结果中干扰噪声较多。为此,提出了用一阶速度应力弹性波方程能量范数成像条件逆时偏移方法压制成像噪声。分析了能量范数成像条件噪声压制原理。数值求解时,方程其它变量求解过程不变,引入中间应变分量,构造应变时间偏导项,应变分量与其它分量同步更新,实现能量范数成像条件偏移。多个模型数据测试结果验证了该方法压制背向散射噪声的有效性。复杂模型试算结果表明:本文方法对比垂直、水平分量互相关成像条件偏移低频噪声得到压制,对比纵横波波场分离偏移则无需考虑转换波极性反转问题。
时频分析是地震数据处理和解释过程中重要的数学工具,其精度和分辨率决定了后续处理和解释成果的质量。提出了一种结合贝叶斯学习方法(sparse bayesian learning,SBL)和魏格纳威利分布(wigner-ville distribution,WVD)的两步高分辨率时频分析方法。第一步基于构建的雷克子波库和贝叶斯学习方法将地震数据分解为子波的线性组合;第二步通过求取子波的魏格纳威利分布获得地震数据的时频分布。其中,贝叶斯最大后验概率和第二型最大似然概率通过迭代求解。贝叶斯学习方法可以用最少数量的、具有不同主频和相位的雷克子波重构地震数据,并同时有效压制随机噪声。求取、分解子波的魏格纳威利分布可有效避免交叉项干扰,分辨率高。模拟数据和实际数据实验结果均验证了方法的正确性和有效性。与常规基于Gabor变换和匹配追踪算法的时频分析方法相比,该方法具有更高的精度和分辨率,有利于后续处理和解释研究。
针对塔河油田外围地区深层碳酸盐岩缝洞型储层埋深大、油气响应模式复杂、强地震反射界面屏蔽、储层预测与油气识别难度大的问题,在测井资料解释的基础上,构建了适用于研究区深层缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型。结合测井、岩石物理、地震资料,基于典型非均质数值模型,利用非均质介质弹性波数值模拟,分析了单一界面、薄层、不同宽度缝洞体、厚溶洞体等4种模型的AVO特征以及强阻抗差界面波对AVO的影响。结果表明:缝洞体AVO特征与薄层或单一界面变化趋势相同,振幅大小不同;压制强振幅干扰后,高含气储层AVO特征呈现正高截距(P)、负高梯度(G)特征,含油储层次之。井旁实际地震道集与油气生产情况综合分析表明:在研究区以高过成熟油和凝析油气为主的油气类型条件下,P×G属性与单井初期产量具有较好的对应性。研究结果为该地区深层奥陶系碳酸盐岩储层流体识别提供了参考依据。
致密砂岩储层不同于常规砂泥岩储层,具有低孔、低渗等特征,其地震弹性参数和储层物性参数的关系复杂,储层的岩石物理确定性建模和反演难度大。为了有效预测致密砂岩储层的物性参数,基于岩石物理敏感性参数分析结果,采用核贝叶斯判别法,构建了孔隙度、孔隙尺度和渗透率预测技术流程。首先考虑孔隙尺度对渗透率的影响,提出了等效孔隙尺度求取方法;进而展开岩石物理敏感性参数分析,得到对储层物性敏感的弹性参数;最后利用核贝叶斯判别法求取储层物性参数。所构建的致密砂岩储层孔隙度、等效孔隙尺度和渗透率预测技术流程,保证了渗透率预测的准确性。测井和地震资料试验结果表明预测的孔隙度和渗透率均与测井数据匹配良好,该方法能够有效识别砂岩储层并刻画其孔渗特征,对油气田的勘探开发具有重要的指导意义。
利用Ruger反射系数近似公式进行地震方位各向异性椭圆拟合,研究裂缝密度与走向,在实际应用时因为待拟合点中存在奇异点,且椭圆拟合存在90°旋转问题,因而计算的方位角无法准确指示椭圆的长短轴方向。为此,将HTI模型纵波反射系数近似公式展开成傅里叶级数形式,利用最小二乘拟合提取傅里叶级数系数,从而提高各向异性参数估计和裂缝预测的准确性。针对不同方位角范围的数据,利用二倍角公式将纵波反射系数傅里叶级数展开式进一步展开,避免拟合提取傅里叶级数系数时因为同一个cosnφ项对应两个各向异性反射系数而导致拟合结果出错。将该方法应用于HTI介质模型和实际地震资料,结果表明:对于HTI介质模型,展开后提取的拟合傅里叶级数系数与理论公式计算结果一致;对于实际地震资料,展开后提取傅里叶级数系数与工区裂缝发育及井资料指示的结果吻合,效果优于椭圆拟合结果和未展开时的傅里叶级数系数拟合结果。
火山岩岩性复杂,不同岩性的矿物种类差异大,因此火山岩储层的矿物含量计算难度大。最优化测井解释方法是一种有效的储层参数计算手段,其中的关键在于建立准确的测井解释体积模型以及选取合适的最优化方法。根据火山岩主要矿物特征建立火山岩体积解释模型,将石英、长石、铁镁矿物作为骨架矿物,凝灰质作为填充物,并首次引入蛙跳算法(SFLA)计算火山岩储层参数。鉴于SFLA在寻优后期搜索速度变慢,精度不高的缺陷,以及复合形方法(CM)具有极强的局部搜索能力,但优化结果受初始点的影响较大,易陷入局部极值的特点,提出了一种将蛙跳算法的进化思想与复合形方法极强的搜索能力相结合的复合蛙跳算法(CFLA)。首先按照种群中顶点的目标函数值大小进行排序、分组,然后在每个子种群中利用复合形方法进行局部进化,最后将所有子种群中的顶点进行混合以保证全局信息的交流。该方法应用于实际资料处理的结果表明,相较于蛙跳算法,复合蛙跳算法的计算精度明显改善,它同时克服了蛙跳算法在寻优后期搜索速度变慢的缺陷,计算效率提高约1倍。
中江气田沙溪庙组气藏砂岩储层具有岩性多样、储层致密、孔隙结构复杂、非均质性强的地质特征,这使得饱和度、渗透率等参数预测精度低,测井评价易产生偏差,因此需要改进储层参数解释模型,为此类储层的地质建模提供可靠的参数。首先分析了岩性、物性、电性、含气性以及孔隙结构特征关系;然后提出了以流动单元为基础的渗透率计算模型,并根据流动单元指数将中江气田沙溪庙组气藏砂岩储层划分为3个流动单元,在不同单元内建立不同的渗透率计算模型;最后分析Archie公式中胶结指数(m)、饱和度指数值(n)与泥质含量、孔隙结构指数的关系,并在此基础上利用可变m,n计算含水饱和度模型;最终形成了一套适合研究区致密砂岩储层测井评价的方法。所建立的测井解释模型使得渗透率和含水饱和度等参数的计算精度更高,并在生产应用中取得了良好的效果。
含岩屑砂岩矿物成分复杂多样,多种矿物成分改变了测井曲线信号响应规律,使得流体识别困难。为此,作为宏微尺度的桥梁,从两方面对此类砂岩的测井评价技术进行了研究:一是流体定性判别研究,建立岩石薄片刻度测井曲线方法,研究“甜点”的测井响应特征,形成“甜点”测井敏感信号的提取与放大技术;二是储层定量评价研究,探索多矿物储层的孔隙度混合骨架值的确定,建立基于电阻率的变m值饱和度计算方法,以期实现复杂矿物储层饱和度的精确计算和含岩屑砂岩储层的精确评价。将上述研究结果应用于大牛地气田上古生界地层,结果表明,计算的孔隙度、饱和度与岩心实验分析结果一致,解释结果经试油验证准确可靠,为此类储层的系统测井评价提供了分析依据。
西非深水A区块三维地震勘探经历了20年的发展。随着复杂目标与油气田评价工作的不断深入,常规三维地震勘探已无法满足精细研究的要求。对比分析了研究区高密度三维与常规三维地震的采集参数、频谱信息、成像剖面,明确了高密度三维地震勘探的优势。采用地震方差属性技术、地震相识别技术、平点技术以及甜点单元多因素分析技术,对复杂断裂、沉积相带、储层流体界面以及甜点单元进行了识别与预测。对比高密度三维和常规三维地震资料解释结果可知,高密度三维地震资料成像剖面上断点及断面更加清晰,对小规模断层的识别和对平面交切关系的解释更为精确、合理;横向连续性更好,在识别沉积体内部反射特征及边界刻画方面优势明显;具有更高的纵向和横向分辨率,提高了流体界面的识别能力。研究表明,高密度三维地震勘探在深水复杂构造精细评价中具有很好的适用性。
苏公网安备 32011502010797号
PDF全文
摘要
HTML
在线办公
作者投稿查稿