随着中国海洋油气勘探程度的提高, 近海浅层规模构造油气藏发现越来越少, 深水、深层等复杂油气藏成为重点勘探方向和领域。针对深水、深层面临的油藏地质问题, 开展了一系列勘探实践, 形成了潜山宽照明三维地震勘探技术、深层古近系岩性圈闭高精度地震勘探技术、富含煤地层下薄储层高分辨率地震勘探技术和深水宽频地震勘探技术等创新成果, 并在渤海深层潜山、南海深水和东海深层低孔渗等领域取得一系列勘探突破。但是, 深水、深层勘探仍然面临构造复杂、裂缝发育和各向异性特征强等问题, 造成地震波场复杂、信噪比低, 成像质量差和岩石物理关系不清等难题, 需要在采集装备、采集方式、关键处理方法、基于复杂介质理论的勘探技术和重、磁、震一体化勘探等方面开展进一步的攻关研究。
全球气候变暖成为人类生存和可持续发展面临的重大挑战, 碳中和与绿色低碳化发展成为世界各国的普遍共识与共同行动。将无法减排的二氧化碳等温室气体捕集应用和封存, 是绿色低碳化发展道路上实现零碳甚至负碳目标必不可少的技术途径、关键托底技术和最后手段, 也是化石能源清洁化利用的重要配套技术, 是构建兼具韧性与弹性能源系统的关键技术。二氧化碳地质封存具有规模化应用的巨大潜力和较好的商业化应用前景, 并已有较长时间的技术探索和示范应用基础。地球物理技术在二氧化碳地质封存工程中具有独特且不可或缺的作用, 其作用主要表现在3个方面: ①二氧化碳地质封存空间的选择和评价; ②封存有效性监测与评价; ③封存安全性监测与评价。二氧化碳地质封存的地球物理监测以时延地球物理方法为主, 即通过地球物理重复观测实现对二氧化碳封存过程的动态监测。地球物理方法以地震方法为主, 包括三维地震、井间地震、井中地震、微地震等, 其它还有卫星遥感、时延电磁、时延重力和测井等方法。相对油气勘探来说, 二氧化碳地质封存中的地球物理监测技术应用存在一些特殊要求, 包括永久性(或长期重复性和连续性)、动态性和低成本, 尚面临着一系列技术性与经济性问题与挑战。二氧化碳地质封存地球物理监测技术体系尚不成熟, 有待进一步完善和优化, 以期在监测系统的有效性、高效性、经济性等方面实现良好的综合平衡和优化。多种地球物理监测技术的联合应用、DAS与节点地震仪永久部署、被动源微地震监测、自动化处理与智能化分析是未来重要发展方向。
测井数据中存在大量与岩性无关的冗余信息, 且各类岩性标签数据分布不均匀, 严重影响岩性识别准确率, 现有测井岩性识别算法无法有效解决岩性类间不平衡问题。为此提出了一种针对不平衡样本集的集成学习岩性预测方法KSMOSEL: 首先以录井岩性数据为岩性样本标签, 将测井曲线作为模型输入; 然后将K-means算法与合成少数类过采样技术(SMOTE)相结合形成K-means-合成过采样算法, 即KS采样算法, 对岩性样本集进行平衡化处理; 最后将采样后的数据集用于构建集成学习模型并训练, 采用多个分类器模型融合构成强学习器, 通过“软投票”方式预测岩性类型。以Hugoton油气田测井岩性数据为基础, 采用改进不平衡样本集的集成学习岩性预测方法对岩性进行分类, 并将识别效果与传统的分类模型: 支持向量机、K最近邻分类、决策树、XGBoost和随机森林等模型进行对比。试验结果表明: KSMOSEL方法具有更高的精度, 岩性识别准确率达到94.28%;KS采样之后, 支持向量机、K最近邻分类、决策树、XGBoost、随机森林、GBDT和集成学习等模型岩性识别准确率分别提高了18.68%, 12.03%, 3.77%, 10.23%, 24.77%, 16.69%, 19.37%, 在测井岩性数据分布比例不平衡时极大地提升了岩性识别的准确率。
横波速度信息对油气勘探而言至关重要, 但实际测井资料中常常缺失横波速度资料。横波速度与测井参数之间存在非线性相关性, 二者关系复杂难以用解析解表征。为此, 提出了一种基于注意力机制和双向长短时记忆网络的横波速度预测方法(AT-BLSTM)。该方法首先利用注意力机制为测井参数分配权重, 自动聚焦对横波速度预测贡献大的测井参数, 然后利用双向长短时记忆网络以及横波速度曲线纵向上的时序特征, 挖掘各种测井参数与横波速度之间的相关关系, 获得各种测井参数与横波速度之间的学习模型, 再输入优选测井参数, 最终可直接获得横波速度的预测结果。将上述方法应用于挪威北海Volve油田和我国西南某工区的实际测井资料进行横波速度预测, 并将预测结果与常规双向长短时记忆网络、门控循环神经网络以及基于经验公式的传统方法的预测结果进行对比。结果表明, 利用基于注意力机制和双向长短时记忆网络的横波速度预测方法得到的测井参数权重分配合理, 横波速度预测结果与实测横波速度误差较小、相关系数较高, 有效提高了横波速度预测精度, 预测结果具有良好的稳定性。
成像测井解释中裂缝解释是油气田开发地质研究的重要内容之一, 然而裂缝分割一直以来是成像测井解释的难点之一。为此, 提出一种新的融合了注意力机制的测井图像裂缝分割方法。首先, 在UNet分割网络结构的启发下, 构造一种基于跳跃连接的卷积神经网络模型, 提升了编码和解码部分的信息交换和信息融合, 以提取裂缝丰富的结构信息。然后, 为了对裂缝进行准确分割, 在网络解码部分中的连接层后面加入了注意力机制模块, 提升了网络捕捉裂缝全局信息的能力。最后, 利用最小生成树算法修复了存在断点的裂缝, 有利于更好地统计裂缝信息, 实现后续的裂缝定量分析。相较现有的图像裂缝分割方法, 该方法的分割结果无论在主观视觉上还是客观指标评价上都是最优的。实验结果表明, 所提出的方法能够准确地提取出测井图像的裂缝信息, 为后续裂缝参数的定量计算及测井资料解释奠定了良好基础, 具有较好的实用性。
目前我国油气勘探开发的主要目标在逐步转向碳酸盐岩油气资源和页岩油气资源, 而碳酸盐岩储层以缝洞型为主, 对野外露头地层剖面的裂缝提取能够为缝洞型储层研究提供直观、形象的结果。最常见的传统露头裂缝研究是耗时耗力的人工解译, 为此提出基于深度学习的露头地层剖面裂缝智能化提取技术: 在Mask R-CNN算法的基础上结合在线增广策略和注意力机制实现裂缝的自动化提取。为了证明Mask R-CNN改进算法对错误标签的容错能力, 设计了含有不同程度错误标签的训练集对比实验, 结果表明, 当错误标签占比达到30%时模型精度下降较大；接着通过消融实验定量分析不同的改进算法对精度的提高程度；然后以人工提取结果为参照, 与大津法(OTSU)、区域生长算法、UNet算法、DeepLabv3+算法等进行精度对比评价, 结果表明, 改进的Mask R-CNN裂缝识别方法提取的裂缝线性特征更准确完整, 且正确率在97%以上, 高于其它对比算法, 验证了该方法的有效性；最后将改进的Mask R-CNN裂缝识别方法应用于四川盆地西南部峨边先锋地区野外露头地层剖面的裂缝提取, 并对裂缝长度、密度、倾向和间距参数进行统计分析, 定量分析裂缝分布特征, 验证了该方法的可行性。本研究为加快石油勘探综合研究和目标精细评价, 储层预测和露头地层剖面参数表征的自动化发展提供了依据。
由于分数阶粘弹波动方程存在变分数阶拉普拉斯算子, 其数值求解需要对不同品质因子的空间任意点均进行全域的正反傅里叶变换, 因而计算量巨大, 难以满足实际生产需求。通过引入最小二乘理论, 构建变分数阶空间-波数混合域算子与波数域算子间的逼近关系, 将空间-波数混合域变分数阶算子分解为波数域常分数阶算子与空间域算子的形式, 有效避免直接求取空间-波数混合域算子时计算量大的问题, 从而构建变分数阶粘弹波动方程的常分数阶求解形式, 实现变分数阶粘弹波动方程快速求解。数值模拟计算结果表明, 在品质因子非均值的情况下, 该方法的计算精度优于平均品质因子模拟方法, 计算量小于分块模拟方法, 且提速比随着地下品质因子复杂度的提高而更加明显, 在保证精度的前提下可大幅提高粘弹波场模拟效率, 有利于后续相应高效粘弹成像算法的开发。
初至波走时层析成像是准确获取复杂近地表表层速度结构的有效方法。对西部复杂山前带而言, 近地表速度建模精度低, 严重影响后续中深层速度建模和偏移成像质量。因此, 研究一种高效、可适应复杂近地表条件的初至波走时层析算法非常重要。提出了一种基于Tikhonov正则化方法多信息约束的初至波走时层析反演的优化策略, 通过多模板快速推进算法(MSFM)解程函方程计算网格单元走时, 用迭代反演方法线性化计算非线性逆问题, 避免大规模Frechet矩阵的求取和存储, 提升了计算效率; 根据微测井信息建立初始速度模型, 利用视慢度等先验信息对层析反演目标函数进行约束, 采用Tikhonov正则化来解决最小化数据差和模型平滑度的反问题, 降低了目标方程的病态性, 从而提高反演精度。起伏地表模型和西部实际资料应用结果表明, 该方法通过对初至走时和走时-偏移距曲线联合拟合有效适应复杂地表条件, 解决了三维地震资料初至波走时层析成像出现的“高速异常体”问题, 提高了反演的稳定性和计算精度。
在地震勘探中, 随着炮道密度的快速提升和大块三维的不断部署, 海量的炮工作量对井炮“交替式”激发效率提出了严峻挑战, 同时震源技术是提高井炮激发施工效率的有效方法, 但存在混叠数据分离的难题。为了解决该难题, 对混叠地震数据进行稀疏变换, 分析稀疏域中有效信号与混叠噪声在连续性方面的特征差异, 以此为基础, 开展基于广义同步压缩曲波变换和最小二乘匹配滤波的井炮同时激发混叠地震数据的分离方法研究。广义曲波变换消除常规曲波变换产生的拖尾效应, 为混叠地震数据提供了精细的多方向和多尺度分解, 同步压缩方法用于精准地重新分配各向异性局部波矢量的能量, 广义同步曲波变换以更佳的分辨率和更高的保真度分离有效信号和邻炮干扰噪声, 以最小二乘匹配滤波为正则项约束, 保证在滤除噪声的同时保护有效信号。数值模拟和实际地震单炮模拟混叠数据分离测试结果表明, 与矢量中值滤波方法相比, 该方法能够更好地分离混叠地震数据, 能较好地保护有效信号。利用缩短井炮激发时间间隔的高效激发方式在SH三维工区进行了混叠高效采集试验, 混叠数据分离后的成像效果与常规逐炮激发资料的成像效果相当, 验证了井炮同时激发混叠数据分离技术的可行性。研究结果表明, 井炮同时震源能够大幅度提高野外放炮效率, 缩短野外地震激发时间间隔, 经过室内数据分离处理, 得到与常规井炮逐炮激发同等质量的地震数据。
地震叠前道集处理的优劣一方面决定了叠后处理结果的好坏, 另一方面影响地震AVO解释结果的正确与否, 因此叠前道集的优化处理具有重要的意义。受子波拉伸、拉伸调谐效应、薄层调谐效应等因素的影响, 叠前道集记录包含了除地层反射信息以外的无用的干涉信息, 单一子波字典不能对其进行很好的稀疏表示, 而过完备子波字典能够对地震信号进行多特征稀疏表示。针对共反射点(CRP)叠前道集, 研究了基于稀疏重建策略的道集优化方法。首先, 建立了地震记录子波投影下的稀疏反射系数估计的约束优化目标函数和基于最小二乘的无约束优化目标函数, 为了保障解的稳定性, 引入了正则化策略和震荡平滑策略。其次, 在雷克子波字典库基础上, 考虑主频、吸收衰减、时移及相位变化等因素, 建立多特征表示的复杂过完备字典库, 地震记录通过过完备子波字典投影后, 反射系数、子波的拉伸效应、调谐效应等能够较好地进行稀疏表示, 进而提取更准确的反射系数。综合以上两方面的研究, 形成了过完备字典库表示下的正则化正交匹配追踪算法。理论模型和实际资料的处理结果表明, 处理后的地震叠前道集在噪声压制、拉伸校正及提高分辨率等方面都有一定程度的改善与优化。
逆时偏移成像过程中压制低波数噪声后的叠加剖面仍存在较强能量的低波数噪声, 其掩盖了有效反射信号对地质目标细节的精细刻画, 因此, 相对保幅地恢复有效反射信号是实现逆时偏移技术实际应用的重要保障。为此, 将热力学领域中三维扩散滤波方法引入到深度域逆时偏移低波数噪声压制中, 并对含低波数噪声的三维逆时偏移成像数据体进行体迭代处理。通过优化迭代次数和扩散系数2个关键参数, 实现了低波数噪声和有效反射信号的相对保幅分离, 同时采用局部化数据体输入和临时输出存储的优化策略, 突破了计算节点内存限制, 构建了一种高效的、相对保幅的低波数噪声衰减技术。理论模型和实际地震数据应用结果均表明, 该技术处理结果的保真保幅性明显优于国际上常用的拉普拉斯算子去噪方法, 且对噪声的敏感性弱, 可以在深度域数据体上有效恢复掩盖在低波数噪声能量之下的有效反射信号, 实现复杂地质目标的地震精细刻画, 且其处理效率能够满足实际生产周期的需求, 这可为同类深度域含低波数噪声成像资料的地震精细刻画提供方法和技术参考。
四川盆地南部龙马溪组页岩气资源潜力大, 但页岩地层裂缝发育, 对页岩气的保存条件具有较大影响, 在页岩气工程开发过程中容易造成井间压窜, 给页岩气的勘探和开发带来困难。针对LZ区块FJ向斜构造进行地震物理模拟研究, 依据目标工区地质模式、地震解释结果及裂缝发育特征设计地震物理模型, 在目标地层中设计具有不同参数的裂缝带, 进行地震物理模型制作和数据采集, 开展裂缝带的地震波场响应特征分析, 并对物理模型的地震数据进行处理和反演, 开展裂缝预测研究。叠前地震反演结果表明, 经过优选叠前裂缝预测方法, 可利用阻抗因子F和AVO梯度等敏感参数预测裂缝密度, 利用纵波阻抗、λρ和AVO截距等敏感参数预测裂缝倾角。利用地震物理模型技术分析裂缝参数对应的地震响应特征, 可检验不同裂缝预测方法的有效性, 为目标工区的页岩地层裂缝预测和综合解释提供依据。
四川盆地开江—梁平海槽南侧二叠系长兴组生物礁发育, 生物礁有利相带窄且横向变化快, 单体礁、点状礁较多, 礁体不易准确刻画, 导致钻井一次钻遇生物礁成功率低, 因而需要提高生物礁的地震预测精度, 实现效益开发。以“双高”处理后的高保真、高分辨率三维地震资料为基础, 建立不同储层厚度及速度的生物礁储层正演模型, 结合实钻井情况明确生物礁地震响应的基本特征, 即生物礁具有上覆和下伏标志层“上凸下凹”的地震响应特征; 利用古地貌恢复技术划分生物礁有利相带, 采用基于短时傅里叶变换的谱分解分析技术刻画礁群内幕及单礁体, 并采用三维立体雕刻技术对生物礁体进行空间刻画, 明确了礁群之间及礁群内单礁体的边界。结果表明, 利用这套生物礁预测方法精细刻画了生物礁, 刻画结果客观可靠。该预测方法还适用于海槽两侧大部分地区的生物礁预测, 具有一定的推广应用前景。
四川盆地东北部须家河组发育致密砂岩气藏, “断缝体”概念的提出有效提升了该类型气藏的勘探开发效果, 但对“断缝体”的主控因素以及三维空间形态尚缺乏清晰认识, 制约了该技术的进一步推广与应用。利用马路背-通江地区高精度OVT地震资料, 联合地质-地球物理多学科协同的配套预测技术方法, 遵循“断缝体”气藏地质特征及高产稳产主控因素, 开展了断褶变形强度带量化评价、缝孔储层预测、通源断裂体系评价等相关研究。并以此3个要素为基础, 联合构建了断缝结构、缝孔储层以及通源断层三元一体化立体模型, 探索形成了一套“断缝体”立体雕刻技术方法。该技术精细雕刻了“断缝体”各单元空间形态与内部结构, 并清晰直观表达了各成藏要素的多维配置关系, 为须家河组“断缝体”气藏进一步精细化勘探开发提供了技术支撑, 同时也为其它类似地区“断缝体”油气藏的刻画识别提供了参考。
匹配追踪时频谱分解技术具有较高的时频分辨率。近年来, 基于匹配追踪方法的储层含油气性检测技术得到广泛应用, 但传统的匹配追踪技术因计算效率低和时频原子分解精度不够等因素影响了流体识别的效果。为此, 研究了一种三参数动态扫描的快速匹配追踪方法。该方法以Morlet小波为时频原子, 引入三瞬属性作为初始值, 从而缩小参数扫描范围, 只对尺度、相位和频率进行局部扫描, 在瞬时相位的局部单调区间内直接获得最佳时移参数, 减少搜索参数的同时提高了分解的稳定性。单道地震信号试验表明, 该方法能够有效提高匹配追踪的计算效率和分解精度。该方法应用于CD油田沙一段储层油气检测的结果表明, 利用该方法提取的吸收衰减属性可以有效地区分油气层与水层和干层, 预测的油气区展布符合沙一段储集体发育规律和油气成藏规律。
东营凹陷北带西段花岗岩风化壳各层结构在地震上呈现出不同反射特征, 风化壳地震相地质成因及对应储层物性和含油性特征尚不明确。针对上述问题, 采用地质和地震相结合的思路, 研究了花岗岩风化壳地震相类型和分布特征, 分析了地震相地质成因, 建立了风化壳顶部地震相分布模式, 并明确了各类地震相对应储层的含油性和勘探意义。结果表明: ①花岗岩风化壳地震相划分为低频连续强振幅相、中频低连续中振幅相和弱振幅-空白相3种类型, 低频连续强振幅相分布在邻近构造高部位缓坡上, 中频低连续中振幅相分布在构造中低部位, 弱振幅-空白相广泛分布; ②低频连续强振幅相对应高度风化的残积层, 中频低连续中振幅相对应演化程度中等的溶蚀层, 弱振幅-空白相对应风化程度较低的崩解层; 风化壳各层结构处于不同的演化阶段, 经历的风化程度不同, 岩石结构存在差异, 从而在地震上呈现出不同反射特征; ③不同类型地震相对应的储层物性、保存条件和含油性存在差异, 指示的油气勘探意义也有所不同。研究成果为研究区花岗岩风化壳有效储层的识别和进一步的储层勘探指明了方向。
计算视电阻率是瞬变电磁数据处理与解释工作的主要内容之一。通常由均匀或层状模型计算得到的视电阻率不足以详细表征地下介质分布, 具有较强的体积效应和多解性且计算量大。基于此, 针对全期视电阻率的优化问题, 研究了半球壳层校正方法, 实现了快速计算弱多解性的视电阻率, 校正结果显示电性分界面更加明显。为实现数据快速处理并得到视电阻率唯一解, 首先分析了感应电动势和电阻率之间的单调关系, 对比地质情况从而选取感应电动势的单调区间, 然后重新构造核函数以适用于二分法, 最后计算连续且完整采样时间的视电阻率。为减弱视电阻率的体积效应, 建立由均匀半球壳层组成的视电阻率校正模型且介质层数与时道数量一致, 然后基于扩散深度表达式推导出视电阻率校正公式, 用以校正全期视电阻率最优化算法计算的视电阻率。理论模型和实测数据的处理结果均表明, 全期视电阻率最优化算法相对于晚期视电阻率计算方法, 能够将有效时道拓展至全时间段, 从而可以更加有效地识别浅层介质的垂向分布规律, 而且半球壳层校正方法能够有效约束低阻介质体积效应对深度的影响, 提高视电阻率的垂向分辨率。
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