新疆地区发育多套富有机质页岩, 是我国页岩油气勘探开发应重点关注的地区之一。调研发现, 新疆地区发育的34个沉积盆地中有6个盆地具备一定页岩油气资源潜力。针对新疆地区缺乏系统性页岩油气资源评价的现状, 系统梳理了新疆地区页岩油气勘探开发进展, 总结了古生界至中生界页岩油气地质特征, 采用概率体积法对新疆地区准噶尔盆地、焉耆盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、伊犁盆地和三塘湖盆地的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系开展了页岩油气选区和资源评价工作, 优选出5个页岩油远景区和23个页岩气远景区, 远景区资源潜力分别为650.19×108 t和32.13×1012 m3; 优选出6个页岩油有利区和6个页岩气有利区, 有利区资源潜力分别为70.06×108 t和2.30×1012 m3。根据计算的页岩油气资源分级评价结果和现阶段的勘探开发现状, 提出了新疆地区页岩油气下一步勘探方向, 认为准噶尔盆地和三塘湖盆地的二叠系页岩油是未来页岩油增储上产的领域, 博格达山前的二叠系页岩油伴生的页岩气以及多层系页岩气分布地区是未来页岩气勘探的重要方向。
检波点二次定位是海底地震勘探的关键步骤之一, 其定位精度直接关系到地震数据的成像质量。针对海底地震勘探作业需求, 对声学定位、超短基线(USBL)定位以及初至波定位关键算法进行了详细设计, 基于算法研制了海底地震勘探检波点定位软件, 包括整体架构设计、功能模块划分及具体开发实现, 并利用实测数据对软件定位精度进行了验证与分析。实验结果表明, 软件声学、USBL以及初至波在N、E方向上的定位结果与国外主流商业软件Gator结果相差均在1 m左右, 能够满足海底地震勘探数据成像需求。同时, 将3种定位算法对同一测线的定位结果进行了对比, 三者的结果具有良好的一致性, 进一步验证了该软件的可靠性。
地震子波的准确提取可有效提高全波形反演和偏移成像等方法的准确性, 对储层预测和油气分析具有重要意义。由于深层能量衰减和复杂地质构造, 地震子波不仅具有时变特性, 同时也具有不可忽略的空变特性。而传统时变子波提取方法仅通过单道地震记录提取时变子波, 忽略了多道地震记录之间子波的空间变化。同时, 传统时空域子波提取方法, 如经验模态分解(EMD)方法, 对测井资料等先验信息依赖程度较高, 实际应用范围受限。深度学习为时空域子波提取提供了新的思路, 针对以上问题, 提出了一种改进时空图卷积神经网络(STGCN)的时空域子波提取方法。首先, 根据目标区地震数据分布特征与非平稳性质, 建立以非平稳地震剖面为输入, 时空域子波为标签的合成训练数据, 再利用传统EMD时变子波提取方法逐道提取目标区子波, 有针对性地构建以目标区地震剖面为输入, 目标区时空域子波为标签的实际训练数据。最后, 利用两种训练数据对改进后的STGCN进行训练, 使其能够融合提取的子波时空特征, 从而实现目标区时空域子波的有效提取。合成数据和实际地震数据的处理结果表明, 该方法对于深地时空域子波的提取有效且准确, 相较于传统方法更具优越性, 具有较好的实际应用价值。
纵波(P)和横波(S)波场分解对弹性介质中的多分量地震波成像至关重要, 但是常规P-S波波场分解方法精度相对较低, 且存在成像假象的问题。为此, 构建了一种基于全卷积神经网络(FCN)的网络结构, 用于二维各向同性弹性介质地震波场的P-S波波场分解。该网络由全卷积神经网络构建, 使用合成波场快照进行训练, 训练完成的网络类似空间滤波器, 可实现高精度的P-S波波场分解。不同于基于傅里叶变换的P-S波波场分解方法, 该方法可以在波场任意空间位置处开展P-S波波场分解, 因此适用于面向目标的地震成像。合成数据的计算示例表明, 基于全卷积神经网络的纵横波波场分解方法可有效分解P波和S波波场, 且精度高于其他空间域分解方法。弹性波逆时偏移成像结果表明, 使用基于全卷积神经网络(FCN)的P-S波波场分解方法所获得的基于P波和S波的地震波成像结果, 可有效减少速度界面处的成像假象, 提高复杂地质条件下的多波成像精度。
一种简单高效的吸收边界对于提高大规模波动方程数值模拟的计算效率十分关键。基于平面波传播理论的Liao氏透射边界(Liao边界)具有编程简单、耗费内存少且计算效率高的优点, 三阶Liao边界对大角度入射波的吸收效果较好, 但存在不稳定的问题。为此, 从理论上分析了三阶Liao边界的稳定性, 并提出一种基于修改插值权重的稳定化策略, 避免了三阶Liao边界长时间模拟的不稳定问题, 同时并未显著降低其吸收效果。此外, 分别针对二阶和一阶声波方程, 详细讨论了Liao边界在中心和交错网格高阶有限差分模拟中的实现方法。三维波场数值模拟算例表明, 结合混合吸收边界思路的二阶和三阶Liao边界的吸收效果明显优于常规分裂式完美匹配层边界, 并且三阶Liao边界的吸收效果接近复频移卷积型完美匹配层边界。在计算效率方面, 当采用中心网格有限差分求解二阶声波方程时, 使用10层Liao边界所增加的计算量接近10%, 远低于常规分裂式完美匹配层边界。将其用于求解一阶声波方程, Liao边界的计算成本也明显低于使用复频移卷积型完美匹配层边界。
浅地层剖面主要用来探查海底的浅部构造和浅部资源, 但因地震数据采集时受水深和海底地质条件等的影响, 多次波极其发育, 并且多次波能量强、频带宽, 常规的自由表面多次波压制方法很难取得较好的压制效果。基于此, 将地震数据自身褶积产生的多次波模型分为低频段模型和高频段模型, 同时, 将原始数据分为低频段数据和高频段数据, 利用多个自适应相减法优化低频段模型; 而对于高频段数据和高频段模型, 将其转换到曲波域, 比较其不同尺度、不同角度的差异, 然后, 对高频段模型进行优化, 最后, 将优化后高频段模型和低频段模型相加, 得到最终优化后的多次波模型, 再将其从原始数据中直接减去, 以达到压制浅地层剖面中多次波的目的。实际资料的应用结果表明, 该技术对多阶的海底相关多次波和强界面产生的多次波的压制效果较好, 剖面的信噪比得到明显提高, 有效信号得以凸显, 有利于后期资料的应用。
层间多次波压制是目前困扰油气地震勘探的难题之一。为推动层间多次波压制方法的发展, 对层间多次波预测及自适应相减方法的研究进展进行了调研, 总结了共聚焦点技术、地表数据分离法、逆散射级数法、虚同相轴法、Marchenko自聚焦方法等备受关注的层间多次波预测方法以及自适应相减法的发展进程, 分析了上述方法的优缺点。共聚焦点技术中层相关算法相比边界算法具有更强的适应性, 但以牺牲计算成本为代价; 逆散射级数法虽然具有较高的多次波预测精度, 但是巨大的计算量限制了其推广应用; 地表数据分离法和虚同相轴法虽然具有较高的计算效率, 但是数据分离过于依赖人工操作; Marchenko自聚焦方法目前在实际应用中尚不成熟。自适应相减方法在一次波和多次波非正交情况下的局限性导致了层间多次波压制方法的诞生。在保证层间多次波压制效果的前提下提高计算效率以及实用性, 是当前层间多次波压制方法的重要发展方向。结合目前研究热点, 层间多次波压制方法与波形反演、深度学习等方法技术的结合可能是未来的发展趋势。
深水崎岖海底或含有复杂构造海域的地震资料存在严重的绕射多次波。传统的多次波衰减技术依赖于多次波模型与原始数据的相似度, 当它们之间的差异较大时, 则绕射多次波的衰减效果不佳。提出了利用人工智能深度学习中的目标检测网络检测绕射多次波区域; 然后利用字典特征学习的方法, 将多次波衰减问题转化为多次波字典特征学习与再重构问题, 从而解决了绕射多次波模型与实际数据之间存在较大差异的问题。正演数据及实际数据应用表明, 基于人工智能的残余绕射多次波衰减技术能够有效确定绕射多次波的位置并衰减残余绕射多次波, 解决了绕射多次波预测不准、衰减效果不佳的问题。
高分辨率处理是地震数据处理的核心环节之一。反褶积虽然是高分辨率处理的一种常用方法, 但未充分考虑地震记录动态范围的影响, 因此无法更好地兼顾分辨率和信噪比。为兼顾二者, 提出了一种基于地震记录动态范围及二次谱的震源子波替换高分辨率处理方法。该方法利用地震记录的二次谱反演高精度震源子波二次谱(或零相位震源子波), 在地震记录有效频带范围内利用期望的震源子波振幅谱替换反演的高精度震源子波二次谱(或零相位震源子波)的振幅谱, 从而达到提高分辨率和信噪比的目的。合成地震数据与实际三维地震数据的处理结果表明, 该方法在提高分辨率的同时可较好地提高信噪比, 可被广泛用于地震数据的高分辨率处理。
珠江口盆地L区块勘探程度相对较低, 而周缘已钻井证实文昌组发育半深—深湖相烃源岩, 此套烃源岩的发育规模是L区块资源潜力评价的关键。为了准确预测总有机碳(TOC)含量, 以研究区地化取心数据、测井数据和地震数据为基础, 利用ΔlogR法预测TOC曲线, 并建立TOC曲线与敏感弹性参数间的关系, 联合应用多属性约束的地震反演技术, 以提高少井区反演结果的可靠性, 最终将对地化参数TOC的预测转变为对弹性参数的预测。依次从点、线、面、体四方面逐步实现烃源岩的剖面预测到空间展布特征的雕刻, 并通过计算优质烃源岩的体积, 实现对烃源岩的定量刻画。该技术被称为"点-线-面-体"四步法定量预测烃源岩技术或四步法定量预测烃源岩技术。L区块的应用结果表明, 利用四步法定量预测烃源岩技术预测的TOC含量与已钻井处的TOC值吻合度高, 并且有效预测了文昌组优质烃源岩及中等烃源岩的发育规模及体积, 为L区块资源潜力评价提供了重要依据。
川西坳陷三叠系雷口坡组雷四上亚段发育潮坪相低渗致密白云岩储层, 该套储层埋藏深(5 600~5 900 m)、厚度薄(相对地震分辨率)、纵向多层叠置、横向储层厚度和物性变化快、储层与围岩波阻抗差异小, 白云岩优质储层预测难度大。研究区测井数据的岩石物理分析结果表明, 密度对该区优质储层最敏感。首先基于目的层储盖层的测井数据开展了Zoeppritz近似线性方程误差分析、AVO道集正演和全入射角道集叠前密度反演的可行性研究, 并与基于部分叠加的叠前密度反演方法即叠前同时反演方法进行了对比。在对实际叠前偏移道集优化处理的基础上, 采用适用于研究区的Zoeppritz近似线性方程, 并优选参数(包括vP/vS、道集切除参数和入射角参数)开展全入射角叠前密度反演, 得到高质量的密度数据体, 并与部分叠加的叠前密度反演得到的密度数据体进行了对比。将全入射角叠前密度反演得到的密度反射率数据应用于后续的密度高分辨率反演, 该反演结果得到了雷四上亚段两套优质储层预测结果的证实, 11口后钻井揭示的储层厚度和物性的符合率均超过85%。
近年来, 在致密油气藏的部分井上钻遇了一些前期未预测出的砂体与泥岩。如何有效识别隐蔽河道并精准钻遇砂岩成为气田增储上产急需解决的突出问题之一。谱分解技术可以从全频地震资料中剥离出反映河道地质特征的特定频段信息, 有助于河道精细识别。传统时频分析方法分频结果的分辨率低, 难以清晰刻画出河道边界及内幕, 为此首次引入LR算法同步挤压广义S变换进行陆相致密砂岩的识别。具体方法是, 先利用频谱分析结果及研究区已钻井的录井岩性资料, 明确砂泥岩地震响应特征及优势频段, 再利用所提出的LR算法同步挤压广义S变换分解出河道特征最明显的单频体进行河道刻画。数值模拟结果表明, 同步挤压算法极大地提高了广义S变换时频分辨率, 较好地区分了非平稳信号中不同频率的信号分量, 更适用于实际地震信号的时频谱分解。四川盆地东南缘涪陵区块实际地震资料应用结果表明, 所采用的谱分解方法精确刻画出了研究区“隐蔽”河道展布及复杂河道带内幕, 分频结果与相似研究区曲流河道沉积模式匹配, 证明了方法的有效性和优越性。
常规拖缆三维地震难以满足西非深水A区块复杂目标、隐蔽油气藏评价的需求, 海底节点(OBN)地震勘探已经成为精细勘探开发的主要技术手段。对比分析了研究区OBN地震与拖缆地震的采集和处理参数, 明确了OBN地震资料具有更高的信噪比、更宽的频带、更好的保幅性。对目的层段开展了5个分角度叠加资料的井震标定, 相关系数达0.84~0.91, 为开展叠前地震反演提供了良好的基础资料。针对研究区小于10 m的薄储层预测难题, 开展了扩展弹性阻抗(EEI)反演, 以孔隙度曲线作为储层预测的目标曲线进行EEI计算, 获得不同角度对应的EEI曲线, 并与孔隙度曲线进行相关性分析, 发现当旋转角度χ为29°时, EEI曲线与孔隙度曲线具有最大的负相关性, 为最优角度。建立了EEI(29°)与孔隙度的线性关系, 通过岩石物理正演以及测井解释储层孔隙度门槛值, 定量计算出目的层反演砂岩储层EEI门槛值为5 000 g·cm-3·m·s-1。对比分析了基于不同地震数据的EEI反演结果, 认为基于OBN地震数据的EEI反演在储层预测方面效果更好, 适用性更强。
目前, 基于AVAZ反演方法的方位各向异性反演大都采用Rüger两项式, 基于椭圆拟合方法的方位各向异性反演大多使用分扇区叠加振幅等属性亦或各向同性叠前弹性反演成果数据, 这两类方法都存在局限性。而Rüger三项式方程中B项(Biso+Banicos2φ)包含方位各向异性强度项Bani, 因此, 将其用于方位各向异性椭圆拟合更合理。基于全方位角度域(FAA)叠前偏移道集数据, 首先, 将FAA域道集划分为5个方位扇区, 对每一个方位扇区求解Rüger三项式方程B项属性(B1~B5), 利用5个扇区求解的B项属性成果数据开展椭圆拟合处理以确定椭圆长轴方向、长轴与短轴比值, 进而得到裂缝方向和裂缝密度。与直接求取方位各向异性强度Bani的AVAZ反演方法相比, 该方法显著减少了计算量。研究区目的层鹰山组上段裂缝预测成果被4口后钻井所证实。
针对海相超深层碳酸盐岩复杂断控缝洞型储集体, 目前常规建模方法通常将碳酸盐岩储层进行简单化、抽象化, 没有考虑深大走滑断裂对缝洞体分布的控制作用以及近地表和上覆地层对储层的影响。常规方法建立的地震地质正演模型难以满足复杂地震波场特征规律认识需求, 对碳酸盐岩缝洞储集体复杂的波场响应特征分析难以起到更精确的指导作用。为此, 针对碳酸盐岩断控缝洞储集体的复杂地震地质条件, 提出了多源信息融合复杂近地表建模、复杂火成岩建模、地质趋势约束随机缝洞体建模以及地质约束建模一体化融合等方法, 并利用这些方法建立了海相超深层碳酸盐岩地震地质综合模型。所建的综合模型更逼近真实地震地质条件, 利用综合模型可以获得更接近实际情况的缝洞储集体复杂地震波场响应特征, 从而提高对缝洞储集体复杂波场传播规律的认识, 为缝洞储集体相关地震数据的采集、处理和地震资料解释提供更准确的理论依据。
三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来, 谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中, 其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而, 常规谱元法在处理每个离散单元时, 通常赋予其单一的物理属性, 导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求, 对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性, 提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离, 实现了对单元内物理属性变化的精细描述, 同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例, 对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明, 改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下, 减少所需的自由度, 从而提高计算效率。
在油气勘探开发过程中, 渗透率是反应储层渗流能力的重要参数, 对储层评价、开发和生产至关重要。关键通路(critical path analysis, CPA)方法基于渗流和电场的相似性, 建立储层的渗透率和电导率的关系, 是一种利用电法勘探结果预测渗透率的有效方法。然而, 当非常规油气储层表现出较强的各向异性(如裂缝页岩)时, 基于标量建立的CPA方法精度下降。针对各向异性介质, 提出了一种基于等效电参数和渗透率张量的张量CPA方法。从三维真实数字岩心出发, 提取岩心样本的孔隙网络, 并通过定义连通矩阵来表征孔隙网络的连通关系和渗流信息, 最终经过矩阵运算得到临界孔隙半径张量, 进而预测渗透率。对比了张量CPA方法在各向同性介质和各向异性介质中的应用效果, 结果表明, 张量CPA方法通过引入张量形式的物理参量, 可全面表征各向异性介质的结构特征, 显著提高了各向异性介质渗透率预测准确度。
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