全波形反演研究现状及发展趋势

全波形反演技术是当前勘探地球物理领域的研究热点之一。新一轮的全波形反演研究触及了波场模拟、梯度估计、数据预处理、目标泛函的选择等诸多深层次的内容,逐渐将全波形反演对实际观测系统、地震数据等要求的局限性以及其具备的潜力揭示出来。通过对全波形反演理论和技术研究进展及应用现状的全面调研,介绍了全波形反演算法研究从时间域到频率域、再到混合域和拉普拉斯域的发展进程;阐明了全波形反演技术已实现海上地震资料应用但对陆上地震资料还没有真正成功实例的应用现状;着重分析了陆上资料全波形反演应用的瓶颈主要在于观测系统的限制、低频数据的缺失、数据预处理面临的挑战以及近地表条件和激发-接收的影响等;指出了发展分步骤、分尺度的反演方法和反演策略以及多种手段的有效联合是实现陆上资料全波形反演的有效途径。

中国石化物探技术新进展及发展方向思考

物探技术作为油气勘探不可或缺的重要手段,为中国油气储量和产量增长提供了技术保障。经过数十年的发展,中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)物探技术形成了具有自身特色的地震资料采集、处理和解释技术系列。“十三五”以来,在高密度地震勘探、可控震源高效采集、深层—超深层碳酸盐岩储层成像与描述、致密碎屑岩“甜点”识别、非常规一体化和软硬件研发等技术方面取得了重要进展,有力支撑了中国石化重点领域油气勘探开发。围绕当前中国石化主要勘探开发领域,详细分析东部断陷盆地碎屑岩、深层—超深层碳酸盐岩、中西部致密碎屑岩、非常规、火成岩、山前带、海域七大领域面临的地质问题,明确了具有针对性的物探技术需求,结合国内外物探行业技术发展趋势,提出了未来中国石化在支撑当前技术攻关、引领未来技术研发、“卡脖子”软件装备开发3个方面的发展方向,以推动中国石化物探技术的快速发展,对促进中国物探行业高质量发展具有重要意义。

TTI各向异性地震成像技术及其在页岩气勘探中的应用

我国南方页岩气地层厚度小于地震波长,陡倾角地层发育,具有较强的TTI各向异性特征,利用各向同性方法处理地震资料的结果信噪比和分辨率较低,且存在严重的井震深度误差。同时,TTI建模方法技术尚不成熟,成像方法实用化程度不高。针对上述问题,从准确的各向异性程函方程出发,推导了非双曲时距曲线方程,结合局部层析方法,充分利用测井数据,建立空间分布合理、数值较为准确的各向异性参数初始模型,采用加入综合正则化的等效参数联合层析反演方法进一步提高参数模型的精度,增加模型的中高波数信息。采用梯度法各向异性波场外推求解算法和双平台异构并行策略,实现CPU/GPU混合的TTI逆时偏移成像(TTI-RTM),有效降低了TTI-RTM成像处理的数据存储量和运算量,提高了TTI-RTM成像结果的有效性和实用性。将该方法应用于南方某页岩气探区实际地震资料处理,建立了符合地质规律、细节丰富的精细TTI各向异性参数模型,改善了TTI-RTM成像剖面的质量和精度,降低了井震深度误差,为后续储层精细描述和水平井开发提供了可靠的成果数据。

灰岩裸露区地震激发机理研究

地震激发因素选择是影响地震资料品质的一个重要环节。地震激发机理研究表明,灰岩裸露区炸药激发的地震波能量很弱,已经成为制约灰岩地震勘探的瓶颈。为此,本文从研究灰岩区地震激发机理着手,分析了爆炸激发地震的主要因素,并相应地开展了数值模拟、现场试验及物理模拟,得出了一些结论:改善灰岩等坚硬地层的激发条件,应增加爆炸冲量及对灰岩的作用时间;选择合理的几何耦合系数,增加低爆速的药量,在炮孔中充填介质且保证在井孔封闭良好时进行激发。

井间资料约束下地震波阻抗反演方法研究

采用多井约束的随机逆反演方法,结合井间地震反射成像与测井资料,首先对反射成像后的井间地震数据进行测井约束的波阻抗反演,进而从反演剖面中抽取一定量的反演道作为虚拟井数据,结合测井数据对地面地震数据进行井地联合反演。理论数据和实际数据的试算表明,井地联合反演可以为地面地震测井约束反演提供更多的约束条件,从而提高了地面地震反演的精度。

逆时偏移技术发展现状与趋势

逆时偏移比单程波波动方程偏移和克希霍夫积分偏移更适于复杂构造成像。基于双程波波动方程进行波场逆时外推,并应用成像条件提取成像值,可以得到逆时偏移数据体。实例分析表明,逆时偏移对盐体侧翼及盐下构造的成像效果要优于单程波波动方程偏移。然而,由于采用有限差分算法以及需要保存大量的震源波场数据,因而逆时偏移的计算成本很高,使其无法适应大数据量的地震数据处理;而由互相关成像条件引入的低频噪声也是困扰逆时偏移实用化的一个问题。在总结和分析逆时偏移技术的进展以及国外地球物理公司关于逆时偏移技术发展策略的基础上,结合研究现状,阐明了逆时偏移未来的发展趋势和研究重点。分析认为,进一步提高逆时偏移的计算效率仍然是未来几年逆时偏移技术发展的重要方向,弹性波逆时偏移和各向异性逆时偏移将会越来越受到重视。

纵波方位各向异性及其在裂缝检测中的应用

裂缝型储层具有良好的油气储集性能,地球物理通常利用多波多分量技术来检测裂缝的方向和密度,但该技术的应用受到诸多因素的限制,因此,人们开始探索利用三维纵波资料进行裂缝预测的方法,但方位各向异性介质中P波反射系数的精确解很复杂。为此,首先通过物理模拟实验,证实垂直裂缝存在方位各向异性特征 (AVA);然后在AVA特征分析基础上,提出了基于二维多方位预测的精确解法和基于三维多方位预测的最小二乘法。利用基于三维多方位预测的最小二乘法,对塔河油田某区块的碳酸盐岩裂缝储层进行了预测,结果表明,预测的裂缝方向和密度与实际情况相符合。

山前带地震成像技术需求与勘探策略分析

山前带地震勘探困难的根源在于复杂地表条件。由于复杂地表导致采集数据信噪比低和道间时差变化剧烈是制约山前带探区地震成像和进一步油气预测的主要原因。目前,针对山前带地震勘探的正确的地震数据采集和成像处理理念的缺乏,以及针对山前带地震数据特点的处理流程和相应的成像处理软件系统的不成熟是山前带油气地震勘探无法取得有效突破的现实原因。从山前带存在的地震地质问题入手,分析了山前带地震勘探数据采集和成像处理的特殊之处,提出山前带地震勘探的数据采集应该基于Fresnel半波带同相叠加的基本观点。在完整采集到地下任何一个绕射点(或反射点)产生的到达地表的波前面的基础上,尽可能关注高覆盖次数和低频信号(譬如小于6Hz的信号)。成像处理应该在一个贴近地表的较光滑的基准面上,把表层和中深层统一的深度域层速度估计和模型建立作为山前带成像处理的核心,把Beam波积分法叠前深度偏移作为主要的成像技术手段。在正确理念指导下的野外地震数据采集和针对山前带地震数据特点的成像处理流程的软件工程化是目前山前带地震勘探的当务之急。

复杂地表复杂地下地区地震成像技术研究

针对我国南方复杂地表和复杂地下地区的地震勘探难点,开展了偏移成像技术研究。首先对偏移算法进行了论述,推导出叠前时间偏移中的旅行时计算方法和加权因子计算方法,提出了非对称旅行时计算思想,使起伏地表直接 Kirchhoff叠前时间偏移技术能够适应速度的较强横向变化;然后讨论了全速度模型建立技术(浅中深层速度融合技术),给出了起伏地表条件下综合建立速度模型的实现流程;最后给出了起伏地表叠前深度偏移的 Fourier 有限差分延拓算子,实现了起伏地表的叠前深度偏移。利用合成地震数据和实际数据验证了方法的有效性和实用性。

最小二乘偏移研究现状及发展趋势

地震勘探的核心目标是尽可能定量地、精确地描述油气藏,地震波成像由定位反射(散射)点位置发展到当前的估计(角度)反射系数是地震勘探的核心需求。一般地,逆时偏移是复杂介质成像最精确的方法,最小二乘偏移成像是估计(角度)反射系数的理想选择。最小二乘偏移成像基于线性反演理论框架,理论上能够消除采集照明不佳的影响、均衡成像振幅以及提高成像分辨率。然而,该理论优势并没有被转化成预期的实用效果,最小二乘偏移技术的生产应用仍然处于试验探索阶段,不能大规模推广应用。在对国内外最小二乘偏移成像技术进行全面调研的基础上,介绍了该技术的方法原理,指明了该技术的理论优势,分析了数据域迭代反演算法和成像域非迭代反演算法两种最小二乘偏移成像技术的特点,认为最小二乘偏移成像技术至今尚未规模化应用于生产的原因在于:(1)背景速度的精度不能满足线性反演成像问题的假设条件;(2)Born近似正演算子不能很好地模拟实际观测数据中的一次反(散)射波;(3)噪声不满足高斯假设条件;(4)子波未知增加了模拟数据的误差;(5)计算量大等。最后指出,合理的数据匹配技巧、合适的正则化技术及近似计算Hessian逆矩阵是未来最小二乘偏移技术应用研究的方向,长期看应该将最小二乘偏移成像融入到全波形反演(FWI)中。

碳酸盐岩溶洞模型地震成像分辨率研究

碳酸盐岩缝洞储层具有埋藏深、非均质性强等特点,地震成像精度较低。为了研究碳酸盐岩缝洞储层地震成像分辨率的影响因素,设计了两个溶洞数学模型。采用不同的空间采样间隔和子波主频进行了数值模拟,利用iCluster软件对不同的地震数据进行了叠前深度偏移成像处理。基于成像结果,分析了与溶洞成像纵、横向分辨率有关的影响因素。分析结果表明,溶洞成像纵向分辨率与激发主频关系密切,与空间采样间隔无关;溶洞成像横向分辨率与空间采样间隔和激发主频有关。小的空间采样间隔有利于提高溶洞的成像精度,但减小空间采样间隔并不能无限提高溶洞成像的横向分辨率。

地震勘探技术新进展

近几年来 ,地震勘探技术得到了很大的发展。超万道地震仪的投入使用 ,以及优化采集设计技术的发展 ,有效地提高了采集效率和资料质量 ;叠前深度偏移技术使复杂构造的成像更为清晰 ;3D可视化技术和虚拟现实技术大大提高了地震解释的能力、精度和速度 ;地震属性技术的发展把地震解释向定量化解释推进了一步 ;井中地震技术、多波多分量地震技术以及时延地震技术的发展 ,有力地增强了油气静态描述和动态监测的能力 ;

油气地球物理技术发展新动向

针对复杂新区和老油区挖潜,从3个方面阐述了以地震勘探为主的油气地球物理技术的发展现状和趋势。在复杂地表及复杂地质条件下的地震成像方面,非线性层析静校正和炮域地震资料处理流程能够较好地完成复杂地表及复杂地质条件下地震资料静校正,基于共反射点道集的偏移速度分析能够获得复杂地区较为准确的速度模型,而各向异性叠前深度偏移能更好地实现对复杂地质体的偏移成像。在油藏综合地球物理技术方面,以高密度单点数字地震技术、多波多分量地震技术以及时移地震技术为代表的油藏综合地球物理技术能为油气田开发提供必要的技术支撑,尤其是高密度单点数字地震技术,给地球物理界带来了新的发展机遇,成为地震勘探技术未来发展的重要方向。在地震储层预测方面,应用叠前弹性波阻抗反演和地震资料的曲率属性能进一步提高复杂地质条件下的地震储层预测的成功率。

山前带地震勘探策略与成像处理方法

山前带地震资料信噪比低和道间时差剧变是引起此类地区成像困难的主要原因。本文从宏观速度估计的角度,分析了山前带勘探中野外数据采集、资料低信噪比和道间时差剧变等因素与后续成像处理的关系,认为速度建模是山前带成像处理的关键问题,山前带地震数据采集要以有利于近地表浅层速度建模和中深层宏观速度估计为目标。为此,本文提出了一套以宏观速度建模为核心的成像处理流程。在该流程中首先利用基于叠前深度偏移(PSDM)的扫描速度分析方法得到初始宏观速度场;再利用非水平地表射线束PSDM技术高效生成深度域成像道集;最后进行角度道集层析速度估计,为射线束PSDM提供更精细速度模型。压噪和消除道间时差是该流程的两个关键环节。本文强调尽可能用同相叠加方法压制噪声,通过选取合适成像基准面以消除或减弱高波数道间时差对叠前成像的影响;中低波数道间时差由后续速度分析及成像消除,将静校正问题置于速度建模过程中加以解决。理论模型和实际资料成像结果验证了本文思路的正确性及方法的有效性。

叠前逆时深度偏移成像的实现与应用

介绍了高阶有限差分求解双程波动方程和完全匹配层吸收边界条件的基本理论原理。根据逆时偏移实用化所面临的技术瓶颈,提出了GPU/CPU异构协同并行方案和震源波场重构存储策略,有效解决了逆时偏移对海量计算和存储的需求。从逆时偏移成像噪声的产生机理出发,根据噪声的传播方向一致特性、大角度特性和低频特性,采用组合压噪流程,建立针对复杂构造成像的实用化叠前逆时深度偏移技术,最大程度地压制偏移噪声、保留有效信号。理论模型测试和实际资料处理表明,该技术能够有效解决复杂地质条件下的地震成像问题,尤其是对盐丘边界和盐下等特殊构造的刻画均有显著效果。

山前带地震数据成像处理流程探讨

山前带地震勘探中地震数据成像处理的特殊性来自于复杂的地表条件,它导致了地震数据的低信噪比和剧变的道间时差。地表高程剧烈变化以及地表横向变速使得常规的基于CMP道集叠加的均方根速度分析过程不再有效。到目前为止,还没有一个得到较广泛认可的、有效的成像处理流程来解决实际的山前带地震数据成像问题。在分析山前带地震波传播和常规处理方法局限性的基础上,提出了一个新的成像处理流程,关键环节包括:①选择尽可能接近地表的、比较光滑的基准面作为消除高频道间时差的标准,此基准面也是后续叠前深度成像和速度建模的起始深度面;②以Kirchhoff积分法叠前深度偏移算子为引擎的Monta Carlo方法初始背景速度反演;③以Beam波积分法叠前深度偏移算子为引擎,进行基于成像点道集的剩余速度分析和基于角度道集的层析速度反演。另外,去噪或提高信噪比主要依赖于基于Fresnel半波带的同相叠加方法;静校正主要靠浅层层析速度建模和中深层层析速度建模的联合来统一解决,不再强调表层静校正处理。初步的数值试验验证了上述流程的有效性。

利用波形分解技术识别塔中北坡强反射界面之下的储层响应

由于塔中北坡中奥陶统致密碳酸盐岩与上奥陶统碎屑岩存在较大的波阻抗差异,以致在地震剖面上形成"两谷夹一峰"的连续强反射界面T74,它屏蔽了下伏地层尤其是一间房组内幕缝洞型储层的地震响应,难以识别及预测一间房组内幕缝洞型储层。为此,依据塔中北坡实际地层结构,并考虑了一间房组的储层发育特征建立了储层模型,采用非均质介质波动方程并基于交错网格有限差分格式进行数值模拟;在此基础上应用多子波分解的波形分解技术,开展去除强反射界面影响的技术研究。结果表明:在T74之下的一间房组中、下部缝洞型储层表现为"一谷一峰"地震响应特征;单一分量地震数据体不能反映一间房组中、下部缝洞型储层的地震响应特征,第2~第5分量叠加地震数据体有效地去除了T74的影响,使掩盖在T74之下的一间房组中、下部缝洞型储层的"一谷一峰"地震响应被突显,且与井震标定结果吻合较好。

基于随机缝洞介质理论模拟塔中北坡储层的地震响应

由于碳酸盐岩缝洞型储层自身的特点,岩石物理性质呈跳跃性变化,储集体形态变化也较剧烈,现有的随机介质模型并不适合对缝洞型储层的描述,且随机介质的非均匀尺度往往局限于水平方向和垂直方向,无法对地下任意方向的非均质特征进行描述。为此,在混合型自相关函数的基础上,通过引入方向因子给出了一种新的矢量自相关函数表达式,使产生的随机介质具有一定的方向性,在此基础上采用阈值截取法,通过给定缝洞发育的长、短半轴及局部发育密度构造具有不同统计特征的缝洞介质模型,实现了对不同尺度、发育密度、发育角度及不同充填速度的复杂缝洞的有效描述。结合塔中北坡实际钻井资料及测井解释成果,建立了符合该区实际地层结构的随机缝洞介质模型,利用非均匀介质条件下波动方程数值模拟,研究了不同参数情况下一间房组顶部储层的运动学及动力学特征。正演模拟结果表明,缝洞型储层发育尺度越大、发育密度越高及缝洞内充填速度越小,则对应T74界面波峰的反射能量越弱、低频特征越明显,从而为一间房组顶部缝洞型储层波场特征识别及储层预测提供了依据。在此基础上优选出对一间房组顶部缝洞型储层参数变化敏感的属性(均方根振幅及瞬时频率),大大提高了在界面强反射干扰下缝洞型储层预测的准确性。

各向异性克希霍夫叠前深度偏移

随着地震勘探精度的提高,各向异性对于常规克希霍夫叠前深度偏移效果的影响已不容忽视。研究了利用P波非双曲旅行时求取各向异性参数的方法,当道集的排列长度远大于勘探目的层深度时,P波走时资料包含的信息可以用来确定VTI介质的各向异性参数。利用VTI介质的CMP道集,研究了二步法提取η参数的方法,即先利用短排列地震数据求取均方根动校正速度,再利用长排列数据和水平速度扫描法得到水平速度,通过转换得到各向异性η参数;采用基于声学近似的VTI介质程函方程,通过各向异性射线追踪计算旅行时。模型及实际资料处理结果表明,利用上述方法提取各向异性参数,进行VTI介质各向异性克希霍夫叠前深度偏移,使成像精度和质量得到了明显提高。

地面微地震资料弱信号提取方法研究

针对地面微地震有效信号特点和资料采集方式,结合微地震信号高阶累积量统计特征分析,考虑到有效信号和噪声在时空方向的不同分布特征,研究了时间和空间两个方向地面微地震信号的四阶累积量估计方法;考虑到贝叶斯估计方法对于弱信号估计的优势,研究了基于贝叶斯框架的四阶累积量的自适应算法,把信号四阶累积量的联合概率密度函数作为原信号的概率密度函数进行最大后验概率估计,建立了地面微地震资料四阶累积量贝叶斯估计方法;提取弱信号的同时不可避免会提取到弱的无用相关信号,使得弱有效信号不易识别,根据区域相关噪声在时间方向具有区域均匀分布而有效信号具有局部分布的特点,提出进一步采用自适应减法剔除贝叶斯估计结果中的这种区域性相关噪声。通过系列方法的分析研究,形成了地面微地震有效信号的有效提取方法。利用该方法对实际资料进行处理,取得了较好的效果。