基于尾波干涉的储层时移特性监测方法研究（英文）

尾波是持续时间比主要波型长得多的多重散射波,它包含了直达波之外的部分有用信号。在油气田的开采过程中,由储层物性参数的微小变化而导致的储层速度的微小变化对初至的影响很小,无法通过初至变化直接观测,但是因为尾波为多重散射波,故储层速度的微小变化会在尾波的传播过程中被放大,因此利用尾波可以观测到这种变化。本文通过实验与数值模拟研究了尾波干涉方法在储层微小时移差异监测方面的有效性。合成地震数据是基于部分MarmousiⅡ模型采用有限差分波动方程正演方法计算获得,为了模拟时移地震中的储层波速变化,在模型中选取波速发生微小变化的目标区,计算速度扰动前后的合成地震数据,进而观测尾波变化。研究表明利用尾波干涉可检测储层物性的微小变化,为时移地震信号监测提供新的方法和手段,从而提高时移监测的准确度,也为开发生产工作提供可靠的指导。     

页岩压裂过程的连续时域电磁法动态监测试验（英文）

页岩气开发水压过程中监测裂缝的空间展布对页岩气稳产高产并指导压裂至关重要。常规的时移地震、井间地震及微震监测不但成本高,监测效果显示周期长,且不能直观展示压裂液的平面和空间形态的动态变化。本试验研究首先对压裂液及压裂液充填的岩样进行了电性测试与分析,发现其具有极低阻与高极化特征,表明可控源电磁法进行页岩压裂过程的动态监测有着良好的电性基础。其次,基于试验区井震资料建立的地电模型,通过改变储层电性进行正演模拟,研究了电场分量的变化规律,提出了瞬变电磁法动态监测的归一化残差电阻率成像方法。最后,以时移电磁长偏移距瞬变电磁阵列法为手段,在我国南方涪陵页岩开发区水平压裂井上进行了连续时域电磁法动态监测试验。通过参研单位高度协同,采取了大功率与数百道阵列观测方式,获取了埋深在2800米处三个压裂段上方地面224个物理点近9个小时的电场时间序列数据。处理结果表明,该方法能有效观测到压裂液引起的电场信号变化。通过残差处理与电阻率成像,获取了储层改造过程的动态图像,结合地震、测井与水平井位的标定,解释了压裂液平面和空间展布,其结果对页岩气有效压裂与安全开采有重要指导意义,展示出连续时域电磁法在页岩气开发的压裂监测中有着广阔的应用前景。     

海洋直流电阻率法各向异性正演模拟研究（英文）

受沉积环境影响,海底地层层理发育,各向异性介质更接近于真实海洋地质条件。对海洋各向异性研究可更好认识海底构造特征,有效地进行海底资源勘查。本文从各向异性麦克斯韦电磁方程出发,根据电磁场的无源特征引入标量位函数;利用电场和磁场的连续性分别向海底深部和海水中延拓,并将延拓后的电磁位函数在海底耦合到发射源上,从而实现海底电场和磁场的递推求解。我们首先探索如何利用海洋电阻率法识别和求解海底电各向异性特征。研究发现海底各向异性可从视电阻率测深曲线和海底视电阻率极性图进行求解。进而,我们通过海底各向异性地层中高阻体(油气藏)模型进行正演模拟,发现海洋电法视电阻率在浅水区对地下高阻薄层有明显的异常反应。相比海洋可控源电磁法,海洋直流电法不受空气波影响,在浅海区油气资源勘查有着较好的优势,而前人大多基于各向同性模型进行研究,本文实现一维海洋直流电阻率法各向异性正演模拟,算法计算精度高,能很好的为二维、三维正演模拟提供理论参考。     

复电阻率法二维数据空间反演并行算法研究（英文）

传统的复电阻率法二维正演是基于泊松方程完成的,而实际的频谱激电数据包括激电效应和电磁效应双重作用的影响,特别是频率较高时电磁效应甚至大于激电效应,因此只考虑激电效应的做法会降低反演结果的可靠性。本文的研究从麦克斯韦方程出发,引入Cole-Cole模型,同时考虑了激电效应和电磁效应,采用有限单元法实现了复电阻率法二维数值模拟。反演采用二维数据空间OCCAM方法,通过施加不同的模型光滑约束和参数界限约束,利用多排列电场数据同时反演Cole-Cole模型四个参数,既提高了反演的稳定性又降低了反演的多解性。为了提高计算效率,我们选用MPI实现了频谱激电二维正反演并行算法。通过理论模型的试算,对比串行程序和并行程序的计算结果和效率,验证了并行算法的稳定性、可靠性和高效性。     

基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演（英文）

随钻电磁波测井传统电阻率反演方法受反演目标函数约束方式影响,随钻电磁波测井幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线径向及纵向探测特性存在明显差异,从而影响了随钻电磁波测井数据实际应用效果。本文提出了一种基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演方法,该方法通过在随钻电磁波测井电阻率反演目标函数中引入一个自适应加权表达式平衡了相位差和幅度比数据的相对贡献,并引入粒子群算法来消除反演精度及收敛性对反演初始值的依赖性。基于多组理论地层模型的随钻电磁波测井电阻率反演结果,详细讨论了文中自适应约束反演电阻率曲线与传统幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线探测特性的差异。反演结果表明,文中自适应电阻率曲线兼顾了传统幅度比电阻率曲线径向探测深度及相位差电阻率曲线纵向分辨率两方面的优势,在应用于划分纵向薄层及评价径向侵入特征时明显优于单一的幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线,可为随钻电磁波测井电阻率反演新方法研究提供理论参考。     

基于剪枝贝叶斯神经网络的电阻率成像非线性反演（英文）

针对传统神经网络在电阻率成像反演中存在的过拟合和易陷入局部极值等问题,提出了一种基于剪枝贝叶斯神经网络(PBNN)的非线性反演算法和一种基于K-medoids聚类的样本设计方法。在基于K-medoids聚类的样本设计方法中,利用观测数据的聚类结果提供先验信息构造神经网络的训练样本,从而有针对性地指导神经网络的训练过程;剪枝贝叶斯神经网络是在贝叶斯正则化的基础上,通过评估各隐节点对反演结果的影响来自适应确定神经网络的隐层结构,根据小样本条件下训练样本的先验分布特征,选择了基于广义平均的超参数αk来引导剪枝过程。通过与地球物理领域内其它常用的自适应正则化方法相比较,验证了本文算法的有效性。理论数据和实测数据反演的结果表明:该方法能够较好地抑制神经网络训练过程中噪声的影响,提高网络的泛化能力,其反演结果优于BPNN反演、RBFNN反演和RRBFNN反演以及传统的最小二乘反演。     

稀疏时频分解方法的研究与运用（英文）

Gabor变换和S变换是常用的时频分析工具。根据测不准原理,它们的时频分解结果无法在时间域和频率域同时具有很高的分辨率。为了提高非平稳信号时频分解结果的分辨率,本文提出瞬时频率分布函数（IFDF）并利用它表达非平稳信号。当非平稳信号时频成分的分布满足测不准原理对信号可分辨的要求时,瞬时频率分布函数的支集和短时Fourier变换的小波脊支集是同一个集合。利用IFDF的该特征,本文提出一种迭代算法（Sparse-STFT）实现了信号的稀疏时频分解。该算法在每次迭代过程中利用残留信号的短时Fourier变换结果的脊支集更新信号的时频成分,每次迭代得到的时频成分的叠加结果即为最终的稀疏时频分解结果。文中的数值实验证明了Sparse-STFT可以有效地提高非平稳信号时频分解结果的分辨率。最后,本文将该方法应用于地震数据面波的压制中,取得了理想的处理结果。     

直流电阻率法三维正演的聚集代数多重网格算法研究（英文）

为加快直流电阻率法三维正演模拟的计算速度,本文引入一种新型的代数多重网格算法一聚集代数多重网格算法(AGMG)。首先从直流电阻率法满足的电位二次场微分方程出发,采用七点有限差分格式进行离散,结合混合边界条件形成大型稀疏求解线性方程组;然后详细给出AGMG法聚集粗化的成对聚集算法及技术流程,并采用V循环AGMG预处理共轭梯度(CG)算法(AGMG-CG)求解线性方程组,最终实现直流电阻率三维正演模拟。通过典型地电模型数值模拟研究,并与成熟的直流电阻率三维正演模拟程序(3DDCXH)结果及解析结果对比验证了本文给出算法可行性和准确性。另外通过对不同剖分网格和不同模型的数值模拟,并与传统迭代算法(ILU-BCGSTAB、ILU-GCR、SSOR-CG)对比表明,AGMG-CG算法不论从迭代次数还是迭代时间上都有显著优势,同时具有近乎线性快速下降、迭代次数随网格大小增加而缓慢增加等优点。因此,本文算法具有收敛精度高、收敛快、迭代稳定等优点,为提高直流电阻率法三维正演模拟的计算效率提供了可能。     

含黄铁矿泥质砂岩电阻率频散规律实验研究与校正方法（英文）

含黄铁矿泥质岩石的频散特性使得地层的电阻率测井响应值在高频电阻率测井中会出现失真现象,导致储层的饱和度计算存在较大的难度。为了更好的消除岩石中黄铁矿和泥质的电阻率频散影响,同时弥补天然岩心中各种物质成分、含量,以及分布形式等因素无法人工控制的不足,本文设计并在高温高压下制作了12块含分散状黄铁矿颗粒和粘土颗粒的人造固结岩样,分析岩样在多种电流频率条件下,不同地层水矿化度以及饱和度的岩电实验数据,得出频率对含黄铁矿泥质砂岩导电规律的影响:分散状黄铁矿和粘土颗粒都具有频散特性;随着电流频率的增大,岩样复电阻率实部减小。基于有效介质对称导电理论,结合实验研究成果,考虑黄铁矿含量和泥质含量变化对岩石频散规律的影响,建立了黄铁矿泥质砂岩有效介质复电阻率实部频散模型。理论模拟表明当电流频率、黄铁矿及分散泥质含量变化时,模型预测的黄铁矿泥质砂岩频散规律与实验规律相一致。利用岩电实验数据,验证了该模型可以准确地描述含黄铁矿泥质砂岩储层的频散特征。通过选取多种电测井中应用的电流频率,建立了黄铁矿电导率为0.062 S/m,泥质电导率为0.031 S/m的电阻率频率影响校正图版,给出了运用该图版进行高频电阻率测井响应校正的具体方法,为获取地层的真实电阻率值提供了保障。     

基于贝叶斯理论的时频域联合AVO反演方法研究（英文）

AVO反演是获取地下介质弹性参数的重要手段。反演可在时间域或频率域实现,时间域反演稳定性好但分辨能力受限;频率域反演受益于有利频带的选择,分辨能力提高但反演结果容易受噪音影响。在贝叶斯反演理论框架下,提出了一种时间域和频率域联合的AVO反演方法。该方法在反演目标函数构建中融合了时间域和频率域信息的影响,假设待反演参数先验信息和似然函数分别服从柯西和高斯分布,考虑了待反演参数间的相关性,并采用模型约束提高了反演稳定性。模型测试表明,利用时频域联合反演得到的纵横波速度等弹性参数反射系数的频谱带宽要优于仅用时间域信息得到的结果,且合成地震记录信噪比为2时,仍可以得到较好的反演结果,验证了方法在保持稳定性的同时改善了分辨能力的优势。实际资料试处理进一步验证了方法的可行性及其相对单纯时间域或频率域反演的优势。     

基于AR2U-Net的双相移谐波压制滤波法（英文）

双相移谐波压制滤波方法是在传统相移法滤波的基础上加以改进,能够应用于噪声、滑动扫描信号等复杂信号的一种新型谐波去除方法,但该方法在应用于实际资料时由于需要基波的时段信息和频段信息,而人工处理不仅耗费大量精力、效率低下,且精度不高。因此,本文将深度学习和谐波压制相结合,提出基于AR2U-Net的双相移谐波压制滤波方法,其中AR2U-Net神经网络是在传统U-Net神经网络中加入了注意门结构与递归残差块,使得网络在节省参数数量、简化计算复杂度的同时,提高了预测精度并强化了网络性能。本文AR2U-Net神经网络结构的输入为可控震源滑动扫描地震数据,输出为双相移法进行谐波压制所需要的基波信号的频率随时间的变化图,通过该图得到其相移曲线并使用双相移法还原基波信号。使用正演模拟构建了网络的训练集和测试集,训练过程中使用更平滑的Log-Cosh损失函数监控网络性能,并在训练集和测试集中分别与传统U-Net神经网络进行对比,验证了AR2U-Net的优良性能。将AR2U-Net与双相移法相结合应用于实际数据中,表明该方法滤除效果可以得到保证,具有一定的推广价值。     

基于4D地震技术的煤矿采空区监测（英文）

煤矿地下采空区随着时间推移范围在不断扩大,冒落带、裂隙带、以及变形带也在持续变化,因而诱发煤矿突水等灾害的发生。本文将油气田开发中行之有效的四维(4D)地震监测技术用于监测煤矿地下采空区异常变化,以探索这一方法的可行性。以陕西韩城地区某煤矿为例,我们将这一技术用于动态监测该煤矿采空区异常变化。基于这一试验中所取得的4D地震监测数据,就煤矿采空区的异常变化特征,改进了油田4D地震监测数据处理方法,建立了一套适用于煤矿采空区地震移监测数据处理解释流程,校正了因塌陷导致的地表高程和采空区上覆地层速度的异常特征。我们对油田4D地震监测数据处理方法做了四点改进:1)采用融合高程静校正的低频分量和折射静校正的高频分量的方法,解决了地表高程变化和低降速带被破坏引起的静校正问题;2)采用速度一致性方法,解决塌陷引起的采空区上覆地层速度变化的问题;3)采用基于互相关的空变时差校正方法,解决扰动区存在反射同相轴下拉的问题;4)采用空变振幅校正方法,解决采空区引起的煤层振幅异常的问题。实际应用表明:本文建立的煤矿采空区4D地震监测资料处理和解释方法合理有效。     

坑（井）-地电阻率成像技术数据处理方法研究

开发坑（井）一地电阻率成像技术数据处理软件包,对分布式地面一坑道电磁信号接收仪记录的时间序列进行分析处理,最终得到相应的视电阻率和相位参数。实际资料处理结果表明,在远区情况下,需考虑信噪比水平,选择合适的计算方法。当信噪比很低或较高时,可选择根据卡尼亚电阻率定义式直接比值的方法,该方法计算简便、效率高;当信噪比一般时,采用最小二乘或Robust等估算方法,能在一定程度上改善数据处理质量。     

油气藏开发监测中地-井三维电磁法的数值模拟研究（英文）

在油气田开采的中后期,油气藏动态监测与剩余油气的探测是至关重要的问题。基于地层流体含油气饱和度的变化将导致电阻率差异这一机理,提出多场源多方位地-井垂直电磁剖面法。根据油气藏及其开采过程设计了油气藏动态开发四个进程,采用积分方程方法模拟了多方位、多场源地-井垂直电磁剖面法在油气藏注水开采进程中油气储层电阻率和含油饱和度动态变化的电磁响应特征。通过不同方位地-井电磁场异常强度及形态变化来指示注水开采进程。数值模拟结果表明:该方法可有效监测油气动态变化过程,指示续剩余油分布、注水水淹进程。     

基于旅行时梯度场的Kirchhoff PSDM角度道集生成方法研究（英文）

角度域共成像点道集(ADCIGS)是偏移速度分析和振幅随角度变化分析(AVA)的基础数据。传统Kirchhoff叠前深度偏移(KPSDM)按偏移距组织数据,能方便的输出偏移距域共成像点道集(ODCIGS),其高效的角度道集输出是有挑战的。本文提出基于旅行时梯度场的KPSDM角道集输出方法。其核心步骤为:(1)利用任意介质中的动态规划法旅行时计算方法提供炮点和检波点的旅行时场;(2)根据旅行时场的梯度方向计算反射张角;(3)在偏移过程中抽取ADCIGS。由于本文旅行时计算方法没有射线阴影区,也没有对速度光滑性的要求,其角度道集输出在阴影区比传统射线追踪更有优势。基于该角度道集输出方法,本文发展了一种适合大规模三维地震数据的KPSDM及角道集输出的并行实现方案。其基本思想是:(1)按照炮数据来组织输入数据;(2)旅行时场的输入与单炮覆盖范围相联系以节省内存;(3)多炮数据间采用MPI并行处理,单炮深度切片之间采用OpenMp并行处理,可进一步提高内存利用率和并行力度。数值试验结果证明本文角度道集生成方法的优越性和本文实现方案的有效性。     

利用Lamb波进行深水隔水管气侵早期监测（英文）

深水钻井隔水管气侵早期监测,对及时发现井中气体渗流,减少深水钻井中井喷事故,具有重要的意义。在本文中,我们对在深水隔水管内为水基钻井液的情况下,通过改变钻井液的含气率,利用三维柱坐标系有限差分方法数值模拟了声源在隔水管外表面激发的声场,分析了隔水管内AO模式和SO模式LAMB波的幅度和衰减与管内流体性质以及段塞流顶底界面位置之间的关系。模拟结果表明,LAMB波的幅度和衰减对低含气量非常敏感,能够反映隔水管内气体的含量,同时,有效地反映段塞流顶底界面的位置。     

多尺度裂缝综合预测应用研究（英文）

裂缝预测在致密油气、煤层气、页岩气等非常规油气勘探中起着十分重要的作用。本文将裂缝分成大(大于1/4波长)、中(1/4~1/100波长)、小(远小于1/100波长)三种尺度类型开展综合预测研究。基于多尺度岩石物理正演模拟技术,分析区分中等尺度裂缝的叠前方位各向异性敏感属性,结合地质、测井和地震属性大尺度裂缝预测方法和岩心薄片观测小尺度裂缝预测,形成了一套综合地质岩心信息、成像测井解释和地震信息的多尺度裂缝综合预测方法。该方法通过岩心裂缝描述和成像测井解释,分析得到裂缝发育控制因素,再通过应力场构造模拟,完成区域性大尺度裂缝发育控制因素研究。利用叠后几何类属性进行大尺度裂缝预测,结合叠前衰减属性进行中等尺度裂缝预测,以及岩性统计学反演和断层叠合结果,验证中等尺度裂缝与岩性、断层的对应关系,明确了中尺度裂缝成因。通过岩心电镜扫描,分析小裂缝发育状况,最后综合三类裂缝研究成果分析储层裂缝发育状况。通过对某实际工区灰岩储层的裂缝发育情况进行综合预测研究,结果表明文中提出的多尺度裂缝预测基础理论方法和多尺度裂缝预测技术流程,能够较好地解决裂缝预测的强非均质性、多尺度问题,综合地质、测井和地震多信息裂缝多尺度预测技术能够实现裂缝性油气藏的储层描述和甜点预测。     

非稳态地震稀疏约束反褶积研究（英文）

传统Robinson褶积模型主要受缚于三种不合理的假设,即白噪反射系数、最小相位地震子波与稳态假设,而现代反射系数反演方法（如稀疏约束反褶积等）均在前两个假设上寻求突破的同时却忽视了一个重要事实：实际地震信号具有典型的非稳态特征,这直接冲击着反射系数反演中地震子波不随时间变化的这一基础性假设。本文首先通过实际反射系数测试证实,非稳态效应造成重要信息无法得到有效展现,且对深层影响尤为严重。为校正非稳态影响,本文从描述非稳态方面具有普适性的非稳态褶积模型出发,借助对数域的衰减曲线指导检测非稳态影响并以此实现对非稳态均衡与校正。与常规不同,本文利用对数域Gabor反褶积仅移除非稳态影响,而将分离震源子波和反射系数的任务交给具有更符合实际条件的稀疏约束反褶积处理,因此结合两种反褶积技术即可有效解决非稳态特征影响,又能避免反射系数和地震子波理想化假设的不利影响。海上地震资料的应用实际表明,校正非稳态影响有助于恢复更丰富的反射系数信息,使得与地质沉积和构造相关的细节特征得到更加清晰的展现。     

天文时纬残差异常:一种潜在的地震前兆（英文）

本文介绍了天文时纬残差的定义,地震前天文时纬残差出现异常的研究现状,该异常可能的物理机制,以及2008年汶川8.0和2013年芦山7.0地震前云南天文台光电等高仪的时纬残差均出现同步异常。这与30余年的研究实践一致地表明,天文时纬残差震前异常是一种可能的地震前兆,它可以为仪器周围将发生的地震提前给出有价值的预测信息,值得重视和深入研究。     

基于数据驱动和反演策略的时空域随机噪声衰减方法（英文）

常规的时间-空间域和频率-空间域预测滤波方法假设地震记录由地震信号和随机噪声两部分构成,即所谓的加噪声模型,但是,在对随机噪声进行估算时,又假设随机噪声可以通过预测误差滤波器由地震记录中进行预测,即所谓的源噪声模型。这种前后不一致的噪声模型降低了该类方法的去噪能力和保幅性能。为此,本文提出了一种基于反演的时空域随机噪声衰减方法。它首先从地震数据中估算预测滤波算子,该算子表征了地震信号的可预测性,自适应地描述了地震信号的空间结构。在得到预测误差算子之后,将该算子作为正则化约束引入到地震信号反演系统,由含有随机噪声的地震数据直接反演地震信号。不同于常规随机噪声衰减方法,该方法将随机噪声衰减问题归结为正则化约束下的地震信号反演问题,克服了常规方法噪声模型的不一致性问题。我们采用模型数据和实际数据进行了实验分析,并与常规方法进行了效果对比。实验结果表明:与常规方法相比,本文方法在噪声压制的同时,没有对有效信号产生明显伤害,具有更好的振幅保持能力。