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油气地球物理技术发展新动向
油气地球物理技术发展新动向
摘要：
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成功率。
一方面，随着油气勘探开发的不断深人，地质情况简单、易被发现的构造圈闭越来越少。
所面对的已基本上都是复杂地区的复杂油气藏，复杂地区包括沙漠、高山、黄土塬、碳酸盐岩出露区，复杂油气藏包括复杂构造、地层、岩性和复合型圈闭油气藏。
这些复杂的勘探对象对以地震勘探为主体的油气地球物理技术提出了新的挑战。
另一方面，随着勘探精度和描述能力的不断提高，地球物理技术己从勘探向开发阶段不断延伸，油气田开发对地球物理提出了更高精度的要求，如何提高分辨率，如何圈出剩余油，以及如何进行精细油藏描述是油藏综合地球物理必须解决的问题。
近年来，针对这些问题，国内外各大石油公司和地球物理服务公司都在纷纷联合大学与科研院所，开展新方法新技术研究，从而推动着复杂地区地震成像技术、油藏综合地球物理技术以及储层预测技术不断向前发展。
1.复杂地区地震成像技术
1.1静校正
静校正是一个既古老而又难以懈决的问题，也是制约地震资料处埋的瓶颈问题，特别是在地表起伏变化剧烈，山地和山前地带地形陡峭，近地表速度纵、横问变化强烈的地区。
静校正问题严重地影响了地震资料的成像质量。
近些年，针对近地表结构较复杂、但不存在速度倒转和地层尖灭、能够用分层模型表示的情况，发展了适用的无射线追踪层析静校正方法。
该方法首先把旅行时按偏移距范围分组，然后通过迭代求解获得空间变化的延迟时和视速度，再用Herglotz-Wiechert公式进行深度估计，从而建立表层速度模型，最后用直射线法计算长周期静校正值，通过拾取初至与模拟初至之差的地表一致性，分解获得短周期静校正值，针对近地表结构极复杂、存在速度倒转和地层尖灭，发展了非线性层析静校正方法，该方法把介质网格化为一系列单元，初至波穿过模型，旅行时剩余差被反投影或反演成对射线穿过的每个单元慢度的扰动，从而不需对反射或折射界面作任何地质假设。
它使用全偏移距范围内的初至时间，对非线性初至的拟合较好。
Nicanoff等在玻利维亚安第斯逆冲带的复杂构造成像中提出一种非常独特的炮域地震资料处理流程，来获得不规则地形、复杂近地表和复杂地下构造的精确模型和成像。
该流程应用到安第斯逆冲带的二维地震资料处理中，获得了一系列有意义的叠瓦状构造。
该流程的独到之处在于：
（1）基于初至非线性层忻成像技术估计近地表模型，对每炮的炮检道进行静校正、基于折射剩余静校正和基准面校正；
（2）直接在地表而不是在基准面上进行地下建模和成像，速度建摸是在反射点处估计RMS速废和层速度。
1.2叠前深度偏移
地震数据的偏移成像是油气勘探开发地震数据处理中的关键步骤，受到国内外众多地震勘探方法技术研究小组和研究人员的高度重视，成为一个研究热点。
目前，国外除了瞄准对陡倾构造和盐体侧翼成像的各种偏移方法，包括回转波偏移、全波方程逆时偏移、真振幅偏移之外。
另一个动向是从各向同性叠后时间成像向各向异性叠前深度成像发展，尤其是在复杂地区，各向异性叠前深度成像技术改善了地震能量聚焦和地质构造的成像。
TotalE&P美国的Hua等研究了VTl介质的三维共方位FFD深度偏移。
他们引入了新的各向异性参数系统。
推导出其中的共方位VTI双平方根色散方程，并用类似于各问同性共方位FFD偏移方法找出FFD解。
这一方法结合了有限差分偏移和傅里叶法的优点。
VeritasDGC公司的ZhuTianfei把各向同性介质中的高斯束叠前深度偏移技术延伸到各向异性介质中。
关键是发展了各向异性介质中的射线追踪技术。
所建立的均方根相速度公式使各向异性介质中的射线追踪技术更简单、更有效，理论模型和实际资料叠前深度偏移处理结果比各向同性介质偏移的结果更精确。
如果忽略推覆体的各向异性，明显可见倾斜推覆体下方的基底反射层出现假的向上隆起，沿推覆体有散焦效应。
而考虑各向异性后，基底反射层被正确地拉平，推覆体成像清晰，表明了各向异性在这个模型成像中的重要性。
与各向同性深度偏移相比，各向异性深度偏移的成像精度得到了较大的改替。
从方框A和Aˊ可见倾斜层下方的差异，与方框A相比，方框Aˊ左上角断层下方的横向位移和反射连续性得到了改善。
方框A’底部反射界面连续性也得到了改善。
方框B中解释的背斜往方框B'中没有了。
方框B中的背斜被认为是近地表倾斜层强烈变化产生的假深度构造。
经各向异性深度偏移后，通过比较方框C和方框C'可见。
基底反射的连续性也得到了改蕾。
因此，从深度偏移剖面可见，当我们考虑地震各向异性后，成像质量得到了很大提高，这表明在复杂地质构造区需要进行各向异性深度偏移。
1.3CRP道集速度分析和偏移
速度修正速度建模（分析）和偏移速度模型修正是复杂地区高质量偏移成像的关键。
相对于叠前时间偏移来说，叠前深度偏移对速废模型的依赖性更强。
知果没有合适的速度模型，其他的一切偏移成像工作也就成了纸上谈兵。
然而。
常规的速度分析是一种基于数据空间的数据道集方法——CMP道集方法，存在许多的假定和限制，使之难以在复杂构造区获得满意的速度分析结果。
同样，基于数据空间参数——偏移距域共成像道集的偏移速度修正也难以在复杂构造区获得满意的偏移速度修正结果。
CRP（CommonReflectionPoint，共反射点）道集是一种成像空间的数据道集，可根据速度分析点（也视为共反射点）的几何结构和速度结构由其他常规叠前数据道集分选出来。
对CRP道集可以采用与当前CMP道集速度分析类似的方法技术。
在CRP道集上进行速度分析可突破常规CMP道集速度分析在复杂构造区的瓶颈。
CRP道集的偏移速度分析（修正）是当前CFP（CommonFocusPoint，共聚焦点）偏移速度修正和CIP（CommonImagePoint。
共成像点）偏移速度修正方法技术的结合。
它不需要像CIP道集速度修正那样先进行偏移然后再抽取成像道集，它只需要进行共反射点的偏移成像，因此CRP道集的偏移速度修正具有很高的计算效率和灵活性。
它是以偏移聚焦能量最大为准则，采用速度模型扰动和由浅到探的层剥离方法进行偏移速度模型的修正。
在CRP道集偏移速度修正中，CRP道集的分选随速度模型而变。
该方法对于层状速度模型具有很好的适应性和很高的计算效率。
1.4提高处理人员的理念
地震资料处理质量除了取决于方法和流程外，另外一个决定因索就是处理人员的经验和水平。
和过去相比，现在地震资料处理更加注重与解释的结合，注重处理解释一体化理念。
叠前探度成像是一个需要与解释人员紧密结合的迭代过程，解释人员必须知道地震处理过程，知道哪些步骤和参数是关键的，能够确保与最终解释结果一样可信的速度模型。
同时，处理人员必须进行成像质量控制。
而且确信用于建立一个稳健的速度模型和实施成像的所有准则。
自问一些主要的问题，如共成像道集校平没有?
叠加聚焦没有?
速度的微小变化如何影响最终成像？
所建立的速度模型是否具有地质意义？
需要把地质研究与地质野外工作、构造模型、先进的叠前地震技术（如叠前地震解释、走时反演、深度偏移）紧密结合起来。
才能够提高对地质模型的理解，进而在建立深度构造模型时减少不确定性。
2.油藏地球物理技术
油藏地球物理技术是勘探地球物理技术向油田开发和生产领域的延伸。
除了基于常规地震资料的精细地震资料处理，叠后与叠前地震属性和地震反演、油藏描述等技术，前些年，井中地震、高密度单点地震、多波多分量地震、时移地震等技术的发展如火如荼。
包括井间地震和VSP的井中地震技术可较好地解决分辨率问题，其中三维VSP反射波主频相对地面地震可提高10～20Hz，井间地震的主频约为地面三维的十倍左右，也就是说，可以直接分辨出“米”级厚度的储层和更细微的断层。
然而，井中地震技术应用并没有呈现人们所预料的那么广泛。
究其原因，制约三维VSP和井间地震应用的因素是施工成本问题，还有它们的探测范围有限。
而高密度单点地震、多波多分量地震和时移地震技术的发展。
大大提高了利用地面地震描述油气藏的能力和精度，给油气地球物理带来了新的发展机遇。
2.1高密度单点数字地震技术
随着法国Sercel公司超万道地震数据采集系统的问世。
以及WesternGeco和1/0等公司基于MEMS的数字检波器的投产，高密度单点数字地震技术应运而生。
高密度单点地震技术是指采用万道地震仪和数字检波器进行单点激发、单点接收（间距5～10m，小于噪声波长的一半）、大动态范围、多记录道数、多分量地震、全方位信息、小面元网格、高覆盖次数的特高精度三维地震技术。
它彻底抛弃了检波器串的概念，无假频地真实记录噪声，方便后期组合，设计数字滤波器，衰减相干噪声。
它可以在组合前，对每一点作静校正、振幅和相位校正，克服常规检波器串接收中的频率和相位破坏。
这种技术一方面省去了野外组合，极大地改善了野外效率（需要转运、维修的设备少了），最终表现为周期的缩短和项目整体费用的降低，另一方面可以极大地提高地震资料的纵横向分辨率及信息精度，促进勘探开发技术向特高精度发展，对山地勘探和小断块、薄储层、小砂体、小尺度孔洞的识别以及精细油藏描述具有重要意义。
从中可见，单点检波的带宽、信噪比和空间分辨率都有大幅度的提升。
该例说明，单点数字三维采集可使地球物理技术上到一个新的台阶。
2.2多波多分量地震
多波多分量地震是通过纵、横波激发，多分量接收，利用多波多分量的走时、振幅、速度以及它们之间的时差、振幅比、纵横波速度比、泊松此、品质因子Q和各向异性系数，对油气储集体几何形态、岩石物性和流体性质等进行更为精确的成像与描述，最大限度地消除利用单一纵波进行储层预测的不唯一性，从而提高对非构造油气藏预测，真假亮点识别，气囱内部成像，裂缝发育带分析，流体识别与监测的能力。
20世纪90年代中后期。
海上转换波技术使多波多分量勘探进入了发展高潮，并从方法研究阶段开始转入工业化应用阶段。
随着海上多波多分量地震采集成本的不断下降，国外越来越多的油田进行了多波多分量地震勘探，多分量地震在我国海上己经取得初步成功。
至于陆上多波多分量勘探，各地正在开展大规模试验，已经取得了一些进展。
当前最有工业化或商业化发展前景的是二维或三维转换波勘探。
英国地质调查局在20世纪80年代就开始利用多分量地震资料研究地层各向异性。
在理论和实际应用方面对多分量地震勘探技术进行了深入的研究。
BP，Chevron等大石油公司，以及CGG、西方、VaritasDGC等大地球物理服务公司，在陆上多分量勘探方面做了许多工作。
目前，国外多分量地震勘探在岩性预测、构造成像改善、油藏监测、裂缝与各向异性分析等方面的试验和研究取得了进展。
国内东方地球物理公司在长庆、中国石化在胜利油田垦71并区和四川合兴场气田等地开展了大规模试验研究，目前大多数采集结果表明，可以得到目的层深度的转换波资料，为转换波资料处理与解释奠定了基础。
同时中国石化南京石油物探研究所，以及石油大学、长安大学、中国地质大学（武汉）等院校都开展了研究，初步形成了多波多分量地震资料处理即解释技术系列。
目前多波勘探的最大难点，也就是今后技术发展必须解决的问题包括：
（1）如何使纵波和横波或转换横波剖面中的对应层位进行准确的对应；
（2）在横波资料处理中。
静校正问题非常严重，对速度的影响很大；
（3）共转换点的确定存在一定的困难；（4）转换波的叠加振幅随排列长度而变化，很难讨论其振幅保真问题。
可以预计，随着超多道地震采集技术、基于MEMS数字检波器以及大容量信息储存技术的发展，多波多分量地震技术将进入一个新的发展时期。
2.3时移地震技术
时移地震作为油藏监测的一项主要技术，得到了普遍的关注和重视，近年来在技术上也得到了较大的进步。
21世纪初，时移地震技术己经从可行性研究和先导性实验，走向了应用和生产阶段，特别是在北诲、墨西哥湾和加拿大等地区取得了较为广泛的成功应用。
在时移地震技术试验和应用方面，BP石油公司处于领先地位，时移地震（四维地震）技术已成为BP石油公司的核心技术之一，时移地震技术应用遍布全球，尤其是自1999年后在北海开展了大量时移地震观测和应用。
目前。
BP己能够通过四维资料的“动态解释”，把三维和四维地震资料与其他动态（如井的生产史和油藏模拟结果）和静态的（抑测井）信息联合起来，进行可视化处理。
根据“动态解释”的结果迅速调整油田的决策。
通过动态解释和油藏模拟相结合，对历史匹配进行了很好的指导。
提高了油田动态预测的质量。
科罗拉多矿院的油藏描述项目组（RCP）发展了将高分辨率多分量时移地震技术用于监测萨斯喀彻温省Weyburn油田1450m深处30m厚的薄碳酸盐岩储层内的混相CO2气驱，多分量时移地震成像揭示了破碎带对气驱的影响。
然而。
时移地震技术在我国东部陆相储层中并没有见到明显的效果，倒是在重复三维地震采集中，由于采用了采集处理过程中的最新技术，如大庆油田和胜利油田采用小面元的宽方位和高密度三维地震采集。
高精度处理（提高分辨率和叠前偏移成像等）。
得到了更高分辨率的地震资料，重新解释了以前资料中难以识别的微小断层和薄储层响应。
对储层砂体的横向分布有了全新的认识，在油气开发中发挥了重要的作用。
纵观BP石油公司、RCP项目组等的技术发展，时移地震技术的发展表现出以下几个明显的特征。
1）多波多分量地震技术的广泛应用。
一般来说，纵波对流体饱和度比较敏感，而横波对裂隙和各向异性比较敏感，因此综合利用纵横波勘探监测油藏可以减少解释的模糊性。
因此在时移地震技术应用中，表现出纵波与横波、转换波紧密结合的明显特征，多分量资料应用的普遍程度远远超过油气勘探中。
2）地面地震与井中地震的紧密结合。
由于油藏动态监测时一般有较多的钻井，因此地面地震与井中地震的结合是时移地震技术应用的另一个特征。
3）油藏工程技术与地球物理技术高度融合。
在油藏监测地球物理技术发展中，地球物理技术与油藏工程技术高度融合。
多种地球物理技术广泛集成，但是高精度、高分辨率三维地震仍然是基础，时移地震技术是主流。
3.地震储层预测技术
地震储层预测是以高分辨率地震和测井资料为基础，以地质与钻井资料为参考，波阻抗反演和属性分析为主要技术来进行的，因此，波阻抗反演的效果和属性参数的运用成为储层预测的关键。
3.1波阻抗反演
基于自激自收的地震褶积模型，声波阻抗己成为储层预测的关键参数。
近年来波阻抗反演技术发展十分迅速，各种商业化波阻抗反演软件己有几'十种，但目前国内比较流行的反演软件也就10种左右，如Jason反演，ISRS反演等。
叠后波阻抗反演可以分为递推直接反演和迭代约束反演两大类，以迭代反演为主流发展方向。
在生产中也用得较为普遍。
迭代波阻抗反演的关键技术组成有地震子波提取、地质模型建立和反演的优化算法等，而模型的建立和优化算法往往依赖于资料的品质和地质特征，对于不同的地震地质条件可能有不同的最佳反演优化算法。
目前应用于波阻抗反演的主要算法有全局优化反演技术，随机逆反演，稀疏脉冲谱技术等。
近年来发展了模拟退火和遗传算法，在特定的地质和地震数据下效果非常明显。
尽管有了测井资料的约束和地质资料的参考，但是波阻抗反演的多解性还是非常普遍，这是由于测井资料的辐射半径过小和介质横向变化所造成的。
解决预测精度和多解性问题需要有多学科综合应用的知识。
特别是将层序地层学理论和波阻抗反演联合起来将会大大提高预测质量，这也是今后声波阻抗反演的一个主要方向。
与叠后声波阻抗形成对比的是叠前弹性波阻抗反演。
Connolly（l999）基于Zoepprittz公式和声波阻抗的原理，建立了弹性波阻抗反演技术，其处理模式与AVO类似，均在叠前CMP道集上完成。
Whitcombe等（2002）对弹性波阻抗进行了修正，提出了扩展弹性波阻抗的概念，在此基础上建立了流体识别与预测因子，对于油气储层的预测和流体性质有很好的描述。
王保丽等从Gray公式出发，通过弹性波阻抗反演原理，直接从地震数据中提取拉梅常数等弹性参数，更适合于流体预测。
马劲风研究了广义弹性波阻抗反演理论与算法。
王仰华等则提出了射线波阻抗的概念，在实现上更加容易。
与常规波阻抗反演相此，弹性波阻抗能更确切地反映出地层岩性的变化，消除了由于叠加过程中的平均效应而损失的岩性信息，更适合于储层描述和油气预测，近年来的应用趋势有所上升。
3.2地震属性分析
地震属性技术是储层预测的重要手段。
目前，包括时间、振幅、频率、相位和吸收衰减等方面的地震属性已多达60多种。
加上几何方面、统计方面，以及综合和派生的属性，已经有上百种属性参数可以提取和利用。
而且目前人们还在挖掘新的属性，其中，曲率属性近几年来得到了迅速发展和应用。
在断裂和裂缝预测中，曲率属性是一组重要的属性。
基于层位倾角和地层倾角方位的一阶导数可以增强用其他方法无法反映的微小断层。
基于曲率图的二阶导数把上述处理又往前推进了一步。
最近，在商业化工作站环境中，己经出现了基于层位的曲率计算，使得无权使用处理软件的地学科技人员和没有时间或不愿意编程的地学科技人员拥有了这些工具。
由于更注重于解释，所以可以修改基于层位曲率的工作流程，使其能够实现曲率体估计的更重要目标，包括提高精度和估算长波长曲率。
作为曲面的二阶导数，曲率对噪声很敏感。
这需要通过迭代使用层位面的空间滤波来加以处理。
均值滤波器似乎效果很好。
能帮助辨别不同曲率面上的细节，每个滤波器都能给出略为不同的认识，因此对准确的地震解释十分有用。
与其他属性相比。
对于所研究的数据体而言，走向曲率、形态指数、最大正曲率和最大负曲率能提供隐蔽断层细节的更好解释。
Blumentritt指出，倾角和方位角数据体中。
在适当大小的时间窗口中，拾取零点计算出的曲率体更利于分析裂缝方向。
地震属性在储层预测方面的成功己众所周知，该技术的发展主要有以下趋势。
1）属性的优化和融合。
地震属性之间可能有非常复杂的关系，有的属性是互补关系，而有些属性则是线性相关的，关联度很高，而有些属性可能会产生相互矛盾的结果，多属性综合信息预测将是属性发展的一个主要方向，如通过神经网络和模式识别理论，建立属性参数储层预测模式。
2）地震波场属性参数的系统研究。
针对不同的地质现象和不同的储层特征，如碳酸盐岩储层和碎屑岩储层的特点，应该系统地研究出最佳属性，最小属性集合等。
避免盲目应用属性。
3）井地联合属性分析技术。
尽管地震属性分析主流技术是在三维数据体上进行并且取得了成功。
然而我们还需要优化属性参数，使其在分辨率和信噪比上都可以用来准确地进行储层预测，这其中最可能为地质学家接受的就是采用井地联合属性提取与分析技术。
通过测井、井间地震和三维VSP与地面地震的属性联合分析或属性反演。
提高地面地震属性参数的分辨率，这应该是属性研究的一个主要方向。
4）基于频谱分解的地震属性反演与分析。
谱分解已经证实了它在薄层分忻中的重要地位。
这使得我们可以在谱分解的尺度上来研究地震属性，如波峰、波谷，拐点导数等等。
5）叠前属性和叠后属性联合应用。
叠前地震记录真实地记录了来自地下界面的波场信息，没有经过多次叠加所带来的平均效应，可以更加容易地检测出弱散射异常，而这种异常往往就有可能预示着气储层。
6）加强正演模拟和岩石物理分析。
通过更加逼近野外实际以及更为系统的岩石物理分析和地震正演模拟分析。
提炼不同储层的地震响应特征，分析储层物性与地震属性的关系，从而实现对储层的定量预测。
4.结论与建议
1）复杂地区面临的关键问题是静校正、偏移速度分析和偏移成像技术问题，近几年发展的非线性层析静校正方法可适用于速度倒转、地层尖灭等复杂地表情况，而CRP道集的偏移速度分析和各向异性偏移成像技术则能更好地提高复杂地区的地震成像质量，因此，我们应当加大这方面的技术研究。
2）在油藏综合地球物理技术发展方面，井中地震技术发展迅速，但应用相对滞后。
相对来说，高密度单点地震、多波多分量地震和时移地震技术展示出良好的发展和应用前景，尤其是高密度单点地震技术，能极大地提高地面地震技术的分辨能力，给地球物理带来了新的发展机遇。
我们应当加强包括基于MEMS的数字检波器在内的装备研究，以及高密度单点地震资料的处理技术研究，加快科研向生产的转化。
3）在储层预测方面，曲率属性技术的发展提高了裂缝储层的描述能力，地震属性的应用向着优化和融合、井地联合、叠前和叠后联合应用、与正演模拟和岩石物理分析相结合的方向发展，波阻抗反演与层序地层学理论结合能大大提高预测质量，这些方面应当引起我们的关注。
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