地震成像技術(shù)進(jìn)步助力深層油氣勘探

20 世紀(jì)20 年代，Amerada 石油公司與美國(guó)的卡氏地球物理研究公司（Karcher’s Geophysical Research Corporation）合作，利用地震反射數(shù)據(jù)，在美國(guó)的俄克拉何馬州塞米諾爾（Seminole）獲得了首個(gè)埋深達(dá)4 000 ft 的石油發(fā)現(xiàn)。為紀(jì)念地震反射勘探技術(shù)的發(fā)明人J.Clarence Karcher，國(guó)際勘探地球物理學(xué)家學(xué)會(huì)（SEG）每年評(píng)選并頒發(fā)以其命名的杰出青年獎(jiǎng)，以獎(jiǎng)勵(lì)在地震反射勘探領(lǐng)域作出突出貢獻(xiàn)的年輕學(xué)者。受其激勵(lì)，一代又一代的學(xué)者接力，推動(dòng)著地震反射成像技術(shù)軟硬件的發(fā)展?；诓粩鄡?yōu)化的信號(hào)獲取和處理技術(shù)，人類勘探深度在不斷增加。1949年，全球油井平均深度為3 600 ft，到2008年時(shí)已增至6 000 ft。隨著全球石油和天然氣消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng)，鉆探深度也隨之不斷加大。目前世界上最深的油井位于俄羅斯，深達(dá)49 000 ft，而不斷加深的鉆探反過(guò)來(lái)又對(duì)地震勘探提出了新的要求。對(duì)于石油公司而言，針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)層或復(fù)雜地層之下接近地球物理分辨率極限的深層目標(biāo)開展勘探至關(guān)重要。如何獲取優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)、改善成像質(zhì)量也隨之成為當(dāng)代地球物理勘探面臨的主要挑戰(zhàn)。

深層地球物理勘探針對(duì)不同的地質(zhì)背景所采取的應(yīng)對(duì)之策也各異。陸上深層勘探常常面臨復(fù)雜的近地表地質(zhì)條件，需要不斷增強(qiáng)信噪比，才能實(shí)現(xiàn)深部目標(biāo)的準(zhǔn)確成像。深海勘探則需要在地震數(shù)據(jù)采集方法和算法上不斷創(chuàng)新。海上地震勘探技術(shù)的重大進(jìn)展之一是海底節(jié)點(diǎn)（ocean-bottom nodes）數(shù)據(jù)采集，該項(xiàng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)寬方位角覆蓋、更高的信噪比、多分量數(shù)據(jù)采集和4D 監(jiān)測(cè)。20 世紀(jì)90 年代，業(yè)界在歐洲北海完成了第一個(gè)2D海底節(jié)點(diǎn)地震測(cè)量項(xiàng)目。2004年，具有里程碑意義的首個(gè)3D海底節(jié)點(diǎn)地震測(cè)量項(xiàng)目在墨西哥灣實(shí)施。

如今，更多尖端技術(shù)的引入，不斷拓展著地震勘探的邊界。海底節(jié)點(diǎn)和全波形反演（FWI）的結(jié)合已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于墨西哥灣深部構(gòu)造的數(shù)據(jù)采集和解釋。如何將二者有機(jī)地結(jié)合從而生成高質(zhì)量的反演結(jié)果成為當(dāng)前的研究趨勢(shì)之一，而同時(shí)震源最優(yōu)采集設(shè)計(jì)和多源地震數(shù)據(jù)分離技術(shù)則被視為解決方案。

機(jī)器學(xué)習(xí)也已成為深層地球物理勘探的得力工具，不僅能夠協(xié)助開展地震數(shù)據(jù)的處理、成像和解釋，還能就研究對(duì)象提出有價(jià)值的認(rèn)識(shí)。分布式聲波傳感技術(shù)（DAS）的應(yīng)用代表著垂直地震剖面（VSP）分辨率的一次重大飛躍，極大地提高了數(shù)據(jù)采集和分析的效率。在中東沙漠深處開展的雙井DAS VSP walkaway資料采集和高效處理項(xiàng)目，成功地獲得了15 m 的高垂直分辨率，并展現(xiàn)了DAS VSP與傳統(tǒng)VSP方法相比在成本和數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的巨大優(yōu)勢(shì)。此外，先進(jìn)的井下測(cè)井技術(shù)也改善了地層評(píng)價(jià)質(zhì)量，進(jìn)一步降低了深層勘探項(xiàng)目中的不確定性。

硬件和設(shè)備的推陳出新，數(shù)據(jù)采集、算法開發(fā)、計(jì)算和數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展正不斷提高海上和陸上油氣勘探成功率，同時(shí)也在逐步增強(qiáng)人們對(duì)極具挑戰(zhàn)性的深層油氣進(jìn)行高效勘探和生產(chǎn)的能力。