關(guān)鍵詞：超深層，海相碳酸鹽巖，地震成像，斷裂識別，巖石物理，人工智能

0 引言

海相碳酸鹽巖是油氣勘探的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，是中國石油行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展的資源基礎(chǔ)，目前已經(jīng)在四川、塔里木及鄂爾多斯等盆地發(fā)現(xiàn)了一批海相碳酸鹽巖油氣田[1]。地震勘探是取得海相碳酸鹽巖油氣資源規(guī)模性發(fā)現(xiàn)最重要的手段之一，隨著地震勘探技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)在縫洞型碳酸鹽巖儲集體描述、走滑斷裂識別及儲層預(yù)測等方面取得了一系列成果及理論認(rèn)識進(jìn)展[2]。近年來，隨著塔里木盆地順北油氣區(qū)、輪南地區(qū)輪探1井在8200m深度以下獲得工業(yè)油氣流，碳酸鹽巖勘探迅速向深層—超深層領(lǐng)域邁進(jìn)[3]，向地震勘探技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文主要分析了超深層復(fù)雜波場地震成像理論研究進(jìn)展及面臨的問題。在超深層儲層預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)方面，分析了由地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征識別小斷裂、基于數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)定量化預(yù)測方法等現(xiàn)狀；從勘探地質(zhì)需求的角度，提出深層—超深層碳酸鹽巖儲層與流體預(yù)測技術(shù)發(fā)展趨勢和重點(diǎn)攻關(guān)方向，為海相碳酸鹽巖地震勘探的理論及技術(shù)研究提供借鑒。

1 技術(shù)現(xiàn)狀與問題

深層—超深層碳酸鹽巖地震勘探面臨的主要問題[4]包括：①儲層埋藏深，地震波能量衰減嚴(yán)重，深層地震信號分辨率較低；②地表?xiàng)l件復(fù)雜，山地、沙漠或黃土塬區(qū)的地震資料信噪比低，干擾波嚴(yán)重；③儲層內(nèi)部孔隙、孔洞、裂縫發(fā)育，儲層具有強(qiáng)非均質(zhì)性和強(qiáng)各向異性，導(dǎo)致深層構(gòu)造準(zhǔn)確成像及儲層預(yù)測難度大；④深層有效信號入射角范圍窄，含氣性檢測精度受到較大影響。

針對這些問題，近年來業(yè)界在地震資料采集、處理及儲層預(yù)測理論和技術(shù)方面都取得了一系列進(jìn)展，并在塔里木、四川等盆地的碳酸鹽巖油氣藏勘探、開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，分述如下。

1.1 處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與問題

針對碳酸鹽巖地震資料信噪比低、分辨率低的特點(diǎn)，發(fā)展了以高精度靜校正、疊前噪聲壓制、振幅恢復(fù)、弱信號增強(qiáng)、近地表吸收補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)為核心的高保真、高分辨率地震資料處理技術(shù)。塔中、塔西南、川中等碳酸鹽巖探區(qū)的深層地震資料的層間多次波現(xiàn)象較突出[5]，由于層間多次波與一次反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征差異較小，濾波類多次波壓制方法（包括FK變換、Radon變換、聚束濾波等）很難取得理想效果。近年來業(yè)界發(fā)展了逆散射級數(shù)法、構(gòu)建虛同相軸等新的層間多次波壓制方法，在理論模型和實(shí)際資料中取得了一定效果，但對于壓制復(fù)雜碳酸鹽巖地區(qū)深層層間多次波仍然難度較大[6]。此外，由于沙漠區(qū)、巨厚黃土區(qū)的近地表地層壓實(shí)作用弱、結(jié)構(gòu)疏松，對地震波的吸收作用強(qiáng)烈，近地表吸收補(bǔ)償技術(shù)對提高該類地區(qū)地震資料的分辨率具有重要意義。在近地表吸收補(bǔ)償技術(shù)中，近地表Q（品質(zhì)因子）模型的建立是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前主要通過提取微測井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的初至波頻譜、走時(shí)信息，利用譜比法、頻移法、譜模擬法等時(shí)頻分析法建立近地表Q模型。

在地震成像方面，為充分利用“兩寬一高”（高密度、寬頻帶、寬方位）地震資料，發(fā)展了Q偏移成像、全方位局部角度域偏移成像等新技術(shù)。Q偏移成像技術(shù)沿波的傳播路徑對地層吸收造成的振幅衰減和頻散效應(yīng)進(jìn)行振幅補(bǔ)償和相位校正，結(jié)合近地表吸收補(bǔ)償，顯著改善了碳酸鹽巖深層弱信號成像質(zhì)量，提高了地震資料分辨率。其中Q?Kirchhoff疊前深度偏移方法已經(jīng)廣泛用于實(shí)際資料，黏聲逆時(shí)偏移（Q?RTM）成像方法理論也基本成熟[7]。全方位局部角度域偏移成像技術(shù)生成包含地下局部方位角和反射角信息的五維角度域成像道集[8]，其中全方位反射角道集中振幅隨方位角和反射角的變化關(guān)系反映了地下裂縫的方位信息，在碳酸鹽巖裂縫預(yù)測中發(fā)揮了重要作用；全方位反射角道集可以分離繞射波，壓制反射波信息的繞射波成像結(jié)果更精細(xì)地刻畫了斷層、溶洞等不連續(xù)地質(zhì)體。

1.2 深層—超深層碳酸鹽巖儲層地震預(yù)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與問題

中國的超深層海相碳酸鹽巖油氣儲層的發(fā)育特征在不同區(qū)域具有一定差異性。塔里木盆地主要勘探目的層是奧陶系、寒武系，巖溶與斷裂配套發(fā)育，儲層多為“斷溶體”，非均質(zhì)性極強(qiáng)，儲層的縱向成層性差，儲層預(yù)測對橫向分辨率要求較高。四川盆地碳酸鹽巖油氣勘探目標(biāo)主要圍繞寒武系、震旦系，巖性以白云巖為主，具有一定的成層性，孔隙受到后期白云巖化及巖溶疊合改造，導(dǎo)致橫向也呈一定的非均質(zhì)性，儲層預(yù)測對縱向和橫向分辨率均有一定要求。近十余年來，中國深層—超深層碳酸鹽巖儲層地震預(yù)測技術(shù)得到快速發(fā)展。圍繞著塔里木盆地臺盆區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油氣藏和四川盆地川中地區(qū)寒武系白云巖顆粒碳酸鹽巖儲層勘探、開發(fā)一體化精細(xì)評價(jià)需求，形成了趨勢異常微地貌恢復(fù)、斷裂—裂縫逐級識別、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)模擬反演等縫洞儲層半定量化雕刻及評價(jià)技術(shù)[9]，有效支撐了哈拉哈塘、塔中兩個(gè)百萬噸碳酸鹽巖油田建產(chǎn)和四川安岳大氣田的發(fā)現(xiàn)?！笆の濉逼陂g，在四川盆地川中古隆起下古生界—震旦系獲得重大油氣突破，發(fā)現(xiàn)了中國單體規(guī)模儲量最大的安岳大氣田。塔里木盆地塔北隆起海相碳酸鹽巖勘探獲得重大進(jìn)展，建成了百萬噸級哈拉哈塘油田。

“十三·五”期間，中國油氣行業(yè)大膽實(shí)踐，不斷挑戰(zhàn)新深度，實(shí)施的一批超深探井揭示深層—超深層碳酸鹽巖地層中仍然發(fā)育多類型的優(yōu)質(zhì)儲集體，如在塔里木盆地坳陷區(qū)發(fā)現(xiàn)了超深層（深度大于7500m）走滑斷裂斷控型油田——富滿油田[10]，位于塔北隆起輪南低凸起的輪探1井在8200m深度之下揭示了鹽下白云巖儲集體[3]。雖然鉆井不斷刷新油氣勘探的深度，但如何在深層實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益勘探，對地震勘探技術(shù)發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。為此，“十三·五”期間進(jìn)一步發(fā)展了基于地震梯度結(jié)構(gòu)張量小斷裂識別技術(shù)、低頻巖石物理實(shí)驗(yàn)室測試技術(shù)、數(shù)字巖心技術(shù)，進(jìn)一步提高了超深層地震預(yù)測精度。

由于超深層碳酸鹽巖地震資料信噪比低、弱信號儲層地球物理響應(yīng)機(jī)理不明等，導(dǎo)致疊后地震儲層預(yù)測技術(shù)難以滿足儲層定量化與地震流體預(yù)測精度要求，因此發(fā)展和應(yīng)用疊前地震預(yù)測技術(shù)十分必要。相對疊后地震數(shù)據(jù)，疊前地震數(shù)據(jù)不僅包含旅行時(shí)和振幅信息，而且還包含地震反射振幅隨炮檢距變化、共中心點(diǎn)道集隨不同方位角變化等信息，因此利用疊前地震預(yù)測技術(shù)可以有效預(yù)測儲層流體和裂縫空間分布。該項(xiàng)技術(shù)可分為基于波動(dòng)方程的疊前反演和基于精確地震反射系數(shù)方程及其近似的疊前反演等，目前后者的AVO/AVA反演和彈性阻抗反演廣泛用于實(shí)際資料。

雖然疊前地震預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用潛力較大，但利用疊前數(shù)據(jù)預(yù)測深層—超深層碳酸鹽巖儲層面臨三個(gè)問題：①深層地震資料信噪比低，入射角較小，AVO特征不明顯；②儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層參數(shù)規(guī)律性差；③碳酸鹽巖巖石物理研究雖然引入了雙相介質(zhì)、多孔介質(zhì)等理論，但儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化快，很難選擇統(tǒng)一的巖石物理模型。因此，中國的疊前地震預(yù)測技術(shù)的評價(jià)效果并不理想，特別是利用巖石物理建模構(gòu)建的碳酸鹽巖定量解釋量板開展疊前反演定量解釋的研究更少。因此，在針對性的地震資料采集、處理基礎(chǔ)上，開展深層—超深層碳酸鹽巖全頻段巖石物理實(shí)驗(yàn)分析與疊前地震預(yù)測技術(shù)持續(xù)攻關(guān)意義重大。

2 深層—超深層碳酸鹽巖地震勘探技術(shù)研究新進(jìn)展

2.1 理論研究新進(jìn)展

2.1.1 超深層復(fù)雜波場地震成像技術(shù)理論

深層—超深層碳酸鹽巖由于地層年代久、地層壓力大、波阻抗差異小，導(dǎo)致地震波能量衰減嚴(yán)重、有效信號能量弱。此外，中、淺層的強(qiáng)反射界面產(chǎn)生的層間多次波容易掩蓋深層有效的弱反射能量，大大降低了深層地震資料的信噪比，從而造成構(gòu)造或地層成像假象，誤導(dǎo)地質(zhì)解釋。因此，為了獲得準(zhǔn)確的深層—超深層成像結(jié)果，層間多次波壓制、高精度RTM以及Q偏移成像等技術(shù)是目前研究深層成像的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

（1）層間多次波壓制

層間多次波與一次波具有高度相似的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，層間多次波壓制是一個(gè)世界級難題。目前主流的層間多次波壓制方法以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)，利用觀測地震數(shù)據(jù)預(yù)測多次波，然后對預(yù)測的多次波進(jìn)行子波、振幅匹配，再將多次波從原始地震數(shù)據(jù)中減去，實(shí)現(xiàn)壓制多次波的目的。此類方法主要包括改進(jìn)的表面相關(guān)多次波去除（SRME）方法、逆散射級數(shù)（ISS）法、共聚焦點(diǎn)（CFP）法、Marchenko算法及構(gòu)建虛同相軸等方法。

改進(jìn)的SRME方法由SRME方法改進(jìn)而來，首先將波場延拓至產(chǎn)生層間多次波的界面，然后把層間多次波轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)表面多次波，再利用SRME方法衰減層間多次波[11]。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高，但每次只能預(yù)測與某一層相關(guān)的層間多次波，且需要人工拾取層位。

Carvalho等[12]首先利用ISS子序列壓制層間多次波。Weglein等[13]詳細(xì)闡述了ISS法的原理和實(shí)現(xiàn)過程。金德剛等[14]改進(jìn)了ISS法預(yù)測層間多次波的算法，提高了計(jì)算效率。畢麗飛等[15]應(yīng)用ISS波場預(yù)測和2D卷積盲分離壓制層間多次波。ISS法的優(yōu)點(diǎn)是不依賴速度模型，可一次性預(yù)測與層界面有關(guān)的所有層間多次波，且預(yù)測過程不需要人工干預(yù)。但是該方法計(jì)算量太大，需常速度背景以保證方法收斂，且要滿足單調(diào)性假設(shè)[16]。因此，難以大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

Berkhout等[11]、Verschuur等[17]、王成祥等[18]基于CFP技術(shù)預(yù)測層間多次波。李繼偉等[19]實(shí)現(xiàn)了CFP技術(shù)預(yù)測層間多次波及Curvelet域相減方法。CFP方法通過下延波場壓制層間多次波[20]，對速度的依賴性較大，且需要重建復(fù)雜的基準(zhǔn)面，導(dǎo)致該方法的實(shí)際應(yīng)用效果不好。

Zhang等[21]從修正的Marchenko方程出發(fā)，通過修改映射方法直接求取一次波，實(shí)現(xiàn)了一步法壓制表面多次波和層間多次波。王小衛(wèi)等[22]通過改進(jìn)格林函數(shù)方程預(yù)測層間多次波和表面多次波。孫紅日等[23]基于Marchenko理論，實(shí)現(xiàn)了一步法壓制層間多次波。張樂樂等[24]基于Marchenko理論消除成像域與數(shù)據(jù)域的層間多次波。目前該類方法主要用于海洋地震數(shù)據(jù)，由于噪聲等影響，在陸地資料的應(yīng)用效果不好。

Ikelle[25]提出了基于虛同相軸的層間多次波預(yù)測方法。吳靜等[26]利用該方法構(gòu)建虛同相軸和相應(yīng)的層間多次波，進(jìn)而壓制層間多次波。劉嘉輝等[27]研究了自適應(yīng)虛同相軸層間多次波壓制方法。崔永福等[28]利用迭代虛同相軸方法壓制疊后層間多次波。該方法的計(jì)算效率較高，在產(chǎn)生層間多次波的反射界面上針對性地壓制層間多次波，但需要增加人工分界面，并且保證分界面的上半部分只存在一次波。

（2）RTM

RTM直接求解波動(dòng)方程，不存在射線類偏移的高頻近似及單程波偏移的傾角限制，可以利用回折波等波場信息正確處理多路徑問題，適用于復(fù)雜區(qū)域和高陡構(gòu)造成像。McMechan[29]在1983年首次提出RTM的概念。隨后，人們采用多種方法實(shí)現(xiàn)RTM，如擬空間域彈性波方程交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分RTM[30]、近似常Q模型的黏聲各向異性純qP波RTM[31]等。RTM技術(shù)是地震成像技術(shù)發(fā)展的里程碑，被公認(rèn)為目前最精確的深度偏移成像方法。但是，RTM相對于射線類偏移方法的計(jì)算量和存儲量較大，提高RTM的計(jì)算效率是近年來地震偏移技術(shù)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，并由此催生了PCcluster集群和CPU+GPU異構(gòu)集群在油氣行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用。

由于RTM的偏移算子僅為地震波正演算子的共軛轉(zhuǎn)置，RTM成像結(jié)果的實(shí)質(zhì)為地下介質(zhì)反射系數(shù)與Hessian矩陣的褶積，存在偏移噪聲強(qiáng)、深層成像分辨率不足等問題。最小二乘偏移成像方法通過最小二乘法隱式消除Hessian矩陣對成像結(jié)果的影響，能夠獲得高信噪比、高分辨率、振幅相對保真的成像剖面，因此成為當(dāng)前地震成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自地震反演框架構(gòu)建以來，最小二乘偏移分別基于Kirch?hoff偏移[32]、單程波偏移[33]及RTM[29]等偏移算子實(shí)現(xiàn)一次反射波成像，發(fā)展了不同的反演成像算法。隨后，最小二乘RTM被用于繞射波[34]、多次波、棱柱波[35]等特殊波場的成像，可精細(xì)刻畫斷層、裂縫等特殊地質(zhì)體。雖然最小二乘偏移的成像質(zhì)量較高，但是也存在諸多理論及實(shí)際問題。首先，最小二乘偏移成像結(jié)果依賴于準(zhǔn)確的正演預(yù)測算子、速度模型及地震子波，而對于實(shí)際數(shù)據(jù)，獲取準(zhǔn)確的正演模型及速度模型十分困難。其次，最小二乘偏移通過最小二乘迭代算法求解，巨大的計(jì)算量使之難以用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。因此，開展最小二乘偏移的實(shí)用化研究是當(dāng)前地震成像領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

（3）Q偏移成像

地震波能量在傳播過程中受地層的吸收而衰減。隨著傳播距離增加，深層反射波能量衰減尤為明顯，導(dǎo)致地震振幅、相位和頻率畸變嚴(yán)重。然而，常規(guī)疊前深度偏移將地球介質(zhì)視為彈性介質(zhì)，不考慮地層吸收的影響，降低了深層尤其是深層非均質(zhì)儲層的成像分辨率。2008年Traynin等[36]提出了Q疊前Kirchhoff深度偏移方法，在偏移過程中按照地震波的真實(shí)傳播路徑對能量衰減和頻散進(jìn)行振幅補(bǔ)償和相位校正，理論上可改善地層吸收對成像結(jié)果的影響。因此，Q偏移方法可以顯著提高碳酸鹽巖深層成像分辨率。曲英銘等[37]研究了最小二乘RTM中黏彈性和各向異性校正方法，并用于渤海灣地區(qū)實(shí)際資料。目前雖然Q偏移算法已經(jīng)較成熟，但由于難以獲取可靠的地下三維Q模型，導(dǎo)致Q偏移沒有得到廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。

地層Q值估計(jì)方法是近年來的研究熱點(diǎn)，總體上分為兩大類方法。第一類是基于時(shí)—空域頻譜分析的Q值估計(jì)，主要包括頻譜比法、頻移法、譜模擬法、小波及S變換等時(shí)頻分析法。該類方法得到的Q值實(shí)際上是地震波在特定傳播路徑上Q效應(yīng)的累計(jì)量，是一種等效Q值，精度較低。另一類是基于層析理論的Q值估計(jì)，基于衰減旅行時(shí)層析理論，利用初至波、折射波、反射波等地下波場信息建立考慮吸收效應(yīng)的旅行時(shí)網(wǎng)格層析方程，可以更精確地反演地下三維地層Q模型[38]。

2.1.2 碳酸鹽巖數(shù)字巖心研究新進(jìn)展

針對復(fù)雜儲層，如頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等，由于僅采用巖石物理實(shí)驗(yàn)難以定量測量儲層巖心的流體分布情況及孔隙結(jié)構(gòu)分布，因此難以研究儲層的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度、流體分布等微觀因素對巖心縱橫波速度等宏觀屬性的影響。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，巖石物理數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為研究巖石物理屬性的重要手段[39]，基于成熟的三維數(shù)字巖心技術(shù)可以模擬巖石物理實(shí)驗(yàn)數(shù)值，通常稱這種方法為數(shù)字巖石物理。與傳統(tǒng)方法相比，其主要優(yōu)勢在于：①數(shù)字巖心可以重復(fù)使用；②數(shù)字巖心可用于不同的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)[40?42]，如巖石電性、聲學(xué)特征、核磁共振特性及滲透率特征；③數(shù)字巖心可以模擬常規(guī)巖石物理實(shí)驗(yàn)中難以測量的物理量；④調(diào)整數(shù)字巖心參數(shù)，可以研究不同儲層參數(shù)對巖石物理屬性的影響；⑤對于難以獲得代表性巖心及難以取心的儲層，可以利用數(shù)字巖心代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。但數(shù)字巖心不足之處在于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于構(gòu)建的三維數(shù)字巖心模型的準(zhǔn)確性，只有當(dāng)數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)能代表對應(yīng)的儲層時(shí)，模擬結(jié)果才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

研究巖石微觀結(jié)構(gòu)最初利用毛細(xì)管模型，逐漸發(fā)展為利用隨機(jī)網(wǎng)格模型，再到利用三維數(shù)字巖心，這些模型簡化了真實(shí)巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越能反映真實(shí)巖心的微觀孔隙結(jié)構(gòu)。毛細(xì)管模型利用不同半徑的毛細(xì)管近似模擬孔隙結(jié)構(gòu)分布；隨機(jī)網(wǎng)格模型利用相互聯(lián)通的毛細(xì)管組成復(fù)雜的網(wǎng)格空間，將孔隙網(wǎng)格劃分為孔隙及吼道。這兩類模型廣泛用于巖石物理屬性研究（電學(xué)特性、滲透率特性、核磁特性）[43]，主要不足在于簡化的孔隙結(jié)構(gòu)空間難以得到準(zhǔn)確且可重復(fù)的結(jié)果。常規(guī)的構(gòu)建三維數(shù)字巖心的方法有X射線CT實(shí)驗(yàn)、基于二維圖像重建法兩類，后者分為隨機(jī)法和過程法。

2.2 技術(shù)方法研究新進(jìn)展

2.2.1 超深層弱信號碳酸鹽巖地震成像技術(shù)

陸上地震資料的層間多次波壓制是該研究領(lǐng)域的一個(gè)難題，目前為止，尚沒有一個(gè)成熟的可以投入工業(yè)化應(yīng)用的方法?！笆摹の濉逼陂g，人們基于表面多次波壓制，利用虛同相軸方法針對性地壓制超深層碳酸鹽巖的層間多次波，取得了較好的效果。圖1為層間多次波壓制前、后疊前時(shí)間偏移剖面。由圖可見，經(jīng)層間多次波壓制，較好地壓制了與強(qiáng)軸形態(tài)一致的層間多次波（圖1b）。

“十三·五”期間針對RTM效率和偏移噪聲等問題的研究取得重要進(jìn)展，在塔里木盆地臺盆區(qū)超深層成像中取得良好效果。圖2為Kirchhoff積分法疊前深度偏移和TTI逆時(shí)偏移成像結(jié)果。由圖可見，與Kirchhoff積分法疊前深度偏移結(jié)果（圖2a）相比，TTI逆時(shí)偏移能使“串珠”反射有效收斂（圖2b），有利于對溶洞的識別和判斷。

針對塔里木盆地臺盆區(qū)超深層成像，應(yīng)用單程波Q疊前深度偏移技術(shù)，有效補(bǔ)償了地層吸收衰減造成的不利影響。圖3為常規(guī)疊前深度偏移與單程波Q疊372前深度偏移結(jié)果。由圖可見，與常規(guī)疊前深度偏移結(jié)果（圖3a）相比，單程波Q疊前深度偏移能夠有效改善奧陶系內(nèi)幕成像質(zhì)量，“串珠”成像精度更高（圖3b）。

2.2.2 地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征小斷裂識別技術(shù)

“十三·五”期間，小斷裂識別技術(shù)研究取得進(jìn)展，并在刻畫超深層碳酸鹽巖斷溶體方面獲得較好效果。識別斷裂的相干算法從第一代發(fā)展到第三代，對于小斷裂識別，由于小斷裂在地震資料上呈“層斷波不斷”，斷點(diǎn)不清晰，因此識別難度大、多解性強(qiáng)。常用的曲率屬性、相干屬性和螞蟻?zhàn)粉櫟确椒ㄗR別小斷裂等均有局限性，如相干算法是利用兩地震道之間的相關(guān)性或相似性檢測斷裂，對小斷裂識別能力較弱。因此，筆者不再從道相關(guān)或道相似的角度出發(fā)，創(chuàng)新從地震數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)定量化的角度出發(fā)建立結(jié)構(gòu)量化分析矩陣，由矩陣特征值構(gòu)建斷裂屬性量化斷裂結(jié)構(gòu)特征，從而識別小斷裂（圖4）?；炯夹g(shù)原理是，當(dāng)存在斷裂時(shí)，地震數(shù)據(jù)的“平整性”及連續(xù)性遭到破壞，通過定量分析地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的平整性與連續(xù)性，尋找數(shù)據(jù)的不連續(xù)和不平整識別小斷裂。斷層對平整性與連續(xù)性較敏感，因此技術(shù)關(guān)鍵是量化分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。任何物體都有一定的結(jié)構(gòu)特征，量化表征的難易程度也隨著物體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度而變化。量化表征地震數(shù)據(jù)的詳細(xì)形態(tài)難度較大，因此需要簡化問題，只需量化表征地震數(shù)據(jù)的平整性和連續(xù)性，從而有效識別斷裂。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)量化分析方法的原理與應(yīng)力分析類似。應(yīng)力可以表征彈性介質(zhì)中一個(gè)點(diǎn)的受力狀態(tài)，其中包括正應(yīng)力、剪切應(yīng)力。同理，通過求取地震數(shù)據(jù)某一點(diǎn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的結(jié)構(gòu)變化分量構(gòu)建三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)量化矩陣，通過求解矩陣特征值，再依據(jù)特征值變化建立斷裂屬性。

確定結(jié)構(gòu)量化矩陣中元素的取值范圍是關(guān)鍵。若僅用某些數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)建結(jié)構(gòu)量化分析矩陣，如果存在噪聲擾動(dòng)，特征值屬性體會出現(xiàn)明顯的噪聲痕跡，而這種響應(yīng)并非是小斷裂的特征。通過對這些數(shù)據(jù)點(diǎn)及其附近一定范圍內(nèi)的點(diǎn)的取值進(jìn)行三維高斯加權(quán)以及平滑，可以有效減少噪聲，使量化分析方法更穩(wěn)健。若取值范圍過大，會使最終結(jié)果的分辨率過低，小斷裂響應(yīng)強(qiáng)度減弱；若取值范圍過小，地層響應(yīng)干擾較嚴(yán)重。自適應(yīng)矩陣元素取值范圍確定方法通過計(jì)算地震數(shù)據(jù)主頻率計(jì)算三維高斯加權(quán)平滑系數(shù)，由該系數(shù)自適應(yīng)調(diào)控元素取值范圍，可以有效地避免繁瑣的人工數(shù)據(jù)測試，在不降低分辨率的同時(shí)，可減少地層響應(yīng)干擾。

圖5為地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征與第三代相干算法剖面對比。由圖可見：原始地震剖面（圖5a）的斷裂（在豎向紅圈處）在黃點(diǎn)處斷距小，地震反射同相軸錯(cuò)斷不明顯；第三代相干剖面（圖5b）在黃點(diǎn)處響應(yīng)弱，被背景響應(yīng)掩蓋；在地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征剖面（圖5c）上斷裂響應(yīng)明顯，斷裂形態(tài)清楚。圖6為第三代相干算法與地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征提取的平面屬性。由圖可見，第三代相干算法結(jié)果無法形成連續(xù)的斷裂形態(tài)（圖6a），地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征結(jié)果的斷裂展布特征非常明顯，斷裂走向呈南西—北東向（圖6b）。因此，地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征方法在平面、剖面的斷裂刻畫效果明顯。

2.2.3 基于數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)定量化預(yù)測方法

超深層碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，同時(shí)缺乏有效的地震預(yù)測方法?！笆の濉逼陂g，通過數(shù)字巖心彈性模擬方法構(gòu)建針對疊前地震反演數(shù)據(jù)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測量板，并使用實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了測試，獲得了較好的效果。

按照“以小見大”的思路，首先通過數(shù)字巖心基于CT設(shè)備掃描實(shí)際巖心，并經(jīng)過一系列的圖像處理，從而精確反映實(shí)際巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征。在數(shù)字巖心數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用靜態(tài)有限元模擬方法（FEM）計(jì)算數(shù)字巖心的縱、橫波速度，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室?guī)r石實(shí)際測量標(biāo)定與驗(yàn)證。以縱波速度計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，利用Sun[44]提出的孔隙結(jié)構(gòu)預(yù)測方法計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)因子γ，使預(yù)測結(jié)果與數(shù)字巖心圖像大體一致：根據(jù)γ將孔隙結(jié)構(gòu)分為孔洞型、裂縫型、裂縫—孔隙型三類。隨后通過疊前反演屬性與測井孔隙度構(gòu)建數(shù)據(jù)集，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測地震孔隙度，將孔隙度與地震反演縱波速度交會并投影在量板中，從而得到孔隙結(jié)構(gòu)屬性（圖7）。

趙建國等[45]利用數(shù)字巖心建立了各孔隙類型的臨界γ值與孔隙縱橫比α之間的定量關(guān)系，按照儲層孔隙的抗壓實(shí)性劃分孔隙類型。鑄?？椎膸r石結(jié)構(gòu)很硬，抗壓縮系數(shù)大，因此體積模量大；含較多裂縫或微裂縫巖石的骨架較軟，縱波速度較含更多大孔（鑄?？谆蚓чg孔）的巖石低。文獻(xiàn)[45]從巖石物理建模的角度進(jìn)一步驗(yàn)證了利用碳酸鹽巖模擬數(shù)據(jù)劃分孔隙類型的合理性與有效性，利用數(shù)字巖心技術(shù)建立量板劃分孔隙結(jié)構(gòu)（圖8）——新儲層預(yù)測表征方式，以此更深入地進(jìn)行地質(zhì)研究和評價(jià)。

3 深層—超深層碳酸鹽巖儲層與流體地震預(yù)測技術(shù)發(fā)展趨勢及重點(diǎn)攻關(guān)方向

隨著中國陸上深層油氣藏的精細(xì)勘探、開發(fā)一體化和超深層勘探的深入，強(qiáng)非均質(zhì)儲層精細(xì)表征、深層地震成像與儲層預(yù)測等重大技術(shù)攻關(guān)需求日益突出，“可靠的深層地震資料、多學(xué)科聯(lián)合的儲層高精度表征和深度學(xué)習(xí)人工智能”發(fā)展趨勢十分明顯。

3.1 深層地震資料處理技術(shù)發(fā)展趨勢及重點(diǎn)攻關(guān)方向

深層—超深層碳酸鹽巖地震勘探面臨儲層埋深大、有效信號弱、非均質(zhì)性和各向異性強(qiáng)等難題，高精度儲層預(yù)測和沉積相帶準(zhǔn)確識別對地震資料的保真度、分辨率和成像精度提出了極高的要求。因此，提高地震資料的保真度、分辨率和成像精度是深層地震資料處理技術(shù)的發(fā)展趨勢和重點(diǎn)攻關(guān)方向。

3.1.1 提高超深層地震資料保真度

提高地震資料的保真度主要是在疊前去噪過程中利用保真的處理手段實(shí)現(xiàn)[46]。針對近地表引起的面波、隨機(jī)噪聲、線性干擾等，常規(guī)去噪方法已較成熟，智能去噪方法是未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。目前深度學(xué)習(xí)方法在地震資料去噪領(lǐng)域的研究主要集中在隨機(jī)噪聲壓制方面，對于去除面波、線性干擾及層間多次波等的研究進(jìn)展相對緩慢。對于深層—超深層碳酸鹽巖地震資料，層間多次波是壓制難度最大的一類噪聲。由于層間多次波和一次反射波在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征方面差異較小，常規(guī)基于濾波的多次波壓制方法很難取得理想效果，基于波動(dòng)理論的預(yù)測減去法是目前研究的熱點(diǎn)，也是未來的重點(diǎn)攻關(guān)方向。預(yù)測減去法包括波場延拓法、改進(jìn)的SRME方法、ISS法、構(gòu)建虛同相軸、稀疏反演法等方法，這些方法對層間多次波的壓制效果明顯較濾波類方法好，但對于深層—超深層碳酸鹽巖實(shí)際資料的去噪技術(shù)還需要進(jìn)一步攻關(guān)。

3.1.2 提高深層地震資料的分辨率

提高地震資料的分辨率處理主要通過近地表吸收補(bǔ)償及Q偏移實(shí)現(xiàn)。目前近地表吸收補(bǔ)償方法已廣泛用于實(shí)際資料[7]。地表吸收補(bǔ)償及Q偏移的基礎(chǔ)是建立準(zhǔn)確的地層Q模型。目前基于走時(shí)層析理論的Q估計(jì)方法已經(jīng)用于實(shí)際資料，該方法利用初至波、折射波、反射波等波場的走時(shí)信息建立考慮吸收效應(yīng)的旅行時(shí)網(wǎng)格層析方程，以反演地下Q模型。未來的發(fā)展方向是綜合利用微測井、VSP和地面地震數(shù)據(jù)，采用波動(dòng)方程走時(shí)反演或者波形反演等方法提高近地表Q模型的建模精度。目前主要采用Q?Kirch?hoff偏移方法，Q?RTM方法也開始得到應(yīng)用，其中各向異性Q?RTM方法和最小二乘Q?RTM方法是未來的研究方向。

3.1.3 全方位局部角度域成像技術(shù)

全方位局部角度域成像技術(shù)充分利用寬方位資料的方位信息，在裂縫預(yù)測、繞射波成像方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[47]。未來的研究重點(diǎn)是充分挖掘全方位反射角道集和方向角道集的有用信息，研發(fā)更有效的繞射波分離方法，提高深層碳酸鹽巖地區(qū)斷層、溶洞等不連續(xù)地質(zhì)體的刻畫能力。同時(shí)TTI、ORT等各向異性介質(zhì)的全方位角度域成像技術(shù)也是未來的研究方向。

3.1.4 地震物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)

全球范圍內(nèi)尚無有效的揭示超深層地震復(fù)雜波場機(jī)理的實(shí)驗(yàn)方法。隨著地震物理模型制作技術(shù)的發(fā)展及室內(nèi)地震采集技術(shù)的成熟應(yīng)用，可根據(jù)物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)地震資料處理、解釋。根據(jù)實(shí)際地震資料建立等比例物理模型的方法，通過模擬野外地震信號研究超深層復(fù)雜波場的傳播機(jī)制，了解地震數(shù)據(jù)中的層間多次波及其他隨機(jī)噪聲的空間分布特征。

3.2 多學(xué)科聯(lián)合的儲層高精度表征

地震巖石物理研究方面，利用地震數(shù)據(jù)表征孔隙結(jié)構(gòu)目前僅僅做了一些探索性工作，尚有很多問題需要深入研究，如進(jìn)一步優(yōu)化地震屬性求取孔隙度算法的細(xì)節(jié)，將直接決定孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)測精度[45]。

強(qiáng)非均質(zhì)性碳酸鹽巖綜合解釋技術(shù)發(fā)展方向是“疊前、多維、融合、一體化、智能化”?！隘B前”包括AVO、AVOZ；“多維”包括時(shí)移地震（四維）數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)體、五維數(shù)據(jù)體（三維數(shù)據(jù)+方位角與炮檢距數(shù)據(jù)）；“融合”是不同地震屬性的深度結(jié)合，一般通過三維可視化、圖像處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；“一體化”是指地震、地質(zhì)一體化；“智能化”指基于大數(shù)據(jù)、人工智能方法的新一代儲層預(yù)測技術(shù)。需重點(diǎn)發(fā)展以下技術(shù)：

（1）基于雙相介質(zhì)波動(dòng)特征（頻率、頻散與衰減等）的儲層敏感屬性精細(xì)化地震預(yù)測技術(shù)，可進(jìn)一步提高常規(guī)儲層預(yù)測方法的針對性和精度。

（2）基于數(shù)字巖心巖石物理分析的儲層孔隙結(jié)構(gòu)地震疊前預(yù)測技術(shù)，可有效預(yù)測強(qiáng)非均質(zhì)碳酸鹽巖儲集體的結(jié)構(gòu)類型及空間分布，為油氣藏勘探、開發(fā)提供更豐富的研究信息。

（3）人工智能碳酸鹽巖儲層定量預(yù)測及流體檢測技術(shù)攻關(guān)主要包括三個(gè)方面：①地質(zhì)模式約束的人工智能深層碳酸鹽巖小斷裂地震識別技術(shù)；②地質(zhì)模式約束的人工智能疊前儲層預(yù)測及流體定量解釋技術(shù)，涵蓋巖溶—縫洞型、白云巖薄儲層預(yù)測及流體檢測新方法；③三維可視化儲層及流體表征技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)儲層、流體全三維成像，使油氣藏“透明化”成為可能。

3.3 基于深度學(xué)習(xí)的智能儲層地震預(yù)測技術(shù)

深度學(xué)習(xí)（DL）作為一種高效的人工智能技術(shù)，有望通過機(jī)器輔助數(shù)學(xué)算法發(fā)現(xiàn)地球物理概念并繼承專家知識。盡管DL在地震探測器或拾取器等地球物理應(yīng)用中取得了成功，但將其變?yōu)樽顚?shí)用地球物理工具仍處于起步階段[48]。針對超深層碳酸鹽巖勘探，主要存在訓(xùn)練樣本不足、數(shù)據(jù)信噪比低和求解強(qiáng)非線性問題等難點(diǎn)。在這些問題中，與其他行業(yè)相比，關(guān)鍵挑戰(zhàn)是缺乏有效樣本。未來應(yīng)將重點(diǎn)放在研究適用于“小樣本”學(xué)習(xí)的幾種新DL方法，如半監(jiān)督和無監(jiān)督學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、多模式DL、聯(lián)合學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)等。

4 結(jié)束語

（1）針對超深層低信噪比地震數(shù)據(jù)，Q疊前深度偏移和TTI介質(zhì)RTM技術(shù)在碳酸鹽巖儲層成像中取得了一定效果，基于波動(dòng)理論的層間多次波壓制、各向異性Q?RTM、最小二乘Q?RTM及各向異性全方位角度域成像技術(shù)是重點(diǎn)攻關(guān)方向；

（2）深層—超深層強(qiáng)非均質(zhì)性碳酸鹽巖儲層地震預(yù)測技術(shù)存在欠缺理論依據(jù)、預(yù)測精度較低等問題，亟待加強(qiáng)理論方法探索和技術(shù)攻關(guān)；

（3）地震巖石物理實(shí)驗(yàn)與儲層地質(zhì)的深度融合以及基于雙相介質(zhì)波動(dòng)特征（頻率、頻散與衰減等）的儲層敏感屬性精細(xì)化地震預(yù)測技術(shù)、人工智能碳酸鹽巖儲層定量預(yù)測及流體檢測技術(shù)等均是重要發(fā)展方向，“可靠的深層地震資料、多學(xué)科聯(lián)合的儲層高精度表征和DL人工智能”發(fā)展趨勢十分明顯。