油氣地球物理技術進展

陳 偉， 李 霞， 李紅敬， 楊瑞娟， 黎 娜， 周小慧， 楊江峰

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院， 南京 211103)

油氣地球物理技術(又稱物探技術)是油氣勘探開發中的關鍵支撐技術。物探技術的進步，是油氣行業可持續發展的核心推動力。物探技術在識別成藏遠景區、揭示復雜構造細節、發現與精細刻畫油氣藏目標，動態監測與評估開發效果，實時油藏管理決策等油氣勘探開發的各個環節都獲得了成功應用。隨著勘探開發的推進，目標體的地質條件、地球物理條件更為復雜，物探技術的作用愈加重要。油氣行業高效、綠色發展的要求，也迫切需要不斷提高物探技術水平。

油氣地球物理技術的發展趨勢主要體現在：在信息技術等高新技術的支持下，多學科融合進程顯著加快，以海量地震數據為特征，逐步實現物探技術的采集、處理、解釋一體化。地球物理技術分辨率更高，成像更精確，更逼近真實油藏，解決地質、工程問題的能力不斷增強。圍繞高精度地下成像、精細儲層描述和流體檢測，開展多學科、多尺度、多屬性信息的聯合處理和綜合分析。深度學習等新技術的引入，引發了物探技術自動化智能化的研究應用熱潮。百萬道地震采集系統，多源高效采集技術，高密度三維地震，多波多分量地震，以及3D-VSP、微地震、井間地震、時延地震、隨鉆地震等油藏地球物理技術，使得石油物探技術的應用從油氣勘探向開發階段延伸，由常規油氣向煤層氣、頁巖氣、深層致密氣、地熱等非常規油氣、能源的勘探開發拓展。

物探技術正向勘探開發的全過程滲透，高效地震采集、精細偏移成像、全波形反演、油藏地球物理、智能化自動化物探技術的研究應用為代表發展方向。

1 高效地震采集技術

近年來，地震采集技術在采集理念、觀測方式、觀測資料數量和質量上發生了巨大而深刻的變化。可控震源裝備和激發方式、高密度地震、多源地震、無線采集、百萬道地震采集系統、隨機稀疏采樣等技術取得較大進展，實現了長久以來的諸多設想，這部分得益于采樣理論、電磁控制等相關學科技術新成果的引入。寬頻、寬(全)方位、高密度采集成為主流，采集資料質量的提高為提高資料處理解釋質量、提高地震的精度和分辨率打下了良好的基礎。

地震采集理念正在更新，由傳統的注重覆蓋次數轉向以波場為中心，爭取全面地反映波場，并出現了按需采集[1]等新的嘗試，用更合理的代價實現地質、工程目標。

經過多年技術、裝備研發和市場耕耘，中國石油東方地球物理公司已經成為全球最大的物探技術服務公司，研發出了高精度可控震源等裝備，陸地地震采集業務份額連續多年全球領先，并逐漸占據海洋采集等高端市場。

1.1 可控震源技術

地震采集技術的進步，是在可控震源技術的發展的帶動下取得的。可控震源具有震源信號可記錄和可重復，信號頻帶、相位、出力易調整，激發效率高，更加安全、綠色環保等優勢，是炸藥震源的比較理想的替代者。不僅在人文等條件不允許使用炸藥震源的特殊情況下，可控震源在中外的地震采集中已經成為常規使用的震源，海上主動源采集已全部使用氣槍等可控震源。

可控震源裝備向著兩個方向發展，一是大型寬頻(最寬6～8個倍頻程)、大出力(最高90 000磅)震源;二是靈活方便的小型、窄帶震源。前者能提高儲層分辨率，改善深部成像、鹽下成像以及火成巖地表下的地質目標成像。后者更能適應復雜施工環境，布置和使用更加方便，也更適合分布震源組合(DSA)采集的需求。低頻震源已逐漸成為主流趨勢，部分震源的最低激發頻率已低至0.5 Hz。

隨著可控震源設備的不斷改進，可控震源激發技術獲得較大進展。目前可控震源激發技術主要有：滑動掃描(slip-sweep)、高保真采集(HFVS)、獨立同時掃描(ISS)[2]、分組同時掃描(DSSS)[3]、分頻同時掃描(FSSS)[4]和同時偽隨機掃描(SPST)[5]等。新技術提高了采集效率，顯著降低了采集費用，在采集施工中能夠進行實時質量控制。

可控震源及激發方法的進步，促使高效地震采集技術快速發展，采集的效率、數據量都呈數量級提高，頻帶寬度、方位角-偏移距分布了也得到改善。

中石油東方物探公司的EV56高精度可控震源，激發信號頻寬達到1.5～160 Hz，出力達到7 000磅級常規震源的水平[6]。在高密度寬頻地震采集生產中，EV56可產生90 Hz以上的高頻率信號，與常規可控震源相比，高頻端可擴頻15～20 Hz、中低頻部分可擴頻5～10 Hz，在實際應用中取得優異的勘探效果，持續保持全球行業領先地位。

1.2 光纖傳感器

光纖分布式聲波傳感器(DAS)是一項發展迅速的技術，最早應用于軍事、通信、工程領域。DAS采用激光脈沖激發、相干光反射測量的原理。DAS光纖受到外界振動作用時，由于彈性-光學效應，光纖形狀產生微小變化，在光纖中傳播的短脈沖激光及其背向散射光發生變化，將接收到的傳播光信號、背向散射光信號與原始光信號進行比較，即可測量應變發生的時間、位置和強度等信息。DAS系統主要包括激發單元、處理單元和使用界面。

DAS傳感具有以下優點：不需要單獨的傳感器、傳感電纜，成本低；耐高溫高壓等極端條件、抗電磁干擾；布設方便；排列長度長(可達數十千米或全井)；采集效率高(特別是井中，可一次完成全井段采集)；線內采樣率高(可小于1 m)；采集腳印小；光纖壽命長，基本無需維護，更能勝任永久監測。

傳統的DAS只能測量平行于光纖方向的應變，螺旋纏繞DAS光纖等技術克服了這一問題，在各個方向都比較靈敏，從而使在地表采用水平DAS光纖采集地震反射數據成為可能。

目前，DAS較多應用于VSP及時延VSP、地震監測、水力壓裂微地震監測等領域[7-10]。中國也開展了光纖地震傳感器的研究[11]。中石油東方物探公司推出的uDAS系統，大幅提高了全井段觀測及成像能力，在應力感應靈敏度、最小采樣間距、最大傳輸距離、生產成本等關鍵技術指標方面達到國際領先水平，已在中國多個油氣田開展了現場試驗和應用，在構造成像、小斷層識別、砂體描述、壓裂微地震監測、油藏時延監測等方面取得良好效果，具備了工業化應用條件。

DAS在地震領域的應用前景廣闊，有望成為一種新的認識、管理油藏的手段，與人工智能相結合，DAS地震能夠推進智慧油田的建設、提高油氣最終采收率。

1.3 多源地震

可控震源高效激發技術帶來了采集技術的突破，以往的逐炮采集發展成多震源同時激發、檢波器連續記錄多炮的疊加波場的多源地震采集，在相同的時間內能夠記錄到更多的地震數據。數據的冗余有利于降低假頻，提高資料質量。

多源地震的優勢是每個震源的效率提高，多個震源同時工作。多源地震減小炮線上的炮距、共偏移距域中的道距，與寬頻、寬方位、高密度采集相結合，縮短了采集工期，能夠降低地震成本。

陸地多源地震在目前都是可控震源按一定方式編碼激發進行采集的。海上多源采集形式多樣，根據震源船、拖纜船的不同組合以及震源船上的震源配備，形成了環形、雙環形、多環形多船地震采集技術。海洋多源地震還可與雙纜、斜纜等技術結合，提高采集質量[12-14]。多源長偏移距雙方位角采集、海上中間放炮拖纜采集等技術也在實際應用中提高了復雜區域的成像質量和分辨能力。

多震源混疊采集得到的地震數據有兩種處理方式：數據分離，得到單炮記錄，然后采用與常規單炮處理方式一樣的處理流程。炮分離可以通過濾波[15]、反演[16-18]等進行；直接處理超級炮，有多源偏移[19-20]、反演(全波場反演[21]、最小二乘反演[22]、多源全波形反演[23-24])等技術。

多源地震面臨著不同采集方式的選擇和改進、海量資料的處理等技術難題。通過下列手段能夠進一步提高多源地震的效能：縮短震源的激發預備時間，降低在炮點間移動震源所需要的時間，以縮短震源激發周期，在相同的施工時間內激發出更多的炮；選擇合適的震源激發方式，設計合理的混疊編碼，提高震源激發效率；研究混疊數據的解混疊方法，使得炮分離結果盡可能地消除或減輕道間串擾的影響。

多源地震代表了地震采集的方向，將成為下一代地震采集方式——“分布震源組合”(DSA)的主流。

1.4 節點采集

節點采集技術[25]是從海洋地震發展而來的，具有可以在鉆井平臺密集或有其他障礙物的地方實施采集、觀測點位置準確、采集的可重復性高、減少環境的干擾、易于消除鬼波、適于高密度布設等優點。深水勘探、油藏動態監測中，節點采集技術的優勢更為明顯，很多油田已用節點技術取代了拖纜采集。陸上節點采集則可以減輕復雜地表條件下的采集施工難度，提高效率。隨著集成電路、實時無線網絡通信、傳感器、小體積大容量電池等技術的發展，節點設備有一體化和微型化的趨勢。

水下節點的布設方法不斷改進，由遙控水下飛行器(ROV)等水下機器人發展到“飛行節點”[26]技術，節點布設和回收效率、定位精度和能夠布設的檢波點密度都更高。

節點地震技術與可控源高效激發技術、稀疏采集技術相結合，能夠進一步提高采集效率、降低采集成本，具有很大的發展前景。

1.5 稀疏采集

1.5.1 壓縮感知采集

基于信號稀疏采樣理論的壓縮感知(compressed sensing，CS)在圖像壓縮、無線通信、模式識別和醫療成像等領域得到廣泛應用。

壓縮感知技術利用信號的稀疏特性進行非規則稀疏采樣，突破了Shannon-Nyquist采樣定理的限制，減少了數據表達和處理的工作量。在油氣地球物理領域，在滿足CS要求的前提下，可以用它進行缺失數據的恢復和數據插值加密，還可以減少資料采集工作量，降低采集成本。CS成為提高地震勘探效率的重要方法[27-30]。

目前，壓縮感知理論在油氣地球物理領域的應用已從數據恢復和加密向稀疏觀測系統設計[31-32]、地震數據處理[33-37]方向發展。

1.5.2 “分布震源組合”(DSA)采集

多源地震提高了地震采集的效率，充分利用該優勢，將目前使用的寬(全)頻帶震源改為窄帶或單頻震源，出現了DSA采集的思路[38]。

DSA有下列顯著特征：單頻或窄帶震源(易于實現，且輕便化)的分布式組合，寬頻檢波器[記錄寬(全)頻段地震數據]，源、檢的隨機分布(減輕布設和回收的工作量)和連續采集(在獲得巨量數據的同時提高采集效率)。研究表明，在DSA中，采用不同頻帶范圍內的單頻或窄頻震源進行分布式組合，其響應與寬頻震源相似，地震記錄的頻譜范圍很寬，但采集成本要小很多，效率也高，特別有利于重復采集。DSA資料處理的方法正在討論中[39-40]。

DSA中需要解決的主要問題有：震源組合及激發設計，寬頻、能長時間記錄和運行的檢波器(如光纖等)，隨機采樣方法，空間、時間上的隨機采樣巨量資料的數據處理。

DSA將大大提高地震的經濟性，通過數據的冗余，提高地震資料反映地質情況的能力。DSA可能是新一代地震采集方法的代表，目前的多源地震可以認為是DSA的初步實現形式。

2 偏移和反演技術

地震資料處理中，更加注意流程規劃、方法選擇、參數選取時的地質、地球物理意義，為后續解釋和重新采集處理過程提供可靠的資料，體現了采集、處理、解釋一體化的趨勢。地震數據處理技術研究應用的主要內容包括高密度、寬方位資料的插值與規則化[41-42]、靜校正[43]、去噪[44-46]、建模[47-49]、偏移成像[50]、反演[51-53]、OVT域處理[54]、針對性屬性計算[55-57]等，技術進展中主要集中于偏移技術和全波形反演技術。

偏移和反演是求解波動方程的不同途徑。一般而言，偏移給出地下構造情況，反演能揭示地下物性分布，偏移與反演的融合是發展大方向。聯合偏移反演(JMI)[58-61]是朝著這個方向的努力之一。

2.1 偏移技術

地震偏移成像是地震資料處理中的關鍵一步，偏移成像結果直接決定了構造解釋、儲層預測的精度。隨著油氣勘探開發程度的不斷加深，地震勘探逐漸走向更加復雜的地下構造和復雜儲層區域。復雜幾何形態的鹽體、不同噴發形式形成的火山巖、古潛山等構造體的存在使得地震波場十分復雜，建模和偏移難度加大，這些地質體的底邊界、側翼、下覆構造的成像更為困難。偏移技術的研究聚焦于提高解決復雜地質問題的能力(復雜地表、復雜目標體等艱難條件下的成像能力、成像結果的精度和分辨率等)、偏移成像的計算效率。疊前深度偏移(PSDM)已經成為常規流程。逆時偏移[62-63]、束偏移的研究不斷深入，并取得很多成功應用。最小二乘偏移重新受到重視。

2.1.1 最小二乘偏移

標準的偏移方法(包括逆時偏移)是基于正演模擬算子的共軛轉置，使得成像結果受假像、不均勻照明的影響，特別是在復雜地區。最小二乘偏移(LSM)則是對正演模擬算子的逆的近似，因而能減輕上述問題。

LSM的優勢有：提高成像分辨率；減少觀測不規則、采樣稀疏、孔徑不足時的偏移假象，改善成像聚焦；補償吸收衰減、幾何擴散、各向異性等引起的振幅問題，提高成像保幅性。

聲波、彈性波最小二乘成像都有新的成果。最小二乘全波場偏移技術(LS-FWM)，考慮一次波和高階反射能量，顯著增強了成像的照明度和分辨率，成像較少受串音干擾，并改善了波數成分，振幅更加均衡，斷層、構造落實效果更好[64]。LSM和稀疏反演相結合[65]，能降低計算成本。最小二乘Q偏移(LSQKir)方法，能進行Q補償，改善照明度、振幅保真度、成像分辨率[66]。單次迭代(非迭代)最小二乘深度偏移[67]能改進偏移結果的保幅性，提高分辨率和照明補償效果，并考慮衰減問題。單次迭代最小二乘深度偏移計算量小于常規的迭代最小二乘偏移方法(常規迭代LSM的計算量約為常規偏移的2N倍，N為迭代次數)。基于反射率的反射地震波傳播方程(反射波動方程)的LSM方法能夠得到地下反射層界面的物性參數，而常規LSM得到的是地下反射層的物性參數[68]。

LSM也存在一些不足。一是計算量大。二是偏移約束條件的選取困難，目前仍然沒有統一的結論。

LSM的應用必須尋求效果與效率的平衡。主要有兩條路徑：利用高效求解Hessian矩陣逆方法代替多次迭代法；LSM偏移與高效偏移算子相結合(如最小二乘逆時偏移成像，LSRTM)，在實現高精度成像的同時兼顧效率。LSRTM還能夠克服采集假頻、補償照明不足[69]。

通過解線性化的彈性波方程或采用新的擾動成像條件等方法[70-72]，彈性LSRTM能夠得到縱、橫波反射系數，結果的分辨率、信噪比、振幅平衡性等都優于彈性RTM和聲波LSRTM，振幅信息更加準確，有利于油藏描述。黏彈介質的最小二乘逆時偏移(QLSRTM)也正在研究之中[73]。

雖然LSRTM相比常規偏移具有較大的優勢，但仍然面臨著速度場的精度、震源子波估計等問題。為此發展出了不依賴子波的LSRTM(SILSRTM)等算法。SILSRTM用觀測波場卷積模擬波場的參考道、模擬波場卷積觀測波場的參考道形成目標泛函，目標泛函的兩項中同時存在觀測子波和模擬子波，從而去除子波影響[74]。

2.1.2 無需速度模型的偏移成像技術

對于速度模型的依賴，是偏移技術一直未能擺脫的困境之一，越是成像能力強的方法，對輸入速度模型的準確性要求就越高。

解決上述問題，至少有三條途徑可以同時努力：改善速度估計方法，建立盡量準確的初始模型；研究反演方法(比如全波形反演等)，提供接近實際的物性分布情況；尋求弱速度依賴性甚至無需速度模型的偏移技術。在第三條路徑中[75]，逆散射子級數(inverse scatting subseries，ISS)法[76]、小曲線(curvelet)法[77]研究較多。ISS考慮了逆散射序列中的高階項，突破了基于Born線性化近似的逆散射成像僅對小擾動速度模型有效的局限性，并且無需水平層狀介質的假設，可以實現速度橫向變化下的PSDM。Curvelet變換實際上是一個分解、壓縮過程，提供了關于局部傾斜的內在信息，得到地震數據的一系列含有方向信息的系數(非零系數的個數很少)。使用這些系數可以進行各向異性偏移，而計算量則大大降低，成像過程中無需建立速度模型。除了偏移成像，ISS、Curvelet變換在地震中還有非常廣泛的應用。

2.1.3 Marchenko成像

Marchenko成像[78-79]是一種不含有多次反射假象的成像技術，它是基于Marchenko基準面重建的，用地面地震記錄、背景速度模型，將地面地震震源和檢波器延拓到地下任意深度，重建出反射響應的基準面。重建出的資料只包含新基準面深度以下的反射響應，基準面以上的介質與反射記錄無關。

Marchenko重建基準面、成像方法已應用于實際資料，有效壓制了層間多次波引起的成像假象。

Marchenko方法在波場分解、震源子波估計等方面也有應用。

2.2 全波形反演技術

全波形反演(FWI)[80]利用了地震資料的運動學和動力學特征，對提高成像精度和儲層預測可靠性具有重要意義，獲得廣泛的研究，并在海上[81-82]、陸上[83]取得較好應用成果。全波形反演是一種利用迭代的線性化反演方法進行求解的強非線性反演，具有計算量大與局部極值高風險性的特點。其成功應用主要依賴于長偏移距、低頻信息豐富、采集系統規則、高信噪比的優質地震數據，精確的初始速度，準確的子波估計等關鍵信息。

2.2.1 反射波全波形反演

反射波全波形反演(RFWI)方法能補償背景速度模型的長波長，并能提供使用潛波時難以得到的速度更新。RFWI用分解的全波形反演(FWI)的斜率高波數成分首先更新密度，然后使用低波數成分更新速度。RFWI能夠改善一般方法難以確定的微型盆地中鹽上的變化的頁巖速度，識別淺層慢速頁巖體、高速碳酸鹽巖，改善鹽內和鹽下速度，減輕鹽體解釋的模糊性，成像道集連貫平滑，構造連續性更好[84-85]。使用數據域微分相似系數最優化方法來建立運動學信息校正模型，能夠改進RFWI流程的穩健性[86]。擴展源時間域RFWI方法能夠避免周期跳躍問題，克服局部最小值問題，放松了常規FWI由于局部最小值限制對應用的苛刻要求，擴展了解空間。RFWI還適用于存在強反射界面的地區，以及初始模型不準、原始數據缺失低頻等情況[87]。各向異性多參數全波形反演可獲得信噪比高、道集品質好的成像結果[88-89]。廻折波FWI和RFWI相結合，已廣泛應用于墨西哥灣鹽下建模等[90]。

2.2.2 參數化FWI

進行多參數FWI時，由于模型參數多，參數之間不得不進行折中，從而影響反演結果。在正交各向異性介質中的彈性近似甚至聲波近似時，這種影響也被放大得更嚴重。可以將FWI問題轉化為求最影響數據(即數據對其最敏感)的那些參數，這些參數的類型依模型的不同詳細程度、尺度和所反映的地質特征而不同。

現有研究指出，對ORT介質，數據將主要對四個參數的散射特性比較敏感：x1方向的水平速度、ε(主要是x-z平面的近零偏移距處的散射)、εd(x1、x2方向的水平速度的平方的比)、δ3(水平面上的非橢圓率的參數)。采用這種參數組合，水平速度和ε的散射特性都與方位無關了，可以對這兩個參數進行VTI反演求得初始值，用上述另外的兩個參數來擬合資料的方位變化[91]。

2.2.3 自動化FWI

基于機器學習引入FWI實現的自動時窗拾取FWI方法，提高了全波形反演的計算效率[92]。而FWI方法的性質，暗示著FWI方法的自動化是非常有希望實現的。

FWI已經在海上地震資料中實用化，陸上資料的應用主要還以淺、中層為主。FWI還需解決近地表問題，斷層成像不準確等問題。需要繼續研究的技術難點有初始模型建立、子波估計、缺失低頻和長偏移距數據的FWI、避免局部最小陷阱、快速全局尋優、提高計算效率等。

3 定量地震解釋技術

地震解釋技術由定性、半定量向定量化解釋發展。定量解釋技術的進展主要是發展了新的反演方法，例如一維隨機反演方法、儲層物性反演、基于貝葉斯隨機地震反演的薄儲層預測新方法等。深度域反演方法從深度偏移數據體反演輸出反射率和聲阻抗。提高復雜環境下地震構造解釋和定量地震解釋的可靠性與一致性，有助于降低復雜儲層環境下的不確定性，改進儲層定量解釋。

目前，疊前地震反演已經成為定量地震解釋的常規流程。近年來，定量地震解釋方面又涌現出新的方法研究和應用。

(1)一維隨機反演方法(ODiSI)估算儲層物性、巖相和結果的不確定性。ODiSI已成功應用于多個地質條件相對簡單的硅質碎屑巖地區。反演得到的凈毛比和孔隙度數據體已經成功的用于井位部署，同時也可以更好地了解儲層地質特征、直接輸入儲層模型中[93]。

(2)疊前同步反演已擴展到同時方位反演并成功應用于實際數據[94]，如：壓力和裂縫方向的方位定量反演。

(3)基于確定性模型的疊前地震反演。傳統疊前地震反演的通常是縱波阻抗(PI)、橫波阻抗(SI)和密度，新方法則將PI、SI和密度等參數轉化為儲層物性(巖性、孔隙度和含水飽和度)，用于定量解釋[95]。

(4)貝葉斯隨機反演。利用了子波、調諧和頻譜分析、測井和局部變化的各向異性(LVA)等信息作為約束，貝葉斯地震反演能夠給出流體、裂縫參數，預測薄儲層[96-100]。該方法的彈性阻抗反演結果非常接近實際測井，并可給出定量的誤差或不確定性估計，減小開發風險。

深度域反演提高了復雜環境下地震構造解釋和定量地震解釋的可靠性和一致性，能夠給出反射系數和照明補償后的聲波阻抗，從而由深度偏移數據體得到更一致、可靠的成像結果和巖石屬性。深度域反演已得到成功應用。深度域聲阻抗反演改進了砂巖侵入體的振幅保真度和分辨率，提高了巖石聲學參數、地震振幅的可靠性，進而改進儲層定量解釋[100-103]。

地震解釋技術將向深度域地震解釋和智能化解釋發展。

4 理論研究與巖石物理實驗技術

油氣地球物理理論研究中進展最大的是各向異性研究，不確定性問題的研究仍需投入更大的關注。巖石物理實驗技術中，不同尺度、頻段的巖石物理響應的關系，數字巖心技術，物理模型制作與測試等技術均有進展。以下介紹各向異性、數字巖心技術進展。

4.1 各向異性研究

各向異性是一種重要的地球介質物理性質，會比較顯著的影響地震波旅行時及振幅信息，對地震波高精度建模和成像具有重要影響。完全各向異性介質必須用21個獨立的彈性參數才能準確描述，對地震資料、計算能力的要求非常高，各向異性研究也一直是一個難題。

多波多分量、寬方位、長偏移距數據對各向異性研究非常重要。在勘探地震領域，各向異性研究主要集中在各向異性介質中波現象模擬及分析、各向異性介質的簡化與近似、背景參數建模、反演成像及儲層參數建模等方面。

各向異性介質的簡化，包括了對介質的簡化和對介質的表示方法的簡化。前者如橫向各向同性(HTI)介質、正交各向異性(ORT)介質、用相對簡單的介質近似更復雜介質(如：用TTI、ORT介質近似TORT介質[104])等。后者即所謂的“參數化”，根據地震資料、所要解決的地質和工程問題，選取合適的彈性參數及其組合，降低問題求解的難度和計算代價(參見文獻[91])。

波場模擬和分析方面，TORT等各向異性介質中高效的旅行時計算、同時考慮吸收衰減與速度各向異性的波場正演進展明顯[105-108]。

參數建模方面，各向異性介質背景參數建模和儲層參數建模都有所進展[109-110]。利用角度道集的旅行時層析TORT介質背景參數建模技術逐步成熟，在實際資料中取得了一些地質效果。

TTI或TORT介質的PSDM算法已發展較為成熟。成像逐步向反演方向發展(這與整體油氣地球物理技術的發展趨勢一致)，將背景速度建模與高波數反射系數估計合為一體，利用全波場信息進行反演成像。對于越來越復雜的波現象，如何提取波場中的特征量(不同波型、不同傳播角度等)以降低反演成像問題的非線性是進一步研究的方向。

4.2 數字巖心

數字巖心技術是一種新興的數值模擬計算方法。數字巖心技術用掃描電子顯微鏡、微納米計算機斷層掃描等采集巖心實物的高分辨率、高保真度圖像，通過數學建模，刻畫巖心微觀結構，有效地模擬巖心內部的物理性質及其變化，定量分析和模擬地層的各種特性，為三維巖心建模、巖石物理數值模擬、多尺度孔隙網絡及三維連通性表征、儲層多尺度表征關鍵參數提取優化等提供基礎研究數據。數字巖心技術有助于更好地了解油藏，提高油氣開發效率及采收率[111-112]。

5 自動化智能化技術

地震采集的自動化、智能化起步較早，目前，陸上已經能夠運用無人機進行裝備的布設，海上已實現飛行節點自動定位、采集。相對而言，處理、解釋環節(特別是解釋)的自動化、智能化在近年飛速發展，其勢頭遠遠超過了采集自動化智能化，這是由深度學習等人工智能技術自身的特質以及計算能力的快速發展所決定的。

油氣地球物理中使用的自動化智能化技術主要包括大數據、機器學習(ML)、深度學習(DL)等。

深度學習等智能技術的應用領域已經涵蓋了物探數據處理與綜合解釋、井孔與巖石物理數據分析、油藏表征與油氣開發數據分析等方面，主要集中于地震數據處理與解釋領域。

在地震處理方面，噪聲壓制與信號增強、儲層參數預測、地震反演、初至拾取、數據規則化、去噪及反演[113]、微地震數據分析的自動化進展較快，未來，全波形反演的自動化值得期待。

在地震解釋方面，人工智能、機器學習和深度學習主要應用于斷層自動解釋、層位自動追蹤、地震相識別[114]、鹽體識別及鹽丘頂底解釋[115]、河道或溶洞解釋、地質體識別[116]、含油氣性預測和非常規頁巖脆性預測[117]、綜合解釋等，大大提高了解釋效率并取得良好解釋效果。

5.1 層位自動解釋

層位自動追蹤方法通過求解不均勻各向異性泊松方程從三維地震體中自動提取和恢復有斷層的地層。改進后的技術能進行跨斷層、多斷塊區域的層位自動追蹤建模，也可以應用于噪聲數據或不整合界面周圍的層位提取，比以往的方法更加穩定、有效。由多屬性數據進行自動拾取、解釋的研究仍在推進[118-119]。深度學習可調整近偏移距地震層位解釋方案以適合于遠偏移距地震數據體，不確定性圖可以幫助解釋人員更容易地選擇層位解釋的最佳方案[120]。

5.2 斷裂自動解釋

3D卷積神經網絡在斷層自動解釋中取得較好成果[121]，解釋結果符合地震剖面上的地質特征。三維實際地震數據體斷層解釋實例中，斷層位置的預測準確率為88%[122]。

數據重抽樣(bootstrapping)機器學習法(卷積神經網絡CNN、深度卷積生成對抗網絡DCGAN等)進行斷層解釋[123]，有助于克服地震數據量大、解釋結果(有標簽的數據)少這種短期內不大可能改變的現實困難。

5.3 地震相自動解釋

地震相自動化解釋方法主要有自組織映射(SOM)、深度學習等。

SOM是基于無監督學習的神經網絡算法。測井、地震資料解釋結果表明，SOM能識別地震相，并且可預測儲層的物性，更充分地表示輸入地震資料的地質信息[124]。

深度學習方法區分不同的地震相，能在地震成像的地層圖上以像素級別的分辨率進行自動解釋。荷蘭海上資料的自動定量解釋結果接近人工解釋[125]。

5.4 鹽體自動解釋

鹽體邊界通常不規則，手動解釋耗時并且準確性可能不高。傳統方法主要是選取鹽體特征的敏感屬性，用神經網絡訓練分類算法區分鹽體與圍巖，實現鹽體分類。CNN用于鹽丘頂界面自動解釋的效果與人工解釋相當，解釋周期從大約一個月或更長時間減少到幾個小時[126]。將DNA激勵搜索算法與種子3D極值表面序列提取方法結合可以有效地進行鹽體自動解釋，在墨西哥灣的多客戶地震數據中獲得了成功應用[127]。

深度卷積神經網絡(DCNN)技術刻畫鹽體的研究取得初步成果[128]，含有復雜侵入體的褶皺第三系盆地SEG-SEAM模型的合成資料DCNN數值測試結果與原始地震成像非常吻合，特別是在以往用地震屬性較難分辨清楚的弱反射振幅區效果更好。

5.5 注意力機制等新技術

先進的圖像處理和機器學習技術已經應用到地震解釋中[129]，如在圖像標注、機器翻譯、語音識別等領域已取得較好應用成果的注意力機制模型(attention model,AM)。AM基于人類視覺系統，模仿和預測解釋人員查看地震剖面的行為，利用記錄到的人類觀察自然場景時的眼球注視模式，用機器學習技術完成自動化的AM建模。實際資料應用表明，該方法能從大規模地震數據體中有效、準確地識別出斷層、鹽穹等重要構造，也具有識別其他地質特征的潛力[130]。基于視覺特征多通道結構理論的地震資料品質分析方法，實際資料應用效果基本符合主觀評價結果[131]。

基于局部二值模式(local binary pattern，LBP)的圖像紋理相似性也可用于輔助地震解釋[132]，能夠從地震數據體中選出關鍵地震剖面，建立非規則的網格，更容易地捕捉到地震資料的底層結構，更快、更準確地完成解釋。實際資料的應用說明，該方法除了加速地震解釋外，還可突出地震測量中的差異區域，或者用搜索到的相似性比較不同的3D地震數據。

5.6 自動化智能化技術的困難與未來

復雜地質情況下的地震采集、處理、解釋的智能化仍需進一步攻關。

油氣地球物理與深度學習等新技術相結合的主要困難在于：地球物理數據解釋成果(特別是成功的實例)相對較少，也就是標簽數據量小；各探區間地質、物探條件差異較大。相當長時間內這一現狀還難以改觀，能夠克服這些實際困難的方法將脫穎而出。

此外，如何保證學習結果的質量，如何加入模型、生產數據等先驗信息的約束，也是深度學習等應用于油氣地球物理技術時必須考慮的。

自動化智能化物探技術，將在“單個方法技術”(如全波形反演)、“采集處理解釋中的某一技術環節”(如斷層識別等)、“整個物探作業鏈”等多個層面上并行發展，逐步形成一體化的智能化物探技術體系。

6 結論

在油價震蕩、業主對方法技術的經濟效益要求非常高的情況下，物探技術的作用仍然得到了油公司、油服公司的高度重視，發展物探技術是提高油氣行業核心競爭力的戰略選擇。

(1)可控震源裝備及激發技術的發展，為海上、陸上的多源地震等高效地震采集新技術提供了可能。高效采集大大縮短了采集周期、降低了成本，增加了信息冗余，有利于提高地震資料質量。

(2)采集理念的變化推動了寬頻、寬(全)方位、高密度地震技術的發展。分布式震源組合(DSA)可能是下一代地震采集技術。節點地震技術發展前景廣闊，與可控源高效激發技術、稀疏采集技術相結合，能夠大大提高采集效率、降低采集成本。壓縮感知、光纖傳感器等其他領域新技術成果的引入，加速提升了地震技術的能效。

(3)各向異性偏移、最小二乘偏移與其他偏移技術的結合，是成像技術的研發熱點。全波形反演在淺中層建模中應用效果顯著。聯合偏移反演是發展方向。

(4)在新的反演方法的支持下，地震解釋技術由定性半定量發展為定量化解釋，對油藏的描述更為精細、可靠。

(5)各向異性是地震理論研究熱點，TORT等介質的參數化表達、波場模擬和分析、偏移成像、參數建模等，比以往使用的TTI等更加接近真實的各向異性。數字巖心是新型巖石物理技術，有助于更好地了解油藏，提高油氣開發效率及采收率。

(6)自動化智能化物探技術研究熱潮來襲，滲透到物探數據處理與綜合解釋、巖石物理研究、油藏表征等領域，將向整個物探作業鏈的一體智能化方向迅速發展。近期的重點是復雜地質條件下的地震智能化解釋。