区域古应力控制断层与裂缝的发育，因此准确了解区域古应力对油气勘探与开发具有重要意义。基于Wallace-Bott假设，采用断层滑动矢量结合四维搜索法可以较为准确地计算区域古应力。目前，一般使用地面露头的断层擦痕表示断层的滑动矢量，但是地面擦痕反映的地面应力状态与地下应力状态存在差异。因此，引入一种基于三维地震资料直接计算断层滑动矢量的方法。首先，构建垂直或水平地震剖面并读取视走向滑移与视倾斜滑移，并通过数学方法计算断层滑动矢量；然后，在此基础上采用四维搜索法计算区域古应力。以新场须二气藏M区块为例，计算了两条断层的18个断层滑动矢量，并将其随机分为5组，采用四维搜索法分别计算每一组的区域古应力，并评价区域古应力张量在断面上的剪切应力方向与实际断层滑移方向的偏差（RUP值）。结果显示，5组方案平均RUP值均小于50%，表明该方法计算区域古应力的结果准确，可以推广应用于类似地区。

淮北煤田是国家规划的能源资源基地之一，石炭—二叠系煤系气资源潜力大，但目前煤系气勘探开发还处于起步阶段。受到岩浆侵入、推覆构造、厚覆盖层等因素影响，研究区煤系气勘探难度大，重、磁、电联合勘查是当前绿色、高效、低成本的勘查方法之一，尤其是在深部煤系气勘查中的地位日趋凸显。然而，研究区石炭—二叠系地层岩性复杂，煤、碎屑岩、碳酸盐岩及岩浆侵入岩均有发育，其重、磁、电物性特征及变化规律缺乏系统研究，严重制约着淮北煤田石炭—二叠系煤系气的全面勘探开发进程。为此，基于906件样品的密度、磁化率、电阻率和极化率等测试数据，研究石炭—二叠系地层、沉积岩和岩浆侵入岩之间的重、磁、电物性差异。研究表明：淮北煤田石炭系—二叠系相对于震旦系—奥陶系，具有密度较小、电阻率较低的特征，其中：煤的密度明显较小，平均值为1.47 g/cm³，基本为无磁性，电阻率明显较高，平均值为1.806×10⁴ Ω·m；泥岩密度中等，无磁性或弱磁性，电阻率明显较低，平均值为数百Ω·m；砂岩、灰岩、闪长岩密度较大，平均值均大于2.70 g/cm³，电阻率中等，平均值均为数千Ω·m；闪长岩磁化率较大，平均值为3285.96×10^-5 SI。因此，建议在淮北煤田石炭—二叠系煤系气全面勘探过程中，开展重、磁、电磁法（时频电磁法、复电阻率法等）联合勘查，探测煤系地层和隐伏岩体，为淮北煤田煤系气精准勘探提供依据。

随着中国油气勘探不断深入发展，地质条件日趋复杂，谱元法作为地震勘探技术应用于油气勘探的需求逐渐迫切。正演模拟中，谱元法对四边形有限元网格的质量提出了较高的要求，如何针对复杂地质模型生成高质量的四边形网格模型，是谱元法顺利应用于地震勘探领域的重要技术问题。利用Frontal-Delaunay算法和Blossom-Quad算法分别对生成三角形网格和合并三角形生成四边形网格的过程进行优化，可间接生成较优的初始四边形网格模型，然而对于复杂地质模型，生成的初始四边形网格还存在拓扑错误、凹四边形等问题。为此需要研究一种对初始四边形网络进一步优化的二次优化算法，针对网格中的畸变结点，确定其解空间和优化损失函数，在解空间中初始化粒子群，通过迭代修正畸变结点的位置，实现四边形网格的整体优化。复杂地质模型的实验表明，二次优化算法可以完全消除初始四边形网格中存在的拓扑错误或退化四边形，且优化后四边形边长更加均匀，网格最短边长得到提升，可显著提高正演算法的效率，为谱元法在地震勘探技术中的进一步应用奠定了坚实的基础。

基于地震数据的饱和度定量预测是储层评价和效益开发的关键。但饱和度变化对弹性参数影响较小，使基于弹性岩石物理模型驱动的饱和度反演精度通常较低。基于此，提出了一种衰减岩石物理模型驱动的流体饱和度地震反演方法。首先，通过衰减岩石物理模型正反演分析，确定流体饱和度敏感参数；然后，优选高精度时频分析方法，构建基于叠前地震数据的饱和度敏感属性；最后，采用基于贝叶斯理论的岩石物理多参数联合反演方法，实现储层孔隙度和饱和度参数联合反演。以中国西部某致密含气碎屑岩储层为例，量化分析不同参数对饱和度的敏感程度，优选峰值能量随入射角的变化梯度为叠前流体敏感属性。实际资料应用表明，基于衰减岩石物理模型的饱和度地震反演方法可以实现固液有效解耦，有效提高饱和度反演精度。

针对传统双程声径单差定位模型未考虑换能器的时延误差等问题，考虑到换能器声信号收发时刻的位置变化，文中提出了一种基于双程声径的海底控制点GNSS-A（Global Navigation Satellite System-Acoustic）双差定位方法。该方法以信号往返总时间作为观测值，首先在海底控制点间进行一次差分，然后进行观测历元间二次差分，以降低系统误差对定位结果的影响。采用仿真数据和实测数据进行验证，结果表明：与双程非差和双程单差方法相比，文中方法的仿真定位精度能够分别提高0.282~0.363 m和0.022~0.737 m，实测定位精度分别提高0.029 m和0.012 m，具有更好的定位性能。

地震勘探中的波动方程正演模拟受计算和存储能力的限制，只能在有限空间进行，需要对其设置边界条件。常用的完全匹配层（Perfect Match Layer，PML）是一种应用广泛的边界条件，需要对边界条件设定一定的层数，层数太大时会降低正演速度和增大内存存储。因此，文中通过将PML边界条件和改进后的梯度黏弹边界（Improved Gradient Viscoelastic Layer，IGVL）结合提出一种PML-IGVL边界条件，同时，为了减少截断误差和数值频散，将PML-IGVL边界条件应用于紧致交错网格的黏滞声波方程中进行数值模拟。均匀介质和Marmousi模型中的波场数值模拟结果表明，相对于PML边界条件，PML-IGVL边界条件使用的边界厚度更小，在相同较低边界层数下，能更好地吸收反射波，同时能节省更多的存储空间，并提高正演效率，证明了PML-IGVL边界条件的有效性和优越性，是正演模拟中一种有效的边界吸收方法。

针对目前陆上勘探主要采集的纵波资料与日益增长的弹性多参数模型预测需求之间的矛盾，文中从经典弹性动力学中本构方程出发，通过将本构方程分解为胀缩与剪切张量，推导出弹性介质中的声—弹方程耦合模式波动方程。该方程可以完美匹配纵波资料，同时波形信息中同时存在纵、横波速度和密度响应，具备反演弹性多参数模型功能，基于此搭建了基于纵波资料弹性参数反射波旅行时反演理论框架。由于全波形反演的高度非线性，准确的初始速度建模尤为重要，本文引入反射波波形反演理论，通过沿波路径成像恢复背景模型中、低波数信息，提高成像准确度，同时避免周期性跳跃导致反演失败。为验证本文方法的适用性和有效性，通过均匀模型对比不同震源激发下的声-弹方程耦合模式波动方程与声波方程、弹性波方程波的传播特征，并给出辐射模式验证试验；然后利用Sigsbee 2A重采样模型验证了反演方法在背景速度模型恢复的有效性。

总有机碳含量（TOC）是页岩气勘探开发的一种重要评价指标。测井资料可高效评估TOC，但无法预测井间区域；而从地震资料提取的TOC敏感因子，可实现三维空间预测，但由于页岩储层的厚度薄且非均质性较强，仅依靠地震数据难以达到精度要求。因此需要综合使用多种数据以提升TOC评估准确性。为此，提出一种基于卷积神经网络的高精度页岩TOC定量预测方法。首先，针对页岩特性，对钻井实测岩心TOC数据与多种测井特征曲线进行相关性分析，优选出最具代表性和敏感性的特征。其次，基于识别出的敏感参数，构建相应的卷积神经网络预测模型，将实测TOC样本与敏感测井参数构建的训练样本按7∶3划分数据集，用于模型的训练和验证。最后，利用波形指示模拟技术获得的高分辨率敏感参数反演结果作为三维TOC含量预测的特征输入，将各敏感参数排列重组后输入卷积神经网络模型中，实现TOC含量的三维定量预测。研究结果表明，CNN在拟合TOC含量与敏感参数之间的非线性关系方面较多元回归法和BP神经网络等更具有优势，该方法预测的TOC数据与钻井实测值的平均绝对误差和均方根误差均小于0.6，预测结果与实际情况一致。该方法在页岩薄储层三维TOC含量预测方面具有较高准确性和明显的优势。

将时频分析方法直接应用于深度域地震数据时，由于没有考虑深度域地震子波的速度依赖特点，无法消除由速度引起的谱分解结果异常，进而难以区分由频散衰减因素引起的波数变化。为此，提出了一种适用于深度域地震数据的深度域广义双曲S变换方法。首先借助常速度深度域变换方法消除深度域地震信号的速度依赖性，然后采用非对称的分析窗提高深度—波数谱分解结果的分辨率。合成信号测试结果表明，相较于在深度域使用S变换和直接使用时间域广义双曲S变换方法，深度域广义双曲S变换的深度—波数谱分解结果分辨率更高、能量聚焦性更好。应用于实际深度域地震数据的低波数阴影检测时，该方法可以对储层的含油气性进行有效预测，这有利于减小油气储层预测的多解性。

谱反演方法是研究非平稳地震信号的有效手段，在地震信号处理、分析和综合解释领域发挥了重要的作用。文中提出一种基于分群涡流搜索（SVS）算法优选整形正则化参数的加权最小二乘谱反演（WLSSI-SVSOSR）方法。该方法从一般正问题的理论公式出发，反演得到地震信号的傅里叶级数系数，然后将整形正则化思想引入加权最小二乘谱反演中，基于谱反演方法构造了一种整形正则化算子；采用分群涡流搜索算法对整形正则化参数进行优选，较好地克服了反演过程中的收敛速度慢和稳定性差的问题，获得了地震信号较为稳定的时―频域分布特征。模型测试及实际资料处理结果表明：该方法具有很好的时频域分辨率及能量聚焦性，能够识别含油气储层的优势频率范围；利用优势频率的瞬时振幅特征，可以基本确定含油气储层的横向分布范围，从而实现对含油气储层的精细刻画和描述。

西湖凹陷平北斜坡带平湖组沉积受潮汐作用影响较大，薄煤层广泛发育，煤层对下伏地层的地震反射产生强振幅干涉作用，导致传统储层预测方法无法满足砂体精细描述的需求。为了有效提高富煤地层下储层预测精度，提出一种远道拟泊松比属性储层预测方法。首先，针对研究区煤层发育位置和分布特征，利用波动方程精细模拟不同煤系地层下砂岩储层的地震响应特征；其次，借助砂煤泥耦合叠前道集变化差异，优选能够降低煤层影响的敏感属性信息；最后，通过多参数信息的交会分析提取出远道拟泊松比属性，可以有效降低煤系地层对下伏地层储层预测的干扰。实际资料证实，远道拟泊松比属性可以综合远道和梯度优势信息，较好地消除煤层强反射影响并有效刻画砂岩储层的空间展布特征，为富煤地层强振幅屏蔽下高精度储层预测提供有效技术支撑。

多次波降低了地震资料的信噪比，影响有效波的识别，从而使地震处理难度增加、地震成像的真实性及可靠性降低，甚至形成地质假象，影响后续的地震勘探与开发。基于波动理论的预测相减多次波压制方法能更好的适应复杂介质情况，主要分为两步：多次波预测和自适应匹配相减。这两个步骤都影响最终的多次波压制精度。文中对比了三种自适应匹配相减方法：基于能量最小原则的自适应匹配减法、模式识别匹配减法以及深度学习自适应匹配减法，并分析了各方法优缺点及适应性条件。含表面多次波的模型数据和含层间多次波的实际资料测试结果表明，基于能量最小原则的自适应相减算法存在子波一致性假设条件，基于模式识别的自适应相减技术对地震数据横向一致性要求较高。与前两种传统的自适应减法相比，基于深度学习的自适应匹配减法能够避免假设条件，可有效保护一次波，计算精度较高。

多次波压制是石油勘探领域提升地震数据偏移成像质量的重要手段，特别是对于受自由表面多次波干扰较强的海洋拖缆数据。为了更好地提升多次波压制效果和数据处理效率，文中提出了一种利用深度学习图像转译技术压制自由表面多次波的方法。首先，将地震数据处理任务视为深度学习中的图像转译任务，采用Pix2Pix网络处理转换为图像形式的地震数据；其次，将常规单一形式的目标数据集改进为组合形式，进行多任务训练提升Pix2Pix网络的输出效果，并根据数据处理前后的关联性，设计额外的损失函数进一步约束和提升网络的输出效果；最后，建立层状模型和复杂模型进行数值测试，并在输入数据中添加了额外的干扰项进行定量测试。数值测试结果表明，文中方法能够通过发掘数据的共同特征达到识别和压制多次波的目的，提升偏移图像的清晰度，在处理数据时具有较高的计算效率，能够更准确地识别地下层位信息。

模型降阶算法因其高效的计算性能在瞬变电磁三维正演领域得到了广泛应用。然而，以往研究针对电磁场的解析表达式进行模型降阶，使用一个大范围特征值构成的对角矩阵替代正演系统，需要预先计算Krylov子空间阶数和最优偏移γ。这种方法导致Krylov子空间阶数较大，造成额外的计算成本，针对这一问题，文中提出一种新的模型降阶算法：首先，使用非结构四面体网格有限单元法对关断电流后的瞬变电磁控制方程进行空间离散；然后，根据控制方程系数矩阵和空间分布的初始场向量构建位移逆Krylov（SAI-Krylov）子空间；最后，将原始控制方程投影到SAI-Krylov子空间，即可得到降阶后的控制方程，通过求解小维度控制方程即可快速计算瞬变电磁响应。该算法无需预先指定Krylov子空间阶数，通过优选偏移γ和残差阈值tol，可以避免Krylov子空间阶数过大造成的额外计算成本。典型地电模型的数值计算结果表明，在满足数值精度的条件下，文中方法所需的Krylov子空间阶数更小，对于待求解未知量数目为百万级别的瞬变电磁正演问题，能够实现分钟级的快速求解。

珠江口盆地惠北地区恩平组沉积水体较浅，主要为浅水三角洲—湖沼—滨浅湖相沉积环境，其中三角洲平原河漫沼泽和湖沼是发育煤系烃源岩的主要沉积相带。周缘钻井证实，恩平组发育大量煤层，单层煤的最大厚度为4.5 m，最小厚度为0.5 m，远小于常规地震反演能够识别的最小厚度。因此，如何预测薄煤层的发育规模是该区煤系烃源岩评价的关键。为此，在充分分析煤系烃源岩地质、沉积背景的基础上，探索“三步法”以实现对煤系烃源岩中薄煤层的预测。首先，通过正演模拟分析证实不同沉积环境中薄煤层均为强振幅地震反射特征，砂、泥岩则为弱振幅特征，提取均方根振幅属性作为煤层区别于砂、泥岩发育范围的敏感属性；然后，通过高分辨地震处理技术拓宽地震数据的频带，得到宽频地震数据，为地震反演提供高精度数据基础；最后，利用均方根振幅属性，采用低—中—高频优势频带逐级融合反演方法对不同厚度的煤层逐级刻画，最终完成煤系烃源岩中薄煤层发育范围的预测。惠北地区L区块实际资料应用结果表明，煤层的发育范围预测结果与钻井吻合度较高，该方法能够有效提高反演精度。

渤海M油田互层结构发育，受上覆储层干涉效应的影响及地震资料分辨率的限制，导致下伏砂体“一谷一峰”的地震响应变成单波峰，无法通过-90°相移资料进行刻画。正演模拟表明，提高地震资料分辨率是消除干涉效应、恢复储层真实地震响应的有效手段。分析发现，M油田反射系数在地震资料有效频带内并不是白色的，意味着基于传统反射系数白噪假设的统计反褶积技术不适用于该油田地震资料的高分辨率处理。为此，在频率域提出了一种能够适应反射系数非白噪条件下的高分辨率处理技术。该技术在地震数据频带拓宽过程中利用反射系数振幅谱的整体变化趋势对地震不同频率成分能量进行约束，从而达到拓频后地震振幅谱与反射系数振幅谱整体变化趋势一致的目的。此外，还对白噪统计反褶积制约非白噪反射系数下地震资料分辨率提升的原因进行了系统的分析。经过新技术处理后，渤海M油田地震资料分辨率得到大幅提升，与主频为58 Hz的Ricker子波合成记录相当，相邻储层间的干涉效应得以消除，为储层的精细刻画提供了可靠的高分辨率地震数据。

在OBN海洋地震采集设计中，密集的钻井平台、珊瑚礁、船坞、管道等障碍物导致大量炮检点需要避障，规划避障路线成为了海洋勘探成败的重要环节。合理的避障方法及路线规划方案，可以最大程度降低障碍物对施工区域面元属性的影响，避免无效工作量并降低施工风险。传统避障方法往往把障碍物区域内的炮检点横向移到障碍物区域外，不考虑震源船的转弯半径及扩展器宽度等参数的影响，手工避障方法则会导致避障效率低、误差大、覆盖范围缺失严重等技术问题，且船只转弯半径设计不准确可能引起安全隐患。因此，文中提出复杂海域观测系统自动化避障方法，将观测系统的炮线拟合航迹理论，并与多障碍逐航迹切圆、障碍物合并、动态反馈航迹修正等算法相结合，形成基于回溯算法、可实时计算并调整各种参数的自动避障技术，使避障效率及精度得到了大幅提升。生产实践表明，该方法能够提高复杂海域勘探效率与精度，为海洋复杂障碍区实现安全高效勘探提供技术保障。

微地震监测是非常规油气藏勘探领域的一项重要技术，在水力压裂裂缝监测、CO₂封存等方面都有着广泛的应用。然而，微地震信号能量弱，容易被噪声污染，其信噪比低的特点使得在后续的处理过程中往往不能得到好的结果。因此微地震数据去噪是一项十分重要的处理步骤，去噪效果对后续震源定位的准确性和震源机制反演结果的可靠性有关键的影响。文中提出一种蒙特卡洛非负字典学习（Monte Carlo non‐negative dictionarylearning，MCNDL）微地震去噪方法。蒙特卡洛分块能利用少量的时间获得包含相对较多有效信号特征的初始字典，在字典更新的过程中，利用非负性约束来保证数据变换的稀疏性，缩小解的空间，从而降低计算成本并提高去噪精度。利用合成和实际微地震数据对该方法的应用效果进行了测试，并与带通（Band‐Pass，BP）滤波、F‐K滤波和KSVD方法进行对比，展示出该方法针对微地震数据较好的去噪效果与较高的去噪效率。

CO₂驱油对提高采收率、减少温室气体排放有重要意义，是国家实现“双碳”目标有效手段，其中地震监测技术是关键。文中分析总结了国内外CO₂驱油地震监测技术的研究现状和进展，主要包括时移地震可行性分析、一致性处理技术和综合解释等，并重点论述了CO₂驱地震监测技术在高89区块的应用。可行性分析是研究区块开展时移地震监测的重要前提，满足油藏地质条件、岩石物理条件和地震条件才能有效地进行时移地震监测。要实现油藏动态监测，基础地震与监测地震（时移地震）的一致性处理也非常重要，需开展时差、振幅、频率、相位等要素的匹配滤波。时移地震综合解释有助于准确预测CO₂驱波及范围，叠前主要借助于AVO属性分析方法；叠后基于基础地震与监测地震资料的差值分析仍是主要方法，频率域信息如分频处理、速度频散、低频伴影等也值得使用；基于深度学习的波及范围预测方法方兴未艾，但其运算效率和泛化能力仍有待进一步提高。最后展望了时移地震技术在提高监测精度、开发监测方法、拓展应用市场等方面的发展潜力。

随着海洋油气勘探开发技术的发展，水陆检海底接收的应用日趋广泛，上下行波场分离作为水陆检数据处理的关键技术，决定了资料处理品质。针对常规方法不能实现上行波场与下行波场完全分离的缺陷（分离出来的上行波场中包含下行波场、下行波场中包含上行波场），文中提出了直达波标定的水陆检数据上下行波场分离方法。首先，在频率—空间域利用直达波水陆检数据，计算空间域水陆检数据加权函数；然后，利用包含直达波和切除直达波后的水陆检数据，在时间—空间域直接计算水陆检数据标定滤波算子；最后，进行水陆检数据标定和上下行波场处理。数据试验结果证明了所提方法的有效性和实用性，分离后的上行波场数据不仅消除了虚反射多次波干扰，还提高了地震数据的信噪比和分辨率，为后续联合反褶积和偏移成像提供了高保真的上下行波场数据。