儲層物性參數(shù)地震疊前反演的確定性捜索方法

1、儲層物性參數(shù)地震疊前反演的確定性捜索方法地震反射信號綜合反映了地下地質結構、地層巖性和流體等信息, 通過地震疊前反射信號可以反演得到地下地層的巖石彈性參數(shù)、提取巖石及其飽和流體的物性參數(shù)。隨著油氣勘探開發(fā)難度的不斷增加, 單純的彈性參數(shù)反演已不能完全滿足復雜油氣藏描述的需求, 利用地震疊前反射信號開展儲層物性參數(shù)反演已成為學術界和工業(yè)界共同關注的前沿科學問題。由于以下三個方面的原因, 地震疊前反演的適定性受到很大的挑戰(zhàn):(1) 由于大地的濾波作用 , 我們能獲得的地震信號是帶限的;(2) 地震信號中包含了多種類型的噪音 , 通常信噪比不高 ;(3) 由于認識的差距 , 在地震反演過程中使用了大

2、量的近似公式和模型。上述原因一方面帶來了地震反演問題的解具有不唯一性, 即多個不同的地質模型可能產生幾乎相同的地震響應; 另一方面也帶來了地震反演過程的不穩(wěn)定性 , 即反演輸入信號的微小差異會帶來反演結果的較大差異。由于儲層物性參數(shù)地震疊前反演嚴重的不適定性, 現(xiàn)有方法大都采用隨機搜索獲得較為穩(wěn)定可靠的反演解, 但其計算工作量大 , 效率低 , 難以完全滿足大規(guī)模地球物理反演的要求。 本項研究將大地濾波作用、 近似公式和模型誤差均看作噪音 , 通過壓制噪音對反演過程的影響 , 提高適定性 , 獲得了較為穩(wěn)定可靠的儲層物性參數(shù)地震疊前反演確定性搜索方法。論文的主要研究成果和創(chuàng)新點可概述如下 :1

3、. 提出了基于貝葉斯理論的儲層彈性與物性參數(shù)地震疊前同步反演的確定性搜索方法。 該方法結合經典巖石物理模型和 AVO正演模型 , 建立物性參數(shù)、彈性參數(shù)與地震疊前反射信號之間的聯(lián)系 ,并基于貝葉斯理論構建了儲層彈性與物性參數(shù)地震疊前同步反演的框架。針對該非線性目標函數(shù)的求解問題, 提出利用泰勒多項式將原來問題轉化成線性最小二乘問題進行求解。研究表明, 該方法能夠聯(lián)合應用類型不同、精度各異的地震、地質和測井數(shù)據約束反演過程, 縮小了反問題的求解空間, 從而使反演結果更加接近地下真實情況; 與隨機搜索方法相比 , 該方法利用目標函數(shù)的梯度信息 , 能夠更快地獲得最優(yōu)解 , 能夠滿足大規(guī)模生產的需要

4、。2. 針對傳統(tǒng)反演方法中 “高斯假設” 難以刻畫地震噪音非高斯分布特征的缺陷 , 引入能夠逼近任意對稱概率密度函數(shù)的廣義高斯分布 , 利用地震噪音的峭度6) 近似表示廣義高斯分布的形態(tài)參數(shù) , 形成基于自適應 7) 范數(shù)的地震數(shù)據擬合方法 ; 針對 7) 范數(shù)不可導的問題 , 采用光滑函數(shù)替代 7) 范數(shù) , 用于提高上述反演方法的穩(wěn)定性。 研究表明 , 該方法可以根據地震噪音的峭度 6) 自適應調整地震噪音的范數(shù)類型 , 其對地震噪音的壓制效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的 7)2 范數(shù)反演方法。3. 針對傳統(tǒng)反演方法中 “高斯假設” 難以刻畫巖石物理模型誤差非高斯分布特征的缺陷 , 假設巖石物理模型誤差

5、服從非高斯分布 , 提出了基于誤差補償?shù)木€性巖石物理模型 , 并引入了 Hampel三截尾分布函數(shù)設置分段加權函數(shù) , 形成基于加權最小二乘的巖石物理擬合方法 , 用于提高反演方法的穩(wěn)定性。 研究表明 , 該方法能夠對小的模型誤差采用取值為 1 的加權系數(shù) , 對于大的模型噪音則采用小于1 的加權系數(shù) , 使之不存在異方差性 , 其對巖石物理模型噪音的壓制效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的 7)2 范數(shù)反演方法。4. 針對地震數(shù)據缺失低頻信息導致反演結果與實際地層趨勢不相符的問題,以聯(lián)合 Dix 反演為例 , 構建了多源信息聯(lián)合反演的框架。 研究表明 , 該方法能夠避免初始模型誤差所引起的反演多解性問題, 有助于驅動解朝著理想的方向收斂。5. 針對基于全局平滑或全局稀疏的模型正則化方法導致反演結果“過度光滑”或“欠光滑” 的問題 , 假設地質先驗模型由分段塊狀和光滑模型兩部分組成, 提出將一階全變差正則化和吉洪諾夫正則化分別作用于塊狀和光滑模型, 形成基于混合模型分