地震反演技術課件

地震波阻抗反演技術1地震反演的基本原理

2、疊后反演3、疊前反演1、地震反演的基本原理

一、基本概念二、反演問題的例子三、反演問題的幾個重要事項四、波阻抗反演的基本原理一、基本概念

資源勘探開發(fā)的全部工作都是針對儲層進行的,即研究儲層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關參數(shù)的空間變化,而地震勘探以及所獲得的地震剖面或地震數(shù)據(jù)體反映的是巖層間波阻抗分界面的特征,這就意味著地震剖面與儲層特性具有較大的差異。為了能使地震剖面或地震信息與地質(zhì)或鉆采資料直接連接對比,就需要把常規(guī)的反映界面特性的地震資料轉(zhuǎn)換為可與地質(zhì)或鉆井直接對比的形式,實現(xiàn)此種轉(zhuǎn)換的算法和計算機處理技術就是地震反演技術。

由此可見，地震反演是利用地震資料反演地層特征參數(shù)的特殊處理技術。1、反演從廣義上講，反演就是根據(jù)各種位場(電位、重力位等)、波場(聲波、彈性波等)電磁場和熱學場等的地球物理觀測數(shù)據(jù)去推測地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)及物質(zhì)成分，定量計算其相關物理參數(shù)的過程。2、反演理論這是從一個物理系統(tǒng)上的觀測值來恢復該物理系統(tǒng)有用信息的一套數(shù)學和統(tǒng)計技術（如微積分、微分方程、矩陣理論、統(tǒng)計估算和推測等）。3、地震反演技術指利用人工激發(fā)產(chǎn)生的地震波場推測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層內(nèi)部特性變化的方法技術。4、正演與反演問題給定模型及參數(shù)確定模型的響應即正演。模型參數(shù)系統(tǒng)表達正演理論計算模型的響應

輸入算子輸出根據(jù)實際觀測數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)的過程即反演。觀測數(shù)據(jù)數(shù)學工具反演理論系統(tǒng)參數(shù)的估計值二、反演問題的例子1、曲線擬合利用若干個實際觀測數(shù)據(jù)，擬合其曲線規(guī)律的過程。例如，地球內(nèi)部溫度分布：T(z)=a+bz，給定a,b求T(z)則為正演；據(jù)觀測的T(z)，求a,b則為反演，即擬合一條直線。2、圖像增強——數(shù)字濾波、反褶積等褶積模型：S(t)=R(t)*W(t)

已知R(t)和W(t)，求S(t)則為正演過程；已知S(t)和W(t)，求R(t)則為反演過程；已知S(t)和R(t)，求W(t)則為子波處理。3、地球物理觀測資料的地質(zhì)解釋過程就是反演過程。2、反演問題求解時應考慮的問題①可能獲取何種解，近似解還是精確解；②問題是欠定的、超定的還是適定的；③問題是線性的還是非線性的；④什么是問題的最好解法；⑤解的精度及可靠性；⑥求解結(jié)果如何評價和驗證。四、波阻抗反演的基本原理波阻抗反演是地震勘探中應用最廣泛的反演問題，也是儲層地球物理研究和開發(fā)地震中最基本的處理技術之一。波阻抗反演是利用地震資料反演地層波阻抗z=v，它與其他地震屬性相比具有更為明確的物理意義。左圖是一個楔形砂巖體(圖a)的例子，在常規(guī)地震剖面(圖b)上很難看出砂巖體的直觀形態(tài)，可能誤認為是一個角度不整合地層削蝕現(xiàn)象。而在波阻抗反演剖面(圖c)上，可以清楚看出這是一個相對高速的楔形砂巖體。地震反演技術的基本原理可用下圖說明。一、反演方法的分類

1、輸入資料的性質(zhì)上：疊前和疊后；2、反演理論上：褶積理論、射線理論和波動理論；射線理論以旅行時反演為主;波動理論主要是波動方程反演、層析成像理論等；3、從解反問題的數(shù)學工具上分,可分為線性和非線性兩大類。根據(jù)方程個數(shù)與未知數(shù)個數(shù)的情況分為超定、欠定和適定問題；4、測井資料的作用大?。核念悾旱卣鹬苯臃囱莼驘o井約束反演；測井控制下的地震反演；測井~地震聯(lián)合反演；地震控制下的測井內(nèi)插與外推。上述反演方法分別用于勘探開發(fā)的不同階段。5、從反演的實現(xiàn)方法上分，地震反演分為遞推反演、基于地質(zhì)模型反演和地震屬性或地層參數(shù)反演。帶限反演的兩種基本方法，即道積分或相對波阻抗反演和遞推反演，分辨率受地震約束大。二、帶限反演帶限反演是利用疊后地震資料計算地層相對或絕對波阻抗的直接反演方法。

1、帶限反演方法原理直接反演包括道積分方法和一些常用的遞推方法,道積分反演是直接反演最常用的波阻抗反演方法之一。取z0=0v0為波阻抗初始值，則由反射系數(shù)計算公式：

(1)遞推可得：

(2)

對(2)式取對數(shù):(3)

對(3)式右邊求和號內(nèi)的對數(shù)項按Taylor級數(shù)展開，得(4)式：阻抗，（6）式改寫為：（7）；積分道只是一個對數(shù)相對波阻抗，要得到絕對波阻抗，首先計算相對波阻抗：（8），然后加入低頻波阻抗，計算出絕對波阻抗：（9）；若要得到速度或時差,一般引用Gardner公式:(10)從波阻抗中分離出速度：（11）道積分方法的計算簡單快捷，但得出的相對波阻抗不含低頻成分，且精度不夠。原始剖面相對波阻抗剖面2、帶限反演方法的具體實現(xiàn)帶限反演是對地震資料的轉(zhuǎn)換處理過程，其結(jié)果的分辨率、信噪比以及可靠性完全依賴于地震資料本身的品質(zhì)，因此用于地震反演的資料應具有較寬的頻帶、較低的噪音、相對振幅保持和準確成像。測井資料，尤其是聲波和密度測井資料是地震橫向預測的對比標準和解釋依據(jù)，在地震反演之前應進行仔細的編輯和校正，使其能夠正確反映巖層的物理特征。遞推反演的技術核心在于由地震資料正確估算地層反射系數(shù)或消除地震子波的影響。比較典型的實現(xiàn)方法有基于地層反褶積方法、稀疏脈沖反演和測井控制地震反演等。

3、應用與限制基于地震資料直接轉(zhuǎn)換的帶限反演方法比較完整地保留了地震反射的基本特征，如斷層、產(chǎn)狀等，不存在基于模型反演方法的多解性問題，能夠明顯地反映巖相、巖性的空間變化。在巖性相對穩(wěn)定的條件下，能較好的反映儲層的物性變化。帶限反演方法具有較寬的應用領域。在勘探初期只有很少鉆井的情況下，通過反演資料進行巖相分析確定地層的沉積體系，根據(jù)鉆井揭示的儲層特征進行橫向預測，確定評價井位。在開發(fā)前期，在儲層較厚的條件下，遞推反演資料可為地質(zhì)建模提供比較可靠的構(gòu)造、厚度和物性信息，優(yōu)化方案設計。2基于模型的地震反演首先要建立地質(zhì)模型，包括深度、厚度、速度和密度。地層的巖性、物性和流體性質(zhì)可用速度和密度等參數(shù)表示。作合成地震剖面，這在地球物理技術中稱為地震模型。正演算法：褶積模型算法，波動方程。

然后將地震模型同實際地震剖面進行比較，根據(jù)比較結(jié)果，反復修正地質(zhì)模型，制作新的地震模型，直至兩者達到最佳吻合為止。模型反演由于是通過正演得到反演結(jié)果，回避了地震資料直接反演存在的問題(多解性和誤差累積現(xiàn)象)，因而可以突破目前地震分辨率的限制。與前面的道積分和遞推反演兩種方法相比，由于它是對模型參數(shù)直接進行修改，得到的是寬帶的結(jié)果,分辨率很高。主要代表有:廣義線性反演(GLI)（Cooke,1983）地震巖性模擬(SLIM)（Gelfand，1984）魯棒的速度反演方法(ROVIM)（Fabre，1989）寬帶約束反演(BCI)（Martinez，1988）方法原理用正演的思路把地震剖面，并結(jié)合井資料建立的層狀模型反演成反映地下巖性等地質(zhì)信息；通過迭代法獲取巖性模型改變后的合成響應，運用的收斂準則是模型得到的合成剖面；與實際地震剖面的匹配改善程度，即兩者的最小均方誤差或相似系數(shù)。輸入是普通的層狀速度模型，其輸出是巖性、層厚度、層速度、密度、聲阻抗、孔隙度等儲層細節(jié)。初始模型井1井2

3、優(yōu)缺點

避免了一般反褶積方法對子波是最小相位和反射系數(shù)是白噪的假設；

可使隨機干擾不參與反演，在反演過程中，使用了多種來源的先驗信息，以約束條件的形式限制了地震反演的多解性;建立初始模型時，除了考慮測井、鉆井地質(zhì)資料外，還利用地震剖面上少數(shù)“控制道”。厚度、速度、密度及子波等參數(shù)的迭代修改只是在這少數(shù)“控制道”上進行，有了“控制道”參數(shù)之后，整個地質(zhì)模型就根據(jù)這些“控制道”作內(nèi)插，最后用內(nèi)插結(jié)果作正演，得到合成地震剖面;

實際剖面與理論剖面作比較時，要求最小，并不要求每一道都完全吻合。這樣既加快運算速度，又避免了隨機噪聲參與反演;所花費的計算機運行時間是相當可觀的。

初始綜合解釋

鉆井測井資料

逼近吻合?是A：否

合成地震剖面

波阻抗模型

攝動修改模型參數(shù)

模型改進

約束條件A：高分辨率波阻抗模型原理示意圖實際地震剖面做好地震反演的技術關鍵收集地震反演所需的各種原始資料，包括工區(qū)地質(zhì)情況、地震數(shù)據(jù)、測井資料、測試資料和分析化驗資料等。認真分析收集的各種資料，針對工區(qū)地質(zhì)情況和目標要求，選擇合適的反演方法和處理流程。做好層位標定工作，可利用VSP資料和已有的時深轉(zhuǎn)換關系，結(jié)合合成地震記錄的制作，準確標定層位，尤其是目標層的精細標定。精細解釋好地震層位，它關系到模型建立的精度，必須確保層位解釋的合理性和可靠性。根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景，定義好地層之間的接觸關系，保證模型的合理性。對測井曲線進行分析研究、編輯校正，做好同一種測井曲線的歸一化處理。選擇合理的處理流程和反演參數(shù)，保證反演處理的合理性和可行性。測井地震波阻抗厚度分布+=突出優(yōu)點：地震與測井有機地結(jié)合反演剖面：低、高頻信息來源于測井資料構(gòu)造特征及中頻段忠實于地震數(shù)據(jù)分辨率：突破傳統(tǒng)意義上的地震分辨率理論上可得到與測井資料相同的分辨率適用于：薄層厚度預測井約束模型反演：煤厚變化趨勢預測多井約束稀疏脈沖反演預測煤層厚度高速火成巖沖積扇反演依據(jù)：利用特征參數(shù)模型反演方法，以增強反演成果對于煤體結(jié)構(gòu)的反映。重點環(huán)節(jié)：多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡方法---視電阻率擬聲波曲線的重構(gòu)3、構(gòu)造煤預測－煤體結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)反演雙側(cè)向－RXO與煤體滲透性(a)(b)碎粒煤碎裂煤原生煤ⅡⅠ構(gòu)造煤預測－煤體結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)反演102302402、泥質(zhì)含量反演剖面二、疊前反演AVO反演彈性阻抗反演（EI）與方位AVO疊后地震資料基本公式是垂直入射的反射系數(shù)公式，每個反射系數(shù)都被看成是地震射線以零角度入射到兩個巖層分界面上的結(jié)果，反射系數(shù)只是界面上下巖層波阻抗的一個簡單函數(shù)，反演結(jié)果也只能是波阻抗，或依賴速度與密度的統(tǒng)計關系從波阻抗中分離出縱波波速度和密度。實際上,我們在野外進行地震資料采集（二維或三維）時,總是按一定的觀測系統(tǒng)實施的,這樣所接收到的反射波就變得非常復雜,反射系數(shù)不僅與密度、縱波速度有關,還與橫波速度有關,反射系數(shù)隨入射角或偏移距而變化,這就是AVO的含義。利用CMP道集上的AVO特性求取密度和縱橫波速度,這就是AVO反演。一、AVO的基本理論

1、AVO技術的特點AVO（AmplitudeVersusOffset）是繼亮點技術之后，利用振幅信息研究巖性、檢測油氣的重要技術。主要研究內(nèi)容包括：利用CMP道集記錄，分析反射振幅隨炮檢距x或隨入射角的變化規(guī)律，估計界面兩側(cè)的彈性參數(shù)如泊松比，進一步推斷地層的含油氣性。AVO的主要特點是：(1)充分利用了多次覆蓋資料中豐富的原始信息；(2)減少了巖性、含油氣性預測的多解性；(3)開辟了利用波動方程的解進行定量解釋的新途徑；(4)是一種用于油田開發(fā)階段的，巖性或含油氣性預測的、量大活細的方法。

2、AVO技術的方法原理

Zoeppritz方程及其求解思路用矩陣表示Zoeppritz方程為:1Vp1Vs12Vp2Vs2ApApsAppBppBps‘‘據(jù)反射系數(shù)定義：Rpp=App/Ap=f(,1,2,Vp1,Vp2,Vs1,Vs2)。2、Zoeppritz方程的簡化公式（1）Bortfeld

近似式（2）Hilterman

近似式（3）Aki-Richards近似式（4）鄭曉東近似式

（5）Shuey近似式

分析上式可知,當垂直入射時，R()=R0;中等入射角,

即0<<300,近似有sin=tg,此時:

泊松比P、Q的組合形成AVO屬性剖面；其中P為截距，反映垂直入射時的反射振幅；G為梯度，反映振幅隨偏移距的變化率。

對廣角即>臨界角入射時；R()主要與速度變化有關，即：

R()=0.5Vp/Vp(tg2-sin2)

上述分析與理論試算表明：在<300情況下，入射角對反射系數(shù)的影響不是很大，這正是CDP疊加的理論基礎。有了上述Zoeppritz方程的簡化公式，我們就可以方便地對疊前CMP道集記錄上的振幅隨偏移距的變化進行AVO反演。

5、AVO技術的應用

(1)識別真假亮點——利用縱橫波資料進行聯(lián)合解釋，利用Vp/Vs的數(shù)值來識別真假亮點；分析CDP道集上AVO的變化規(guī)律，含氣使反射振幅隨炮檢距的增大而增強;(2)氣水邊界檢測——先計算理論的AVO關系曲線，再擬合出實際CDP記錄的AVO關系曲線，最后沿CDP和測線循環(huán)，并用理論AVO規(guī)律對研究區(qū)作出氣水邊界的空間分布圖:(3)解釋巖性：

AVO技術的發(fā)展趨勢是:方位AVO、彈性阻抗反演技術；對于裂縫發(fā)育方向、介質(zhì)的非均質(zhì)性研究很有利。地球物理響應——正常結(jié)構(gòu)煤