儲(chǔ)層物性參數(shù)地震疊前反演的確定性捜索方法

1、儲(chǔ)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(hào)綜合反映了地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地層巖性和流體等信息, 通過(guò)地震疊前反射信號(hào)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(kāi)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(fù)雜油氣藏描述的需求, 利用地震疊前反射信號(hào)開(kāi)展儲(chǔ)層物性參數(shù)反演已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的前沿科學(xué)問(wèn)題。由于以下三個(gè)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(hào)是帶限的;(2) 地震信號(hào)中包含了多種類型的噪音 , 通常信噪比不高 ;(3) 由于認(rèn)識(shí)的差距 , 在地震反演過(guò)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(lái)了地震反演問(wèn)題的解具有不唯一性, 即多個(gè)不同的地質(zhì)模型可能產(chǎn)生幾乎相同的地震響應(yīng); 另一方面也帶來(lái)了地震反演過(guò)程的不穩(wěn)定性 , 即反演輸入信號(hào)的微小差異會(huì)帶來(lái)反演結(jié)果的較大差異。由于儲(chǔ)層物性參數(shù)地震疊前反演嚴(yán)重的不適定性, 現(xiàn)有方法大都采用隨機(jī)搜索獲得較為穩(wěn)定可靠的反演解, 但其計(jì)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(xiàng)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(guò)壓制噪音對(duì)反演過(guò)程的影響 , 提高適定性 , 獲得了較為穩(wěn)定可靠的儲(chǔ)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(diǎn)可概述如下 :1

3、. 提出了基于貝葉斯理論的儲(chǔ)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(jié)合經(jīng)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(hào)之間的聯(lián)系 ,并基于貝葉斯理論構(gòu)建了儲(chǔ)層彈性與物性參數(shù)地震疊前同步反演的框架。針對(duì)該非線性目標(biāo)函數(shù)的求解問(wèn)題, 提出利用泰勒多項(xiàng)式將原來(lái)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成線性最小二乘問(wèn)題進(jìn)行求解。研究表明, 該方法能夠聯(lián)合應(yīng)用類型不同、精度各異的地震、地質(zhì)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)約束反演過(guò)程, 縮小了反問(wèn)題的求解空間, 從而使反演結(jié)果更加接近地下真實(shí)情況; 與隨機(jī)搜索方法相比 , 該方法利用目標(biāo)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(chǎn)的需要

4、。2. 針對(duì)傳統(tǒng)反演方法中 “高斯假設(shè)” 難以刻畫(huà)地震噪音非高斯分布特征的缺陷 , 引入能夠逼近任意對(duì)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(yīng) 7) 范數(shù)的地震數(shù)據(jù)擬合方法 ; 針對(duì) 7) 范數(shù)不可導(dǎo)的問(wèn)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(jù)地震噪音的峭度 6) 自適應(yīng)調(diào)整地震噪音的范數(shù)類型 , 其對(duì)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(duì)傳統(tǒng)反演方法中 “高斯假設(shè)” 難以刻畫(huà)巖石物理模型誤差非高斯分布特征的缺陷 , 假設(shè)巖石物理模型誤差

5、服從非高斯分布 , 提出了基于誤差補(bǔ)償?shù)木€性巖石物理模型 , 并引入了 Hampel三截尾分布函數(shù)設(shè)置分段加權(quán)函數(shù) , 形成基于加權(quán)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?qū)π〉哪Ｐ驼`差采用取值為 1 的加權(quán)系數(shù) , 對(duì)于大的模型噪音則采用小于1 的加權(quán)系數(shù) , 使之不存在異方差性 , 其對(duì)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(duì)地震數(shù)據(jù)缺失低頻信息導(dǎo)致反演結(jié)果與實(shí)際地層趨勢(shì)不相符的問(wèn)題,以聯(lián)合 Dix 反演為例 , 構(gòu)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(wèn)題, 有助于驅(qū)動(dòng)解朝著理想的方向收斂。5. 針對(duì)基于全局平滑或全局稀疏的模型正則化方法導(dǎo)致反演結(jié)果“過(guò)度光滑”或“欠光滑” 的問(wèn)題 , 假設(shè)地質(zhì)先驗(yàn)?zāi)Ｐ陀煞侄螇K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