地震反演綜述介紹0-1

地震反演技術(shù)中國石油大學(xué)（北京）2012年12月反演從地震數(shù)據(jù)中提取它所包含的潛在地質(zhì)信息的過程.傳統(tǒng)上,反演是在疊后地震數(shù)據(jù)上進(jìn)行,目的是提取聲波阻抗體.近來,反演已經(jīng)被擴(kuò)展到疊前數(shù)據(jù)體,目的是既提取聲波阻抗又提取橫波阻抗體.這樣就允許計(jì)算孔隙流體.另外最新的發(fā)展是可以利用反演結(jié)果直接預(yù)測巖性參數(shù)如孔隙度和含水飽和度體地震反演基本概念迭代反演：傳統(tǒng)的限帶反演基于模型反演：不斷的迭代更新初始的分層模型稀疏脈沖反演：被約束以獲得脈沖同相軸有色反演：迭代反演的現(xiàn)代擴(kuò)展疊后反演疊前反演彈性阻抗反演：對(duì)AVO數(shù)據(jù)的改進(jìn)LMR：對(duì)AVO數(shù)據(jù)的改進(jìn)迭前同步反演：同時(shí)反演得到縱橫波阻抗和密度AVO流體反演：隨機(jī)反演幾種不同反演方法迭后反演反演中一般正演模型所有反演方法中共同的正演模型:阻抗聲波橫波彈性波反射系數(shù)子波地震道反演是正演的逆過程反演過程阻抗反射系數(shù)反子波地震道聲波橫波彈性波阻抗反射系數(shù)聲阻抗或橫波阻抗或彈性阻抗聲阻抗=橫波阻抗=彈性阻抗=復(fù)雜公式(后面介紹)正演過程反射系數(shù)地震道地震道=反射系數(shù)與子波褶積加上噪音注釋不存在模型化的多次波.沒有考慮傳輸損失和幾何擴(kuò)散.沒有考慮頻率吸收.子波可能是時(shí)變的.正演過程反射系數(shù)與子波褶積的結(jié)果是移走了大量的高頻細(xì)節(jié)在時(shí)間域中的褶積就是頻率域中的乘積.從這些圖中可以看出,子波的作用是將地震頻譜中高頻和低頻都消除了.理論上講,反演就是試圖將這些失去的頻率區(qū)域進(jìn)行恢復(fù).反演中“非唯一性”問題所有反演算法都有非唯一性問題.可能存在多于一種地質(zhì)模型可以與地震數(shù)據(jù)相一致.

需要去選擇地震數(shù)據(jù)以外的的一些信息.通常用以下兩種方法來使用地震以外的信息:?初始猜測模型的建立?最終結(jié)果與初始猜測模型背離的幅度約束最后反演結(jié)果既依賴于“其它信息”也取決于地震數(shù)據(jù).遞歸反演,也稱為帶限反演是最簡單和最早一種反演方法從定義反射系數(shù)開始:i+1層的阻抗可以從上一層i確定:從第一層開始,可以用這個(gè)公式遞推后續(xù)每層的阻抗.:帶限(遞歸)反演輸入地震數(shù)據(jù)遞歸反演數(shù)據(jù)遞歸反演獲得的結(jié)果與輸入的地震數(shù)據(jù)頻帶一樣.從圖中可以看出，與測井比較反演結(jié)果損失了高頻細(xì)節(jié).帶限(遞歸)反演步驟1:遞歸反演的初始背景模型是通過對(duì)井阻抗濾波獲得:10-HzHighCut帶限(遞歸)反演步驟2:對(duì)地震道運(yùn)用遞歸運(yùn)算.(注釋:這幾乎等同于相位的-90度轉(zhuǎn)換):帶限(遞歸)反演步驟3:濾波后的模型加上加權(quán)后反演道就得到了最后結(jié)果:+=帶限(遞歸)反演遞歸反演中幾個(gè)要點(diǎn):(1)沒考慮子波.這意味輸入的地震數(shù)據(jù)必須是零相位.如果有提取的子波Strata軟件可以自動(dòng)地對(duì)地震數(shù)據(jù)“去相位”.(2)即使地震數(shù)據(jù)是零相位,實(shí)際子波的旁瓣在遞歸算法中也會(huì)被解釋為巖性的變化.(3)反演的結(jié)果其頻帶與地震數(shù)據(jù)頻帶一樣.(4)對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)(與反射系數(shù)匹配)決定了遞歸反演的結(jié)果阻抗值范圍是合適.帶限(遞歸)反演基于模型的反演基于模型反演是從褶積模型方稱式開始的:假定地震道S,和子波W,是已知的.假定噪音是隨機(jī)的并與地震信號(hào)不相關(guān).求解反射系數(shù),R,以滿足這個(gè)等式.這是一個(gè)非線性問題,所以求解過程是迭代進(jìn)行的.步驟1:基于模型反演的初始背景模型是通過對(duì)井阻抗分塊形成的:用戶用毫秒(MS)來定義層分塊大小.所有的層分塊開始時(shí)都被設(shè)成一樣(用毫秒).基于模型的反演步驟2:利用分塊的模型和已知的子波計(jì)算人工合成地震道.SyntheticSeismic這是與實(shí)際地震道的比較.通過分析人工合成地震記錄與實(shí)際地震道的誤差或“不吻合”,每層(分塊)的厚度和震幅值都進(jìn)行修改以減少誤差.這個(gè)步驟通過一系列遞歸不斷重復(fù).基于模型的反演輸入地震數(shù)據(jù)基于模型反演基于模型反演獲得了寬頻,高頻的結(jié)果.問題是高頻成分可能來自于初始猜測模型而不是來自地震數(shù)據(jù).基于模型的反演這是遞歸反演和基于模型反演的比較.通?；谀Ｐ头囱菘梢垣@得更細(xì)致信息,但這個(gè)結(jié)果實(shí)際上相當(dāng)類似.遞歸反演基于模型反演基于模型的反演基于模型反演的幾個(gè)要點(diǎn):(1)由于已經(jīng)知道子波,在計(jì)算過程中它的影響從地震數(shù)據(jù)中排除了.例如地震數(shù)據(jù)沒有必要是零相位,而只要子波與地震數(shù)據(jù)等相位就可以.(2)估算的子波若有誤差,將導(dǎo)致反演結(jié)果出差錯(cuò).(3)地震有效分辯率得到提高.(4)反演結(jié)果可能在很大程度上依賴原始猜測初始模型.解決的方法是對(duì)初始模型進(jìn)行濾波.(5)與其它反演方法一樣,存在多解性問題.基于模型的反演稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演假定實(shí)際反射可以認(rèn)為是由一系列大脈沖里夾雜有小脈沖背景.稀疏脈沖反演假定只有大脈沖有意義。該方法通過檢查地震道來尋找大脈沖的位置.稀疏脈沖反演每次建立反射序列為一個(gè)脈沖.增加脈沖直到地震道被足夠準(zhǔn)確地進(jìn)行反演.阻抗塊的震幅值是由基于模型反演算法來確定.稀疏脈沖反演輸入地震數(shù)據(jù)稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演生成了寬帶高頻反演結(jié)果.稀疏脈沖反演基于模型反演稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演結(jié)果與基于模型反演結(jié)果類似.主要區(qū)別是缺少非常薄層的細(xì)節(jié).稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演幾個(gè)要點(diǎn):(1)稀疏脈沖反演得到同相軸只有當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)有脈沖.(2)試圖利用地震數(shù)據(jù)獲得最簡單的可能模型.(3)通常得到的結(jié)果比地質(zhì)本身實(shí)際的同相軸少.(4)它比基于模型反演比較少依賴于初始猜測模型.稀疏脈沖反演顏色反演顏色反演是對(duì)遞歸反演的修改,最早是由BP公司的LancasterandWhitcombe在2000年SEG年會(huì)上提出來的.這種反演過程,尋找一個(gè)簡單操作因子,O,對(duì)地震道進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換為反演結(jié)果:作者是在頻率域確定簡單操作因子,O.

通過比較地震數(shù)據(jù)和實(shí)際反演結(jié)果,他們得出結(jié)論,簡單操作因子相位是-90度.簡單操作因子震幅譜用這種方式來求取:利用工區(qū)的一組井,所有井的聲阻抗按井-井比例做交匯圖.通過理論預(yù)測,我們可以擬合一條直線來代表“理想”輸出阻抗譜.Log(Frequency)Log(Impedance)聲阻抗震幅譜顏色反演地震譜Frequency(Hz)操作因子譜然后,利用井旁一組地震道,求取平均地震譜.從以上兩個(gè)頻譜,求取操作因子譜.使得地震譜形狀在地震頻帶內(nèi)轉(zhuǎn)換為阻抗譜.顏色反演顏色反演操作因子Time(ms)將獲得的震幅譜做-90度相移就生成了顏色反演操作因子.將它用褶積法應(yīng)用到所有地震道.顏色反演輸入地震道顏色反演-30000+3000顏色反演結(jié)果非常類似于遞歸反演.其中一個(gè)區(qū)別是結(jié)果是相對(duì)聲阻抗,既有正值也有負(fù)值.顏色反演遞歸反演相對(duì)顏色反演-30000+30004600830012000相對(duì)AI顏色反演46008300120004600830012000絕對(duì)顏色反演遞歸反演絕對(duì)AI顏色反演顏色反演幾點(diǎn)小結(jié)：(1)除了決定一般阻抗趨勢外,與初始模型基本無關(guān).(2)運(yùn)用非?？?(3)用戶所需要定義的參數(shù)非常少.(4)假定地震數(shù)據(jù)是零相位的.(5)獲得相對(duì)阻抗結(jié)果.顏色反演迭代反演：傳統(tǒng)的限帶反演基于模型反演：不斷的迭代更新初始的分層模型稀疏脈沖反演：被約束以獲得脈沖同相軸有色反演：迭代反演的現(xiàn)代擴(kuò)展迭后反演迭前反演彈性阻抗反演：對(duì)AVO數(shù)據(jù)的改進(jìn)LMR：對(duì)AVO數(shù)據(jù)的改進(jìn)迭前同步反演：同時(shí)反演得到縱橫波阻抗和密度AVO流體反演：隨機(jī)反演幾種不同反演方法迭前反演基本褶積模型是假定零偏移距地震數(shù)據(jù).褶積反演法不能運(yùn)用到帶有AVO響應(yīng)的地震數(shù)據(jù),因?yàn)轳薹e反演法沒有明確地考慮VP/VS

的變化.擴(kuò)展反演法以處理AVO地震數(shù)據(jù),目前使用的算法有:彈性阻抗Lambda-Mu-Rho(LMR)聯(lián)合反演AVO流體反演迭前反演也可稱為AVO反演迭前反演的源動(dòng)力迭前反演的方法彈性阻抗概念最初由Connolly先生提出(TheLeadingEdge,18,no.4,438-452(1999)).他利用Aki-Richards方程,將反射震幅與入射角聯(lián)系起來:注釋:在常規(guī)反演理論中假定B=C=0,而沒有考慮VP/VS

的變化.彈性阻抗反演注意,對(duì)于零偏移距:通過類推,Connolly定義了一種新阻抗類型:通過數(shù)學(xué)處理,他展示:彈性阻抗反演這張圖重疊顯示了同一口井位置彈性阻抗與聲波阻抗.在碳?xì)渚鄯e區(qū)域彈性阻抗值顯示異常的低.GR曲線彈性阻抗反演道集AVO分析近角度疊加stackatq1遠(yuǎn)角度疊加stackatq2反演成彈性阻抗EI(q1)反演成彈性阻抗

EI(q2)這種反演的工作流程是從迭前道集中產(chǎn)生兩組角度疊加剖面,并分別對(duì)其進(jìn)行反演.彈性阻抗反演工作流程這就獲得兩種反演結(jié)果:遠(yuǎn)角度反演近角度反演彈性阻抗反演近角度反演與遠(yuǎn)角度反演進(jìn)行交繪顯示.遠(yuǎn)角度反演異常低值區(qū)可被解釋為潛在含有碳?xì)渚酆衔?近角度反演遠(yuǎn)角度反演彈性阻抗反演將交繪圖中的異常低值點(diǎn)從交繪圖中成像到原始地震數(shù)據(jù)剖面上以進(jìn)行解釋.彈性阻抗反演Lambda-Mu-Rho(LMR)反演Lambda-Mu-Rho或LMR方法最初由Goodway等人于1997年提出的。(SEGExpandedAbstracts,1997).和彈性阻抗反演一樣，該反演也是針對(duì)AVO數(shù)據(jù)的。LMR使用VP,VS,r和拉梅常數(shù)landm的如下的關(guān)系:最后的結(jié)果是將lr和mr表示成聲阻抗ZP和橫波阻抗ZS的形式水砂巖氣砂巖ZS/ZP交繪圖μρ/λρ交繪圖Goodway等發(fā)現(xiàn)對(duì)于給定的井用μρ和λρ做交繪圖要比用Zs和Zp做交繪圖更好區(qū)分水和碳?xì)渚酆衔锷皫r.氣砂巖水砂巖Lambda-Mu-Rho(LMR)反演道集AVO分析RP估算RS

估算交繪圖反演ZP反演ZS轉(zhuǎn)換道和LMR反演的流程包括從迭前數(shù)據(jù)中計(jì)算Rp和Rs地震體對(duì)Rp和Rs地震體進(jìn)行反演求得ZP和ZS反演數(shù)據(jù)體.利用Goodway方程對(duì)ZP和ZS反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行轉(zhuǎn)換和做交繪圖.Lambda-Mu-Rho(LMR)反演工作流程Lambda-Mu-Rho(LMR)反演Lambda-RhoMu-Rho這是LMR反演的結(jié)果，圖中橢圓圈定的區(qū)域?yàn)闅鈱?，可以看出LR在氣層處表現(xiàn)為明顯的低值。例子Lambda-Mu-Rho(LMR)反演lambda-rhomu-rho左圖為mu-rho和lambda-rho交會(huì)圖，紅色區(qū)域指示氣層(低lambda-rho)，綠色區(qū)域指示泥巖和含水砂巖。下圖顯示為交會(huì)圖在反演剖面上的投影。交會(huì)分析同步反演同步反演是利用疊前角道集同時(shí)反演出縱波阻抗ZP，橫波阻抗ZS和密度Rho.這種反演的好處是可以讓這些變量之間相互約束?？梢栽黾咏Y(jié)果的穩(wěn)定性和減少解的非唯一性。我們從Aki-Richards方程的Fatti版本開始.這樣模型的反射系數(shù)是入射角的函數(shù)：其中:基于的理論公式同步反演基本假設(shè)假設(shè)濕巖性的背景趨勢具有線性關(guān)系。而含氣砂巖或含油砂巖是偏離這種趨勢的。同頻反演就是為了求解偏離這種背景的解：Ln(Zs)Ln(Zp)Ln(ρ)Ln(Zp)同步反演反演結(jié)果同步反演首先同時(shí)產(chǎn)生Zp，Zs，Density，然后由這三個(gè)參數(shù)根據(jù)巖石物理各參數(shù)之間的關(guān)系，導(dǎo)出其余參數(shù)。具體的其余參數(shù)有：縱橫波速度比、泊松比、拉梅常數(shù)、lambda-Rho、Mu-Rho，這些參數(shù)在指示含油氣時(shí)有很大幫助。同步反演反演結(jié)果的解釋同步反演數(shù)據(jù)體的解釋和其余AVO反演數(shù)據(jù)體一樣，用反演的任意兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行交會(huì)分析，參考測井曲線的巖石物理分析，圈定有利的含油氣分布，反投到實(shí)際反演數(shù)據(jù)體上。AVO分析現(xiàn)在已經(jīng)是油氣勘探和開發(fā)日常使用的軟件工具.但是:所有AVO屬性包含有很大的

“不確定性”

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存在有一個(gè)大范圍的巖性導(dǎo)制類似的AVO響應(yīng).下面將介紹和分析定量AVO不確定性的過程.最終結(jié)果是我們可以計(jì)算碳?xì)錂z測中的可能性分布圖.AVO流體反演一種定量反演

“常規(guī)”AVO建模:建立兩個(gè)疊前合成記錄IOGOIBGBINSITU=OILFRM=BRINEAVO流體反演蒙特卡羅

隨機(jī)正演模擬:建立許多人工合成記錄梯度可能性梯度-截距

分布密度函數(shù)

BRINEOILGASAVO流體反演每個(gè)參數(shù)有一個(gè)可能性分布圖:Vp1,Vs1,r1Vp2,Vs2,r2AVO流體反演ShaleShaleSand砂巖可用以下參數(shù)來描述:

鹽水模數(shù)BrineModulus鹽水密度BrineDensity氣模數(shù)GasModulus氣密度GasDensity油模數(shù)OilModulus油密度OilDensity基質(zhì)模數(shù)MatrixModulus基質(zhì)密度Matrixdensity干巖模數(shù)DryRockModulus孔隙度Porosity頁巖量ShaleVolume水飽和度WaterSaturation厚度Thickness以上每個(gè)參數(shù)都有一個(gè)可能性分布圖.AVO流體反演以上部分

參數(shù)可能性分布圖是用測井趨勢分析統(tǒng)計(jì)法求取:砂巖(鹽水)速度AVO流體反演在給定位置(深度)確定可能性分布圖.假定是一個(gè)正態(tài)分布.從每個(gè)深度趨勢曲線中得到平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值:AVO流體反演趨勢分析:其它參數(shù)的可能性分布圖頁巖速度砂巖密度頁巖密度砂巖孔隙度AVO流體反演在合成記錄道上,拾取砂巖頂部的同相軸:利用這些拾取值,計(jì)算這個(gè)模型的截距和梯度:

I =P1G =(P2-P1)/sin2(45)TopShaleBaseShaleSandP1P2AVO流體反演利用Biot-Gassman方法進(jìn)行流體替換從鹽水砂巖開始,利用Biot-Gassman方法進(jìn)行流體替換求得油砂巖和氣砂巖模型的對(duì)應(yīng)響應(yīng).

在截距-梯度交匯圖上形成三種不同圖:GIGIGIOILKOILOILGASKGASGASBRINEAVO流體反演IGBrineOilGas對(duì)以上過程進(jìn)行多次重復(fù),得到三種砂巖流體的每種可能性分布圖:蒙特卡羅Monte-Carlo正演隨機(jī)分析AVO流體反演@1000m@1200m@1400m@1600m@1800m@2000m趨勢分析是按深度進(jìn)行的,故預(yù)測的正演分析也是與深度有關(guān):不同深度的正演模型分析AVO流體反演不同深度的結(jié)果可用Rutherford-Williams

AVO分類法進(jìn)行理解SandBurialDepthImpedanceShale112233445566Class3Class2Class1AVO流體反演Bayes’理論利用Bayes’

理論計(jì)算任何新(截距,梯度)點(diǎn)屬于(鹽水,油,氣)類型的可能性):

———截距-梯度交匯圖上的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)屬于某種流體類型的可能性;

———某種流體在截距-梯度圖上的分布密度;

———含有某種流體的可能性;

———從隨機(jī)模擬輸出中計(jì)算出的分布密度;

———含油、氣、水中某一相的可能性;

———真實(shí)地震數(shù)據(jù)在截距-梯度圖上的樣點(diǎn);

———油、氣、水中的某一相;

———由模型得到的某一流體在截距-梯度圖上的樣點(diǎn)。AVO流體反演Bayes’理論在一個(gè)簡單例子是如何估算的:VARIABLEOCCURRENCE假如我們得到隨機(jī)模擬分布為:GasOilBrineAVO流體反演VARIABLE