測井與地震聯(lián)合反演方法探討

測井與地震聯(lián)合反演方法探討

地震的反演是在地表觀測地震數(shù)據(jù)的過程中，在已知地質(zhì)規(guī)律、開挖和鉆孔數(shù)據(jù)的限制下，成像和分解地下巖石的空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。廣義地震反演包括地震處理解釋的所有內(nèi)容。波阻抗反演是指利用地震資料反演地層波阻抗(或速度)的地震特殊處理解釋技術(shù)。與地震模式識別預(yù)測油氣、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測地層參數(shù)、振幅擬合預(yù)測儲集層厚度等統(tǒng)計性方法相比,其具有明確的物理意義,是儲集層巖性預(yù)測、油藏特征描述的確定性方法,在實際應(yīng)用中取得了顯著的地質(zhì)效果,因此地震反演通常特指波阻抗反演。李慶忠院士指出:“波阻抗反演是高分辨率地震資料處理的最終表達(dá)方式”。這說明了波阻抗反演在地震技術(shù)中的特殊地位。地震反演通常分為迭前和迭后反演兩大類。近20年來,迭后地震反演取得了巨大進(jìn)展,已形成了多種成熟技術(shù)。按測井資料在其中所起作用大小又可分成4類:地震直接反演、測井控制下的地震反演、測井-地震聯(lián)合反演和地震控制下的測井內(nèi)插外推。它們分別用于油氣勘探開發(fā)不同階段(見圖1)。從實現(xiàn)方法上可分為3類:遞推反演、基于模型反演和地震屬性反演。波阻抗反演的方法道積分是利用迭后地震資料計算地層相對波阻抗(速度)的直接反演方法。因為它是在地層波阻抗隨深度連續(xù)可微條件下推導(dǎo)出來的,因而又稱連續(xù)反演。1反射系數(shù)的計算設(shè)巖層波阻抗Z(t)隨深度(時間)連續(xù)變化,則反射系數(shù)r(t)可定義為波阻抗的微分函數(shù)r(t)=12dlnΖ(t)d(t)(1)r(t)=12dlnZ(t)d(t)(1)即反射系數(shù)是地層對數(shù)波阻抗對時間微分的一半。由(1)式導(dǎo)出Ζ(t)=Ζ0exp[2t∫0r(t)dt](2)Z(t)=Z0exp[2∫0tr(t)dt](2)通過積分處理,把反映巖層間速度差異的反射系數(shù)轉(zhuǎn)換成了反映地層本身特征變化的波阻抗,可直接以巖層為單元進(jìn)行地質(zhì)解釋(見圖2)。2地震解釋法道積分方法無需鉆井控制,在勘探初期即可推廣應(yīng)用,實用性強(qiáng)。其主要優(yōu)點是計算簡單、遞推累計誤差小。其結(jié)果直接反映了巖層的速度變化,可以巖層為單元進(jìn)行地質(zhì)解釋。缺點:①由于這種方法受地震固有頻寬的限制,分辨率低,無法適應(yīng)薄層解釋的需要;②無法求得地層的絕對波阻抗和絕對速度,不能用于定量計算儲集層參數(shù);③這種方法在處理過程中不能用地質(zhì)或測井資料對其進(jìn)行約束控制,因而其結(jié)果比較粗略。遞推反演的關(guān)鍵所基于反射系數(shù)遞推計算地層波阻抗(速度)的地震反演方法稱為遞推反演。遞推反演的關(guān)鍵在于從地震記錄估算地層反射系數(shù),得到能與已知鉆井最佳吻合的波阻抗信息。遞推反演方法中測井資料主要起標(biāo)定和質(zhì)量控制的作用,因而遞推反演又稱為直接反演或測井控制下的地震反演。1遞推反演的技術(shù)無噪偏移地震記錄的理論模型為S(t)=r(t)W(t)(3)S(t)=r(t)W(t)(3)式中S(t)——地震記錄;W(t)——地震子波。通過子波反褶積處理,可由地震記錄求得反射系數(shù),進(jìn)而遞推計算出地層波阻抗或?qū)铀俣?。Ζj+1=Ζ0j∏i=11+ri1-ri(4)Zj+1=Z0∏i=1j1+ri1?ri(4)式中Z0——初始波阻抗;Zj+1——第j+1層地層波阻抗。波阻抗是重要的巖石物理參數(shù),可直接與鉆井對比進(jìn)行儲集層巖性解釋和物性分析。遞推反演是對地震資料的轉(zhuǎn)換處理過程,其結(jié)果的分辨率、信噪比以及可靠程度完全依賴于地震資料本身的品質(zhì),因此用于反演的地震資料應(yīng)具有較寬的頻帶、較低的噪聲、相對振幅保持和準(zhǔn)確成像。測井資料,尤其是聲波測井和密度測井資料,是地震橫向預(yù)測的對比標(biāo)準(zhǔn)和解釋依據(jù),在反演處理之前應(yīng)仔細(xì)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(shù)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。地層反褶積方法是根據(jù)已有測井資料(聲波和密度)與井旁地震記錄,利用最小平方法估算數(shù)學(xué)意義上的“最佳”子波或反射系數(shù)。這種方法的優(yōu)點是把子波求解的“欠定”問題變成了確定問題,在井點已有測井段范圍內(nèi)可獲得與測井最吻合的反演結(jié)果。局限性主要有:①本方法完全忽略了測井誤差和地震噪聲,這些因素尤其是前者的客觀存在使“子波”確定更加困難;②地層反褶積因子的估算是在計算時窗內(nèi)數(shù)學(xué)意義上的最佳逼近,實際處理范圍與該時窗的不同已超出了該方法的適用范圍,即便是在井點位置,得到的反演結(jié)果已不可能是“誤差最小”。不難看出,影響基于地層反褶積遞推反演效果的主要因素是測井資料的質(zhì)量和地震資料的信噪比以及地震噪聲的一致性。稀疏脈沖反演(Sparse-spikeInversion)是基于稀疏脈沖反褶積基礎(chǔ)上的遞推反演方法,主要包括最大似然反褶積(MLD),L1模反褶積和最小熵反褶積(MED)。這類方法針對地震記錄的欠定問題,提出了地層反射系數(shù)由一系列迭加于高斯背景上的強(qiáng)軸組成的基本假設(shè),在此條件下以不同方法估算地下“強(qiáng)”反射系數(shù)和地震子波。這種方法的優(yōu)點是無需鉆井資料,直接由地震記錄計算反射系數(shù),實現(xiàn)遞推反演,其缺陷在于很難得到與測井曲線相吻合的最終結(jié)果。基于頻域反褶積與相位校正的遞推反演方法,從方法實現(xiàn)上回避了計算子波或反射系數(shù)的欠定問題,以井旁反演結(jié)果與實際測井曲線的吻合程度作為參數(shù)優(yōu)選的基本判據(jù),從而保證了反演資料的可信度可解釋性,是遞推反演的主導(dǎo)技術(shù),其主要技術(shù)關(guān)鍵有:恢復(fù)地層反射系數(shù)振幅譜的頻域反褶積、使井旁反演道與測井最佳吻合的相位校正以及反映地層波阻抗變化趨勢的低頻模型技術(shù)。圖3給出了這種方法的質(zhì)量控制實例,其中最佳相位校正等處理使井旁道反演結(jié)果與實際測井曲線在時間域最佳吻合,正確的低頻信息使反演結(jié)果與實際鉆井在深度上一一對應(yīng)。2儲集層遞推反演的應(yīng)用意義基于地震資料直接轉(zhuǎn)換的遞推反演方法比較完整地保留了地震反射的基本特征(斷層、產(chǎn)狀),不存在基于模型方法的多解性問題,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,能較好地反映儲集層的物性變化。遞推反演方法具有較寬的應(yīng)用領(lǐng)域。在勘探初期只有很少鉆井的條件下,通過反演資料進(jìn)行巖相分析確定地層的沉積體系,根據(jù)鉆井揭示的儲集層特征進(jìn)行橫向預(yù)測,確定評價井位。到開發(fā)前期,在儲集層較厚的條件下,遞推反演資料可為地質(zhì)建模提供較可靠的構(gòu)造、厚度和物性信息,優(yōu)化方案設(shè)計。在油藏監(jiān)測階段,通過時延地震反演速度差異分析,可幫助確定儲集層壓力、物性的空間變化,進(jìn)而推斷油氣前緣。由于受地震頻帶寬度的限制,遞推反演資料的分辨率相對較低,不能滿足薄儲集層研究的需要。接反演方法的不足在薄儲集層地質(zhì)條件下,由于地震頻帶寬度的限制,基于普通地震分辨率的直接反演方法,其精度和分辨率都不能滿足油田開發(fā)的要求?；谀Ｐ偷卣鸱囱菁夹g(shù)以測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成分補(bǔ)充地震有限帶寬的不足,可獲得高分辨率的地層波阻抗資料,為薄層油(氣)藏精細(xì)描述創(chuàng)造了有利條件。1模型數(shù)據(jù)處理基于模型地震反演方法思路如圖4所示。這種方法從地質(zhì)模型出發(fā),采用模型優(yōu)選迭代撓動算法,通過不斷修改更新模型,使模型正演合成地震資料與實際地震數(shù)據(jù)最佳吻合,最終的模型數(shù)據(jù)便是反演結(jié)果?；谀Ｐ偷卣鸱囱?又稱測井約束地震反演)實質(zhì)上是地震-測井聯(lián)合反演,其結(jié)果的低、高頻信息來源于測井資料,構(gòu)造特征及中頻段取決于地震數(shù)據(jù)。多解性是基于模型地震反演的固有特性,即地震有效頻帶以外的信息不會影響合成地震資料的最終結(jié)果,減小基于模型方法多解性問題的關(guān)鍵在于正確建立初始模型。基于模型反演結(jié)果的精度不僅依賴于研究目標(biāo)的地質(zhì)特征、鉆井?dāng)?shù)量、井位分布以及地震資料的分辨率和信噪比,還取決于處理工作的精細(xì)程度,其主要技術(shù)環(huán)節(jié)有:(1)火炬樹葉片干部隊伍的基本法測井資料,尤其是聲波和密度測井,是建立初始模型的基礎(chǔ)資料和地質(zhì)解釋的基本依據(jù)。通常情況下,聲波測井受到井孔環(huán)境(如井壁跨塌、泥漿浸泡等)的影響而產(chǎn)生誤差,同一口井的不同層段,不同井的同一層段誤差大小亦不相同。因此,用于制做初始波阻抗模型的測井資料必須經(jīng)過環(huán)境校正。(2)最小平方法的局限性子波是基于模型反演中的關(guān)鍵因素。子波與模型反射系數(shù)褶積產(chǎn)生合成地震數(shù)據(jù),合成地震數(shù)據(jù)與實際地震資料的誤差最小是終止迭代的約束條件。迭后地震子波提取常用兩種方法,其一是根據(jù)已有測井資料與井旁地震記錄,用最小平方法求解,是一種確定性的方法,理論上可得到精確的結(jié)果,但這種方法受地震噪聲和測井誤差的雙重影響,尤其是聲波測井不準(zhǔn)而引起的速度誤差會導(dǎo)致子波振幅畸變和相位譜扭曲。同時,方法本身對地震噪聲以及估算時窗長度的變化非常敏感,使子波估算結(jié)果的穩(wěn)定性變差。目前比較實用有效的方法是多道地震統(tǒng)計法,即用多道記錄自相關(guān)統(tǒng)計的方法提取子波振幅譜信息,進(jìn)而求取零相位、最小相位或常相位子波,用這種方法求取的子波,合成記錄與實際記錄頻帶一致,與實際地震記錄波組關(guān)系對應(yīng)關(guān)系良好。(3)波阻抗界面的深度變化建立盡可能接近實際地層情況的波阻抗模型,是減少其最終結(jié)果多解性的根本途徑。測井資料在縱向上詳細(xì)揭示了巖層的波阻抗變化細(xì)節(jié),地震資料則連續(xù)記錄了波阻抗界面的深度變化,二者的結(jié)合,為精確地建立空間波阻抗模型提供了必要的條件。建立波阻抗模型的過程實際上就是把地震界面信息與測井波阻抗正確結(jié)合起來的過程,對地震而言,即是正確解釋起控制作用的波阻抗界面,對測井來說,即是為波阻抗界面間的地層賦于合適的波阻抗信息。初始模型的橫向分辨率取決于地震層位解釋的精細(xì)程度,縱向分辨率受地震采樣率的限制,為了能較多地保留測井的高頻信息,反映薄層的變化細(xì)節(jié),通常要對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行加密采樣。2地震資料高效利用的原則基于模型反演技術(shù)把地震與測井有機(jī)地結(jié)合起來,突破了傳統(tǒng)意義上的地震分辨率的限制,理論上可得到與測井資料相同的分辨率,是油田開發(fā)階段精細(xì)描述的關(guān)鍵技術(shù)。多解是基于模型反演方法的固有特性,主要取決于初始模型與實際地質(zhì)情況的附合程度,在同樣的地質(zhì)條件下,鉆井越多,結(jié)果越可靠,反之亦然。地震資料在基于模型反演中主要起兩方面的作用,其一是提供層位和斷層信息來指導(dǎo)測井資料的內(nèi)插外推建立初始模型,其二是約束地震有效頻帶的地質(zhì)模型向正確的方向收斂。地震資料分辨率越高,層位解釋就有可能越細(xì),初始模型就接近實際情況,同時,有效控制頻帶范圍就越大,多解區(qū)域相應(yīng)減少。因此提高地震資料自身分辨率是減小多解性的重要途徑。在基于模型地震反演方法中,不適當(dāng)?shù)膹?qiáng)調(diào)兩個概念容易給人造成誤解。其一是強(qiáng)調(diào)分辨率高,因為這種方法本身以模型為起點和終點,理論上與測井分辨率相同,問題的實質(zhì)在于怎么更好地減少多解性。其二是強(qiáng)調(diào)實際測井與井旁反演結(jié)果最相似。建立初始模型過程中的第一步就是測井資料校正,使合成記錄與井旁道最佳吻合,用校正后的測井資料制作模型,實際運算中對井附近模型不可能有大的修改,因此這種對比并無實際意義,很容易誤導(dǎo)。精細(xì)油藏管理技術(shù)地震反演是儲集層橫向預(yù)測的核心技術(shù),可用于油氣勘探開發(fā)的各個階段。在勘探階段,