正、反演(文字部分)

正演模型的基本原理及方法各種典型巖性體的正演模型正演模型技術(shù)在地震巖性勘探中應(yīng)用地震正演模型技術(shù)重點：掌握地震正演模型的概念、基本原理，制作方法、利用該項技術(shù)進行地震巖性解釋的研究方法。難點：巖性數(shù)字模型的設(shè)計、制作與應(yīng)用講課時間：4學時

對實際的復雜地質(zhì)體作適當?shù)暮喕?，對地震波的傳播?guī)律也作適當?shù)暮喕?，然后用?shù)學的或物理的方法研究地震波在某種具體的簡化模型中傳播的特點，用來模擬真實地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下的地震波場，指導地震勘探的野外采集、處理和資料解釋等方面的生產(chǎn)和理論研究工作。地震模型技術(shù)的基本概念地震模型技術(shù)按用來解決問題的目的，可分為正演模型和反演模型。地質(zhì)模型地震響應(yīng)模型計算反演計算地質(zhì)模型地震響應(yīng)輸入處理輸出正演模型（模擬）反演模型（反演）一、地震正演模型的基本概念正演模型基本概念：利用計算機數(shù)值模擬方法來獲得已知地質(zhì)體的地震響應(yīng)特征。從而指導地震資料的構(gòu)造與巖性解釋。所謂正演過程就是人工模擬地震記錄的形成。即地震正演：

s(t)=b(t)*r(t)+n(t)地震記錄的形成和反演原理正演—合成記錄反演—合成聲波測井地震正演的基本原理其中，s(t)—地震記錄

b(t)—地震子波

r(t)—反射系數(shù)，

n(t)—噪聲地震正演模型分類地震物理模型地震數(shù)學模型按研究方法分類一、地震構(gòu)造模型地震巖性模型按研究目的分類二、一維地震模型二維地震模型三維地震模型三、按對地質(zhì)體變化的假設(shè)方式和觀測方式分類1.構(gòu)造模型：以研究構(gòu)造特征所具有的地震反射特征為目的。2.巖性模型：以研究地層巖性體所具有的地震反射特征為目的。一維地震模型二維地震模型按對地質(zhì)體變化的假設(shè)方式和觀測方式分類地震正演模型分類三維地震模型1.地震物理模型用一定的材料，按一定的比例，制造出與實際地質(zhì)構(gòu)造在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和物性等主要特征相當?shù)奈锢砟Ｐ?，并在實驗室里對該物理模型按一定的模擬相似比進行模擬地震記錄，用以研究地震勘探的野外采集方法技術(shù)，地震資料處理和解釋的理論與實際問題的研究。與數(shù)學模型相比，其最大的優(yōu)點就是地震物理模型模擬結(jié)果的真實性，不受計算方法、假設(shè)條件的限制，因而地震物理模型受到國外各石油公司和大學的普遍重視。缺點：地震物理模型制作復雜，成本高，修改模型遠不如數(shù)學模型方便。2.國內(nèi)外地震物理模型實驗室情況

1977年美國休斯敦大學地震聲學實驗室創(chuàng)建水槽地震物理模型。該實驗室受到美國30家石油公司和地球物理公司的支持和資助，至今仍是美國最大的地球物理工業(yè)聯(lián)合體之一。

1985年美國?？松凸窘⒘斯腆w地震物理模型觀測系統(tǒng)。

1990至1993年，歐洲共同體勘探研究及發(fā)展計劃中，特別加強地震物理模型的研究，強調(diào)了“以地震物理模型彌補數(shù)值計算的不足?！眹鴥?nèi)新星石油公司石油物探研究所（原地礦部）以及同濟大學前后在１９８５年設(shè)計建立了大型水槽自動地震物理模型觀測系統(tǒng)。石油大學于1986年研究成功了固體地震物理模型方法，并且一開始就從固體地震物理模型方法出發(fā)研制了一套大規(guī)模、高精度固體地震物理模型設(shè)備。2、地震數(shù)學模型按一定的假設(shè)條件設(shè)計一個地下地質(zhì)體模型（包括地質(zhì)體的幾何形態(tài)和物性參數(shù)），用計算機計算按一定的方式進行觀測時由這個地質(zhì)體產(chǎn)生的地震相應(yīng)。主要優(yōu)點：改變模型參數(shù)方便，選用計算方法靈活，模型制作簡單。主要缺點：對實際地質(zhì)體進行了簡化，難以精確地反映復雜地質(zhì)體真實的情況。（1）射線追蹤模擬方法（2）垂直入射垂直反射模擬方法（3）波動方程數(shù)值模擬方法3、地震數(shù)學模型的主要模擬方法射線追蹤地震數(shù)值模擬技術(shù)根據(jù)SNELL定律確定地震波傳播的反射和透射路徑和角度；根據(jù)費馬原理確定地震波傳播時間最短的路徑就是其射線路徑；根據(jù)惠更斯原理，介質(zhì)中波所傳到的各點都可以看成新的波源。地震巖性模擬的基本思路采用了正演模型的研究思路，根據(jù)得到的實際地震剖面及其它地質(zhì)、測井、鉆井資料，對地震剖面進行初步解釋，設(shè)計出一個地震模型（包括目的層的數(shù)目，每層厚度、速度、密度等）。然后按此模型設(shè)計出相應(yīng)的地震剖面及其它資料。再把計算結(jié)果與實際觀測所得到的地震剖面進行對比，按一定的方法求出兩者的差異，并根據(jù)這種差異修改模型的參數(shù)。繼續(xù)這樣的參數(shù)修改，直到用模型設(shè)計出的合成地震記錄與實際所得的地震剖面，在一定誤差范圍內(nèi)基本相符為止。最后的模型實際上就是地震剖面的解釋結(jié)果了。巖性模型：地震巖性模擬技術(shù)地震巖性模擬（SeismicLithologicModeling－SLIM）地震巖性模擬流程圖專題9：地震反演技術(shù)地震反演的基本原理地震反演的分類地震反演的方法與特點地震反演的應(yīng)用 常規(guī)地震剖面反映的是地下地層界面的反射特征，它不直接反映地層巖性。為了使地震資料能與鉆井資料直接連接對比，就要把界面型的反射剖面轉(zhuǎn)換成巖層型的測井剖面，把地震資料變成可與鉆井直接對比的巖性剖面，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的處理過程就是地震反演技術(shù)。地震反演目的與任務(wù)地震反演技術(shù)所謂反演就是正演模型處理的逆過程。正演模型是比較簡單的。當前關(guān)于正演模型的處理技術(shù)沒有爭議，對于任一給定的地質(zhì)模型只能有一個地震響應(yīng)與之對應(yīng)。反演過程要復雜得多：對于一個給定的地震響應(yīng)也可能會有多個地質(zhì)模型與之對應(yīng)。如何看待反演結(jié)果?地震反演結(jié)果是在一定資料基礎(chǔ)和特定技術(shù)條件下相對合理的一種答案。地質(zhì)模型地震響應(yīng)模型計算反演計算地質(zhì)模型地震響應(yīng)輸入處理輸出正演模型（模擬）反演模型（反演）地震反演的基本原理所謂正演過程就是人工模擬地震記錄的形成。即

而反演過程則是估算一個子波的逆——反子波，用反子波和地震道進行褶積運算，得到反射系數(shù)r(t),然后由上式導出的遞推公式逐層遞推計算出每一層的波阻抗，即 用Gardner公式從波阻抗中分離出速度和密度。地震記錄的形成和反演原理正演—合成記錄反演—合成聲波測井地震反演的基本原理地震正演：s(t)=b(t)*r(t)+n(t)其中，s(t)—地震記錄

b(t)—地震子波

r(t)—反射系數(shù)，n(t)—噪聲地震反演：r(t)=s(t)*a(t)，a(t)—反子波頻率域：A(f).B(f)=1B(f)、A(f)分別為地震子波與反子波的頻譜地震反演的基本原理波阻抗遞推公式地震反演的幾點認識所謂反演就是正演模型處理的逆過程。正演模型是比較簡單的。當前關(guān)于正演模型的處理技術(shù)沒有爭議，對于任一給定的地質(zhì)模型只能有一個地震響應(yīng)與之對應(yīng)。反演過程要復雜得多：對于一個給定的地震響應(yīng)也可能會有多個地質(zhì)模型與之對應(yīng)。如何看待反演結(jié)果?地震反演結(jié)果是在一定資料基礎(chǔ)和特定技術(shù)條件下相對合理的一種答案。地震反演方法疊前反演旅行時間反演（層析X射線成象）振幅反演(AVO)疊后反演振幅反演遞歸反演稀疏脈沖反演基于模型的反演波動方程反演目前在生產(chǎn)中用的較多的是疊后振幅反演。較為流行的應(yīng)用軟件有STRATA、Jason、ISIS、VanGurad…等。其以一維褶積模型為理論基礎(chǔ)，僅使用指定的地質(zhì)界面的振幅信息（而不是它的反射時間）。其基本反演方法包括有遞歸反演、稀疏脈沖反演和基于模型的反演等。另外，近年來由于地震屬性分析技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)及彈性物理模量參數(shù)的引入，使傳統(tǒng)的反演方法在原有的基礎(chǔ)上有了長足的發(fā)展。例如：以多元地震屬性分析為基礎(chǔ)的儲層測井特性的模擬技術(shù)（非阻抗反演方法）；彈性反演及以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別為特征的數(shù)值逼近技術(shù)等。使儲層識別及其物性預測的精度和可靠性都有較大地提高。地震反演的基本類型波動方程反演技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種非常前沿的非線性疊后反演技術(shù)。通過地震波的數(shù)值模擬來研究地下地層分布及儲層物性、含油氣性。其基本思想認為：含油、氣儲層是非均勻各向異性的具有固體狀態(tài)與流體狀態(tài)的三維三相介質(zhì)。建立在均勻各向同性純固體基礎(chǔ)上的巖石彈性理論與波動傳播理論，難以逼真描繪地震波在含油、氣地層中傳播的復雜物理現(xiàn)象。為此，從實際應(yīng)用出發(fā)，研究橫向各向同性的非均勻的粘彈介質(zhì)與雙相彈性介質(zhì)中地震波傳播的數(shù)值模擬方法，以研究地震波在地層中傳播的物理機制及其與含油、氣地層的定量關(guān)系。

地震反演的基本類型反演技術(shù)計算的基本特點普遍采用迭代運算

疊后振幅反演一般地可分為以下三種類型：遞歸反演基于模型的反演稀疏脈沖反演地震反演的方法與特點（一）遞歸反演遞歸反演（也稱帶限反演）是反演方法中最簡單的一種。其基本思想是：根據(jù)反射系數(shù)公式(3)第j層的阻抗I(i)可以由第j-1層的阻抗I(i-1)求得，即

(6)若取I(0)作為波阻抗的初始值，則上式(6)變?yōu)?7)

根據(jù)此式就可以連續(xù)地求出每一層的阻抗值。地震反演的方法與特點但在實際應(yīng)用中，是將上式取對數(shù)后做泰勒級數(shù)展開，整理得(8)上式右邊是反射系數(shù)r(j)的變限求和。在實際資料處理中，把反褶積后的地震道s(t)當作反射系數(shù)r(j)使用。因此，對地震道s(t)做變限求和，而作為直流分量的I(0)已被濾掉，得到的是有限帶寬的對數(shù)相對波阻抗，公式(8)將改寫為(9) 這就是應(yīng)用于遞歸反演處理的最主要的數(shù)學過程。

地震反演的方法與特點遞歸反演這是在理想條件下遞歸反演的應(yīng)用。遞歸反演地震反演的方法與特點 遞歸反演包含三個步驟：使用聲波測井、RMS速度或兩者結(jié)合建立一個低頻速度模型。使用（9）式的遞歸反演流程反演地震道，給出聲阻抗或速度的中間頻帶（10~60Hz）部分。把低頻和中頻信息結(jié)合起來，計算反演的輸出。遞歸反演處理流程地震反演的方法與特點地震數(shù)據(jù)測井數(shù)據(jù)井—震標定反褶積提取子波地震解釋低頻模型變限求和反演結(jié)果遞歸反演方法存在的問題：由于遞歸反演公式是應(yīng)用以遞推的方式從道的頂端推向底部，其可能產(chǎn)生的誤差的影響是累積的。這就意味著在底部的誤差可能比頂部要大。誤差累計的最大影響還在于最終反演結(jié)果的低頻分量或低頻趨勢。習慣上常常從解中去掉這種低頻趨勢，而由測井曲線提供。遞歸反演之所以也稱之為有限帶寬反演是因為最終反演阻抗的頻帶與地震數(shù)據(jù)的頻帶相同。其分辨率有限。地震反演的方法與特點遞歸反演中噪聲的影響：地震道中的任何噪聲都被遞歸反演算法解釋為一個反射系數(shù)，并能產(chǎn)生一個假的同相軸。地震反演的方法與特點遞歸反演小結(jié)遞歸反演是一種早期開發(fā)的疊后反演過程。在原理上，這種技術(shù)是很簡單的。如果我們假設(shè)地震道代表地層反射系數(shù)的一種近似，那么這種反射系數(shù)可以被反演來給出聲阻抗。然而地震道是帶限的，反射系數(shù)的低頻端（0~10Hz）和高頻端（60Hz以上）均丟失。另外，地震道的相位誤差和噪聲污染也是使這一問題復雜化的因素。因此，其結(jié)果的分辨率是很有限的，對于識別較薄的含油氣儲層是不可行的。但是遞歸反演也有其不可替代的優(yōu)點，因為在反演的整個過程中沒有人為約束條件的加入，且多解性小。因此，其結(jié)果具有很高的真實性。對于識別和了解大套儲層及其宏觀展布特征也還是十分有用的?；谶f歸反演的地震反演軟件有：G-LOG、PIVT、SEISLOG等

地震反演的方法與特點（二）基于模型的反演模型反演是從地震正演模型技術(shù)發(fā)展而來的一種反演技術(shù)。其基本原理是： 首先使用測井和地震解釋成果建立對油藏地質(zhì)模型的初始猜測——初始模型（用速度、密度表示）。通過正演算法制作合成地震剖面——地震模型。然后，將地震模型與實際地震剖面比較，根據(jù)比較結(jié)果，反復修正初始模型，計算新的地震模型，以最佳地符合地震資料。當?shù)卣鹉Ｐ团c地震資料對比誤差足夠小時—即滿足期望的邊界條件，此時的油藏地質(zhì)模型就是反演的最終結(jié)果。模型反演的算法:基于褶積模型基于彈性波波動方程理論

地震反演的方法與特點合成剖面子波最佳擬合？模型修改地震剖面初始模型最終模型基于模型反演過程的示意圖目前較為流行的模型反演方法模型疊代反演—具有代表性的軟件有：ISIS、SLIM等測井約束反演—具有代表性的軟件有：Strata、Jason、VanGurad地震反演的方法與特點1.模型迭代反演模型疊代反演的基本思想是在充分肯定原始地震資料的基礎(chǔ)上，對初始油藏地質(zhì)模型只做一個很粗略、隨機的猜測（只是沿模型剖面在若干控制點上用一系列不同深度、厚度相對較大的速度和密度層來定義）。在剖面的每一個道位置上，計算模型的反射系數(shù)序列，與一個估算子波或給定的子波褶積，便得到合成地震剖面。將合成地震剖面與實際地震剖面的對應(yīng)道逐道進行對比，計算它們最小平方誤差和（或者是）相似系數(shù)。最初的初始模型與地震道的差別較大，但經(jīng)過反復迭代修改模型，并使用地震道作為約束條件，最終達到合成地震剖面與實際地震剖面每一道都有最佳擬合為止，此時的初始模型就是反演的最終結(jié)果。模型疊代反演的關(guān)鍵是迭代算法的優(yōu)化，例如，ISIS軟件中就采用了全局優(yōu)化和局域優(yōu)化相結(jié)合的非線性模擬退火方法，可使誤差函數(shù)能量達到全局最小。地震反演的方法與特點地震資料井旁地震疊后純波約束條件測井資料（速度及密度）子波低頻模型模擬退火全局反演反演結(jié)果地質(zhì)資料地震層位沉積信息初始隨機模型地震反演方法ISIS反演處理流程

模型迭代反演這種反演方法由于是做正演模型，因而不會受地震頻寬的限制，即分辨率不受限制。本方法雖然使用了測井數(shù)據(jù)，但只是用于提取子波，而并沒有作為約束條件參與反演的過程。從原理上來講，此方法更加強調(diào)地震數(shù)據(jù)，而沒有引入測井數(shù)據(jù)中的高頻成分并體現(xiàn)在初始模型中，其結(jié)果也必然更加依賴地震數(shù)據(jù)和經(jīng)優(yōu)化的數(shù)學模型（反演目標函數(shù)）。雖然反演結(jié)果的分辨率較原始地震數(shù)據(jù)有所提高，但距分辨小于10米以下的薄儲層的目標仍有一定的距離。而且，反演結(jié)果也不是唯一的。地震反演方法模型迭代反演小結(jié)2.測井約束反演測井約束反演的基本思想與模型疊代反演大體相同，所不同的是：初始模型的建立是由使用地震解釋層位作為控制點，并把測井聲阻抗曲線外推內(nèi)插獲得初始模型。因此，初始模型較模型迭代法要細致得多。使用井孔測井資料作為約束條件，而模型迭代法則是用粗略的地震道做約束條件。地震反演方法測井約束反演方法思路首先，使用地震解釋層位的控制將測井聲阻抗曲線沿層位橫向逐道外推。外推的同時，按層序的厚度變化對聲阻抗曲線進行拉伸和壓縮。多井約束時，井間則按井的距離加權(quán)內(nèi)插。這樣，初始模型就保留了測井曲線的高分辨率。但井的外推和線性內(nèi)插仍不能解決油藏的橫向非均質(zhì)性問題，因此就要用地震資料來修正井外推和線性內(nèi)插的聲阻抗曲線，實現(xiàn)非線性外推和內(nèi)插。具體做法就是在給定的約束條件下不斷地在初始模型與地震道之間求解一個反射系數(shù)校正值，并用此來修正初始模型的阻抗曲線，制作合成地震道，使其盡可能地與地震道吻合。最終修正的模型就是反演得到的波阻抗。在這一過程中，采用獨立于地震數(shù)據(jù)之外的測井信息作為約束條件來克服反演結(jié)果的多解性。地震反演方法測井約束反演的基本特點測井約束反演與模型迭代法相同，由于不受地震頻帶的限制，因而其結(jié)果具有較高的分辨率，也沒有噪聲的引入。由于使用了測井資料作為約束條件，提高了反演結(jié)果的唯一性。但這也決定了此方法對測井資料的品質(zhì)以及井—震匹配相關(guān)性的好壞有著非常高的要求，反演對此非常敏感。因此，用于反演的測井數(shù)據(jù)一定要做環(huán)境校正、剔除野值；而且操作者不但要熟悉反演方法，還要了解目標區(qū)的地質(zhì)資料，并認真作好井—震標定。地震反演方法測井約束反演小結(jié)測井約束反演技術(shù)的意義波阻抗反演技術(shù)是近幾年得到廣泛應(yīng)用的一項技術(shù)，測井約束波阻抗反演技術(shù)是基于模型的波阻抗反演技術(shù)，它是以測井資料為依據(jù)，以地震資料為控制，通過井旁道與測井資料進行相關(guān)分析，找出最佳波阻匹配關(guān)系后，從井點出發(fā)逐步外推的一項技術(shù)，波阻抗反演具有明確的物理意義，是儲層巖性預測、油藏特征描述的確定性方法。測井約束波阻抗反演充分利用了測井縱向上高分辨率和地震資料橫向的連續(xù)性，提高了識別儲層的分辨率和精度，該技術(shù)亦在綜合石油地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上有針對性的應(yīng)用。InverTraceInverTrace——遞歸反演InverTrace反演方法評價——遞歸反演模型反演模型反演控制提取子波的主要因素：使用測井曲線提取子波的方法極其依賴井和地震道之間的匹配關(guān)系。由于深度采樣的測