（地质工程专业论文）地震约束波阻抗反演及应用研究.pdf

摘要 对于油田勘探来说，地震反演成果在精细油藏描述及储层横向预测等研究工 作中所起的作用越来越重要，它能较真实地反映出地下岩层的岩性及物性的展布 特征，可间接地反应出储层含流体性质的变化特征，借此能够大大提高钻井的成 功率。本文在阐述了几种地震约束反演方法( 模拟退火反演、约束稀疏脉冲反演、 多参数岩性地震反演) 的原理、关键技术、适用条件及优缺点之后，结合准噶尔 盆地车排子地区实际3 d 地震资料，进行了反演方法应用，并对每种反演方法的 实际应用效果进行了分析对比，最后在波阻抗反演的基础上对有效储层进行了展 布预测。取得了以下几点成果和认识： 1 ) 模拟退火反演方法，该反演是基于快速模拟退火算法的地震多道反演。在 波阻抗反演过程中，以地震资料为主，以测井资料作为约束条件进行反演，由于 采用模拟退火算法寻找全局最优解，对初始模型要求低，适合勘探程度低的地区。 另一方面，由于该方法的分辨率主要依赖于地震资料本身，因而在油田开发阶段， 若地震资料本身的分辨率不高，则反演结果难以满足储层精细描述的要求。 2 ) 约束稀疏脉冲反演方法，该反演假设地层的反射系数是稀疏的，利用地震 解释层位和井约束控制波阻抗的趋势和范围，采用一个快速的、趋势约束的脉冲 算法产生一个宽频带结果，反演结果较忠实于地震资料，同时又补充了部分低频 和高频成分，因而纵向分辨率较常规地震资料有所提高。 3 ) 多参数岩性地震反演方法( i n v e r m o d ) ，该方法实质上就是地震层位控制下 的测井属性反演。它充分利用了地震、测井、地质等信息，以测井资料为主，以 地震资料和地质模型为约束条件，通过主组分分析、奇异值分解等技术，根据地 震资料可反演出电阻率、自然伽玛、孔隙度等多种属性剖面，能够一次性解决阻 抗和参数反演问题，更加有效地进行精细储层预测和描述，分辨率较常规地震资 料成倍提高，反演结果也较好地反映了井问储层岩性、物性变化特征。但该方法 主要从井出发，当井分布较稀时，反演结果过于模型化，变化规律失真。 4 ) 选择准噶尔盆地车排子地区作为反演实验工区，该区资料品质比较好，储 层为低阻抗特征，工区内有9 口测井资料。该区为勘探新区，结合对该区基础资 料的分析，首次在该区开展了地震波阻抗反演处理，并取得了良好的效果。利用 反演处理结果，提供了两口井位，均见高产工业油流。 关键词：波阻抗，储层参数，子波，初始模型，模拟退火反演，约束反演 a b s t r a c t r e g 觚d m gt h eo i lf i e l de x p l o r a t i o n , t h er e s u l t so fs e i s m i ci n v e r s i o np l a yam o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ef m eo i lp o o ld e s c r i p t i o na n dl a t e r a li nr e s e r v o i r p r e d i c t i o n t h et e c h n o l o g yc a na c t u a l l yr e f l e c tu n d e r g r o u n dr o c kl a y e rl o t h o l o g i c a l t r a n s i t i v i t ym o pc h a r a c t e r i s t i ca n dr e s p o n di n d i r e c t l yt h er e s e r v o i rc o n t a i n i n gt h ef l u i d n a t u r ec h a n g ec h a r a c t e r i s t i c ，t a k i n ga d v a n t a g eo ft h i sc a ng r e a t l yr a i s et h ep e r c e n t a g e o fd r i l l i n gh i t s t h i sa r t i c l ea f t e re l a b o r a t i n gs e v e r a lk i n d so fs e i s m i cr e s t r a i n i n v e r s i o nm e t h o d ( i s i ss i m u l a t i o na n n e a l i n gi n v e r s i o n , c o n s t r a i n e ds p a r s es p i k e i n v e r s i o n , m u l t ip a r a m e t e rl o t h o l o g i c a ls e i s m i ci n v e r s i o n ) p r i n c i p l e ，k e yt e c h n o l o g i e s ， s u i t a b l ec o n d i t i o na n dg o o da n db a dp o i n t s ，u n i f y i n gt h ea c t u a l3 ds e i s m i cm a t e r i a lo f c h o n g x iz o n ex i a n g x ig r o u p ，h a sc a r r i e do nt h ei n v e r s i o nm e t h o da p p l i c a t i o n , a n dh a s c a r r i e do nt h ea n a l y s i sc o n t r a s tt oe a c hk i n do fi n v e r s i o nm e t h o dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n e f f e c t , f i n a l l yh a sc a r r i e do nt h em o pp r e d i c t i o n i nt h ei m p e d a n c ei n v e r s i o n f o u n d a t i o nt ot h ee f f e c t i v er e s e r v o i r ，g e ts o m ep r o d u c t i o na n dc o g n i t i o n ： t h em e t h o do fi s i ss i m u l a t i o na n n e a l i n gi n v e r s i o ni sas e i s m i cm u l t i - t r a c e i n v e r s i o nw h i c hb a s e so nt h ef a s ts i m u l a t ea n n e a l sm e t h o d i nt h ep r o g r e s so f i m p e d a n c ei n v e r s i o n ，b yt h es e i s m i cm a t e r i a lp r i m a r i l y ，c a r r i e so nt h ei n v e r s i o nb yt h e l o gi n f o r m a t i o na st h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o n ，b e c a u s eu s e st h es i m u l a t i o na n n e a l i n g a l g o r i t h mt os e e kt h eo v e r a l ls i t u a t i o no p t i m a ls o l u t i o n ，r e q u e s t sl o w l yt ot h ei n i t i a l m o d e l ，s u i t st h ee x p l o r a t i o nd e g r e el o wa r e a o nt h eo t h e rh a n d ，b e c a u s et h i sm e t h o d r e s o l u t i o nm a i n l yr e l i e so ns e i s m i cm a t e r i a li t s e l f , t h u si no i l f i e l dd e v e l o p m e n ts t a g e ， i ft h es e i s m i cm a t e r i a li t s e l fr e s o l u t i o ni sn o th i g h , a n dt h e nt h ei n v e r s i o nr e s u l ti s d i 伍c u l tt os a t i s f yt h er e s e r v o i rf i n ed e s c r i p t i o n t h em e t h o do fc o n s t r a i n e ds p a r s es p i k ei n v e r s i o ns u p p o s e st h a tt h er e f l e c t i o n s c o e f f i c i e n t so fs t r a t aa r es p a r s e ar a p i dt r e n d c o n s t r a i n e dp u l s ei n v e r s i o nc a l c u l a t i o n i sa d o p t e d ，u s i n gt h es e i s m i ci n t e r p r e t a t i o nh o r i z o na n dl o g g i n g - c o n s t r a i n tt oc o n t r o l t h et r e n da n ds c o p eo fw a v ei m p e d a n c e 啊1 ep u l s ec a l c u l a t i o nc a l lo b t a i nt h e w i d e - b a n dr e s u l t t h ei n v e r s i o nr e s u l ti sf a i t h f u lt os e i s m i cd a t a , s i m u l t a n e o u s l y ；t h e c o n s t r a i n to fl o g g i n ga n dg e o l o g yc a nr e p l e n i s ht h ec o m p o n e n to fl o wa n dh i g h f r e q u e n c i e s 髓ev e r t i c a lr e s o l u t i o ni sh e i g h t e n e dc o m p a r a t i v e l yt ot h ec o n v e n t i o n a l s e i s m i cd a t a t h em e t h o do fm u l t ip a r a m e t e rl o t h o l o g i c a ls e i s m i ci n v e r s i o ni sa c t u a l l yt h e l o g g i n gp r o p e r t yi n v e r s i o nc o n t r o l l e db ys e i s m i ch o r i z o nd a t a t h em e t h o df u l l yu s e s s e i s m i c ，l o g g i n g ，g e o l o g i c a la n do t h e ri n f o r m a t i o n , a n dt a k e sl o gi n f o r m a t i o n p r i m a r i l y ，b ys e i s m i cm a t e r i a la n dg e o l o g i c a lm o d e la sc o n s t r a i n tc o n d i t i o n , t h r o u g h t e c h n o l o g i e so fm a j o rc o n s t i t u e n ta n a l y s i sa n ds i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n , b a s e do n s e i s m i cd a t a , m u l t i p l ea t t r i b u t i v ep r o f i l e so fa c o u s t i cw a v e ，d e n s i t y , r e s i s t i v e l y ， n a t u r a lg a m m a , p o r o s i t y ，e t c c a nb ei n v e r s e do u t ，啪s o l u t ei m p e d a n c ea n dt h e p a r a m e t e ri n v e r s i o np r o b l e md i s p o s a b l e ，a n dc a l t yo nt h ef i n er e s e r v o i rp r e d i c t i o na n d t h ed e s c r i p t i o nm o r ee f f e c t i v e l y ，t h er e s o l u t i o no ft h em e t h o dc a nb eh e i g h t e n e df o r m a n yt i m e sc o m p a r a t i v e l y 、析廿lc o n v e n t i o n a ls e i s m i cd a t a t h er e s u l to fi n v e r s i o n b e t t e rr e f l e c t st h el i t h o l o g i c a la n dp h y s i c a lc h a n g ec h a r a c t e ro fr e s e r v o i r sb e t w e e n w e l l s b u tt h i sm e t h o dm a i n l ye m b a r k sf r o mt h ew e l l ，w h e nt h ew e l ld i s t r i b u t i o ni s t h i n ，t h ei n v e r s i o nr e s u l tt o os i m u l a t e s ，c h a n g er u l ed i s t o r t i o n - t h es u r v e ya r e ai s4 8 6k m 2 t h es e i s m i cd a t ai sp r e s t a c kt i m em i g r a t i o nd a t a w h i c hw a sc o m p l e t e di n2 0 0 7c h a r a c t e r i z e db yg o o dq u a l i t ya n dc l e a rs e i s m i c s t r u c t u r a lr e f l e c t i o n t h ed o m i n a n tf r e q u e n c yi su pt o6 5 h z l o gd a t ai sr e l a t i v e l yf e w , t h e r e a r eo n l y9w e l l s 、析t l ll o gd a t u m t h er e s e r v o i ri sf e a t u r e db ym e d i u m - h i g h a m p l i t u d ei ns e i s m i cd a t aa n dh i g hp o r o s i t y ，l o wv e l o c i t yi nt h el o gd a t a t h es t u d y a r e ai san e we x p l o r a t i o na r e a c o m b i n e d 、i 也t h eb a s i cd a t a , s e i s m i ca c o u s t i c i m p e d a n c ei n v e r s i o nw a sp r o c e s s e di nt h i sa r e af o rt h ef i r s tt i m ea n dg o o di n v e r s i o n r e s u l tw a sa c h i e v e d b a s e do nt h ei n v e r s i o nr e s u l t ，t w ow e l l sw e r ep r o p o s e da n db o 也 h a v es e e nh i g hp r o d u c t i o ni n d u s t r i a lo i ls t r e a m k e yw o r d s ：i m p e d a n c e ，r e s e r v o i r ，p a r a m e t e r , w a v e l e t ，i n i t i a lm o d e l 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼! 翅遗查基丝重要挂别虚跑的：奎拦亘窒或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：豹易 签字日期：知7 年多月肛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 勘易钏易 签字隰山胩日 翮粹叫仇囝 签锢袖q 归钐日 地震约束波阻抗反演及应用研究 1 引言 1 1 选题的背景及意义 地震反演技术是伴随着地震技术在油田勘探开发中的不断深入应用而发展 起来的，是2 0 世纪8 0 年代兴起的一门新的方法技术。与传统勘探地震方法相比， 其基础理论和方法原理基本相同，但地震反演技术所面临的地质任务、涉及的基 础资料以及所采用的研究方法与勘探早期阶段有所区别。在勘探早期阶段，地震 工作的地质任务是寻找构造、查明圈闭，其着眼点是反射界面的起伏变化，利用 的地震信息主要是反射层的旅行时，主要工作内容是构造解释。随着勘探程度的 加深，储层地球物理的核心是要研究油藏的非均质性，其地质任务是对油藏及其 参数作出预测，着眼点是储层特征的横向变化，利用的地震信息更多，工作内容 以储层地震反演、信息提取为基础，进行地震综合解释。 今后几十年油气资源将仍然是难以替代的主要能源之一。随着油气勘探的不 断深入和勘探水平的不断提高，勘探的重点已经从构造油气藏转移到岩性油气藏 等非构造油气藏。其中，地震勘探是寻找和判别岩性油气藏的重要方法，地震反 演技术一直是地震勘探中的一项核心技术，其目的是用地震反射资料，反推地下 的波阻抗或速度的分布，估算储层参数，并进行储层预测和油藏描述，为油气勘 探提供可靠的基础资料。应用地震反演技术研究储层来寻找隐藏油气藏与应用地 震资料来寻找构造油气藏具有同等重要的地位。著名的地球物理学家李庆忠院士 曾指出“交到地质人员手中的地震资料应是作了反演的波阻抗剖面”、“波阻抗反 演是高分辨率地震资料处理的最终表达形式”，说明了波阻抗反演在地震勘探技 术中的特殊地位。 波阻抗是重要的岩石物理参数，可直接与钻井对比进行储层岩性解释和物性 分析。测井和钻井资料具有较高的垂向分辨率，在横向上采样点少，横向分辨率 低，利用井数据可得到储层模型中小尺度结构的变化。而地震数据垂向分辨率低， 但横向上采样密集，横向分辨率高，利用地震数据可以对井间大尺度结构进行预 测。地震波阻抗反演方法可以将地震资料、测井数据、地质解释相结合，充分利 用测井资料具有较高的垂向分辨率和地震剖面具有较好的横向连续性的特点，将 地震剖面转换成波阻抗剖面，不仅便于解释人员将地震资料与测井资料连接对 比，而且能有效地对储层物性参数的变化进行研究，从而得到物性参数在空间上 的分布规律，指导油气的勘探和开发。 然而出于地震反演技术本身的不适定性( 如存在多解性) ，应用条件的限制 以及储层的复杂性，常规叠后地震资料品质不高且分辨率低等因素，在一定程度 上影响了该技术的广泛应用，必须根据具体情况具体研究。 地震约束波阻抗反演及应用研究 1 2 地震反演的研究现状 对于这一领域的研究，国内外有许多专家学者作了大量的工作。国内从7 0 年代末至8 0 年代初开始研究地震反演技术，与此同时，国外先后推出了各种名 称的地震波阻抗反演技术，如：v e l o g ，p i v t ，g l o g ，s e i s l o g 等。目前国内使用 的波阻抗反演软件基本上都是引进软件，国产软件较少。9 6 年以前的软件一般 都是单井控制下的地震资料反演，只能解决构造简单没有断层或岩性、岩相横向 变化小的问题，在多井条件下和地质条件较复杂的地区难以推广使用。国外从 8 0 年代末提出了利用声波测井资料作为约束条件，对过井地震剖面进行正反演 联合迭代求取地下波阻抗的方法，将反演方法推向非线性，这种新方法利用了测 井资料的高频信息，大幅度拓宽了地震信号的频带，可以获得薄层和薄互层的波 阻抗信息，因而表现了强劲的发展势头，目前成为各外国石油公司重点发展的对 象，如美国h g s 公司宽带约束反演b c i 技术，法国c g g 公司波阻抗反演模拟r o v l m 技术，俄罗斯的p a r m ，加拿大的s t r a t a ，丹麦的i s i s ，以及荷兰推出的j a s o n 技术。今后地震反演的技术，是在现在的基础上，充分利用测井、地震、地质的 信息，继续探索先进的算法，使储层横向预测更符合实际。 随着石油勘探开发形式的发展和计算机技术的提高，地震反演技术已成为研 究储层横向变化的主要手段。 从地震反演所用的地震资料来分，地震反演可分为叠前反演和叠后反演：从 反演所利用地震的信息来分，地震反演可分为旅行时反演和振幅反演：从反演的 地质结果来分，可分为构造反演、波阻抗反演和储层参数反演等。 叠前反演主要包括基于旅行时的层析成像技术和基于振幅的a v o 分析技术、 弹性波阻抗反演等：叠后反演主要包括基于旅行时的构造分析和基于振幅信息的 波阻抗反演。近2 0 年来，叠后地震反演取得了很大的进展，已形成了多种成熟 的方法和技术。通常地震反演往往是特指“叠后地震波阻抗反演 ，叠后波阻抗 反演在具体实现过程中，对各种参数的估算方法不同、对反演结果的运算过程不 同，派生出很多的反演方法。按测井资料在其中所起作用的大小可分为四类：无 井约束的地震直接反演、测井控制下的地震反演、测井一地震联合反演和地震控 制下的测井内插外推，分别用于油气勘探开发的不同阶段。目前，广泛应用的测 井约束反演就是一种测井一地震联合反演方法，它通过与测井、地质模型等信息 的结合将反演的波阻抗频率范围在地震频带的基础上分别向低频端和高频端进 行了拓展。 根据反演计算时采用的计算方法不同、反演思路差异，地震反演的叫法也很 多，如地震岩性模拟( s l i m ) 、广义线性反演( ( g l i ) 、宽带约束反演( ( b c d ) 、约束 2 地震约束波阻抗反演及应用研究 稀疏脉冲反演、非线性反演( 神经网络反演、遗传算法反演、模拟退火反演等) 、 单道反演、多道反演等等。随着地震反演技术的发展，新的计算方法和反演思路 不断涌现，但归根结底，叠后地震反演方法大致可分为三大类：递推反演、测井 约束反演和多参数岩性地震反演。 以上这些方法都在特定的地质条件下发挥了它们的特定作用。在国内外的油 田勘探和开发中都有许多成功的例子，取得了较好的应用效果和经济效益。 我国大庆油田连续多年稳产5 0 0 0 万吨，除了先进的开发技术外，还与他们 研究并应用地震反演、储层预测等一系列先进的勘探技术，不断发现新的储量密 不可分的。从国内渤海湾盆地及其它盆地情况看，通过精细地震反演、储层预测， 近年来亦有较多的发现和进展，如胜利油田东营凹陷中央隆起带及周围沙三段岩 性油藏的勘探中，注重使用测井约束波阻抗反演等储层预测技术，已取得较多的 石油地质储量，截至到2 0 0 4 年底，找到探明石油地质储量己过2 0 0 0 0 万吨，取 得了显著的经济效益。中原油田东淮凹陷前梨园洼前8 地区，通过约束稀疏脉冲 波阻抗反演等技术进行储层预测，并将储层预测结果应用于井位部署，取得了好 的钻探结果，上报探明储量7 1 9 万吨。 此外，在国外，美国阿莫克石油公司在墨西哥湾海上寻找非背斜油藏不断取 得成功，其中波阻抗反演技术是他们使用的三大成功技术之一。 1 3 主要研究内容及技术路线 本文首先对地震常规波阻抗反演方法及多参数岩性地震反演方法的基本原 理、处理的关键环节和应用及限制进行了阐述，并结合准噶尔盆地车排子地区油 气藏储层的特点，在波阻抗反演和测井参数反演的基础上，优选方法技术和敏感 参数，完成该区储层参数反演与展布预测。 1 3 1 研究的主要内容 1 ) 分析研究几种地震反演方法( 模拟退火反演、约束稀疏脉冲反演、多参数 岩性地震反演) 的基本理论及方法技术的优劣及局限性。 2 ) 结合实际3 d 地震资料，分析比较各种地震反演方法的应用效果。 3 ) 根据实际资料的反演结果，分析研究实际3 d 工区目的储层参数的纵横向 展布特征。 1 3 2 研究技术路线 在分析研究几种地震反演方法( 模拟退火反演、约束稀疏脉冲反演、多参数 岩性地震反演) 的基本理论及方法技术的优劣及局限性的基础上，结合准噶尔盆 地震约束波阻抗反演及应用研究 地车排子地区沙湾组储层的特点，分析该区储层的区域地质情况及影响储层的地 质因素，综合目的层段钻井、测井、地质、岩心、地震资料，选择几种方法对储 层进行波阻抗反演，并且比较每种方法的优缺点，在波阻抗反演的基础上，对储 层物性和有效厚度进行展布预测。 1 4 主要研究成果 ( 1 ) 根据区块内实际钻井、测井、地质、地震资料，利用j a s o n 软件反演获 得了实际3 d 区块目的层段波阻抗体； ( 2 ) 就不同方法反演试验结果对比分析，认为比较适合该区块的反演方法技 术为j a s o n 反演软件包中的i n v e r t r a c e 方法，即约束稀疏脉冲反演方法，而多 参数岩性地震反演因区块内井控制有限，反演结果模型化痕迹较重，结果失真； ( 3 ) 在波阻抗反演的基础上，通过建立反演自然电位模型，利用j a s o n 软件 反演得到目的层段的3 d 自然电位体； ( 4 ) 首次在该区开展地震波阻抗反演处理，并根据有效储层反演结果，提供 了排2 - 8 6 与排2 - 8 8 两口井位，均见高产工业油流。 4 地震约束波阻抗反演及应用研究 2 常规波阻抗反演方法 油气田开发的所有工作都是针对储层进行的。而地震勘探长期以来只是利用 地层的声学特征确定时代地层的分界面。这就使地震与油田地质的直接结合发生 困难。为了使地震资料能与钻井资料直接连接对比，就要把常规的界面型反射剖 面转换成岩性物性型测井剖，把地震资料变成可与钻井资料直接对比的形式。 实现这种转换的计算机处理技术就是地震反演技术。通常把地震反演的结果叫做 合成声波测井，也有人叫做波阻抗。 常规的地震波阻抗反演就是指利用地震资料反演地层岩层波阻抗( 或速度) 的地震特殊处理技术。与地震多参数模式识别预测储层参数及储层的含油气性， 振幅拟合预测储层厚度等统计性方法相比，波阻抗反演具有明确的物理意义，它 是储层岩性预测、油藏特征描述的确定性方法，在实际应用中取得了显著的地质 效果，因此地震反演通常是指波阻抗反演。李庆忠院士指出：“波阻抗反演是高 分辨率地震资料处理的最终表达方式，说明了波阻抗反演在地震技术中的特殊 地位。 2 1 常规波阻抗反演方法的基本理论 2 1 1 基本假设前提 目前常用的波阻抗反演软件所采用的方法基本上都是在褶积模型的基础上 建立的，因此，要求资料都要满足褶积模型的假设前提，它可以概括为以下四个 方面： 1 ) 地震模型：假设地层是水平层状介质、地震波为平面波法向入射，其地震 剖面为正入射剖面，并且假设地震道为地震子波与地层反射系数的褶积。 2 ) 反射系数序列：在普通递推反演中，假设反射系数为完全随机的序列，而 在约束稀疏脉冲反演中，假设反射系数为由一系列大的反射系数叠加在高斯分布 的小反射系数的背景上构成的。 3 ) 地震子波：假设反射系数剖面中的每一道都可以看作地下反射系数与一个 零相位子波的褶积。实际情况下地震子波往往是混合相位或最小相位的，因此需 要对地震剖面进行相位校正处理。 4 ) 噪音分量：通常假设波阻抗反演输入的地震数据的振幅信息反映了地下波 阻抗变化情况，地震剖面没有多次波和绕射波等噪音分量。因此，在资料处理时， 可以考虑的处理流程是反褶积、噪音剔正，尤其是多次波，处理的最终目标是得 到高分辨率的保幅波场。 5 地震约束波阻抗反演及应用研究 2 1 2 基本理论 随着反演技术的不断发展，出现了众多的波阻抗反演方法，这些方法具有不 同的适用条件。了解各种波阻抗反演方法的基本原理，正确应用这些方法，并在 解释中认识这些方法的结果，是利用波阻抗反演技术进行储层预测的前提。 设地震记录为： s ( t ) = r q ) 掌形( f ) + ( r ) ( 2 1 ) 式中，s o ) 为地震记录，r ( t ) 为地下分界面的反射系数，w ( t ) 为地震子波， o ) 为噪音。这便是传统的r o b i n s o n 褶积模型。 地震反演( 反褶积) 的任务就是从地震记录s ( t ) 中设法将子波w ( t ) 和噪音 p ) 消除，得到仅反映地下界面变化的反射系数序列r ( f ) ，进而求出各层的速 度和密度参数，依此推断地下介质分布情况。 地震反射产生的条件：在速度和密度有差异( 亦即波阻抗有差异) 的界面上才 产生地震反射。若己知密度p 和速度1 ，则第j 个界面上的反射系数为： r ，= ( p j + l v j + l p j v j ) ( p j + l 巧+ l + 乃巧) ( 2 2 ) 密度和速度的乘积即为波阻抗。密度的变化通常很小，并且很接近于速 度的线性函数，所以当缺乏密度信息时，一般只用速度来计算反射系数。在大多 数情况下是合适的。因此，( 2 2 ) 的合理近似式为： 彤2 ( 巧+ t 一巧) ( 巧+ - + 巧) ( 2 3 ) 如果得到了反射系数，就可以实现反演过程，采用不同的算法，从地震反射 系数数据得出波阻抗数据，这样就把界面型的地震剖面转换成岩层型的波阻抗剖 面，使地震资料变成了能直接与钻井、测井对比的形式。 2 2 模拟退火反演方法 2 2 。l 模拟退火方法基本原理 模拟退火算法是一种启发式的蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 方法。所谓“退火” 是指处于热平衡状态下的物理系统在温度下降时的演化过程。用于某类优化问 题，就是将退火过程中亚稳态的晶体模拟成搜寻到局部最小值，而将稳态的晶体 生成模拟成搜寻到整体极值。 6 地震约束波阻抗反演及应用研究 常规模拟退火算法步骤为： ( 1 ) 给定模型的每一个参数变化范围，在这个范围内随机选择一个初始模型 ，并计算相应的目标函数值e ( v 。) ( 2 ) 对当前模型v 0 进行扰动产生一个新模型1 ，计算相应的目标函数 得到：a e = e ( v ) 一e ( v 。) ( 3 ) 若衄 o ，则新模型v 按概率 p = e x p ( a e t ) ( 2 - 4 ) 进行接受，z 为温度；h 为实数：；a e 为扰动得到的新目标函数e ( ，) 与当前模型 的目标函数e ( v 。) 之差，即衄= e ( v ) - e ( v o ) 。当模型被接受时，置v n = 1 ， e ( ，) = e ( v o ) 。 ( 4 ) 在温度丁下，重复一定次数的扰动和接受过程，即重复步骤( 2 ) ，( 3 ) 。 ( 5 ) 缓慢地降低温度丁。 ( 6 ) 重复步骤( 2 ) 一( 5 ) ，直至收敛条件满足为止。 2 2 2 快速模拟退火方法 在常规模拟退火算法中，模型的接受概率是g i b b s 分布给出的。在以广义的 g i b b s 分布为基础的退火中，采用依赖于温度的似c a u c h y 分布的扰动模型，能 得到较好的优化结果。 模型扰动，模拟退火中新模型的产生是对当前模型进行扰动得到的。在v f s a 中采用依赖于温度的似c a u c h y 分布产生新模型，即 x f = x j + 少j ( e 一彳f ) y ，：t s g n ( 材一0 5 ) ( 1 + l i t ) 1 2 州l 一1 】 ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) 式中，毛为当前模型中的f 个变量；u 为 0 ，1 均匀分布的随机数； 4 ，e 为t 的取值范围；s g n ( x ) 为符号函数。 7 地震约束波阻抗反演及应用研究 ( 2 ) 降温方式，i n g b e r ( 1 9 8 9 ) 给出的非常快速模拟退火方法的降温方式为 r ( k ) ：瓦e x p ( 一c k k ) ( 2 7 ) 式中，瓦为初始温度；k 为迭代次数；c 为给定常数；为待反演的参数个数， 它可以改写为 z(x)=瓦口置(2-8) 在实际应用中，常采用0 5 或1 代替式子中的1 口。 2 2 3 处理关键环节 ( 1 ) 层位标定与地震子波估算 测井信息是以深度计算的，而地震信息是以时间计算的，利用井曲线在时间、 深度域上的正确关系对测井资料进行曲线调整和预处理，使得地震解释层位与井 的分层一致：子波是测井约束反演中的关键因素。子波与模型反射系数褶积产生 合成地震数据，合成地震数据与实际地震资料达到最佳匹配是做好反演的基础。 ( 2 ) 建立初始波阻抗模型 测井资料在纵向上详细揭示了岩层的波阻抗变化细节，地震资料则连续记录 了波阻抗界面的深度变化，二者的结合，为我们精确地建立空间波阻抗模型提供 了必要的条件。建立波阻抗模型的过程实际上就是把地震界面信息与测井波阻抗 正确结合起来的过程，对地震而言，即是正确解释起控制作用的波阻抗剖面，对 测井来说，即是为波阻抗界面间的地层赋予合适的波阻抗信息。 ( 3 ) 模拟退火反演 模拟退火反演是应用最大后验概率准则，采用快速模拟退火算法求解反射系 数的地震多道反演，它通过目标函数优化得到反演结果。 在反演过程中采用的目标函数为： e = 厂高 一盯坝) ( z t - - z t ：l ：1 ) 2 + f ( o p r i o r ) z t z p r i o r ) 2 + 拌r e f l e c t o 瑙 式中s n 为信噪比，为横向( 水平方向) 的连续性，仃脚为反演结果和低频 模型的偏差，# r e f l e c t o r s 为r e f l e c t o r s 。在反演过程中，以上述参数及反射系 8 、地震约束波阻抗反演及应用研究 数门槛等作为约束条件，且采用了时变子波。 从上述公式可以看出模拟退火反演的目标函数包括信噪比、水平连续性的偏 差、低频模型的偏差、反射系数的门槛值等四个控制参数，通过调节这些参数， 研究人员可以将对资料品质分析结果及对反演工区地下地质情况的认识引入反 演过程的质量控制之中，避免了反演的盲目性。 2 2 4 应用及限制 模拟退火反演通过反褶积计算得到反射系数序列制作合成记录，通过目标 函数对由井建立的阻抗模型进行迭代修正，求得波阻抗。这种方法利用了测井资 料具有较高的垂向分辨率和地震资料具有较好的横向连续性的特点。由于采用模 拟退火算法寻找全局最优解，对初始模型要求低，适合勘探程度低的地区。 这类方法的优点是由于采用的是基于反褶积的地震反演方法，反演结果能 较好的保留地震的反射特征：通过合成记录标定可以得到与己知钻井吻合的波阻 抗信息。 缺点是反演结果依赖于地震资料本身的品质，用于反演的地震资料应具有 较宽的频带、较低的噪音和相对振幅保持：反演结果比原始地震资料分辨率略有 提高，不太适合薄互层单砂体的描述。 2 3 约束稀疏脉冲反演方法 2 3 1 方法原理 稀疏脉冲反演( c s s i ) 是基于稀疏脉冲反褶积基础上的声阻抗反演方法，该方 法针对地震记录的欠定问题，假设地层的波阻抗模型所对应的反射系数序列模型 是稀疏分布的，即是由起主导作用的主要( 强) 反射系数序列与具高斯背景的弱反 射系数序列迭加组成。从地震道中根据稀疏的原则提取反射系数，与子波褶积后 生成合成地震记录：利用合成地震记录与原始地震道残差的大小修改参与褶积的 反射系数的个数，再做合成地震记录：如此迭代，最终得到一个能最佳逼近原始 地震道的反射系数序列。该方法适用于井数较少的地区，主要优点是能获得宽频 带的反射系数，能较好的解决地震记录的多解性问题，从而使反演得到的波阻抗 模型更趋于真实。 稀疏脉冲反演的主要步骤： ( 1 ) 最大似然反褶积求取稀疏反射系数序列 它假设地层反射系数是由较大反射界面的反射和高斯背景的小反射迭加组合而 成，据此导出最小目标函数： 9 地震约束波阻抗反演及应用研究 ，= 壹k = i 挚+ 心- _ n 矿2 ( k ) 一2 删矿2 ( 三幽圳1 叫( 2 _ 9 ) r ( k ) ) 表示第一个采样点的反射系数，m 表示反射层数，l 表示采样总数，n 表示 噪音变量的平方根，几表示给定反射系数的似然值。依据目标函数，对每一道， 从上到下推测反射系数的位置点，判断反射系数的幅值大小。如此，反复迭代修 改每个反射系数的位置和幅度，直到最后修改误差最小满足似然比值的判别标 准，即完成一道的反褶积，得到反射系数的分布。 ( 2 ) 通过最大似然反演导出宽带波阻抗 最大似然反演就是通过转换反射系数导出宽带波阻抗的过程。如果最大似然反褶 积中求得的反射系数是：( i ) ，则波阻抗 z ”1 ) 篇( 2 - 1 0 ) 在上述过程中为了得到可靠的反射系数估计值，可以单独输入波阻抗信息作为约 束条件，从而求得最合理的波阻抗模型。 2 3 2 处理关键环节 ( 1 ) 精细层位标定与子波提取 利用地震反演进行储层横向预测，其最基本的出发点就是利用已知井资料识 别地震波组的地质属性，即地震反射层位的地质属性。测井、地质、钻井的信息 是以深度计算的，而地震信息是以时间计算的，如何在现有己知井少的情况下充 分利用地震信息是储层预测工作成功的关键，合成地震记录就是建立深度域测 井、地质、钻井资料与时间域地震资料之间关系的关键。而合成地震记录制作的 好坏关键在于子波的提取，它直接影响波阻抗反演的质量。 ( 2 ) 建立低频模型 由于地震采集系统的限制，地震直接反演结果中不包括1 0 h z 以下的低频成 分，须从其它资料提取予以补偿。从地震资料出发，以测井资料和钻井数据为基 础，进行精细的层位解释以建立地层框架表，来反映沉积体地质特征。从而定义 井或速度数据在每个地层如何进行内插，这样按沉积体的沉积规律在大层之间内 插入很多小层，建立地质框架结构，根据一定的插值方式对测井数据沿层进行内 插和外推，产生一个平滑、闭合实体模型( 如波阻抗模型) 。 ( 3 ) 约束稀疏脉冲反演( c o n s t r a i n ts p a r s es p i k ei n v e r s i o n - - c s s i ) l o 地震约束波阻抗反演及应用研究 约束稀疏脉冲反演( c s s i ) 是一种基于地震道的反演技术，该方法的基本出发 点是认为地下的反射系数不是连续分布而是稀疏分布的。它建立在一个快速的趋 势约束的脉冲反演算法上。波阻抗趋势由解释的层位和井控制。约束条件是波阻 抗趋势加地质控制，产生一个把地质模式融合进去的宽带结果。 该算法的公式如下： ，+ 刀一墨) 口+ 口2 ( 一乙) 2 - - m i n ( 2 1 1 ) v i ，i ， 其中：厶川为反射系数绝对值的近似线性求和； z y , ( d t 一) g 为地震( 盔) 与合成记录( 墨) 的均方差的总和； a 2 y ( t ，一z ，) 2 为趋势协调的补偿； ：反射系数；a ：控制稀疏脉冲因子5 喀：地震数据；a ：数据匹配的权因子； 墨：合成道数据；：井阻抗曲线的趋势( t r e n d ) ： 乞：实际阻抗；p ，q ：三模因子，一般情况下p ：l ，q ：2 ； i ：地震道采样点序号 从上面公式中可以看出，在约束稀疏脉冲反演中，反射系数的稀疏、合成记 录与原始地震道的残差最小这两项是相互矛盾的，又值的大小反映了波阻抗值和 子波褶积产生的合成地震道与实际地震道匹配程度的好坏。低的几值着重强调反 射系数之和最小，即强调稀疏性，约束稀疏脉冲反演剖面细节少，分辨率低，残 差较大：如果几值太大，过分强调残差最小，而