叠前弹性阻抗反演技术李国发

1、叠前弹性阻抗反演技术（李国发）叠前弹性阻抗反演技术 李国发 刘 洋王濮（中国石 油大学资源与信息学院信息科学与地球物理系，北京 102249）摘要 常规的叠后波阻抗反演方法不能全面、准确 地提供储层的的岩性和物性信息。本文介绍了一种新的叠前反演方法叠前弹性阻抗反演， 与常规叠后反演和叠前 AVO反演相比，叠前弹性阻抗反演 方法能够更好地提供储层岩性和流体性质的信息。国内外应用实例表明弹性阻抗反演技术是继叠后反演和 叠前AVO反演之后，地震反演技术在地球物理勘探领域的 又一重要进展。关键词声波阻抗，弹性阻抗，叠前反演，弹性参数随着油田勘探和开发工作的不断深入，目前的处理方法、解释 结果和储层分析

2、手段已经不能很好地满足精细储层预测地要求。尽管传统的迭后反演方法在精细储层描述中发挥了重要 的作用，但是迭后信息对地震波动力学特性的模糊以及反演 结果的多解性限制了迭后反演方法在储层预测中作用。迭前AVO反演技术虽然在一定程度上利用了地震资料的 迭前信息，但是其理论局限以及对地震资料品质的要求使得 该方法在实际应用中存在诸多陷阱工成功的实例鲜有报道。特别是目前对迭后反演技术和AVO技术的人为修饰和改进”，脱离理论、不切实际的渲染和套用，加剧了这两项 技术在应用中的混论。迭后反演技术很好地利用测井信息，但丢失了地震信号 的迭前信息；AVO技术利用了地震资料的迭前信息，但是不能很好地利用测井信息。

3、迭后反演具有较好的稳定性和分辨率，但不能得到泊松 比、流体特性等信息；AVO反演技术能够得到有关岩性和流 体的信息，但是稳定性和分辨率较低。随着与角度有关的弹性阻抗概念的提由和建立，迭前弹 性阻抗反演技术很好的融合了迭后反演和AVO反演的优点，弹性阻抗中既有纵波信息也有横波信息，进而可以得到纵波 速度、横波速度、密度、泊松比、弹性模量等诸多岩石物性 参数，这些参数不同于迭后反演方法由波阻抗派生得到的信 息，而是通过反演得到的独立信息。因此迭前弹性阻抗反演方法在很大程度上提高了利用反 演技术进行储层预测和储层描述的能力，是地震反演技术新 的发展方向。1 .弹性阻抗反演的现状和进展1999年BP公

4、司的Patrick A. Connolly 在 TLE (The Leading Edge )第 4 期上发 表了 弹性波阻抗"(Elastic Impedance) 一文，此后，弹性反 演在国外蓬勃开展并取得成功。早在1988年Connolly就开始思考一种针对角度叠加数据新的反演方法，即如何将波阻抗反演技术应用到AVO角度叠加数据并与岩石物理参数联系起来。1993年他提生了一个公式(这就是以后经常被提到的著 名的弹性波阻抗公式)可以对角度叠加数据针对奥一角度进 行反演，这样就可以在奥一角度定量测量岩石和流体性质。其实Connolly只是使用了弹性波阻抗，实际上目前弹性 参数反演不

5、仅仅是弹性波阻抗，还包括一系列弹性参数，如 横波速度 Vs、Lamda-Rho (l*r)、Mu-Rho (m*r)、体积模量 K、泊松比 、伪泊松比Vp/Vs等，这些弹性参数为岩性预 测和流体预测提供了新的手段，提高了储层预测的精度。随后，在2000年的SEG年会上同时由现了 4篇论文对 EIelastic impedance进行了研究，ARCO公司介绍了他们申请 专利的弹性波阻抗反演方法，David 2002针对流体和岩性预测提由了扩展弹性阻抗概念。马劲风等2002提由了广义弹性阻抗的概念。孟宪军等2004研究了应用叠前 AVA角道集叠加数据、 岩石地球物理模型、测井数据及构造模型约束控制

6、下的弹性 阻抗EI反演技术和叠前 AVA地震纵横波阻抗同步反演技术， 得到纵横波速度、纵横波速度比、泊松比以及密度等弹性参 数。Lu S.2004通过对实际资料的处理，提取了 P波和SV波弹性阻抗，稳定性分析表明改方法具有一定的抗噪能力。常正时2005讨论了弹性反演技术在卡塔克地区的应用。王保丽2005运用弹性阻抗反演对实际资料进行了研究， 得到了可靠的反演结果。从1999年弹性阻抗概念的诞生，BP Amoco、CGG、ARCO、 statoil、 westem Geco等公司均有著作探讨对叠前 弹性反演的方法改进和应用效果。与此同时，各商业软件公司纷纷推由弹性阻抗反演模块， 最先推由的是 J

7、ason公司的 RockTrace软件、paradigm在商 业软件 vanguard中推由弹性阻抗模块，此外， Hampson-Rusell、CGG等均推由各自软件模块。由此，弹性阻抗反演进入了商业化时代。近年来，国外各大油公司纷纷成立专门机构，进行弹性 阻抗反演的研究与解释，如 SHELL、BP、CHEVRON等公 司开展了大量科研生产工作。应用资料的区域有北海、几内亚湾、墨西哥湾、印尼等 地区，并取得良好的地质效果这些研究进展表明弹性阻抗反演已经成为波阻抗反演的重要发展方向，地震反演的发展 正走向AI和EI结合、AI和AVO结合的道路。2 .弹性阻抗反演的基本原理和实现方法Connoll

8、y1999在Aki-Richards近似方程的基础上对 EI做了定量推导。Aki-Richards近似方程是一个反映P波反射系数的Zoeppritz线性方程，若射线以低于临界角入射则弹性系数变化较小，此方程是准确的。1其中 设计一个函数，使其与声阻抗有相似的性质， 以 便以任意角度入射时反射系数均可表示成下式的形式2将这个函数称为弹性波阻抗。当弹性波阻抗的变化较小时，用其对数值来表示反射系 数3因此4其中。进一步用来替换，将作为常数，对进行积分，并设积分 常数为0,得到5众所周知，地震波垂直入射时的褶积模型 地震道S是反射系数R和子波W的褶积为6为了将弹性阻抗与地震资料联系起来，也可借助于褶积

9、模型来建立二者之 间的关系，对于与角度相关的数据，褶积模型变成 7具中， 为角度地震道、是角度反射系数，它可以通过测井的 P波速 度、S波速度和密度，由Zoeppritz方程的近似公式计算得到； 是角度子波，它是通过反射系数和角道集地震资料而得到 的。就像对反射系数R进行积分而得到声阻抗一样，角度反 射系数可用来计算弹性阻抗Elasticimpedance。弹性阻抗EI并不是一个可以进行物理测量的参量，它是 一个通过推导而得由的用来解释地震数据的参量，它的获取 目前只能通过计算得到。运用弹性阻抗 EI进行正反演计算时，要求整个剖面的 纵、横波速度比平方的平均值 K必须为常数，限制P波的入 射角

10、必须是常数。反演所使用的地震资料必须是共角度的AVA拟合叠加剖面，不适合共中心点叠加地震剖面。为此，马劲风等 2002提由了广义弹性阻抗 Generalized Elastic Impedance的概念，新的广义弹性阻抗 GEI定义为8 用类似于常规叠后地震反演的方法进行弹性阻抗反演。代表性的方法有以人工智能为基础的人工神经网络法， 以统计物理学为基础的模拟退火法，以生物工程为基础的遗 传算法和混沌反演。而基于模型的测井约束宽带弹性阻抗反演已成为工业界 的主流反演技术。弹性波阻抗反演主要提供不同入射角的弹性阻抗参数， 比常规波阻抗反演提供了更丰富的岩性信息。3 .弹性阻抗EI与声波阻抗AI的比

11、较 含油砂岩 含水砂 岩 泥岩 含油砂岩 含水砂岩 泥岩 图1含水砂岩、含油砂 岩、泥岩声波阻抗（左）和弹性阻抗（右）分布图（a） （b） 弹性阻抗是纵波速度、横波速度、密度和入射角的函数，与 反射波密切相关，它不能脱离反射而存在。对介质中任一点来说，弹性阻抗是不确定的，它是一个 不可测量的属性，只能通过弹性参数计算得到。波阻抗是介质的本质属性，它的存在不依赖于反射波， 它是一个可测量的属性。EI提供了一种有效的折衷，为了将EI和地震联系起来,叠加数据应使用角度叠加而不能使用固定范围的偏移距。弹性阻抗EI还可以应用于岩石物理性质、油气饱和度等 方面的研究。通过EI与AI的交会图来估测不同岩石组

12、合的 AVO反映。图1是更油井的页岩、含水砂岩和含油砂岩的声波阻抗 和弹性波阻抗分布图。可以看由，在图1a的声波阻抗分布图上，三者有较大的 重叠，而在图1b的弹性阻抗分布图上，三者的重叠面积明 显缩小，只有声波阻抗重叠面积的一半。因此，利用弹性阻抗能够更好地将三种不同的岩性区分 开来。图2是声波阻抗（AI）与弹性阻抗EI与油气饱和度之间 的关系进行对比的情况，可以看由弹性阻抗较声波阻抗更好 地反应了含油饱和度的变化情况。饱和度饱和度 图2声波阻抗（左）和弹性阻抗（右） 随饱和度的变化曲线（a） （b） 4.弹性阻抗反演技术的应用图3鄂尔多斯盆地苏里格地区弹性阻抗反演剖面（据 甘利灯） 自从20

13、02年开始，国内开始做弹性参数反演方面 的研究或试验项目，如准葛尔盆地彩35井区弹性参数反演试验，辽河油田仙鹤地区弹性参数反演前期研究，青海Q工区弹性参数反演，中原油田文 405井岩石物理研究。图3是石油勘探开发研究院甘利灯等在鄂尔多斯盆地苏里格地区利用弹性阻抗反演得到的弹性阻抗剖面，结合测井 和岩石物理分析，得到区分有效储层的门槛值，即当弹性阻 抗小于2900时为有效储层，大于2900是是非储层和差储层， 预测结果得到了较好的证实。图4西部奥油田叠前弹性阻抗反演得到的拉梅常数（上）和泊松比（下）剖面（据王九栓） 图4是东方地球 物理公司对西部奥油田的地震资料进行叠前弹性阻抗反演的结果，图4的

14、上部是反演得到的拉梅常数由下部是反演得到的泊松比剖面。拉梅常数 以和泊松比剖面反映含气层的厚度，通过与实 际井资料进行对比，吻合较好。止匕外，中国石油大学（北京）刘洋、李国发等与塔里木 油田合作开展了吉南地区弹性阻抗反演的应用研究，取得了 较好的阶段性成果。5.结论与建议 叠前弹性阻抗反演技术通过引入弹性阻 抗发展了目前工业界普遍应用的叠后声波阻抗反演和叠前 AVO反演技术，在实际应用中展示了较好的储层描述和储层 预测能力。然而，与叠后反演相比，由于弹性阻抗反演所使用的是 经过叠前偏移的 CRP记录，无论是计算量，还是计算过程要 比叠后反演复杂的多，涉及到更多的处理和解释环节，是一项更加复杂的

15、系统工作。因此，在应用之前，需要对储层特征、地震资料品质、 处理方法进行严格的实验和论证。以免重复不加分析地进行叠后反演，导致有些叠后反演 结果好看不好用”的覆辙。参 考文献1 David, Extended elastic impedance for fluid and lithology prediction , Geophysics , 2002,67, 6367 2 Connolly, 1999, Elastic impedance The Leading Edge, No. 4,438 Y52 3 Ni Yi , Zhang Kui , The Elastic Impedance I

16、nversion Method And Its Application In SLG Gas Field , 2004, SEG Expanded Abstracts 4 Whitcombe, D. N., Elastic impedance normalization , Geophysics, 2002, 67, 6062 5 Milos Savic, Elastic Impedance Inversion in Practice , 2000, SEG Expanded Abstracts 6 VerWest, B., Elastic Impedance Inversion , 2000, SEG Expanded Abstracts 7甘利灯，赵邦 六，杜文辉，李凌高.弹性阻抗反演及其在岩性识别中的应用 8苑书金、董宁、于常青，叠前联合反演