地震反演综述介绍0-1

地震反演技术中国石油大学（北京）2012年12月反演从地震数据中提取它所包含的潜在地质信息的过程.传统上,反演是在叠后地震数据上进行,目的是提取声波阻抗体.近来,反演已经被扩展到叠前数据体,目的是既提取声波阻抗又提取横波阻抗体.这样就允许计算孔隙流体.另外最新的发展是可以利用反演结果直接预测岩性参数如孔隙度和含水饱和度体地震反演基本概念迭代反演：传统的限带反演基于模型反演：不断的迭代更新初始的分层模型稀疏脉冲反演：被约束以获得脉冲同相轴有色反演：迭代反演的现代扩展叠后反演叠前反演弹性阻抗反演：对AVO数据的改进LMR：对AVO数据的改进迭前同步反演：同时反演得到纵横波阻抗和密度AVO流体反演：随机反演几种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:阻抗声波横波弹性波反射系数子波地震道反演是正演的逆过程反演过程阻抗反射系数反子波地震道声波横波弹性波阻抗反射系数声阻抗或横波阻抗或弹性阻抗声阻抗=横波阻抗=弹性阻抗=复杂公式(后面介绍)正演过程反射系数地震道地震道=反射系数与子波褶积加上噪音注释不存在模型化的多次波.没有考虑传输损失和几何扩散.没有考虑频率吸收.子波可能是时变的.正演过程反射系数与子波褶积的结果是移走了大量的高频细节在时间域中的褶积就是频率域中的乘积.从这些图中可以看出,子波的作用是将地震频谱中高频和低频都消除了.理论上讲,反演就是试图将这些失去的频率区域进行恢复.反演中“非唯一性”问题所有反演算法都有非唯一性问题.可能存在多于一种地质模型可以与地震数据相一致.

需要去选择地震数据以外的的一些信息.通常用以下两种方法来使用地震以外的信息:•初始猜测模型的建立•最终结果与初始猜测模型背离的幅度约束最后反演结果既依赖于“其它信息”也取决于地震数据.递归反演,也称为带限反演是最简单和最早一种反演方法从定义反射系数开始:i+1层的阻抗可以从上一层i确定:从第一层开始,可以用这个公式递推后续每层的阻抗.:带限(递归)反演输入地震数据递归反演数据递归反演获得的结果与输入的地震数据频带一样.从图中可以看出，与测井比较反演结果损失了高频细节.带限(递归)反演步骤1:递归反演的初始背景模型是通过对井阻抗滤波获得:10-HzHighCut带限(递归)反演步骤2:对地震道运用递归运算.(注释:这几乎等同于相位的-90度转换):带限(递归)反演步骤3:滤波后的模型加上加权后反演道就得到了最后结果:+=带限(递归)反演递归反演中几个要点:(1)没考虑子波.这意味输入的地震数据必须是零相位.如果有提取的子波Strata软件可以自动地对地震数据“去相位”.(2)即使地震数据是零相位,实际子波的旁瓣在递归算法中也会被解释为岩性的变化.(3)反演的结果其频带与地震数据频带一样.(4)对地震数据进行加权(与反射系数匹配)决定了递归反演的结果阻抗值范围是合适.带限(递归)反演基于模型的反演基于模型反演是从褶积模型方称式开始的:假定地震道S,和子波W,是已知的.假定噪音是随机的并与地震信号不相关.求解反射系数,R,以满足这个等式.这是一个非线性问题,所以求解过程是迭代进行的.步骤1:基于模型反演的初始背景模型是通过对井阻抗分块形成的:用户用毫秒(MS)来定义层分块大小.所有的层分块开始时都被设成一样(用毫秒).基于模型的反演步骤2:利用分块的模型和已知的子波计算人工合成地震道.SyntheticSeismic这是与实际地震道的比较.通过分析人工合成地震记录与实际地震道的误差或“不吻合”,每层(分块)的厚度和震幅值都进行修改以减少误差.这个步骤通过一系列递归不断重复.基于模型的反演输入地震数据基于模型反演基于模型反演获得了宽频,高频的结果.问题是高频成分可能来自于初始猜测模型而不是来自地震数据.基于模型的反演这是递归反演和基于模型反演的比较.通常基于模型反演可以获得更细致信息,但这个结果实际上相当类似.递归反演基于模型反演基于模型的反演基于模型反演的几个要点:(1)由于已经知道子波,在计算过程中它的影响从地震数据中排除了.例如地震数据没有必要是零相位,而只要子波与地震数据等相位就可以.(2)估算的子波若有误差,将导致反演结果出差错.(3)地震有效分辩率得到提高.(4)反演结果可能在很大程度上依赖原始猜测初始模型.解决的方法是对初始模型进行滤波.(5)与其它反演方法一样,存在多解性问题.基于模型的反演稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演假定实际反射可以认为是由一系列大脉冲里夹杂有小脉冲背景.稀疏脉冲反演假定只有大脉冲有意义。该方法通过检查地震道来寻找大脉冲的位置.稀疏脉冲反演每次建立反射序列为一个脉冲.增加脉冲直到地震道被足够准确地进行反演.阻抗块的震幅值是由基于模型反演算法来确定.稀疏脉冲反演输入地震数据稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演生成了宽带高频反演结果.稀疏脉冲反演基于模型反演稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演结果与基于模型反演结果类似.主要区别是缺少非常薄层的细节.稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演几个要点:(1)稀疏脉冲反演得到同相轴只有当地震数据有脉冲.(2)试图利用地震数据获得最简单的可能模型.(3)通常得到的结果比地质本身实际的同相轴少.(4)它比基于模型反演比较少依赖于初始猜测模型.稀疏脉冲反演颜色反演颜色反演是对递归反演的修改,最早是由BP公司的LancasterandWhitcombe在2000年SEG年会上提出来的.这种反演过程,寻找一个简单操作因子,O,对地震道进行直接转换为反演结果:作者是在频率域确定简单操作因子,O.

通过比较地震数据和实际反演结果,他们得出结论,简单操作因子相位是-90度.简单操作因子震幅谱用这种方式来求取:利用工区的一组井,所有井的声阻抗按井-井比例做交汇图.通过理论预测,我们可以拟合一条直线来代表“理想”输出阻抗谱.Log(Frequency)Log(Impedance)声阻抗震幅谱颜色反演地震谱Frequency(Hz)操作因子谱然后,利用井旁一组地震道,求取平均地震谱.从以上两个频谱,求取操作因子谱.使得地震谱形状在地震频带内转换为阻抗谱.颜色反演颜色反演操作因子Time(ms)将获得的震幅谱做-90度相移就生成了颜色反演操作因子.将它用褶积法应用到所有地震道.颜色反演输入地震道颜色反演-30000+3000颜色反演结果非常类似于递归反演.其中一个区别是结果是相对声阻抗,既有正值也有负值.颜色反演递归反演相对颜色反演-30000+30004600830012000相对AI颜色反演46008300120004600830012000绝对颜色反演递归反演绝对AI颜色反演颜色反演几点小结：(1)除了决定一般阻抗趋势外,与初始模型基本无关.(2)运用非常快.(3)用户所需要定义的参数非常少.(4)假定地震数据是零相位的.(5)获得相对阻抗结果.颜色反演迭代反演：传统的限带反演基于模型反演：不断的迭代更新初始的分层模型稀疏脉冲反演：被约束以获得脉冲同相轴有色反演：迭代反演的现代扩展迭后反演迭前反演弹性阻抗反演：对AVO数据的改进LMR：对AVO数据的改进迭前同步反演：同时反演得到纵横波阻抗和密度AVO流体反演：随机反演几种不同反演方法迭前反演基本褶积模型是假定零偏移距地震数据.褶积反演法不能运用到带有AVO响应的地震数据,因为褶积反演法没有明确地考虑VP/VS

的变化.扩展反演法以处理AVO地震数据,目前使用的算法有:弹性阻抗Lambda-Mu-Rho(LMR)联合反演AVO流体反演迭前反演也可称为AVO反演迭前反演的源动力迭前反演的方法弹性阻抗概念最初由Connolly先生提出(TheLeadingEdge,18,no.4,438-452(1999)).他利用Aki-Richards方程,将反射震幅与入射角联系起来:注释:在常规反演理论中假定B=C=0,而没有考虑VP/VS

的变化.弹性阻抗反演注意,对于零偏移距:通过类推,Connolly定义了一种新阻抗类型:通过数学处理,他展示:弹性阻抗反演这张图重叠显示了同一口井位置弹性阻抗与声波阻抗.在碳氢聚积区域弹性阻抗值显示异常的低.GR曲线弹性阻抗反演道集AVO分析近角度叠加stackatq1远角度叠加stackatq2反演成弹性阻抗EI(q1)反演成弹性阻抗

EI(q2)这种反演的工作流程是从迭前道集中产生两组角度叠加剖面,并分别对其进行反演.弹性阻抗反演工作流程这就获得两种反演结果:远角度反演近角度反演弹性阻抗反演近角度反演与远角度反演进行交绘显示.远角度反演异常低值区可被解释为潜在含有碳氢聚合物.近角度反演远角度反演弹性阻抗反演将交绘图中的异常低值点从交绘图中成像到原始地震数据剖面上以进行解释.弹性阻抗反演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).和弹性阻抗反演一样，该反演也是针对AVO数据的。LMR使用VP,VS,r和拉梅常数landm的如下的关系:最后的结果是将lr和mr表示成声阻抗ZP和横波阻抗ZS的形式水砂岩气砂岩ZS/ZP交绘图μρ/λρ交绘图Goodway等发现对于给定的井用μρ和λρ做交绘图要比用Zs和Zp做交绘图更好区分水和碳氢聚合物砂岩.气砂岩水砂岩Lambda-Mu-Rho(LMR)反演道集AVO分析RP估算RS

估算交绘图反演ZP反演ZS转换道和LMR反演的流程包括从迭前数据中计算Rp和Rs地震体对Rp和Rs地震体进行反演求得ZP和ZS反演数据体.利用Goodway方程对ZP和ZS反演数据体进行转换和做交绘图.Lambda-Mu-Rho(LMR)反演工作流程Lambda-Mu-Rho(LMR)反演Lambda-RhoMu-Rho这是LMR反演的结果，图中椭圆圈定的区域为气层，可以看出LR在气层处表现为明显的低值。例子Lambda-Mu-Rho(LMR)反演lambda-rhomu-rho左图为mu-rho和lambda-rho交会图，红色区域指示气层(低lambda-rho)，绿色区域指示泥岩和含水砂岩。下图显示为交会图在反演剖面上的投影。交会分析同步反演同步反演是利用叠前角道集同时反演出纵波阻抗ZP，横波阻抗ZS和密度Rho.这种反演的好处是可以让这些变量之间相互约束。可以增加结果的稳定性和减少解的非唯一性。我们从Aki-Richards方程的Fatti版本开始.这样模型的反射系数是入射角的函数：其中:基于的理论公式同步反演基本假设假设湿岩性的背景趋势具有线性关系。而含气砂岩或含油砂岩是偏离这种趋势的。同频反演就是为了求解偏离这种背景的解：Ln(Zs)Ln(Zp)Ln(ρ)Ln(Zp)同步反演反演结果同步反演首先同时产生Zp，Zs，Density，然后由这三个参数根据岩石物理各参数之间的关系，导出其余参数。具体的其余参数有：纵横波速度比、泊松比、拉梅常数、lambda-Rho、Mu-Rho，这些参数在指示含油气时有很大帮助。同步反演反演结果的解释同步反演数据体的解释和其余AVO反演数据体一样，用反演的任意两个参数进行交会分析，参考测井曲线的岩石物理分析，圈定有利的含油气分布，反投到实际反演数据体上。AVO分析现在已经是油气勘探和开发日常使用的软件工具.但是:所有AVO属性包含有很大的

“不确定性”

–

存在有一个大范围的岩性导制类似的AVO响应.下面将介绍和分析定量AVO不确定性的过程.最终结果是我们可以计算碳氢检测中的可能性分布图.AVO流体反演一种定量反演

“常规”AVO建模:建立两个叠前合成记录IOGOIBGBINSITU=OILFRM=BRINEAVO流体反演蒙特卡罗

随机正演模拟:建立许多人工合成记录梯度可能性梯度-截距

分布密度函数

BRINEOILGASAVO流体反演每个参数有一个可能性分布图:Vp1,Vs1,r1Vp2,Vs2,r2AVO流体反演ShaleShaleSand砂岩可用以下参数来描述:

盐水模数BrineModulus盐水密度BrineDensity气模数GasModulus气密度GasDensity油模数OilModulus油密度OilDensity基质模数MatrixModulus基质密度Matrixdensity干岩模数DryRockModulus孔隙度Porosity页岩量ShaleVolume水饱和度WaterSaturation厚度Thickness以上每个参数都有一个可能性分布图.AVO流体反演以上部分

参数可能性分布图是用测井趋势分析统计法求取:砂岩(盐水)速度AVO流体反演在给定位置(深度)确定可能性分布图.假定是一个正态分布.从每个深度趋势曲线中得到平均值和标准偏差值:AVO流体反演趋势分析:其它参数的可能性分布图页岩速度砂岩密度页岩密度砂岩孔隙度AVO流体反演在合成记录道上,拾取砂岩顶部的同相轴:利用这些拾取值,计算这个模型的截距和梯度:

I =P1G =(P2-P1)/sin2(45)TopShaleBaseShaleSandP1P2AVO流体反演利用Biot-Gassman方法进行流体替换从盐水砂岩开始,利用Biot-Gassman方法进行流体替换求得油砂岩和气砂岩模型的对应响应.

在截距-梯度交汇图上形成三种不同图:GIGIGIOILKOILOILGASKGASGASBRINEAVO流体反演IGBrineOilGas对以上过程进行多次重复,得到三种砂岩流体的每种可能性分布图:蒙特卡罗Monte-Carlo正演随机分析AVO流体反演@1000m@1200m@1400m@1600m@1800m@2000m趋势分析是按深度进行的,故预测的正演分析也是与深度有关:不同深度的正演模型分析AVO流体反演不同深度的结果可用Rutherford-Williams

AVO分类法进行理解SandBurialDepthImpedanceShale112233445566Class3Class2Class1AVO流体反演Bayes’理论利用Bayes’

理论计算任何新(截距,梯度)点属于(盐水,油,气)类型的可能性):

———截距-梯度交汇图上的实际数据点属于某种流体类型的可能性;

———某种流体在截距-梯度图上的分布密度;

———含有某种流体的可能性;

———从随机模拟输出中计算出的分布密度;

———含油、气、水中某一相的可能性;

———真实地震数据在截距-梯度图上的样点;

———油、气、水中的某一相;

———由模型得到的某一流体在截距-梯度图上的样点。AVO流体反演Bayes’理论在一个简单例子是如何估算的:VARIABLEOCCURRENCE假如我们得到随机模拟分布为:GasOilBrineAVO流体反演VARIABLE