地震反演技術中國石油大學（北京）2012年12月反演從地震數據中提取它所包含的潛在地質信息的過程.傳統上,反演是在疊后地震數據上進行,目的是提取聲波阻抗體.近來,反演已經被擴展到疊前數據體,目的是既提取聲波阻抗又提取橫波阻抗體.這樣就允許計算孔隙流體.另外最新的發展是可以利用反演結果直接預測巖性參數如孔隙度和含水飽和度體地震反演基本概念迭代反演：傳統的限帶反演基于模型反演：不斷的迭代更新初始的分層模型稀疏脈沖反演：被約束以獲得脈沖同相軸有色反演：迭代反演的現代擴展疊后反演疊前反演彈性阻抗反演：對AVO數據的改進LMR：對AVO數據的改進迭前同步反演：同時反演得到縱橫波阻抗和密度AVO流體反演：隨機反演幾種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:阻抗聲波橫波彈性波反射系數子波地震道反演是正演的逆過程反演過程阻抗反射系數反子波地震道聲波橫波彈性波阻抗反射系數聲阻抗或橫波阻抗或彈性阻抗聲阻抗=橫波阻抗=彈性阻抗=復雜公式(后面介紹)正演過程反射系數地震道地震道=反射系數與子波褶積加上噪音注釋不存在模型化的多次波.沒有考慮傳輸損失和幾何擴散.沒有考慮頻率吸收.子波可能是時變的.正演過程反射系數與子波褶積的結果是移走了大量的高頻細節在時間域中的褶積就是頻率域中的乘積.從這些圖中可以看出,子波的作用是將地震頻譜中高頻和低頻都消除了.理論上講,反演就是試圖將這些失去的頻率區域進行恢復.反演中“非唯一性”問題所有反演算法都有非唯一性問題.可能存在多于一種地質模型可以與地震數據相一致.

需要去選擇地震數據以外的的一些信息.通常用以下兩種方法來使用地震以外的信息:?初始猜測模型的建立?最終結果與初始猜測模型背離的幅度約束最后反演結果既依賴于“其它信息”也取決于地震數據.遞歸反演,也稱為帶限反演是最簡單和最早一種反演方法從定義反射系數開始:i+1層的阻抗可以從上一層i確定:從第一層開始,可以用這個公式遞推后續每層的阻抗.:帶限(遞歸)反演輸入地震數據遞歸反演數據遞歸反演獲得的結果與輸入的地震數據頻帶一樣.從圖中可以看出，與測井比較反演結果損失了高頻細節.帶限(遞歸)反演步驟1:遞歸反演的初始背景模型是通過對井阻抗濾波獲得:10-HzHighCut帶限(遞歸)反演步驟2:對地震道運用遞歸運算.(注釋:這幾乎等同于相位的-90度轉換):帶限(遞歸)反演步驟3:濾波后的模型加上加權后反演道就得到了最后結果:+=帶限(遞歸)反演遞歸反演中幾個要點:(1)沒考慮子波.這意味輸入的地震數據必須是零相位.如果有提取的子波Strata軟件可以自動地對地震數據“去相位”.(2)即使地震數據是零相位,實際子波的旁瓣在遞歸算法中也會被解釋為巖性的變化.(3)反演的結果其頻帶與地震數據頻帶一樣.(4)對地震數據進行加權(與反射系數匹配)決定了遞歸反演的結果阻抗值范圍是合適.帶限(遞歸)反演基于模型的反演基于模型反演是從褶積模型方稱式開始的:假定地震道S,和子波W,是已知的.假定噪音是隨機的并與地震信號不相關.求解反射系數,R,以滿足這個等式.這是一個非線性問題,所以求解過程是迭代進行的.步驟1:基于模型反演的初始背景模型是通過對井阻抗分塊形成的:用戶用毫秒(MS)來定義層分塊大小.所有的層分塊開始時都被設成一樣(用毫秒).基于模型的反演步驟2:利用分塊的模型和已知的子波計算人工合成地震道.SyntheticSeismic這是與實際地震道的比較.通過分析人工合成地震記錄與實際地震道的誤差或“不吻合”,每層(分塊)的厚度和震幅值都進行修改以減少誤差.這個步驟通過一系列遞歸不斷重復.基于模型的反演輸入地震數據基于模型反演基于模型反演獲得了寬頻,高頻的結果.問題是高頻成分可能來自于初始猜測模型而不是來自地震數據.基于模型的反演這是遞歸反演和基于模型反演的比較.通常基于模型反演可以獲得更細致信息,但這個結果實際上相當類似.遞歸反演基于模型反演基于模型的反演基于模型反演的幾個要點:(1)由于已經知道子波,在計算過程中它的影響從地震數據中排除了.例如地震數據沒有必要是零相位,而只要子波與地震數據等相位就可以.(2)估算的子波若有誤差,將導致反演結果出差錯.(3)地震有效分辯率得到提高.(4)反演結果可能在很大程度上依賴原始猜測初始模型.解決的方法是對初始模型進行濾波.(5)與其它反演方法一樣,存在多解性問題.基于模型的反演稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演假定實際反射可以認為是由一系列大脈沖里夾雜有小脈沖背景.稀疏脈沖反演假定只有大脈沖有意義。該方法通過檢查地震道來尋找大脈沖的位置.稀疏脈沖反演每次建立反射序列為一個脈沖.增加脈沖直到地震道被足夠準確地進行反演.阻抗塊的震幅值是由基于模型反演算法來確定.稀疏脈沖反演輸入地震數據稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演生成了寬帶高頻反演結果.稀疏脈沖反演基于模型反演稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演結果與基于模型反演結果類似.主要區別是缺少非常薄層的細節.稀疏脈沖反演稀疏脈沖反演幾個要點:(1)稀疏脈沖反演得到同相軸只有當地震數據有脈沖.(2)試圖利用地震數據獲得最簡單的可能模型.(3)通常得到的結果比地質本身實際的同相軸少.(4)它比基于模型反演比較少依賴于初始猜測模型.稀疏脈沖反演顏色反演顏色反演是對遞歸反演的修改,最早是由BP公司的LancasterandWhitcombe在2000年SEG年會上提出來的.這種反演過程,尋找一個簡單操作因子,O,對地震道進行直接轉換為反演結果:作者是在頻率域確定簡單操作因子,O.

通過比較地震數據和實際反演結果,他們得出結論,簡單操作因子相位是-90度.簡單操作因子震幅譜用這種方式來求取:利用工區的一組井,所有井的聲阻抗按井-井比例做交匯圖.通過理論預測,我們可以擬合一條直線來代表“理想”輸出阻抗譜.Log(Frequency)Log(Impedance)聲阻抗震幅譜顏色反演地震譜Frequency(Hz)操作因子譜然后,利用井旁一組地震道,求取平均地震譜.從以上兩個頻譜,求取操作因子譜.使得地震譜形狀在地震頻帶內轉換為阻抗譜.顏色反演顏色反演操作因子Time(ms)將獲得的震幅譜做-90度相移就生成了顏色反演操作因子.將它用褶積法應用到所有地震道.顏色反演輸入地震道顏色反演-30000+3000顏色反演結果非常類似于遞歸反演.其中一個區別是結果是相對聲阻抗,既有正值也有負值.顏色反演遞歸反演相對顏色反演-30000+30004600830012000相對AI顏色反演46008300120004600830012000絕對顏色反演遞歸反演絕對AI顏色反演顏色反演幾點小結：(1)除了決定一般阻抗趨勢外,與初始模型基本無關.(2)運用非常快.(3)用戶所需要定義的參數非常少.(4)假定地震數據是零相位的.(5)獲得相對阻抗結果.顏色反演迭代反演：傳統的限帶反演基于模型反演：不斷的迭代更新初始的分層模型稀疏脈沖反演：被約束以獲得脈沖同相軸有色反演：迭代反演的現代擴展迭后反演迭前反演彈性阻抗反演：對AVO數據的改進LMR：對AVO數據的改進迭前同步反演：同時反演得到縱橫波阻抗和密度AVO流體反演：隨機反演幾種不同反演方法迭前反演基本褶積模型是假定零偏移距地震數據.褶積反演法不能運用到帶有AVO響應的地震數據,因為褶積反演法沒有明確地考慮VP/VS

的變化.擴展反演法以處理AVO地震數據,目前使用的算法有:彈性阻抗Lambda-Mu-Rho(LMR)聯合反演AVO流體反演迭前反演也可稱為AVO反演迭前反演的源動力迭前反演的方法彈性阻抗概念最初由Connolly先生提出(TheLeadingEdge,18,no.4,438-452(1999)).他利用Aki-Richards方程,將反射震幅與入射角聯系起來:注釋:在常規反演理論中假定B=C=0,而沒有考慮VP/VS

的變化.彈性阻抗反演注意,對于零偏移距:通過類推,Connolly定義了一種新阻抗類型:通過數學處理,他展示:彈性阻抗反演這張圖重疊顯示了同一口井位置彈性阻抗與聲波阻抗.在碳氫聚積區域彈性阻抗值顯示異常的低.GR曲線彈性阻抗反演道集AVO分析近角度疊加stackatq1遠角度疊加stackatq2反演成彈性阻抗EI(q1)反演成彈性阻抗

EI(q2)這種反演的工作流程是從迭前道集中產生兩組角度疊加剖面,并分別對其進行反演.彈性阻抗反演工作流程這就獲得兩種反演結果:遠角度反演近角度反演彈性阻抗反演近角度反演與遠角度反演進行交繪顯示.遠角度反演異常低值區可被解釋為潛在含有碳氫聚合物.近角度反演遠角度反演彈性阻抗反演將交繪圖中的異常低值點從交繪圖中成像到原始地震數據剖面上以進行解釋.彈性阻抗反演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).和彈性阻抗反演一樣，該反演也是針對AVO數據的。LMR使用VP,VS,r和拉梅常數landm的如下的關系:最后的結果是將lr和mr表示成聲阻抗ZP和橫波阻抗ZS的形式水砂巖氣砂巖ZS/ZP交繪圖μρ/λρ交繪圖Goodway等發現對于給定的井用μρ和λρ做交繪圖要比用Zs和Zp做交繪圖更好區分水和碳氫聚合物砂巖.氣砂巖水砂巖Lambda-Mu-Rho(LMR)反演道集AVO分析RP估算RS

估算交繪圖反演ZP反演ZS轉換道和LMR反演的流程包括從迭前數據中計算Rp和Rs地震體對Rp和Rs地震體進行反演求得ZP和ZS反演數據體.利用Goodway方程對ZP和ZS反演數據體進行轉換和做交繪圖.Lambda-Mu-Rho(LMR)反演工作流程Lambda-Mu-Rho(LMR)反演Lambda-RhoMu-Rho這是LMR反演的結果，圖中橢圓圈定的區域為氣層，可以看出LR在氣層處表現為明顯的低值。例子Lambda-Mu-Rho(LMR)反演lambda-rhomu-rho左圖為mu-rho和lambda-rho交會圖，紅色區域指示氣層(低lambda-rho)，綠色區域指示泥巖和含水砂巖。下圖顯示為交會圖在反演剖面上的投影。交會分析同步反演同步反演是利用疊前角道集同時反演出縱波阻抗ZP，橫波阻抗ZS和密度Rho.這種反演的好處是可以讓這些變量之間相互約束。可以增加結果的穩定性和減少解的非唯一性。我們從Aki-Richards方程的Fatti版本開始.這樣模型的反射系數是入射角的函數：其中:基于的理論公式同步反演基本假設假設濕巖性的背景趨勢具有線性關系。而含氣砂巖或含油砂巖是偏離這種趨勢的。同頻反演就是為了求解偏離這種背景的解：Ln(Zs)Ln(Zp)Ln(ρ)Ln(Zp)同步反演反演結果同步反演首先同時產生Zp，Zs，Density，然后由這三個參數根據巖石物理各參數之間的關系，導出其余參數。具體的其余參數有：縱橫波速度比、泊松比、拉梅常數、lambda-Rho、Mu-Rho，這些參數在指示含油氣時有很大幫助。同步反演反演結果的解釋同步反演數據體的解釋和其余AVO反演數據體一樣，用反演的任意兩個參數進行交會分析，參考測井曲線的巖石物理分析，圈定有利的含油氣分布，反投到實際反演數據體上。AVO分析現在已經是油氣勘探和開發日常使用的軟件工具.但是:所有AVO屬性包含有很大的

“不確定性”

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存在有一個大范圍的巖性導制類似的AVO響應.下面將介紹和分析定量AVO不確定性的過程.最終結果是我們可以計算碳氫檢測中的可能性分布圖.AVO流體反演一種定量反演

“常規”AVO建模:建立兩個疊前合成記錄IOGOIBGBINSITU=OILFRM=BRINEAVO流體反演蒙特卡羅

隨機正演模擬:建立許多人工合成記錄梯度可能性梯度-截距

分布密度函數

BRINEOILGASAVO流體反演每個參數有一個可能性分布圖:Vp1,Vs1,r1Vp2,Vs2,r2AVO流體反演ShaleShaleSand砂巖可用以下參數來描述:

鹽水模數BrineModulus鹽水密度BrineDensity氣模數GasModulus氣密度GasDensity油模數OilModulus油密度OilDensity基質模數MatrixModulus基質密度Matrixdensity干巖模數DryRockModulus孔隙度Porosity頁巖量ShaleVolume水飽和度WaterSaturation厚度Thickness以上每個參數都有一個可能性分布圖.AVO流體反演以上部分

參數可能性分布圖是用測井趨勢分析統計法求取:砂巖(鹽水)速度AVO流體反演在給定位置(深度)確定可能性分布圖.假定是一個正態分布.從每個深度趨勢曲線中得到平均值和標準偏差值:AVO流體反演趨勢分析:其它參數的可能性分布圖頁巖速度砂巖密度頁巖密度砂巖孔隙度AVO流體反演在合成記錄道上,拾取砂巖頂部的同相軸:利用這些拾取值,計算這個模型的截距和梯度:

I =P1G =(P2-P1)/sin2(45)TopShaleBaseShaleSandP1P2AVO流體反演利用Biot-Gassman方法進行流體替換從鹽水砂巖開始,利用Biot-Gassman方法進行流體替換求得油砂巖和氣砂巖模型的對應響應.

在截距-梯度交匯圖上形成三種不同圖:GIGIGIOILKOILOILGASKGASGASBRINEAVO流體反演IGBrineOilGas對以上過程進行多次重復,得到三種砂巖流體的每種可能性分布圖:蒙特卡羅Monte-Carlo正演隨機分析AVO流體反演@1000m@1200m@1400m@1600m@1800m@2000m趨勢分析是按深度進行的,故預測的正演分析也是與深度有關:不同深度的正演模型分析AVO流體反演不同深度的結果可用Rutherford-Williams

AVO分類法進行理解SandBurialDepthImpedanceShale112233445566Class3Class2Class1AVO流體反演Bayes’理論利用Bayes’

理論計算任何新(截距,梯度)點屬于(鹽水,油,氣)類型的可能性):

———截距-梯度交匯圖上的實際數據點屬于某種流體類型的可能性;

———某種流體在截距-梯度圖上的分布密度;

———含有某種流體的可能性;

———從隨機模擬輸出中計算出的分布密度;

———含油、氣、水中某一相的可能性;

———真實地震數據在截距-梯度圖上的樣點;

———油、氣、水中的某一相;

———由模型得到的某一流體在截距-梯度圖上的樣點。AVO流體反演Bayes’理論在一個簡單例子是如何估算的:VARIABLEOCCURRENCE假如我們得到隨機模擬分布為:GasOilBrineAVO流體反演VARIABLE