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地震波阻抗反演和储层预测

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波阻抗反演和储层预测中国地质大学地球物理系朱培民内容波阻抗反演碳酸盐岩储层预测地震波阻抗反演 ——基本概念( 1)反映岩石性质的基本参数– 速度、密度– 孔隙度、渗透率反映岩石性质间接参数– 声波阻抗– 弹性波阻抗– 反射系数声波阻抗定义:波阻抗 =速度 *密度 很重要的作用。如果能够从地震数据中估计出声阻抗,和与横波速度有关的参数,我们就能较方便地区分出地层的岩性以及所包含的流体成份。反射系数在地震水平分层的情况下,地震波的反射系数定义成:1212p什么是波阻抗反演?简单地说,波阻抗反演就是把叠后地震数据集中的每一道变换为一个伪声波阻抗( 线的过程。地震波阻抗反演 ——意义地震道– 地震道模型– 地震剖面波阻抗剖面– 波阻抗道– 波阻抗剖面地震道模型)(*)()( w(t): 地震子波r(t): 反射系数序列s(t): 地震信号地震道模型的基本假设条件 ——水平层状模型地震楔状模型低波阻抗区地震剖面高波阻抗背景波阻抗场样间隔为 2毫秒,主频为10 0 100 150 200 250- 0 . 500 . 51T i m e ( m s )R i c k e r W a v e l e 阻抗剖面彩色地震剖面地震剖面和波阻抗剖面的比较反演结果 ——波阻抗剖面能够正确地反映地质模型和岩性有较高的分辨率1))(*)()( 一般情形下反射系数序列 r(t)应是宽带的,但实际的 r(t)是带限的。地震道模型的基本假设条件 ——水平层状模型实际的地震道模型 (2)带限的反射系数序列可以表示成 :平均反射系数a(t): 零相位带限平均函数(残余子波))(*)()( 根据反射系数计算波阻抗如果地震道是带限的,则由此计算的波阻抗信息也是带限的  tt 2e x p)0()(实际声波阻抗和地震道反演波阻抗地震各种信息的带宽原始反射系数序列:宽带实际地震反射数据:带限 10~80限 1 :0~80缺失 5~12震反演的目的和作用地震反演的主要目的就是把地震反射数据转换成定量的岩性数据,用于储层描述 (孔隙度和产层厚度 )。由于反演后便于地震解释,可以补偿反演耗费的时间,提高地震解释的效率。由于测井输入的分辨率高,地震数据的井约束反演有可能得到比地震数据更高的分辨率反演结果 ——波阻抗剖面能够正确地反映地质模型和岩性子波 地震道 反演波阻抗道 波阻抗模型一个反演的实际例子波阻抗反演的好处由于波阻抗反演综合了地震,测井,岩性和地质解释的多源信息,波阻抗反演结果,包含更多的信息,且不受地震子波调谐和干涉的影响声波阻抗是地层的岩性信息,而地震数据只是反映了界面的信息,是波阻抗的相对变化。因此波阻抗是联系地震数据和井数据的一个桥梁。波阻抗与岩性、孔隙度、孔隙填充物等有更直接的关系,有利于储层描述和 流体分析 。波阻抗数据更有利于层序地层分析,也更有利于目标解释。频带对反演结果的影响 ——带宽越宽,分辨率越高带限( 反演的影响石油地震中的子波频带带限( 含义地震频带以外的波阻抗在反演的过程中会丢失,或者原始数据资料中缺失这些频率。地震数据的带限严重影响地震资料及其波阻抗反演的分辨率地震波阻抗的反演方法叠后– 利用偏移地震资料,井约束地震反演技术。叠前– 集上反演纵波速度、横波速度和密度的方式有好几种,但精度都不高。一种较稳定可靠的方法是,在部分叠加的基础上进行叠后反演。通过近偏移距叠加反演,可以在测井曲线标定的基础上直接计算声阻抗。地震波阻抗反演 ——算法道积分 ( 基于地震道,地震数据是唯一输入,是一种递归算法,反演结果的带宽决定于地震带宽。层块反演 (or 疏脉冲反演 (小平方反演 (三种都是基于模型的宽带约束反演算法,差别在于如何处理非地震信息以补偿地震数据缺乏的高低频信息。道积分的原理 (1)假设地震道数据经过反褶积,每一个样点都可近似看作反射系数,并记作 r(t)。则根据反射系数的定义 r = ((1), 进一步假设波阻抗是连续变化的,记作 Z(t), 由此,在 Δ以写成:r (t) Δt = ΔZ / (2Z+ ΔZ)假设 Δt —〉 0,则成立下式:r (t) 2  tt 2e x p)0()(道积分的原理 (2)在离散情况下: 2e x p)0()(一个气藏的道积分实例低波阻抗区圈闭的顶时间域递归反演基本假设从(井)低频层速度或波阻抗计算的反射系数序列 + 地震道的高频反射系数序列 =宽带反射系数序列基本原理– 计算道积分,得到一个反映局部波阻抗变化的高频估计;– 将根据层速度或声波测井估计的低频波阻抗成分叠加到道积分结果上,得到时间域的宽带波阻抗反演结果如果把密度看作常数,则波阻抗反演结果,可以看成是虚速度曲线( 归反演流程层块反演 (or 种算法把地层细分成薄层,和地震数据联系就是褶积模型;通常把地层细分和地层采样点的个数一样多,即反射系数序列密的,有时也看作白噪序列这种算法只要通过初始模型的合适选取来稳定反演过程。反射系数序列是密的0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010e f l e c t i v i t y S e r i e s w i t h G e n e r a l i z e d G a u s s i a n D i s t r i b u t i o . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2i m e ( s )合成记录使用的 0 100 150 200 250- 0 . 500 . 51T i m e ( m s )R i c k e r W a v e l e . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010y n t h e t i c S e i s m i c T r a c e s w i t h G e n e r i l i z e d G a u s s i a n D i s t r i b u t i o . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2- 1 0010i m e ( s )稀疏脉冲反演 (设地震反射只有有限的层(层比较厚),即反射系数序列以及相应的波阻抗是稀疏的;地震道数据可以模拟成少数的几个反射系数与子波的褶积,这就是稀疏脉冲的含义;为了重建地震带宽以外的频率, 疏脉冲反演流程最小平方反演 (了不考虑反射系数是稀疏的以外,其他的类似与稀疏脉冲反演最小平方反演不拓宽高频谱段,而是在初始模型的基础上,通过稳定初始模型,来恢复低频信息。波阻抗反演算法的评价除了道积分外,其他三种都是宽带算法;层块、稀疏脉冲和最小平方三种方法,在某种程度上都能消去子波,消除调谐效应,提高分辨率。波阻抗反演的目标函数测井曲线匹配地震记录匹配反射系数约束 O B J 反射系数序列D: 地震道数据S:合成地震记录Z: 波阻抗T: 合成波阻抗测井Λλ:阻尼系数αα:阻尼系数1地震道与合成地震记录道匹配– 带限低频– 反射系数 ——稀疏脉冲测井曲线匹配(先验信息, 基于模型的波阻抗道匹配– 补足带限外的高低频反射系数序列n = 地震数据匹配Ω:过渡矩阵,开始为单位阵λ :阻尼系数反演过程内循环:先保持第一项不变,对地震数据匹配项作最小平方法反演,使目标函数趋于极小。当内循环反演稳定后,保持第二项不变,开始外循环反演过程。Ω 的值在外循环迭代的过程中,不断修改,取前一次反射系数的结果,作为 Ω 的值。波阻抗反演的策略可以通过模型的整体控制,补偿地震信息不存在的低频成分(低频信息可来自于测井、叠前和叠后偏移速度分析的结果)通过测井曲线建立的模型,补偿地震信息欠缺的高频成分在稀疏脉冲反演初始迭代时,不考虑基于模型的目标函数项,将地震数据和模型的贡献分开。在反演的最后阶段,使用目标函数的最后一项,完成地震信息和模型之间的过渡频率反演最佳匹配。低频信息的反演在用测井信息获得的波阻抗测井曲线中,低频是天然存在的。通常,我们可以通过井控制的地质解释得出的波阻抗模型来获取低频信息。低频信息可以在反演的最后阶段添加进去,或者在目标函数中直接反映出来。在后一种情况下,只需要模型中非常低的那一部分频率在 述的两种方法可以使用,在某种程度上说,这两种方法都是基于模型的。低频信息的来源测井曲线中的低频成分叠加速度叠前时间偏移和叠前深度偏移中使用的速度约束 ——相对反演用层位控制反演的范围 (时间门, 中间部分插值实现。问题:上述的约束方式会不会造成反演严重依赖于地震数据的层位解释。答案:是。解决方案 1: ( 1)在第一遍反演时放松约束,允许精度不高的层位解释;( 2)在最终反演之前根据第一遍反演的结果,修正层位,给出更严格的约束。解决方案 2:在第一遍反演后,修正层位时不要考虑基于模型的低频部分,同样可以达到目的。基于模型约束的优点可以消除多次波的影响子波的提取和处理在反演过程中,要确保子波的相位、频率和地震数据是匹配的。在测井曲线作过正确的时深转换,并进行过合理编辑的情况下,如果反演结果同测井曲线不匹配,则说明子波不正确。子波提取的原则在反演的目标区,提取子波。深层提取的子波不能用于浅层,反之亦然。具有不正确相位谱和振幅谱的子波,会导致时移,会产生多余的子波叶瓣,由此产生假的地质层位,反演结果也不可能和测井曲线匹配。反演结果的质量控制 (于地震道的反演:– 应该用测井曲线(波阻抗曲线)控制反演的结果基于模型的反演:– 应该以合成纪录和地震记录的匹配,作为质量控制的标准基于地震道反演的质量控制 (疏脉冲反演在井旁得到的波阻抗曲线结果,不是算法直接计算得到的,是用户约束和目标函数设置控制的输出。很显然,这样的输出与根据测井曲线直接计算出的结果不可能一致。因此,它们的差可以作为质量控制的标准。用测井曲线计算出的波阻抗曲线,须先滤波到地震的频带,然后才能和反演出的波阻抗曲线,作为质量控制的标准。反演波阻抗体的质量检查( 1)用没有参加反演的井,对反演出的波阻抗体进行检查(盲检: 同样的,和检查波阻抗曲线的方法类似,在检查比较前,须对测井曲线作合适的校正,并将测井曲线标定到地震剖面上。反演波阻抗体的质量检查( 2)相对波阻抗检查方法– 对反演的波阻抗体作带限滤波,主要滤去低频成分,得到与地震数据体类似的相对波阻抗数据体;– 在数据体上加上层位和构造信息,相对波阻抗体应仍然能正确地反映出地质异常信息。– 如果全频带能反映出异常信息,而带限的相对波阻抗体不能,则说明低频信息模型有问题。地震波阻抗反演 ——数据偏移或叠后地震数据体地震解释层位测井曲线– 井位– 声波时差– 密度– 自然电位速度地震波阻抗反演 ——流程数据准备 +地震数据处理 +解释 +检查子波提取和估计建立模型井旁反演外推得到整个剖面的反演结果数据准备和检查在反演前最重要的工作是检测测井曲线和由此得到的波阻抗曲线与地震剖面是否符合(匹配)测井曲线应转换到时间域,并将其滤波到地震数据的频带。不匹配的测井曲线,应作适当的编辑反演结果解释 —波阻抗体的显示和构造解释反演波阻抗体的显示– 波阻抗值是正值– 为了在地震工作站上进行解释,可以采用以下方法:减去一个常数滤波形成相对波阻抗用常规的地震构造解释方法进行波阻抗的构造解释反演结果解释 —属性转换波阻抗是岩性数据波阻抗也可以转换到其他属性(孔隙度,砂泥岩百分比)转换后的属性可以进行统计(体积、交会图、直方图、方差图)属性解释的步骤( 1)利用测井数据,在给定的目标区把已知的岩性与给定频率范围内的反演波阻抗值建立起关系;低自然伽玛、高电阻率和低声波阻抗可以作为含碳氢化合物砂岩的标志自然伽玛和声波阻抗的交会图含碳氢化合物砂岩的岩性区属性解释的步骤( 2)在波阻抗体上划出一个感兴趣的区域。例如一个由解释层位 +时间(或深度)圈定的地层,一个感兴趣的岩性单元等。根据前一步建立的波阻抗 ——岩性关系,在此目标区,把不符合上述关系的数据点作透明处理,显示出的点就是感兴趣岩性的区域。根据前述的波阻抗和高电阻率、低自然伽玛的含碳氢化合物砂岩标志,将不符合上述关系点透明化后的显示结果属性解释的步骤( 3)把那些有开发价值的和彼此连通的“地质体”(波阻抗数据)用不同的颜色表示出来。输出结果可包括顶底层位、层厚度、以及“地质体”内的实际属性值。属性解释的步骤( 3)计算“地质体”体积、“地质体”内的孔隙度、产层厚度( 其他与声波阻抗相关的属性。因为是三维数据体,也很容易地绘出它的构造图和厚度图。属性解释的步骤( 4) ——储层模拟将单个的“地质体”转换到深度域,和由声波阻抗计算出的属性值(如孔隙度)直接输出到储层模拟的软件中。进行储层模拟和储层描述。1)测井曲线的分辨率在 谱范围在 0~1250谱范围在10~80果地震波的传播速度在4000m/够分辨的地层厚度约为4000m/s * 10 2 = 200~1250~30~10低频: 0~800~1250~30~10低频: 0~805~80据地震数据反演的波阻抗也在 15~80可以用叠加速度重建趋势模型频率 (0~3约束稀疏脉冲反演 (通过添加趋势模型和约束来实现的。5在 使反演对噪音异常敏感。– 因此,不在 是在反演后,用 )来自于 P : 纵波入射角K=p: 表示平均纵横波速度比)(s i s i t a 2222)(   弹性波阻抗反演需要的数据井资料(全波列测井,密度)叠前地震 们知道,远偏移距的地震振幅中包含有流体的信息。弹性阻抗的提出,意味着能把地震振幅通过标定,联系到岩石的弹性性质上,从而能分离出流体的效应,识别出岩性,这对远偏移地震数据反演有很重要的实用价值。弹性阻抗的解释声波阻抗的解释方法可以完全照搬到弹性阻抗的解释中地震反演发展史1977, 道积分( 把地震道中的每一个样点都看作是一个唯一的反射系数,样点之间互不相关。这是一种递归法。 分析数据和模型的直方图和方差图– 随机模拟和随机反演反演结果的利用 ——储层描述的意义储层描述( 流体成分和性质– 岩性和孔隙度– 流体通道和障碍– 压力,裂隙方向– 上述性质随时间的变化储层描述的意义– 提高钻井成功率– 减少开发井– 节省勘探和开发费用碳酸盐岩储层预测研究技术方法古地貌、古水系研究岩溶储层性质
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