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第14课地震反演与属性

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14 地震 反演 属性
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地震资料地质解释第十四课课件编著人:王英民、黄捍东2009年5月28日第五章 地震反演与地震属性分析• 震反演方法简介• 震反演的发展过程及趋势• 震反演的典型实例• 震反演方法分类地震反演方法分类地球物理反演是在地球物理学中利用地球表面观测到的物理现象推测地球内部介质物理状态的空间变化及演化的一个分支。它的核心问题是:如何根据地面上的观测信号来推测地球内部与信号有关部位的物理状态。球物理反演的研究对象地球物理反演的研究对象因此,地球物理反演研究的是各种地球物理方法中反问题共同的 数学物理性质 和 解估计的构成 和评价方法 ,它是从各个地球物理分支中抽象出来的新的边缘学科。地球物理反演的定义范围太广,包含了地质分析和解释的全部工作。因此,在本次课程的学习中,首先将范围限定在由窄频带地震资料获取宽带声波阻抗测井资料上。地震反演定义地震反演定义地震反演是利用地表观测的地震资料,以已知地震地震反演是利用地表观测的地震资料,以已知地震规律和钻井、测井、地质资料为约束,对地下层空间规律和钻井、测井、地质资料为约束,对地下层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程。结构和物理性质进行成像(求解)的过程。波组抗反演是指利用地震资料反演地层波组抗波组抗反演是指利用地震资料反演地层波组抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。从七十年代被(或速度)的地震特殊处理解释技术。从七十年代被提出,近三十年来,取得了巨大的进展。通常地震反提出,近三十年来,取得了巨大的进展。通常地震反演指的就是波组抗反演。演指的就是波组抗反演。九十年代以来,地震反演技术由过去单一的波组抗反演,进一步向岩石密度、孔隙度和岩性体积百分数等多参数反演的方向发展。使得利用地震资料来解决复杂地质问题的能力不断增强。地震 速度岩性地震多参数反演示意图正演:正演:已知地质模型,求其测量数据;已知地质模型,求其测量数据;根据地下的地质模型,求解它的地震响应。根据地下的地质模型,求解它的地震响应。或者说,就是或者说,就是已知地下的地层沉积状态已知地下的地层沉积状态(即地质(即地质模型:包括构造、速度、密度等),模型:包括构造、速度、密度等),看看通过地看看通过地球物理的方法能够得到什么样的测量数据球物理的方法能够得到什么样的测量数据(地震(地震响应)。一维正演模型就是常说的合成记录;二响应)。一维正演模型就是常说的合成记录;二维正演模型就是常用的二维正演剖面;现在发展维正演模型就是常用的二维正演剖面;现在发展到三维正演模型。到三维正演模型。地震正演与反演地震正演与反演反演:反演:已知测量数据,反求出地质模型。已知测量数据,反求出地质模型。反演是正演的逆过程,就是根据测量到的数据,去反推原反演是正演的逆过程,就是根据测量到的数据,去反推原始的地质模型。始的地质模型。或者说,反演是利用测量到的地震和测井数或者说,反演是利用测量到的地震和测井数据,去反推出地下的地质沉积状况,帮助我们了解地下的地质据,去反推出地下的地质沉积状况,帮助我们了解地下的地质情况,这是我们工作的目标。情况,这是我们工作的目标。正演与反演两者的关系可以用图来表示:可见,正演技术是基于模型来产生一个地震剖面。而地震反演是把地震资料作为输入来构建地质模型的一门技术。它与地震正演模型技术相反。地震反演方法分类地震反演方法分类由于地震反演技术尚处在发展过程中,目前国内外都没有系统的分类方案。大体上有以下几种分类方法:依据地震资料分为叠前反演和叠后反演;依据反演方法分为线性反演和非线性反演;依据解的多解性分为确定反演和非确定反演等。目前应用这些反演技术研制的各种软件可谓琳琅满目,让目前应用这些反演技术研制的各种软件可谓琳琅满目,让解释人员接应不暇。如何正确认识这些方法的特点和应用的局解释人员接应不暇。如何正确认识这些方法的特点和应用的局限性,使其发挥应有的效应,是当务之急。限性,使其发挥应有的效应,是当务之急。为便于评述我们从单纯的为便于评述我们从单纯的反演算法和测井、地质约束联合反演算法和测井、地质约束联合反演两个方面反演两个方面,对目前的各类反演方法进行分类。可以分为基,对目前的各类反演方法进行分类。可以分为基于算法实现方式的各类反演方法和基于地震、测井相对作用的于算法实现方式的各类反演方法和基于地震、测井相对作用的多种反演方法。多种反演方法。地震反演方法分类反褶积波动方程随机过程基于不同算法的反演基于不同算法的反演特征分析动力学特征测井、地质约束反演测井、地质约束反演带限反演测井约束宽带地震约束测井内插外推动力学特征反演方法分类:反演方法分类:地震反演方法分类框图地球物理学中反演理论的产生地球物理学中反演理论的产生1947年电子计算机诞生,对地球物理数据分析产生了巨大的推动。五十年代地球物理中的正演问题已广泛地使用了电子计算机,到六十年代,人们开始利用计算机自动 修改地球模型 的参数。然而,在 1967年表三篇经典性的论文以前,适用于各种地球物理方法的反演理论还没有形成,反演还只是作为正演的自然延伸分散在单一的地球物理分支之中。1967国地球物理学家建立统一的地球物理反演理论和方法奠定了基础。他们的主要贡献有五点:①地球模型是客观地球在人们头脑中的反映,可以有无穷多 个。在数学上地球模型可以用有限个有序的函数集合表示,与希尔波特空间的元对应,这种希尔波特空间称为模型空间;② 地球物理数据是 有限个不精确的实数组成的集合,如果认为它们可以通过地球模型计算出来,则 与模型空间对应 ,也可以用希尔波特空间的元表示地球物理数据集;③这样定义的 地球物理模型和数据的联系 常常 可以用有限个泛函方程式表示, 反问题可以归纳为泛函方程组的求解。然而,由于零空间的存在和数据的有限性,反问题的解具有高度的非唯一性,即古典解一般不存在;④对于精确的地球物理数据,地球物理反问题的古典解虽然可能不唯一,但是 解的某种平均是唯一的 , 可以 利用微扰动法等数学工具构成某种迭代格式 逐次逼近 而求出满足规定准则的 广义解 。这样获得的解估计的分辨本领和精度不可能同时达到最高;⑤在反问题研究中,重要的不是构造出一种广义的解估计,而是要对各种可能的 解估计进行评价 ,这是由反问题解的 非唯一性决定的 。评价解估计的准则应该是在分辨本领和精度之间合理的折衷,而不是实测和计算数据间的拟合差最小。1972年美国的就是广义反演方法。在北美许多大学的地球物理专业开设了地球物理反演方面的研究生课程,标志着它已经成为地球物理学中相对独立的一个分支。三篇著名的关于地球物理反演的文章分别是:① 1967,of a 13,247 1968, of 16,1691970, in of 66,地震反演技术的发展过程地震反演技术的发展过程在复杂波场油气储层研究中,波阻抗是识别地下介质岩性最有效的参数之一,具有明确的地质意义。从波阻抗反演技术的发展历程来看,它经历了从简单的地震 直接反演 到利用地震、测井、地质等多种信息的 宽带约束反演 ,反演方法从 线性发展到非线性 及多种方法的联合应用,从 单一的波阻抗反演发展到 多种属性 反演。波阻抗反演研究始于七十年代,1979年可以表达成相位谱900旋转的一种褶积滤波器,利用该滤波器很容易生成相对波阻抗数据集,这种方法被称作递推反演或道积分 。它利用地震资料直接计算地层的相对波阻抗,把反映岩层速度差异的反射系数积分成具有岩性特征的相对波阻抗,从界面解释上升到地层解释。其商品化的软件有点:分辨率低,无法适应薄层反演,低频成分要由层速度或钻井声波测井获得。1983年中提出了基于模型的反演方法;1987年邹振桓、杨文彩也发表了这种方法的文章,他们在偏导数矩阵的规一化和 阻尼因子的选择上,改进了型法反演首先根据速度谱和井资料建立一个速度模型,采用逐步修改地层波阻抗及其厚度值,相应修改子波,然后作一次正演,求其与地震道的误差。根据此误差,在作摄动、修改波阻抗模型,直到误差满足一个给定的精度为止。在模型法反演中,井起标定、提取低频背景和质量控制的作用,反演的分辨率、信噪比取决于地震资料。这一时期的商品化软件有于模型,不用求取低频分量,用阻尼因子控制迭代收敛。缺点:对模型依赖性强,阻尼因子选取难度大,且不具普遍性。1990年,是基于最大似然反褶积或过对每一道逐渐增加反射模型合成的地震数据与实际地震数据最佳吻合,最终的模型就是反演结果。由于该方法在反演过程中没有利用测井资料的高频信息,因此,分辨率较低。九十年代初,井约束反演方法和以模型为基础的反演方法有了较大的发展,使得地震剖面目标层段的波阻抗反演技术成为储层研究的一个重要手段。这两种方法都是首先从井出发,建立一个详细的全频带地质模型,采用模型最优化迭代算法,通过不断修改地质模型,使模型合成的地震记录与实测数据最佳吻合,最终的模型就是反演结果。由于避免了用地震数据做递推反演,其结果不仅可以提高地震资料的信噪比,还可以突破传统地震频带的限制,具有比直接反演更高的分辨率。商品化的软件有井作为初始模型,从井旁道出发,随机约束反演。由于作了线性化近似,分辨薄层能力受到限制。九十年代中后期,出现了以非线性反演理论为基础的多种反演算法,如:模拟退火反演、概率法神经网络反演、遗传进化算法反演等。这类反演的初始模型是根据低频模型的先验概率而产生一个随机层速度模型,与测井约束反演由井内插高频模型有本质的区别。反演过程针对非线性、多参数、多极值的大型组合优化问题。采用模拟退火、神经网络等全局优化算法,寻找目标函数最优解,如丹麦的几年,多种技术的交叉运用,又产生了一些新的反演思路。如:分频波阻抗反演、地震特征反演、地质统计与随机模拟反演等。上述反演方法都是基于褶积模型的反演,对波动方程反演和几何地震学反演目前仍处于理论研究阶段。震反演技术的现状及发展趋势地震反演技术的现状及发展趋势过去的20多年中,反演理论在油气勘探开发领域得到了广泛成功的应用。其波阻抗反演技术已成为储层预测的核心技术。目前,二十世纪八十年代末期发展起来的测井约束宽带波组抗反演已成为主流反演技术,但是,因为波组抗反演技术本身存在一些陷阱(如存在多解性),反演结果仍需结合其它资料才能进行储层预测和井位的确定,部分技术细节也仍需进一步完善。出现多解性,在反演剖面上进行二次标定,来消除多解性的影响完全非线性反演算法由于计算量较大,收敛速度慢,还没有得到广泛的应用。还由于完全非线性反演采用的是在模型空间进行随机搜索算法,随机搜索的优点是最终解不依赖于初始模型的选择,初始模型可以随机定义,但不可避免地造成收敛速度的降低。提高反演结果的精度,拓宽反演结果的频带,降低多解性,是下一步所追求的目标。在经历了由反褶积到模型反演、由线性反演到非线性反演、二维反演到三维反演后,地震反演技术正在实现由叠后反演到叠前反演、由声阻抗(弹性波组抗(跨越。弹性波组抗包含了前反演虽然计算量大,但其反演结果的质量明显优于叠后反演。叠前反演充分利用得到比叠后反演更加详细的地层特征。因此,做叠前反演是很有必要的,尤其是对那些需要做详细地层及岩性研究的地区。随着地球物理技术的不断发展,反演方法在理论和运算方面的问题显得更为重要。在众多的反演中,每种反演方法都有自己的局限性,还不能说它们的理论(特别是非线性反演理论)已经完备,效果令人十分满意,同任何新兴学科一样,它还有许多问题亟待解决,就是现有的理论技术也需要在实践中不断改进、补充完善。因此,波阻抗反演技术今后的发展将向多参数反演和岩性反演的方向发展。其应用也将向着多学科相互渗透,多种方法软件集成方向发展。随着人们对反演影响因素的系统分析、对反演方法的解剖及对储层地质模型的研究,必将使地震、测井和岩心这三种不同的测量尺度达到最佳匹配。储层反演中应注意的几个问题储层反演中应注意的几个问题孤岛油田南区于1973年5月投入开发,目的层馆陶组沉积的三组砂体8、属河流相沉积,除8和 横向变化大, 为不连通的独立砂体(埋深1500m)。储层预测的目的,就是要搞清8和下步的滚动扩边提供依据。研究工作分六步来进行:(一)胜利孤岛储层反演(一)河流相薄层砂岩预测河流相薄层砂岩预测(1)资料状况分析频谱分析:8组构造图从构造图上看,地层向西抬升,未形成圈闭,油藏主要受岩性控制,东扩边风险很大。)构造精细解释(3)声波测井曲线重构8砂层连通性差,砂体尖灭点清晰83— 5米(4)构造 —测井约束地震非线性反演(5)相邻断块预测与实钻对比42 483335钻遇油层共钻遇油层 层层 ,有效厚度,有效厚度 中:。其中:钻遇钻遇 油层油层 层,钻遇层,钻遇 层层 (层层 ,, 层层 )。。)提出目标区调整井部署建议8组反演砂层等厚图3043口,其中利用老井口,其中利用老井 3口,新钻井口,新钻井 20口。口。新井共钻遇馆上段油层新井共钻遇馆上段油层 5层。层。新立三维地震资料的品质较好,目的层段的保幅性好,主频在55带宽度达到70震资料中包含的储层信息丰富,有利于储层反演。但同时我们可以看到,资料的噪音较严重,100上,将对反演结果产生不利的影响。油层 段新 22946)吉林油田储层反演(二)吉林油田储层反演砂体的纵横向展布特征清楚,井间小层关系清楚,可以实现小层的横向追踪。在井网较密的区域,反演剖面上能够清楚地反映各单砂体在井间的变化,从而可以分析各单砂体在井间的连通关系,为分层系开采或开发过程中的注采关系调整提供依据。新立三维区分辨6个层,吻合较好。主力砂体厚度与构造叠合图①②③④⑤⑥⑦以研究区主力砂体5、8、10、13、16号砂体发育分布情况和构造特征为依据,优选出7个有利区域:根据预测成果完钻七口井钻遇油层根据预测成果完钻七口井钻遇油层63层层沉积模式+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~+ ~N+典型扇体反演预测典型扇体反演预测扇体反演扇体反演1::东海丽水凹陷反演预测生、储、盖层组合关系研究在地震剖面上只能看到上下两套层的尖灭、合并现象。扇体反演扇体反演2::渤海油田反演预测在反演速度剖面上多套高速单砂层尖灭、与低速泥岩的接触关系清楚。顶积层前积层三角洲平原三角洲前缘前三角洲三角洲沉积体系底积层三角洲沉积体系反演剖面清晰地显示了一个完整的三角洲沉积体系反演剖面(沉积)特征自然、符合沉积背景和沉积模式扇体反演扇体反演3::胜利油田反演预测扇体期次划分与平面分布1234556789106111212345678910611 12平面上砂砾体呈扇形,厚度峰值带具有指状或“水道分支状”砂体分布特征, 说明它们属于强烈水道化的扇体沉积。储层反演中应注意的几个问题储层反演中应注意的几个问题((1)做好反演前地震资料频谱分析)做好反演前地震资料频谱分析((2)测井曲线的校正、标准化问题)测井曲线的校正、标准化问题3)检查初次反演结果、做好二次反演)检查初次反演结果、做好二次反演((4)多种资料结合减少反演解释的多解性)多种资料结合减少反演解释的多解性((5)反演参数的一致性问题)1岩性薄储层的准确顶底解释泥砂2泥砂1砂泥拐 198~- 10毫秒标准层油层底面- 12~- 14毫秒2毫秒河流相- 4毫秒河流相- 6毫秒河流相- 8毫秒河流相- 10毫秒枯水季节- 12毫秒开始涨水- 14毫秒开始涨水- 16毫秒开始涨水- 18毫秒开始涨水- 20毫秒开始涨水- 22毫秒- 26毫秒5、22毫秒瞬时相位相沉积演化环境分析26毫秒沉积扇体24毫秒22毫秒20毫秒18毫秒16毫秒14毫秒12毫秒10毫秒8毫秒6毫秒4毫秒2毫秒0毫秒-2毫秒-6毫秒-12毫秒-16毫秒-20毫秒-24毫秒-26毫秒-30毫秒16毫秒- 20毫秒- 30毫秒相干数据体沉积演化环境分析26毫秒12毫秒8毫秒沼泽相沉积4毫秒沼泽相沉积2毫秒沼泽相沉积0毫秒- 6毫秒- 14毫秒- 18毫秒- 20毫秒相干数据体与地震剖面对应图拐19 井拐203 井10毫秒)解释10毫秒平均振幅1号砂体3号砂体2 号砂体4号砂体目标层段砂体调刻可视化1号砂体2 号砂体3号砂体4号砂体幅)10ms
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