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地震反演技术及应用东方地球物理公司研究院物探技术研究中心高级顾问李玲前言近十年来,地球物理勘探技术又有了许多新的发展,其中地震反演技术比以往有了更明显的进步,应用的范围更加广泛,并见到更加良好的实际效果,这使我们对反演技术的应用更加充满了信心。搞好反演是地震解释的有效深化。目前应用这些反演技术研制的各种软件也很多,各种琳琅满目的反演软件,令解释人员应接不暇。如何正确认识与应用这些软件,使其发挥应有的效应,是当务之急。一、什么是反演?要想用好反演软件,首先要搞清楚反演的概念。说到反演,必然联系到正演。在地球物理勘探范畴内:正演:就是根据地下的地质模型,求解它的地震响应。说白了,就是已知地下的地层沉积状态(即地质模型:包括构造、速度、密度等),看看通过地球物理的方法能够得到什么样的测量数据(地震响应)。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;现在发展到三维正演模型。下图就是一个一维正演过程的示意图:低速泥岩高速砂岩低速泥岩地质模型反射系数子波一维地震响应正演反演反演:是上边过程的逆过程,就是根据测量到的数据,去反推原始的地质模型。也就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情况,以便人们利用地下的自然资源------这是我们工作的目标。反演的范畴比较广:利用地震数据进行构造解释,了解地下地层的沉积形态,这是一种反演------构造反演。1利用地震数据进行地震相分析和层序识别,了解地下地层的沉积状况,这也是一种反演------沉积反演。反演的内容不同,方法也不同。而目前我们常说的地震反演,实际上是具体针对地层的速度、密度与物性(孔、渗、饱、压力……)反演而言的。这种反演结果被用来更精细的描述地下地层的沉积状况,帮助我们直接找油找气。以下我们所讨论的反演是这种特定的地震反演。二、地震褶积模型:地震褶积模型是地球物理最基本的原理,即:子波与反射系数褶积,得到地震记录,如下图所示:层低速层1高速层2低速层3高速层4低速层5高速层6更高速层地质模型反射系数分步褶积地震响应从上图看出:每个速度界面,对应一个反射系数界面,即声阻抗界面。图中有六个界面;每个声阻抗界面的反射系数与子波褶积,得到每个界面的子波,每个子波都有自己的延续长度;而这些界面的子波在时间域的叠加,得到总的时间域的地震响应。注意:1、原始模型有六个声阻抗界面;2、子波相位为0度,即波峰对应正反射系数;3、子波与反射系数褶积,反射系数大,界面子波的振幅就大,反之就小;4、由于子波不是尖脉冲,有一定的延续长度,因此叠加后地震响应有五个波峰和六个波谷,而不是原始模型中的四个波峰和两个波谷,这里就有真解与假解;5、当地层厚度大于子波延续长度时,可以用波峰识别高速层顶面,用波谷识别低速层顶面,如图中的界面1、2、6,这是真解;6、当地层厚度小于子波延续长度时,各界面子波叠加时产生干扰,上个界面子波的波峰与下个界面子波的波谷叠加,振幅抵消,如图中的界面3、4、5,看不到对应的两个波峰与一个波谷,而且是一段弱反射,与原始模型不符,这时简单用地震数据的波峰与波谷来解释会产生假解;7、大多数的地层是属于薄互层沉积,因此地震数据给解释人员的工作带来极大的困难。由此得出结论:21、地震数据的生成基于褶积原理,因此地震剖面绝不是地质剖面,简单的把地震剖面当地质剖面解释会产生错误,特别是薄互层沉积时,错误会更多;2、由于地震反演基于地震数据,而地震数据的分辨率低,识别不了薄互层沉积时,地震反演的结果也就识别不了薄互层;3、为了得到好的反演结果,仅仅用地震数据是完成不了的,因此许多新技术应运而生,通过不同的数学方法,把地震数据与测井数据结合,试图得到高分辨率的反演结果,识别薄互层,来指导直接找油找气。基于以上的讨论,高分辨率的反演是解决以上难题的关键。而且油气勘探走到今天,象岩性油藏、含气藏,如果还用传统的构造解释和方法是不能解决问题的。许多复杂的地质问题需要通过高分辨率反演来解决。因此做好高分辨率的反演成了当今勘探开发的重要课题之一。三、主要地震反演技术与软件简介:(一)主要地震反演技术简介:主要分三大类:1、基于地震数据的声波阻抗反演(acousticimpedance----AI):其结果有两种:相对阻抗反演(常说的道积分)与绝对阻抗反演。主要算法有:递归反演(早期的地震反演算法)与约束稀疏脉冲反演(优化的地震反演算法)。这种反演受初始模型的影响小,忠实于地震数据,反映储层的横向变化可靠;但分辨率有限,无法识别10米以下的薄砂层。2、基于模型的测井属性反演:此种反演可以得到多种测井属性的反演结果,分辨率较高(可识别2-6米的薄层砂岩);但受初始模型的影响严重,存在多解性,只有井数多(工区内至少有10口以上的井,分布合理,且要求反演的属性与阻抗相关),才能得到较好的结果。3、基于地质统计的随机模拟与随机反演:此种算法可以进行各种测井属性的模拟与岩性模拟,分辨率高(可识别2-6米的薄层砂岩),能较好的反映储层的非均质性,受初始模型的影响小,在井点处忠实于井数据,在井间忠实于地震数据的横向变化,最终得到多个等概率的随机模拟结果;但要求工区内至少有6-7口井,且分布较合理,才能得到好的模拟结果。(二)主要地震反演软件简介:随着勘探开发不断深入的需要,许多反演软件应运而生,让我们应接不暇。下边简单介绍各种反演软件的大致原理与应用范围。从八十年代末到九十年代中,地震反演方法的研究有了长足进展,在解释工作站上研制了许多反演模块:a)道积分(相对波阻抗):b)G_log递推法波阻抗反演c)VELOG递推法波阻抗反演可分辨20米厚的砂层d)PIVT递推法波阻抗反演e)SEISLOG递推法波阻抗反演f)DELOG(最大似然法波阻抗反演)递推法波阻抗反演用最大似然反褶积技术求取反射系数序列,然后用递推法获得用方波形3式表示的相对和绝对声阻抗剖面,绝对层速度剖面,其分辨率比一般递推法波阻抗反演要高一些,能识别8米厚的砂层。g)SLIM(地震岩性模拟)基于模型,地震数据约束的波阻抗反演,可分辨5米厚的砂层。但处理过程复杂,很费机时,不便于面积反演处理。h)BCI(宽带约束反演)基于模型的波阻抗反演是一种提高视分辨率较好的方法,可拓宽频带,分辨6米厚的砂层。i)广义波阻抗反演基于模型的波阻抗反演j)PARM(岩性波阻抗反演)基于模型的波阻抗反演在井的约束下进行地震波动力学储层参数反演,可分辨4-6米厚的砂层.从九十年代中期到现在,发展的新软件的反演模块:a)strata地震反演(递归反演)基于模型的波阻抗反演(用神经网络法约束)b)isis地震反演c)RM(GeoQuest)递归反演d)LandMark道积分e)Paradigm(叠前反演)f)Jason地震反演(递归反演、约束稀疏脉冲反演)基于模型的测井反演地质统计随机模拟与随机反演各种反演软件与方法列表道积分递归反演约束稀疏脉冲反演基于模型的测井属性反演地质统计随机模拟与随机反演弹性阻抗与横波阻抗反演基于地震数据的声阻抗反演道积分3G-LOG3VELOG3PIVT3SEISLOG3DELOG3SLIM3BCI3广义逆波阻抗反演3PARM3ISIS3?RM(GeoQuest)3Strata33LandMark3Paradigm叠前反演Jason3333334从上表看出,早期软件都是传统的道积分,递归反演,效果较差。中期开发了基于模型的各种反演算法,试图提高分辨率,如相干法、神经网络、叠代等;近期,开发了优化的地震反演(约束稀疏脉冲反演)算法;基于模型的奇异值分解,基于地震约束的空间权值优化反演;基于地质统计的随机模拟与随机反演算法;叠前反演算法(AVO);利用角道集叠加数据进行弹性阻抗与横波阻抗反演等。(三)jason软件的主要模块简介:目前,算法比较全面,且应用效果较好的软件是jason软件。它包含了BP等世界著名油公司的专利技术,在世界各地的油田勘探和开发中发挥了重要作用。下边介绍该软件的主要模块。jason软件包括基于地震数据的声阻抗反演、基于模型的测井属性反演、基于地质统计的随机模拟与随机反演、弹性阻抗与横波阻抗反演,并在各种反演基础上进行综合分析,最终得到对油藏的详细表征,包括:油藏的几何形态,油藏内流体的性质(油、气、水),油藏的的有效体积等,直接指导油藏的开发工作。jason软件的主要模块如下:Environment基本环境包括:平面图,剖面图,地震解释,合成记录制作,属性提取,沿层切片,三维可视化等;VelMod无井的情况下,利用叠加速度建立速度模型,用于地震反演的低频补充,时深转换;Wavelets子波估算(理论子波与实际地震子波估算);EarthModel建立地层框架,利用井曲线插值创建初始模型,并用于以下的各主要模块;InverTrace基于地震数据的声波阻抗反演;InverMod基于模型的测井属性反演;StatMod基于地质统计的随机模拟与随机反演;FunctionMod综合分析;Largo横波(s_sonic)测井的合理正演;RockTrace基于地震的纵波阻抗(p_impedance)、横波阻抗(S_impedance)和密度的同时反演、弹性阻抗(elasticimpedance)的反演。其中,子波估算、合成记录制作、地震解释、初始模型创建等模块是一系列反演算法的基础。核心模块是:基于地震的声阻抗反演(包括纵波阻抗、弹性阻抗、横波阻抗)、基于模型的测井属性反演,基于地质统计的随机模拟与随机反演。其中StatMod模块是该软件的优势模块。从下表可以看出,不同的数据情况,可以选择不同的反演方法。在勘探阶段,工区内井比较少,一般只能做基于地震数据的声阻抗反演,由于分辨率的限制,只能对地下情况有一个初步认识。在滚动开发或开发阶段,工区内井比较多,就可以用基于模型的测井属性反演或地质统计随机模拟与随机反演,对油藏进行精细雕刻。几种反演算法简介:(见下表)5几种反演算法比较反演算法应用条件应用数据反演结果分辨率InverTrace基于地震的声阻抗反演(2D,3D)工区内至少有一口井即可运算以地震数据为主,测井约束一个时间域的声阻抗体与地震采样率一致,可分辨10-20米砂层InverMod基于模型的测井属性反演(2D,3D)工区内至少有10口井,且分布合理,方可运算以测井数据为主,井间变化用地震数据的横向变化来约束时、深域的各种属性体,各一个采样率可小(1ms),可分辨2-6米的砂层StatMod地质统计随机模拟与随机反演(3D)工区内至少有6-7口井即可运算采样率可小(1ms),可分辨2-6米的砂层多个等概率,时域或深度域的属性模拟体以测井数据为主,井间变化用地质统计规律和地震数据约束四、地质解释人员对反演软件的渴望:在上个世纪八十年代末到九十年代中,对解释人员和地质人员来说,要想得到一条波阻抗反演剖面,那就是一个梦想。第一,需要由研究组向单位领导上报,再由单位领导向局领导请示,最后经局里老总批准,研究院处理中心排队,还需等上一两个月。第二,进行反演时需要地震解释层位,但那时处理与解释是两家,工作沟通需要一个过程,耽误了时间。第三,那时对地震数据的极性搞不清,曾发生过这样的事:标准SEGY格式的地震记录,子波相位却用0度,造成波阻抗做反了。等到剖面终于处理出站了,也就是一两条连井地震反演剖面,对于面(空间)上的储层预测,帮助比较少,无法使研究成果进一步深化。那时多么希望自己手边能有这样的软件工具,能随时根据地质研究的需要,自己开展这项工作。从九十年代后期开始,由于解释工作站功能的不断开发,各种反演软件越来越多。一个100km2的三维工区,时窗1秒的地震反演,计算时间大约只需一天多的时间就完成了。这简直是一个地下,一个天上。对于地质解释人员来说是多么大的一个变化,对开展地质研究是多么的方便。可是,目前虽然大家手边已经有了各种反演软件,但存在以下几个问题:(1)应用的比较少;(2)在应用中关键地方注意不够,使得反演效果不好,也就不太想用了;(3)在物探局范围内,应用地震反演的比较
本文标题:地震反演技术及应用-李玲
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