地震反演方法概述.doc

地震反演方法概述地震反演：由地震信息得到地質(zhì)信息的過(guò)程。地震反射波法勘探的基礎(chǔ)在于：地下不同地層存在波阻抗差異，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ビ胁ㄗ杩共町惖牡貙臃纸缑鏁r(shí)，會(huì)發(fā)生反射從而形成地震反射波。地震反射波等于反射系數(shù)與地震子波的褶積，而某界面的法向入射發(fā)射系數(shù)就等于該界面上下介質(zhì)的波阻抗差與波阻 抗和之比。也就是說(shuō)，如果已知地下地層的波阻抗分布，我們可以得到地震反射波的分布，即地震反射剖面。即由地層波阻抗剖面得到地震反射波剖面的過(guò)程稱為地震波阻抗正演，反之，由地震反射剖面得到地層波阻抗剖面的過(guò)程稱為地震波阻抗反演。疊前反演主要是指AVO反演，通過(guò)AVO反演，可以獲得全部的巖石參數(shù)，如：巖石密度、縱橫波速度、縱橫波阻抗、泊松比等。疊前反演與疊后反演的根本區(qū)別在于疊前反演使用了未經(jīng)疊加的地震資料。多道疊加雖然能夠改善資料的品質(zhì)，提高信噪比，但是另一方面，疊加技術(shù)是以東校正后的地震反射振幅、波形等特征不隨炮檢距變化的假設(shè)為基礎(chǔ)的。實(shí)際上，來(lái)自同一反射點(diǎn)的地震反射振幅在不同炮檢距上是不同的，并且反射波形也隨炮檢距的變化而發(fā)生變化。這種地震反射振幅、波形特征隨炮檢距的變化關(guān)系很復(fù)雜，主要原因就在于不同炮檢距的地震波經(jīng)過(guò)的地層結(jié)構(gòu)、彈性性質(zhì)、巖性組合等許多方面都是不同的。疊加破壞了真實(shí)的振幅關(guān)系，同時(shí)損失了橫波信息。疊前反演通過(guò)疊前地震信息隨炮檢距的變化特征，來(lái)揭示巖性和油氣的關(guān)系。疊前反演的理論基礎(chǔ)是地震波的反射和透射理論。理論上講，利用反射振幅隨入射角的變化規(guī)律可以實(shí)現(xiàn)全部巖性參數(shù)的反演，提取縱波速度、橫波速度、縱橫波速度比、巖石密度、泊松比、體積模量、剪切模量等參數(shù)。 疊后地震剖面相當(dāng)于零炮檢距的自激自收記錄。與疊前反演不同，疊后反演只能得到縱波阻抗。雖然疊后反演與疊前反演想必有很多不足之處，但由于其技術(shù)方法成熟完備，到目前為止，疊后反演仍然是主流的反演類型，是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心技術(shù)。介紹幾種疊后反演方法：1）道積分：利用疊后地震資料計(jì)算地層相對(duì)波阻抗（速度）的直接反演方法。因?yàn)樗窃诘貙硬ㄗ杩闺S深度連續(xù)可微的條件下推導(dǎo)出來(lái)的，因而又稱為連續(xù)反演。原理簡(jiǎn)述：上述公式表示，反射系數(shù)的積分正比于波阻抗Z的自然對(duì)數(shù)，這是一種簡(jiǎn)單的相對(duì)波阻抗概念。適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)與絕對(duì)波阻抗反演相比，道積分的優(yōu)點(diǎn)：1.遞推時(shí)累積誤差較?。?.計(jì)算簡(jiǎn)單，不需要反射系數(shù)標(biāo)定；3.無(wú)需鉆井控制，在勘探儲(chǔ)氣即可推廣使用。缺點(diǎn)：1.由于這種方法受到地震固有頻寬的限制，分辨率低，無(wú)法適用于薄層解釋的需要；2.需要地震記錄經(jīng)過(guò)子波零相位化處理；3.無(wú)法求得地層的絕對(duì)波阻抗和絕對(duì)速度，不能用于定量計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)；4.這種方法在處理過(guò)程中不能用地質(zhì)或測(cè)井資料對(duì)其進(jìn)行約束控制，因而結(jié)果比較粗略。2）遞推反演方法：根據(jù)反射系數(shù)進(jìn)行遞推計(jì)算地層波阻抗或?qū)铀俣?，其關(guān)鍵在于由原始地震記錄估算反射系數(shù)和波阻抗，測(cè)井資料不直接參入反演，只起到標(biāo)定和質(zhì)量控制的作用。因此又稱為直接反演。原理簡(jiǎn)述： 利用以上公式，可以從聲波時(shí)差曲線及密度曲線上（沒(méi)有密度曲線時(shí)可以利用Gardnar公式進(jìn)行換算）選擇標(biāo)準(zhǔn)層波阻抗作為基準(zhǔn)波阻抗，將反褶積得到的反射系數(shù)轉(zhuǎn)為波阻抗。遞推反演是對(duì)地震資料的處理過(guò)程，其結(jié)果的分辨率、信噪比以及可靠程度主要依賴于地震資料本身的品質(zhì)，因此用于反演的地震資料應(yīng)具有較寬的頻帶，較低的噪聲、相對(duì)振幅保持和準(zhǔn)確成像。反演之前，應(yīng)對(duì)聲波測(cè)井和密度測(cè)井曲線進(jìn)行校正。遞推反演的核心技術(shù)在于由地震資料正確的估算地層的反射系數(shù)（或消除地震子波的影響），比較典型的實(shí)現(xiàn)方法有：基于地層反褶積方法、稀稀疏脈沖反演法、測(cè)井控制地震反演法、頻域反褶積法等。地層反褶積法：很據(jù)已有測(cè)井資料（聲波和密度）與井旁地震記錄，利用最小平方法估算數(shù)學(xué)意義上的“最佳”子波和反射系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：把子波求解的“欠定”問(wèn)題變成確定問(wèn)題，再井點(diǎn)已有測(cè)井段范圍內(nèi)可獲得與測(cè)井最吻合的反演結(jié)果；局限性：1.完全忽略了測(cè)井誤差和地震噪音，尤其是側(cè)井誤差的客觀存在使“子波”確定更加困難；2.地層反褶積因子的估算是在計(jì)算時(shí)窗內(nèi)數(shù)學(xué)上的最佳逼近，實(shí)際處理范圍與該時(shí)窗的不同已超出該方法的適用范圍，即便是在井點(diǎn)位置，得到的反演結(jié)果已不可能是“誤差最小”稀疏脈沖反演法：基于稀疏脈沖反褶積基礎(chǔ)上的遞推反演法，主要包括最大似然反褶積、L1模反褶積和最小熵反褶積。這類方法針對(duì)地震記錄的欠定問(wèn)題，提出了地層反射系數(shù)為一系列疊加于高斯背景下的強(qiáng)軸的基本假設(shè)，在此條件下以不同的方法估算地下“強(qiáng)”反射系數(shù)和地震子波。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需考慮鉆井資料，直接由地震記錄計(jì)算反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)遞推反演；其缺陷在于很難得到與測(cè)井曲線相吻合的最終結(jié)果?；陬l域反褶積與相位校正的遞推反演法：從方法實(shí)現(xiàn)上回避了計(jì)算子波或反射系數(shù)的欠定問(wèn)題，以井旁反演結(jié)果與實(shí)際測(cè)井曲線的吻合程度作為參數(shù)優(yōu)選的基本依據(jù)，從而保證了反演資料的可信度和可解釋性，是遞推反演的主導(dǎo)方法。其主要技術(shù)關(guān)鍵有：恢復(fù)地層反射系數(shù)振幅譜的頻域反褶積、使井旁反演道與測(cè)井最佳吻合的相位校正以及反映地層波阻抗變化趨勢(shì)的低頻模型技術(shù)。適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域較寬：勘探初期鉆井較少的情況下，通過(guò)反演資料進(jìn)行巖相分析確定地層的沉積體系，根據(jù)鉆井揭示儲(chǔ)集層特征進(jìn)行橫向預(yù)測(cè)，確定評(píng)價(jià)井位；開(kāi)發(fā)前期，在儲(chǔ)層較厚的條件下，遞推反演資料可為地質(zhì)建模提供較可靠的構(gòu)造、厚度和物性信息，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)；在油藏檢測(cè)階段，通過(guò)時(shí)延地震反演速度差異分析，可幫助確定儲(chǔ)集層壓力、物性的空間變化，進(jìn)而推斷油氣前緣。缺點(diǎn)：1.由于受地震頻帶寬度的限制，遞推反演資料的分辨率相對(duì)較低，不能滿足薄儲(chǔ)集層研究的需要；2.算法相對(duì)復(fù)雜，在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在一些難點(diǎn)：反射剖面的極性問(wèn)題：地震反射波的極性是正還是負(fù)直接影響反演波阻抗后速度變高還是變低；標(biāo)定問(wèn)題：地震反演中對(duì)反射系數(shù)的標(biāo)定，通常是根據(jù)井中反射系數(shù)來(lái)標(biāo)定反褶積后的振幅值的。但是，求波阻抗是一個(gè)積分的過(guò)程，反褶積后的地震道振幅實(shí)際上還不是反射系數(shù)，而是相對(duì)于反射系數(shù)再褶積的一個(gè)剩余子波。這個(gè)剩余子波一般在淺層主頻高些，在深層主頻低些。頻率低的波積分后數(shù)值偏大，會(huì)使深層產(chǎn)生較大的波阻抗值。因此在標(biāo)定時(shí)，除了要考慮時(shí)變的振幅因素外，還要考慮時(shí)變的主頻變化；低頻分量的補(bǔ)償問(wèn)題：在有井的情況下，以井為控制，能夠得到該點(diǎn)的低頻分量，但是在井與井之間低頻分量的內(nèi)插又是一個(gè)難題，簡(jiǎn)單的內(nèi)插只有在地層等厚且產(chǎn)狀平穩(wěn)時(shí)才行。即使利用地層產(chǎn)狀起伏控制內(nèi)插，還有高低、頻帶的一個(gè)銜接問(wèn)題，因?yàn)榈皖l成分一定要與子波的譜“互補(bǔ)”。在無(wú)井區(qū)，波阻抗反演往往要從疊加速度譜中提取低頻分量，又存在速度譜的質(zhì)量與分辨率問(wèn)題。3）基于模型反演法基本思路：先建立一個(gè)初始地層波阻抗模型，然后由此模型進(jìn)行正演，求得地震合成記錄，將合成地震記錄與實(shí)際地震記錄相比較，根據(jù)比較結(jié)果修改地下波阻抗模型的速度、密度、深度值及子波，再正演求取合成地震記錄，與實(shí)際地震記錄進(jìn)行比較，繼續(xù)修改波阻抗模型，如此多次反復(fù)，從而不斷地通過(guò)迭代修改，直至合成地震記錄與實(shí)際地震記錄最接近，最終得到地下的波阻抗模型?；谀Ｐ头囱莘椒ㄖ饕幸韵聨追N：測(cè)井約束反演：是目前生產(chǎn)中廣泛采用的基于模型的地震反演方法。將地震與測(cè)井有機(jī)結(jié)合，突破傳統(tǒng)意義上地震分辨率的限制，理論上可以得到與測(cè)井資料相同的分辨率（問(wèn)題實(shí)質(zhì)在于怎么減少多解性）。地震巖性模擬：西方地球物理公司的SLIM（地震巖性模擬）程序也可以把地震剖面反演成很詳細(xì)的波阻抗剖面。它是將模型正演的結(jié)果與實(shí)際地震記錄作比較，然后根據(jù)比較的結(jié)果，反復(fù)修改地下波阻抗模型的速度、密度和深度數(shù)值（同時(shí)也修改子波），從而不斷的通過(guò)迭代修改，找到一個(gè)詳細(xì)的地下波阻抗模型。該方法避免了一般反褶積算法最子波的最小相位假設(shè)，也不需要假設(shè)反射系數(shù)是白噪，但是反演結(jié)果只有一種可能的解答，不一定真實(shí)。廣義線性反演：通過(guò)模型正演與實(shí)際地震剖面作比較，根據(jù)誤差的情況，在最小二乘意義上，或者在誤差絕對(duì)值之和最小的意義上，最佳逼近實(shí)際數(shù)據(jù)，從而迭代反復(fù)修改模型，直到滿意為止。多道反演法：分為無(wú)井多道反演和有井多道反演。有井多道反演是在無(wú)井多道反演的基礎(chǔ)上，結(jié)合已知井的資料建立初始模型和提取子波，將多道反演的思路應(yīng)用于寬帶約束反演，該方法保持了寬帶高分辨率的特點(diǎn)，與測(cè)井的吻合性較好，可以較好的壓制隨即噪聲，但是最規(guī)則噪聲不適用。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演：在地質(zhì)和地層模型中對(duì)一個(gè)三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一些儲(chǔ)層尺度的波阻抗數(shù)據(jù)體，并且通過(guò)這些三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算，來(lái)量化其不確定性。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演首先在地震時(shí)間域內(nèi)建立儲(chǔ)層的地質(zhì)模型，層面由拾取的地震層位決定，地層網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)（上超，剝蝕）取決于地質(zhì)情況，并將井位出的原始地質(zhì)波阻抗曲線放置于地層網(wǎng)格內(nèi)。利用井和地震數(shù)據(jù)來(lái)決定地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)，然后開(kāi)始地質(zhì)學(xué)統(tǒng)計(jì)反演過(guò)程。模擬過(guò)程沿著一個(gè)隨機(jī)路徑進(jìn)行，并且在每一個(gè)隨機(jī)拉伸道位置，通過(guò)序貫高斯模擬產(chǎn)生波阻抗值，并計(jì)算出相應(yīng)的反射系數(shù)。反射系數(shù)與子波褶積后，與實(shí)際地震資料擬合最好的波阻抗道被保留，并且與井?dāng)?shù)據(jù)及以前的模擬波阻抗道合并。適用于各類復(fù)雜儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)和描述，尤其鉆井資料較多、需要進(jìn)行精細(xì)儲(chǔ)層描述地區(qū)；該算法運(yùn)算量大，速度慢。波阻抗多尺度反演：采用小波變化，把目標(biāo)函數(shù)分成不同尺度的分量，根據(jù)不同尺度上目標(biāo)函數(shù)的特征逐步搜索全局最小點(diǎn)。一般情況下，大尺度上，目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn)較少，且分得開(kāi)，用通常的線性化方法很容易所搜到該尺度。在相對(duì)較小尺度上，目標(biāo)函數(shù)極值點(diǎn)較多，直接尋找全局極值點(diǎn)比較困難。但是，如果以大尺度上搜索到的總體背景上“全局極小點(diǎn)”為起始點(diǎn)，則能很容易地在其附近搜索到對(duì)應(yīng)尺度上的“全局極小點(diǎn)”。最后，當(dāng)尺度降至目標(biāo)函數(shù)的原始尺度時(shí)，對(duì)應(yīng)搜索出的“全局極小點(diǎn)”就是目標(biāo)函數(shù)的全局最小點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：反演穩(wěn)定，反演結(jié)果不受選定的初始點(diǎn)影響，從而避免其后的反演落入錯(cuò)誤的領(lǐng)域，并且收斂速度加快。缺點(diǎn)：對(duì)目標(biāo)函數(shù)由大到小的多尺度分解過(guò)程中，總是假定上一尺度（較大尺度）在迭代終止點(diǎn)就是下一尺度的“