叠前地震反演技术(西南石油学院)

彭真明[e-mail]电子科技大学二○○六年四月十四日1.叠前与叠后:炸药震源检波器中心点（CMP）2.正演与反演:——正演理论是根据某一些一般原理或模型，以及一系列与所处理的问题有关的已知具体条件来预测观测结果（预测数据）的方法。——反演理论，粗略地讲，就是处理相反的问题，即从数据及某些一般原理或模型出发来确定模型参数的估计值。模型参数观测数据正演(唯一性)反演(多解性)模型地震正演:——射线模型（1）SNELL定律，确定地震波传播的反射和透射路径和角度；（2）费马原理，确定地震波传播时间最短的路径就是其射线路径；（3）惠更斯原理，介质中波所传到的各点都可以看成新的波源。——波动方程模型（1）声波波动方程理论（2）弹性波动方程理论（3）粘弹性波动方程理论地震反演:——在地震反演中，观测数据一般是指原始地震资料，模型参数一般是指构造或岩性特征，诸如波阻抗、速度、密度、泊松比、孔隙度、地层压力、储层厚度等以及地震资料处理中的一些待求参数。地震反演——波阻抗反演（叠后）——地震记录只是利用了岩石的声学特征来确定岩性分界面，而不是地层储集特征的直接反映。如果利用这些数字化的地震记录信息反推目的层的岩性特征和储集层参数，就是地震反演过程。反演中的一般正演模型常用反演方法：（1）递归反演；（2）基于模型的反演；（3）稀疏脉冲反演。基于模型的反演SyntheticSeismic岩性与流体敏感属性纵、横波速度——VP跟岩石骨架和充填流体有关；VS只跟岩石骨架有关；泊松比(σ)——介质横向应变与纵向应变之比(与纵横波速度比有关)；拉梅系数(λμ)、体积模量(k)——λ—抗压缩性，μ—刚性(剪切模量)；k—抗压缩性密度(ρ)——反映岩性与流体的基本性质；叠加方式波阻抗振幅属性频率属性相干属性弹性阻抗纵、横波速度泊松比拉梅系数体积模量密度……动力学运动学岩石物理弹性参数构造解释储层预测岩性解释流体检测叠后叠前523叠前纵横波联合反演AVO技术弹性阻抗反演叠前属性反演41叠前反演技术研究现状1.Aki-Richards近似(1980)；－密度与速度2.Shuey近似(1985),首次提出了反射系数的AVO截距、梯度的概念，其研究奠定了AVO处理的基础，并使AVO技术开始成为一项实用的地震技术;－泊松比3.Smith和Gidlow(1987)提出的CMP道集的加权叠加AVO反演方法，引入流体因子概念，提出近似公式;4.Mallick(1993)提出用射线参数表示反射系数的近似；5.郑晓东、杨绍国(1991\1994)幂级数展开法近似；6.Fatti(1994)提出相对波阻抗近似;7.Goodway(1997)拉梅常数(λμ/λρ)分析，突出了弹性参量对碳烃化合物的敏感程度。一、叠前反演技术研究现状1.Ostrander(1984)首次利用实际资料建立含油气砂岩与页岩AVO模型；2.Smith和Gidlow(1987)引入流体因子;3.Hilterman(1980s中期)提出AVO交会图分析；4.Rutherford/Williams(1989)建立含气砂岩模型，并把AVO异常分为3类;Castagna,Smith(1994)增加一类；5.Fatti(1994)提出相对波阻抗近似;6.Goodway(1997)LMR分析，突出了弹性参量对反射振幅的影响;7.Connolly(1999)弹性波阻抗(EI)概念。一、叠前反演技术研究现状入射P波的模式转换二、AVO分析技术反射P波=RP反射S波透射P波入射P波透射S波VP1,VS1,r1VP2,VS2,r2irrtt如果0o，入射P波产生P波、S波反射和透射波。这种现象称为模式转换。反射和透射振幅——Zoeppritz方程——反射波和透射波的振幅作为角度的函数最先由Zoeppritz在1919年导出。Zoeppritz利用地层边界两侧的应力和位移守恒的原则导出了反射和透射波的振幅，它给出了含有四个未知数的四个方程。解矩阵形式的Zoeppritz方程组，我们得到作为角度的函数的准确的振幅值：二、AVO分析技术112211222221221111122211121112222112211111sincossincoscossincossinsin2cos2cos2cos2cos2sin2cos2sin2PSSPSPPPSSPSSSSPPPPRRVVVVVTVVVVTVVVVVVrrrrrrrr11111sincossin2cos2Aki-Richards方程二、AVO分析技术222sinsintanPRRGC1:,2PPPVwhereRVrr221422SSSPPPSPVVVVGVVVVrr1.2PPVCV•第一项是零偏移距反射系数的线性项，因此只是密度和P波速度的函数。•第二项是梯度乘以sin2，作为偏移距的函数对振幅变化有最大的影响。它依赖于P波速度、S波速度和密度的变化。•第三项称为曲率项，只与P波速度变化有关。它以tan2*sin2作为乘积因子，因此对低于30度角的振幅影响很小。AVOAVOAVOAVO分析技术——振幅随偏移距变化(AmplitudeVersusOffset，AVO)。22sintanC+A-A+B-Bsin2二、AVO分析技术2sinRABOffsetTimeAVOAVOAVOAVO分析技术二、AVO分析技术(a)模型B的P波、密度测井曲线和合成记录(b)模型B的S波、密度测井曲线和合成记录AVOAVOAVOAVO分析技术二、AVO分析技术AVO-含气砂岩(模型B)顶部-0.250-0.200-0.150-0.100-0.0500.000051015202530354045Angle(degrees)AmplitudeR(Allthreeterms)R(Firsttwoterms)AVO-含气砂岩(模型B)底部0.0000.0500.1000.1500.2000.250051015202530354045Angle(degrees)AmplitudeR(Allthreeterms)R(Firsttwoterms)AVOAVOAVO交会图分析技术二、AVO分析技术AVO交会图就是利用截距和梯度交会寻找异常。交会图的理论是由Castagnaelal(TLE,1997,Geophysics,1998)和Verm及Hilterman(TLE,1995)基于两个思路发展的：(1)Rutherford/Williams分类策略；(2)泥岩线。AVOAVOAVORutherford/Williams分类二、AVO分析技术Rutherford和Williams(1989)导出了以下AVO异常分类策略，由Ross和Kinman(1995)及Castagna(1997)后续的改进：第1类：高波阻抗差第2类：接近零的波阻抗差第2p类：与第2类相同，极性改变第3类：低波阻抗差砂岩第4类：很低的波阻抗差AVOAVOAVO泥岩线二、AVO分析技术泥岩线是Castagnaetal(1985)导出的VP与VS之间的线性关系。VP=1.16VS+1360m/sAVOAVOAVO截距/梯度交绘图实例二、AVO分析技术角道集形成二、AVO分析技术01.tanTvxrmsjkikkiPvzPjix121),(1sinivP1.(x,t)域直射线几何转换2.Herglotz-Wiechert公式3.τ-p域计算入射角(x,t)数据转换到(τ，p)域根据上述公式计算角度。纵、横波联合反演与LMR分析2222221tan8sin4sintan222psssppspZvZvRZvZvrr222222,2,2ZsZpZsZpZsZsrr联合反演（Fatti近似，1994）三、纵横波联合反演LMR分析(Lamda-Mu-Rho,Goodway,1997)1.某地区储层段叠前联合反演结果三、纵横波联合反演纵波阻抗横波阻抗LamdaMu三、纵横波联合反演AVOAVOAVOAVO属性——叠前属性三、叠前属性反演1、Intercept（A）——截距(纵波反射系数Rp)2、Gridient（B）——梯度3、横波剖面：Rs=(A-B)/2，(假设:Vp/Vs=2)4、相对泊松比：4(A+B)/9，(假设:σ=1/3)5、流体因子：Rp-1.16(Vs/Vp)Rs6、碳氢指示：A+B；A-B；A*B；A/B；…….声阻抗——叠后反演常规叠后阻抗反演建立在地震波垂直入射假设的基础上。实际的叠后地震资料，并非自激自收的地震记录，而是共反射点道集反射振幅叠加平均的结果，共反射点地震资料又存在振幅随炮检距的变化，即AVO问题。四、弹性阻抗反演弹性阻抗——叠前反演弹性阻抗反演是采用叠前地震角道集部分叠加进行的反演，能保留和突出识别流体和岩性方面的AVO特征。弹性阻抗（EI）是对声阻抗（AI）的推广。由弹性阻抗反演数据体可获得多种参数体，比叠后反演具有明显的优越性，能更可靠地揭示地下储层的展布情况和孔、渗物性及含油气性。四、弹性阻抗反演国内外研究现状Connolly（1999）首次提出弹性阻抗(ElasticImpedance,EI)的概念；D.Kenneth（2000）提出横波弹性阻抗(SEI)；Whitcombe（2002）提出改进——扩展弹性阻抗（EEI）；F.G.Ezequiel（2003）提出转换波EI(PSEI)；马劲风（2003）提出射线弹性阻抗、广义弹性阻抗概念。弹性阻抗(Elasticimpendence,EI)——基于叠前信息的不同入射角（或偏移距）波阻抗反演技术。222tansinsinCBAREIEIEIEIEIEIEIRiiiiln212111222(1sin)(8sin)(14sin)()KKPSEIVVr可见：EI是纵波、横波、密度和入射角的函数。四、弹性阻抗反演纵波阻抗Z=ρVpEI与AI、AVO关系：θ=0°，EI=ρVP=AI对应叠后声阻抗；θ=90°，EI=GI对应AVO梯度阻抗；四、弹性阻抗反演Elasticimpendence弹性阻抗的优点四、弹性阻抗反演1、更符合地震记录实际；2、充分利用了叠前信息；3、保留和突出了反映流体和岩性特征；4、不同入射角下反演，便于发现规律；5、包含了AVO分析和叠阻抗后反演。四、弹性阻抗反演扩展弹性阻抗(ExtendedElasticimpendence,EEI)tanBARrqpEEI00000)(rrrsin4cossin8sincosKrKqp度和密度有关的常数分别代表纵波、横波速波速度和密度分别代表纵波速度、横000,,,,rr2sinBAREI反演的基本流程：AVO分析EI(θ1)反演近角叠加(θ1)远角叠加(θ2)角道集（叠前偏移）EI(θ2)反演测井处理；子波提取；层位标定；低频模型；内插外推；叠代反演。四、弹性阻抗反演未去噪声反演地震数据要求：真振幅保持；动、静校正；地表一致性反褶积；叠前去随机噪声；叠前时间偏移；保留叠前道集。去噪声四、弹性阻抗反演EI用于气、水检测通常采用的流程四、弹性阻抗反演先验知识建立气、水模式（如gassmann)属性计算：λ-μ,ρλ-ρμ、Ip-EI,EI(near)-EI(far)MonteCarlo数据扩展（VP、VS、ρ）测井资料（VP、VS、ρ）聚类分析