地球物理正演与反演

1、地球物理正反演理论地球物理正反演理论汇报人：王宁汇报人：王宁什么是正反演转换过程 地质模型地质模型地震响应地震响应岩石信息转化为地震波信息地震波信息转化为岩石信息反演反演正演正演正演理论方法正演理论方法 地震模型技术地震模型技术 当研究客观世界存在的复杂事物和自然现象当研究客观世界存在的复杂事物和自然现象时，最可靠的办法是对事物进行试验和观测，然时，最可靠的办法是对事物进行试验和观测，然而由于种种原因，对事物进行直接观测，研究会而由于种种原因，对事物进行直接观测，研究会遇到很多困难，甚至不可能实现。在这些情况下，遇到很多困难，甚至不可能实现。在这些情况下，较好的解决办法就是用模型来代替实物，也

2、就是较好的解决办法就是用模型来代替实物，也就是所谓模型技术。所谓模型技术。 地震模型技术地震模型技术 模型技术的基本思想就是研究某一类复杂事模型技术的基本思想就是研究某一类复杂事物时，抓住它们的某些主要方面，而摈弃、忽略物时，抓住它们的某些主要方面，而摈弃、忽略一些非本质的次要方面，概括出一个能反映这类一些非本质的次要方面，概括出一个能反映这类事物的主要特点的模型。再用数学或物理的方法事物的主要特点的模型。再用数学或物理的方法研究发生在这个模型里的物理现象的基本规律，研究发生在这个模型里的物理现象的基本规律，用以代表客观实际的复杂事物规律用以代表客观实际的复杂事物规律。正演理论方法正演理论方法

3、正演理论方法正演理论方法 地震模型技术地震模型技术 地震模型技术就是对实际的复杂地球介质作地震模型技术就是对实际的复杂地球介质作适当的简化（如简化为均匀介质，水平层状介质适当的简化（如简化为均匀介质，水平层状介质等），对地震波的传播规律也作适当的简化。然等），对地震波的传播规律也作适当的简化。然后用数学或物理的方法研究地震波在某种具体的后用数学或物理的方法研究地震波在某种具体的简化模型中传播的特点，用来模拟真实地质结构简化模型中传播的特点，用来模拟真实地质结构条件下的地震波场，指导地震勘探的野外采集，条件下的地震波场，指导地震勘探的野外采集，处理和解释等方面的生产和理论研究工作。处理和解释等方

4、面的生产和理论研究工作。 正演理论方法正演理论方法 建模软件建模软件 tesseral 2-d 是一个基于是一个基于pc的商业化的全的商业化的全波场模拟软件。它是由加拿大波场模拟软件。它是由加拿大 tesseral 技术有限技术有限公司研发的，公司研发的， 用它可以建立复杂的地质模型剖面，用它可以建立复杂的地质模型剖面，并且模拟不同的地震观测系统。并且模拟不同的地震观测系统。正演理论方法正演理论方法 建模软件建模软件炮点参数页炮点参数页用于定义震源方用于定义震源方式、子波形态和频率等。式、子波形态和频率等。接收点参数页接收点参数页用于定义排列长用于定义排列长度、排列与炮点之间的关系和度、排列与

5、炮点之间的关系和输出模拟结果的参数等。输出模拟结果的参数等。正演理论方法正演理论方法 建模软件建模软件 tesseral 2-d 采用人机交互的方式采用人机交互的方式建立、检查速度建立、检查速度-深度模型，并与常规地震深度模型，并与常规地震数据处理和解释直接集成。系统中包含一数据处理和解释直接集成。系统中包含一个典型的地质环境数据库，包括个典型的地质环境数据库，包括p波和波和s波波的速度及密度和岩性符号等。这样可以很的速度及密度和岩性符号等。这样可以很方便地输入岩石物理特性来构建地质模型。方便地输入岩石物理特性来构建地质模型。 正演理论方法正演理论方法 tesseral 2-d 包含四个主要的

6、功能块包含四个主要的功能块: model builder 模型建立器模型建立器 computation engine 计算引擎计算引擎 viewer 浏览器浏览器 processing block 处理软件包处理软件包正演理论方法正演理论方法 地震正演过程地震正演过程 如果我们已知地下的地质模型，它的地震如果我们已知地下的地质模型，它的地震响应如何？通过模拟野外地震采集，得到单炮响应如何？通过模拟野外地震采集，得到单炮记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移记录，再通过速度分析、动校正、叠加、偏移得到合成剖面这一过程就是正演。得到合成剖面这一过程就是正演。 py地震剖面与地质模型地震剖面与地质

7、模型速度分析速度分析cdp叠加叠加py地质模型与其地震响应地质模型与其地震响应为什要进行地震反演？为什要进行地震反演？ 在时间域中的褶积就在时间域中的褶积就是频率域中的乘积是频率域中的乘积. 从右图中可以看出从右图中可以看出,子子波的作用是将地震频波的作用是将地震频谱中高频和低频都消谱中高频和低频都消除了除了. 理论上讲理论上讲,反演就是试反演就是试图将这些失去的频率图将这些失去的频率区域进行恢复区域进行恢复.为什要进行地震反演？为什要进行地震反演？测井资料中所包含的频带范围测井资料中所包含的频带范围地震资料中所包含的频带范围地震资料中所包含的频带范围测井资料和地震资料频带范围对比测井资料和地

8、震资料频带范围对比低频低频高频高频为什要进行地震反演？为什要进行地震反演？可以看出，地震资料中明显缺少测井曲线可以看出，地震资料中明显缺少测井曲线中包含的低频及高频信息。低频成分提供了中包含的低频及高频信息。低频成分提供了地层的基本速度结构，高频成分提供了地层地层的基本速度结构，高频成分提供了地层的纵向分辨率。地震资料提供了稳定的中频的纵向分辨率。地震资料提供了稳定的中频信息和可靠的横向分辨能力。因此，需要通信息和可靠的横向分辨能力。因此，需要通过测井约束的波阻抗反演来提高其分辨率。过测井约束的波阻抗反演来提高其分辨率。反演理论方法反演理论方法反演的概念反演的概念 地震剖面的同相轴实质上代表的

9、是反射系数，同地震剖面的同相轴实质上代表的是反射系数，同相轴追踪的是反射系数而不是砂岩地层相轴追踪的是反射系数而不是砂岩地层,只有转换只有转换成波阻抗，才能真实地反应砂层的变化成波阻抗，才能真实地反应砂层的变化。 反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、反演就是由地震数据得到地质模型，进行储层、油藏研究油藏研究 反演理论方法反演理论方法 地震勘探中应用最广的反演问题是地震地震勘探中应用最广的反演问题是地震波阻抗反演，地震波阻抗反演是储层地球波阻抗反演，地震波阻抗反演是储层地球物理研究的最基本的处理技术之一，通过物理研究的最基本的处理技术之一，通过地震波阻抗反演把常规的界面型地震反射地震波阻抗

10、反演把常规的界面型地震反射剖面转换成岩层型的伪测井剖面，因而使剖面转换成岩层型的伪测井剖面，因而使地震资料转变成可以与钻井资料直接对比地震资料转变成可以与钻井资料直接对比的剖面形式。的剖面形式。反演理论方法反演理论方法 地震反演的目的地震反演的目的 根据地震资料，反推出地下介质的波阻抗、根据地震资料，反推出地下介质的波阻抗、速度和密度等岩石地球物理参数的分布，估算储速度和密度等岩石地球物理参数的分布，估算储层参数，并进行储层预测，以便为油气田的勘探层参数，并进行储层预测，以便为油气田的勘探和开发提供可靠的基础资料。和开发提供可靠的基础资料。反演理论方法反演理论方法动态监测动态监测地质模型地质模

11、型井网部署井网部署油藏描述油藏描述油藏工程油藏工程储层预测储层预测岩性反演岩性反演 反演提供各种岩反演提供各种岩性剖面，目的就是性剖面，目的就是将已知井点信息与将已知井点信息与地震资料相结合，地震资料相结合，为油田工作者提供为油田工作者提供更多的地下地质信更多的地下地质信息，建立储层、油息，建立储层、油藏的概念模型、静藏的概念模型、静态模型、预测模型，态模型、预测模型，提高油田采收率。提高油田采收率。 反演与油藏研究关系图反演与油藏研究关系图反演方法分类反演方法分类地震反演叠前反演叠后反演旅行时反演(层析成像)振幅反演（avo）振幅反演波场反演递推反演模型反演地震属性反演地震特征反演反演方法分

12、类反演方法分类 1、基于原始地震资料、基于原始地震资料 叠前反演类、叠后反演类叠前反演类、叠后反演类 2、基于数学算法、基于数学算法 线性反演类、非线性反演类线性反演类、非线性反演类 3、基于地震和测井的相对作用、基于地震和测井的相对作用 带限反演：道积分反演、递归反演等带限反演：道积分反演、递归反演等 测井约束下的宽带反演：广义线性、宽带约束反演、稀测井约束下的宽带反演：广义线性、宽带约束反演、稀 疏脉冲反演等。疏脉冲反演等。 地震约束下的测井内插外推：随机模拟、随机反演等。地震约束下的测井内插外推：随机模拟、随机反演等。 测井测井地震联合反演地震联合反演 ：特征反演、神经网络反演等。：特征

13、反演、神经网络反演等。反演方法分类反演方法分类 叠后地震反演使用叠后地震资料，反演的叠后地震反演使用叠后地震资料，反演的纵波阻抗能够在一定程度上反映储层的变纵波阻抗能够在一定程度上反映储层的变化规律，但不能给出横波波阻抗。化规律，但不能给出横波波阻抗。 叠前地震反演使用叠前地震道集资料，具叠前地震反演使用叠前地震道集资料，具有良好的保真性和多信息性。能同时反演有良好的保真性和多信息性。能同时反演纵、横波阻抗等反映地层岩性、物性和流纵、横波阻抗等反映地层岩性、物性和流体特征的多种参数。体特征的多种参数。反演的理论基础：反演的理论基础：褶积模型褶积模型(时间域时间域)假设假设:叠后地震数据道是零偏

14、叠后地震数据道是零偏移距的移距的没有多次波没有多次波没有没有avo效应效应噪声是随机的，与地震噪声是随机的，与地震数据不相关数据不相关子波是固定的，不随时子波是固定的，不随时间变化间变化地震数据已做过偏移，地震数据已做过偏移，每一地震道只取决于地震每一地震道只取决于地震道位置处的反射系数序列道位置处的反射系数序列地震道可以用下面的模型表示地震道可以用下面的模型表示seismic = wavelet * reflectivity + noise反演的理论基础：反演的理论基础：褶积模型褶积模型(频率域频率域)地震振幅谱地震振幅谱 = 子波振幅谱子波振幅谱 x 反射系数振幅谱反射系数振幅谱 s(f)

15、 = w(f )r (f)在频率域褶积变成乘积在频率域褶积变成乘积地震振幅谱缺少高频和地震振幅谱缺少高频和低频信息低频信息反演处理尝试恢复丢掉反演处理尝试恢复丢掉的高频和低频部分，恢的高频和低频部分，恢复的方法取决于反演的复的方法取决于反演的算法算法反演的理论基础：反演的理论基础：褶积模型褶积模型(反射系数反射系数)第第i层界面的反射系数定义为：层界面的反射系数定义为：ii1+i1+iiiiv + v v - v = r1+i1+i上面的等式只对垂直入射，忽略了上面的等式只对垂直入射，忽略了avo效应效应如果地震数据确实含有如果地震数据确实含有avo异常，反演处理也把这些异常，反演处理也把这些

16、异常当作速度和密度的变化，而不是当成泊松比的变化异常当作速度和密度的变化，而不是当成泊松比的变化因为反射系数与速度和密度的乘积有关，因此叠后反因为反射系数与速度和密度的乘积有关，因此叠后反演只能得到波阻抗，不能单独得到速度和密度演只能得到波阻抗，不能单独得到速度和密度反演的理论基础：反演的理论基础：褶积模型褶积模型(gardner公式公式)b = a v gardner公式计算密度：公式计算密度：波阻抗反演的最终结果是波阻抗道，为了得波阻抗反演的最终结果是波阻抗道，为了得到速度结果，可使用广义到速度结果，可使用广义gardner公式：公式：log( ) = log(a) + blog( v )

17、系数系数a和和b由工区内所有井用最小平方拟合求得由工区内所有井用最小平方拟合求得反演的理论基础：反演的理论基础：褶积模型褶积模型(gardner公式公式)由于叠后反演只能得到反射系数的资料，而反射系数与由于叠后反演只能得到反射系数的资料，而反射系数与密度和速度的乘积有关，因此，要利用叠后反演获得速密度和速度的乘积有关，因此，要利用叠后反演获得速度资料必须对密度进行假设，如为常数，或密度与速度度资料必须对密度进行假设，如为常数，或密度与速度之间存在关系，最常见的关系是之间存在关系，最常见的关系是gardner公式。公式。反演理论方法反演理论方法 反演方法的适应性反演方法的适应性 方法分类适用性技

18、术特点软件 递推反演递推反演1 1、勘探初期，、勘探初期， 少井或少井或无井无井2 2、大套地层或特殊岩性、大套地层或特殊岩性研究研究 忠实地震 分辨率低seisloginvertraceisis 模型反演模型反演1 1、勘探后期及开发阶段，、勘探后期及开发阶段，适合多井地区适合多井地区2 2、薄、互层研究、薄、互层研究分辨率高模型影响结果stratamprp interwell 多参数反演多参数反演1 1、适合多井地区、适合多井地区2 2、岩性、物性预测、岩性、物性预测分辨率高方法灵活emergeinvermod反演理论方法反演理论方法递推反演递推反演递推反演递推反演 基于反射系数递推计算地

19、层基于反射系数递推计算地层波阻抗波阻抗(速度速度)的地震反演方法的地震反演方法称为递推反演。称为递推反演。1211ppppzrrzr r ：反射系数，：反射系数，z z：波阻抗：波阻抗关键：反褶积关键：反褶积-从地震记录估算地层反射系数从地震记录估算地层反射系数 测井资料主要起标定和质量控制的作用测井资料主要起标定和质量控制的作用反演理论方法反演理论方法递推反演主要步骤递推反演主要步骤递推反演递推反演u宽频带、高保真叠前处理宽频带、高保真叠前处理u地震反褶积地震反褶积 频域反褶积频域反褶积 最大似然反褶积最大似然反褶积u递推反演相对速度递推反演相对速度u低频补偿低频补偿u测井质量监控和参数调整

20、测井质量监控和参数调整反射系数 相对阻抗低频分量 绝对阻抗+=反演理论方法反演理论方法递推反演特点递推反演特点 最终结果：最终结果：地层波阻抗（速度）地层波阻抗（速度） 方法实质：方法实质：（测井控制下的）地震直接反演测井控制下的）地震直接反演 应用条件：应用条件：地震品质高、钻井资料较少地震品质高、钻井资料较少 优优 点：点：忠实地震资料忠实地震资料 缺缺 点：点：缺低频、少高频、分辨率低缺低频、少高频、分辨率低递推反演递推反演递推反演是钻井资料缺少条件下的主流方法递推反演是钻井资料缺少条件下的主流方法反演理论方法反演理论方法稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法稀疏脉冲法 稀疏脉冲反演是基

21、于脉冲反褶积基础上的递推反演稀疏脉冲反演是基于脉冲反褶积基础上的递推反演方法方法,其基本假设是地层的强反射系数是稀疏分布的。其基本假设是地层的强反射系数是稀疏分布的。从地震道中根据稀疏的原则提取反射系数从地震道中根据稀疏的原则提取反射系数,与子波褶与子波褶积后生成合成地震记录积后生成合成地震记录;利用合成地震记录与原始地利用合成地震记录与原始地震道残差的大小修改参与褶积的反射系数个数震道残差的大小修改参与褶积的反射系数个数,再作再作合成地震记录合成地震记录;如此迭代如此迭代,最终得到一个能最佳逼近最终得到一个能最佳逼近原始地震道的反射系数序列。原始地震道的反射系数序列。 反演理论方法反演理论方

22、法稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法稀疏脉冲法稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演假定实假定实际反射可以认为是由际反射可以认为是由一系列大脉冲里夹杂一系列大脉冲里夹杂有小脉冲背景有小脉冲背景.稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演假定假定 只只有大脉冲有意义有大脉冲有意义.该方该方法通过检查地震道来法通过检查地震道来寻找大脉冲的位置寻找大脉冲的位置.反演理论方法反演理论方法稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法原理稀疏脉冲法稀疏脉冲法稀疏脉冲反演稀疏脉冲反演 每次建立反射序列每次建立反射序列为一个脉冲为一个脉冲. 增加增加脉冲直到地震道脉冲直到地震道被足够准确地进被足够准确地进行反演行反演 反演理论方法反演理论方法稀疏脉冲法稀疏

23、脉冲法稀疏脉冲法稀疏脉冲法该方法适用于井数较少的地区该方法适用于井数较少的地区,其主要优点其主要优点是能够获得宽频带的反射系数是能够获得宽频带的反射系数,较好地解决较好地解决地震反演的多解性问题地震反演的多解性问题,从而使反演结果更从而使反演结果更趋于真实。趋于真实。反演理论方法反演理论方法稀疏脉冲法稀疏脉冲法稀疏脉冲反演几个要点稀疏脉冲反演几个要点:试图利用地震数据获得最简单的可能模型试图利用地震数据获得最简单的可能模型.通常得到的结果比地质本身实际的同相轴少通常得到的结果比地质本身实际的同相轴少.它比它比基于模型反演基于模型反演比较少依赖于初始猜测模型比较少依赖于初始猜测模型.反演理论方法

24、反演理论方法 递推法与稀疏脉冲反演法主要是利用反褶积方递推法与稀疏脉冲反演法主要是利用反褶积方法来恢复反射系数序列，由经过标定的反射系法来恢复反射系数序列，由经过标定的反射系数序列递推出相对波阻抗，然后加上从声波测数序列递推出相对波阻抗，然后加上从声波测井和地质模型中得到的低频分量，最终得到反井和地质模型中得到的低频分量，最终得到反演波阻抗。这两类方法的主要缺陷是选择可靠演波阻抗。这两类方法的主要缺陷是选择可靠低频信息较为困难，由反射系数递推波阻抗过低频信息较为困难，由反射系数递推波阻抗过程中误差积累快，当反射系数存在较大误差时，程中误差积累快，当反射系数存在较大误差时，递推出来的波阻抗剖面会

25、面貌全非。递推出来的波阻抗剖面会面貌全非。 此外，经过反褶积处理的结果，并不代表真正此外，经过反褶积处理的结果，并不代表真正的反射系数序列，稀疏脉冲法在地质结构复杂的反射系数序列，稀疏脉冲法在地质结构复杂的条件下使用效果很差。其精度也难以满足储的条件下使用效果很差。其精度也难以满足储层预测、油藏描述的需要。层预测、油藏描述的需要。反演理论方法反演理论方法模型法反演模型法反演模型法反演模型法反演定义：定义：从一个初始地质模型出发，对模型扰动，直到得从一个初始地质模型出发，对模型扰动，直到得出的合成地震记录剖面能最好地拟合观测地震数据为止。出的合成地震记录剖面能最好地拟合观测地震数据为止。优点：优

26、点：通过引入测井高频信息来提高反演分辨率，分辨通过引入测井高频信息来提高反演分辨率，分辨率较高。率较高。缺点：缺点：有多解性有多解性反演理论方法反演理论方法模型法反演法原理模型法反演法原理模型法反演模型法反演测井资料测井资料地震资料地震资料初始模型初始模型合成记录合成记录修改模型修改模型计算误差计算误差反演结果反演结果误差？误差？初始模型初始模型 地震层位控制下的测井地震层位控制下的测井插值把地震与测井信息融为插值把地震与测井信息融为一体一体迭代过程迭代过程 基于地震误差分析结果的基于地震误差分析结果的模型修改充分发挥了地震有模型修改充分发挥了地震有效频段的控制作用效频段的控制作用反演结果反演

27、结果 误差最小时的的模型，地误差最小时的的模型，地震测井的有机结合使反演结震测井的有机结合使反演结果包含了全频段的地球物理果包含了全频段的地球物理综合信息综合信息反演理论方法反演理论方法模型法反演特点模型法反演特点模型法反演模型法反演最终结果：最终结果：地层波阻抗地层波阻抗(速度速度)方法实质：方法实质：测井地震联合反演测井地震联合反演应用条件：应用条件：钻井较多钻井较多优优 点：点：分辨率高分辨率高缺缺 点：点：有多解性有多解性反演理论方法反演理论方法模型法反演模型法反演以模型为基础的反演方法以测井资料为约束条以模型为基础的反演方法以测井资料为约束条件件,采用正、反演结合进行迭代，求取地下波

28、阻抗采用正、反演结合进行迭代，求取地下波阻抗将反演方法推向非线性问题。这种新方法利用了将反演方法推向非线性问题。这种新方法利用了测井资料的高频和低频信息，大幅度拓宽了地震测井资料的高频和低频信息，大幅度拓宽了地震信号的频带，可以更好地获得薄层、薄互层的波信号的频带，可以更好地获得薄层、薄互层的波阻抗信息。阻抗信息。 反演方法认识与建议反演方法认识与建议1、应根据目标区钻井资料的多少及其研究程度来选择合适、应根据目标区钻井资料的多少及其研究程度来选择合适的反演方法。的反演方法。2、在勘探程度较低阶段，应选用以地震资料频带为主的递、在勘探程度较低阶段，应选用以地震资料频带为主的递推反演方法，搞清储集体的总体分布规律，指导评价井和探推反演方法，搞清储集体的总