测井与地震联合反演方法探讨

测井与地震联合反演方法探讨

地震的反演是在地表观测地震数据的过程中，在已知地质规律、开挖和钻孔数据的限制下，成像和分解地下岩石的空间结构和性质。广义地震反演包括地震处理解释的所有内容。波阻抗反演是指利用地震资料反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。与地震模式识别预测油气、神经网络预测地层参数、振幅拟合预测储集层厚度等统计性方法相比,其具有明确的物理意义,是储集层岩性预测、油藏特征描述的确定性方法,在实际应用中取得了显著的地质效果,因此地震反演通常特指波阻抗反演。李庆忠院士指出:“波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达方式”。这说明了波阻抗反演在地震技术中的特殊地位。地震反演通常分为迭前和迭后反演两大类。近20年来,迭后地震反演取得了巨大进展,已形成了多种成熟技术。按测井资料在其中所起作用大小又可分成4类:地震直接反演、测井控制下的地震反演、测井-地震联合反演和地震控制下的测井内插外推。它们分别用于油气勘探开发不同阶段(见图1)。从实现方法上可分为3类:递推反演、基于模型反演和地震属性反演。波阻抗反演的方法道积分是利用迭后地震资料计算地层相对波阻抗(速度)的直接反演方法。因为它是在地层波阻抗随深度连续可微条件下推导出来的,因而又称连续反演。1反射系数的计算设岩层波阻抗Z(t)随深度(时间)连续变化,则反射系数r(t)可定义为波阻抗的微分函数r(t)=12dlnΖ(t)d(t)(1)r(t)=12dlnZ(t)d(t)(1)即反射系数是地层对数波阻抗对时间微分的一半。由(1)式导出Ζ(t)=Ζ0exp[2t∫0r(t)dt](2)Z(t)=Z0exp[2∫0tr(t)dt](2)通过积分处理,把反映岩层间速度差异的反射系数转换成了反映地层本身特征变化的波阻抗,可直接以岩层为单元进行地质解释(见图2)。2地震解释法道积分方法无需钻井控制,在勘探初期即可推广应用,实用性强。其主要优点是计算简单、递推累计误差小。其结果直接反映了岩层的速度变化,可以岩层为单元进行地质解释。缺点:①由于这种方法受地震固有频宽的限制,分辨率低,无法适应薄层解释的需要;②无法求得地层的绝对波阻抗和绝对速度,不能用于定量计算储集层参数;③这种方法在处理过程中不能用地质或测井资料对其进行约束控制,因而其结果比较粗略。递推反演的关键所基于反射系数递推计算地层波阻抗(速度)的地震反演方法称为递推反演。递推反演的关键在于从地震记录估算地层反射系数,得到能与已知钻井最佳吻合的波阻抗信息。递推反演方法中测井资料主要起标定和质量控制的作用,因而递推反演又称为直接反演或测井控制下的地震反演。1递推反演的技术无噪偏移地震记录的理论模型为S(t)=r(t)W(t)(3)S(t)=r(t)W(t)(3)式中S(t)——地震记录;W(t)——地震子波。通过子波反褶积处理,可由地震记录求得反射系数,进而递推计算出地层波阻抗或层速度。Ζj+1=Ζ0j∏i=11+ri1-ri(4)Zj+1=Z0∏i=1j1+ri1−ri(4)式中Z0——初始波阻抗;Zj+1——第j+1层地层波阻抗。波阻抗是重要的岩石物理参数,可直接与钻井对比进行储集层岩性解释和物性分析。递推反演是对地震资料的转换处理过程,其结果的分辨率、信噪比以及可靠程度完全依赖于地震资料本身的品质,因此用于反演的地震资料应具有较宽的频带、较低的噪声、相对振幅保持和准确成像。测井资料,尤其是声波测井和密度测井资料,是地震横向预测的对比标准和解释依据,在反演处理之前应仔细编辑和校正,使其能够正确反映岩层的物理特征。递推反演的技术核心在于由地震资料正确估算地层反射系数(或消除地震子波的影响),比较典型的实现方法有:基于地层反褶积方法、稀疏脉冲反演和测井控制地震反演等。地层反褶积方法是根据已有测井资料(声波和密度)与井旁地震记录,利用最小平方法估算数学意义上的“最佳”子波或反射系数。这种方法的优点是把子波求解的“欠定”问题变成了确定问题,在井点已有测井段范围内可获得与测井最吻合的反演结果。局限性主要有:①本方法完全忽略了测井误差和地震噪声,这些因素尤其是前者的客观存在使“子波”确定更加困难;②地层反褶积因子的估算是在计算时窗内数学意义上的最佳逼近,实际处理范围与该时窗的不同已超出了该方法的适用范围,即便是在井点位置,得到的反演结果已不可能是“误差最小”。不难看出,影响基于地层反褶积递推反演效果的主要因素是测井资料的质量和地震资料的信噪比以及地震噪声的一致性。稀疏脉冲反演(Sparse-spikeInversion)是基于稀疏脉冲反褶积基础上的递推反演方法,主要包括最大似然反褶积(MLD),L1模反褶积和最小熵反褶积(MED)。这类方法针对地震记录的欠定问题,提出了地层反射系数由一系列迭加于高斯背景上的强轴组成的基本假设,在此条件下以不同方法估算地下“强”反射系数和地震子波。这种方法的优点是无需钻井资料,直接由地震记录计算反射系数,实现递推反演,其缺陷在于很难得到与测井曲线相吻合的最终结果。基于频域反褶积与相位校正的递推反演方法,从方法实现上回避了计算子波或反射系数的欠定问题,以井旁反演结果与实际测井曲线的吻合程度作为参数优选的基本判据,从而保证了反演资料的可信度可解释性,是递推反演的主导技术,其主要技术关键有:恢复地层反射系数振幅谱的频域反褶积、使井旁反演道与测井最佳吻合的相位校正以及反映地层波阻抗变化趋势的低频模型技术。图3给出了这种方法的质量控制实例,其中最佳相位校正等处理使井旁道反演结果与实际测井曲线在时间域最佳吻合,正确的低频信息使反演结果与实际钻井在深度上一一对应。2储集层递推反演的应用意义基于地震资料直接转换的递推反演方法比较完整地保留了地震反射的基本特征(断层、产状),不存在基于模型方法的多解性问题,能够明显地反映岩相、岩性的空间变化,在岩性相对稳定的条件下,能较好地反映储集层的物性变化。递推反演方法具有较宽的应用领域。在勘探初期只有很少钻井的条件下,通过反演资料进行岩相分析确定地层的沉积体系,根据钻井揭示的储集层特征进行横向预测,确定评价井位。到开发前期,在储集层较厚的条件下,递推反演资料可为地质建模提供较可靠的构造、厚度和物性信息,优化方案设计。在油藏监测阶段,通过时延地震反演速度差异分析,可帮助确定储集层压力、物性的空间变化,进而推断油气前缘。由于受地震频带宽度的限制,递推反演资料的分辨率相对较低,不能满足薄储集层研究的需要。接反演方法的不足在薄储集层地质条件下,由于地震频带宽度的限制,基于普通地震分辨率的直接反演方法,其精度和分辨率都不能满足油田开发的要求。基于模型地震反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限带宽的不足,可获得高分辨率的地层波阻抗资料,为薄层油(气)藏精细描述创造了有利条件。1模型数据处理基于模型地震反演方法思路如图4所示。这种方法从地质模型出发,采用模型优选迭代挠动算法,通过不断修改更新模型,使模型正演合成地震资料与实际地震数据最佳吻合,最终的模型数据便是反演结果。基于模型地震反演(又称测井约束地震反演)实质上是地震-测井联合反演,其结果的低、高频信息来源于测井资料,构造特征及中频段取决于地震数据。多解性是基于模型地震反演的固有特性,即地震有效频带以外的信息不会影响合成地震资料的最终结果,减小基于模型方法多解性问题的关键在于正确建立初始模型。基于模型反演结果的精度不仅依赖于研究目标的地质特征、钻井数量、井位分布以及地震资料的分辨率和信噪比,还取决于处理工作的精细程度,其主要技术环节有:(1)火炬树叶片干部队伍的基本法测井资料,尤其是声波和密度测井,是建立初始模型的基础资料和地质解释的基本依据。通常情况下,声波测井受到井孔环境(如井壁跨塌、泥浆浸泡等)的影响而产生误差,同一口井的不同层段,不同井的同一层段误差大小亦不相同。因此,用于制做初始波阻抗模型的测井资料必须经过环境校正。(2)最小平方法的局限性子波是基于模型反演中的关键因素。子波与模型反射系数褶积产生合成地震数据,合成地震数据与实际地震资料的误差最小是终止迭代的约束条件。迭后地震子波提取常用两种方法,其一是根据已有测井资料与井旁地震记录,用最小平方法求解,是一种确定性的方法,理论上可得到精确的结果,但这种方法受地震噪声和测井误差的双重影响,尤其是声波测井不准而引起的速度误差会导致子波振幅畸变和相位谱扭曲。同时,方法本身对地震噪声以及估算时窗长度的变化非常敏感,使子波估算结果的稳定性变差。目前比较实用有效的方法是多道地震统计法,即用多道记录自相关统计的方法提取子波振幅谱信息,进而求取零相位、最小相位或常相位子波,用这种方法求取的子波,合成记录与实际记录频带一致,与实际地震记录波组关系对应关系良好。(3)波阻抗界面的深度变化建立尽可能接近实际地层情况的波阻抗模型,是减少其最终结果多解性的根本途径。测井资料在纵向上详细揭示了岩层的波阻抗变化细节,地震资料则连续记录了波阻抗界面的深度变化,二者的结合,为精确地建立空间波阻抗模型提供了必要的条件。建立波阻抗模型的过程实际上就是把地震界面信息与测井波阻抗正确结合起来的过程,对地震而言,即是正确解释起控制作用的波阻抗界面,对测井来说,即是为波阻抗界面间的地层赋于合适的波阻抗信息。初始模型的横向分辨率取决于地震层位解释的精细程度,纵向分辨率受地震采样率的限制,为了能较多地保留测井的高频信息,反映薄层的变化细节,通常要对地震数据进行加密采样。2地震资料高效利用的原则基于模型反演技术把地震与测井有机地结合起来,突破了传统意义上的地震分辨率的限制,理论上可得到与测井资料相同的分辨率,是油田开发阶段精细描述的关键技术。多解是基于模型反演方法的固有特性,主要取决于初始模型与实际地质情况的附合程度,在同样的地质条件下,钻井越多,结果越可靠,反之亦然。地震资料在基于模型反演中主要起两方面的作用,其一是提供层位和断层信息来指导测井资料的内插外推建立初始模型,其二是约束地震有效频带的地质模型向正确的方向收敛。地震资料分辨率越高,层位解释就有可能越细,初始模型就接近实际情况,同时,有效控制频带范围就越大,多解区域相应减少。因此提高地震资料自身分辨率是减小多解性的重要途径。在基于模型地震反演方法中,不适当的强调两个概念容易给人造成误解。其一是强调分辨率高,因为这种方法本身以模型为起点和终点,理论上与测井分辨率相同,问题的实质在于怎么更好地减少多解性。其二是强调实际测井与井旁反演结果最相似。建立初始模型过程中的第一步就是测井资料校正,使合成记录与井旁道最佳吻合,用校正后的测井资料制作模型,实际运算中对井附近模型不可能有大的修改,因此这种对比并无实际意义,很容易误导。精细油藏管理技术地震反演是储集层横向预测的核心技术,可用于油气勘探开发的各个阶段。在勘探阶段,