地震迭前反演技术_印兴耀PPT课件

叠前地震反演 印兴耀 中国石油大学山东东营 反演 叠前反演 叠后反演 EI反演 AVO反演 利用叠后资料在井的约束下得到AI 利用叠前资料获取AVO属性 利用叠前资料及弹性波阻抗获取岩石弹性参数 反演分类 水平叠加 角道集叠加 8度 角道集叠加 16度 角道集叠加 24度 水平叠加与角度部分叠加 页岩 含油 气 水砂岩的速度随深度变化关系 只利用纵波速度 难以区分砂岩和泥岩 在泊松比和纵波速度交汇图中 砂泥岩 和油气可以区分开 泊松比与岩性及流体成分的关系 Vp Vp 1 弹性模量 岩石弹性参数及其相互关系 2 纵波速度和横波速度 岩石弹性参数及其相互关系 3 泊松比 岩石弹性参数及其相互关系 泊松比的物理意义 是流体的体积模量 所以可以叫做流体的不可压缩性度量 fluidincompressibility 是抵抗剪切应变的度量 它常被称为刚性模量 modulusofrigidity 不可压缩性的度量 imcompressibility 或剪切模量 shearmodulus 泊松比 是反映岩性与含油气性的重要参数 它是用岩石纵向拉伸和横向压缩的比值来表示 常用弹性参数的意义 含油气地层一般都具有较低的 和 与流体无关 仅反映岩石骨架的性质 和 能够灵敏地反映储层属性 并且物理意义明确 在岩性和流体预测方面具有重大的意义 和 描述岩石弹性特征的主要地震参数有岩石的弹性模量 密度 纵波速度和横波速度等 弹性模量反映岩石应力 应变关系的特征 密度反映岩石的比重 速度则反映地震波在岩石中的传播的特征 它是弹性模量的函数 拉梅常数 剪切模量 体积模量 0 4 0 8 Vp Vs交会图 交会图 交汇图 在 交会图中可以看出 油层 红色 基本都分布在低泊松比 低 的区域 说明该区油层的特点之一是比水层具有更低的泊松比 当泊松比大于0 32时 砂岩为水层 Nml砂泥岩交会图 Nml砂泥岩交会图 Nml砂泥岩交会图 亮点技术的出现 使地震烃类检测能力有了很大提高 但实践表明 该技术也有其局限性 并不是所有的亮点都与气层有关 某些特殊的岩性体也可以形成地震剖面上的 亮点 八十年代初 Ostrander将反射系数随入射角变化应用于亮点型含气砂岩的识别 发现含气砂岩反射振幅随偏移距增加而增大 含水砂岩反射振幅随偏移距增加而减小 这一发现极大地改善了烃类检测的能力AVO分析是一项利用振幅随偏移距变化特征来分析岩性和油气藏的地震勘探技术 其基本思想是振幅随入射角变化 AVA 的规律与岩性参数有关 AVO也有其陷阱 并不是所有气层的AVO特征都呈增加现象 特殊岩性体也会引起AVO增加现象 充分利用地震反射振幅随偏移距不同或入射角不同而变化的特征 通过对这些数据的纵横波反演技术研究 能得到纵横波波阻抗 纵横波速度 密度 泊松比等多种参数 提供了研究岩性和流体变化规律的更多 更有效的反演数据体成果叠前地震反演较叠后反演推进一步 叠前反演 从含有丰富地质信息的叠前资料入手 深入研究叠前记录的正演模拟 叠前波形反演技术 采用弹性波反演方法由叠前道集中获取地层纵横波速度 密度等参数 然后利用不同角度的角道集数据得到弹性波阻抗数据体 这些技术相互补充 使叠前地震技术的研究进一步得到深入叠前弹性波反演和EI有机结合 可以建立一套较为完善的联合反演技术 从中得到的地层速度 密度 泊松比 弹性模量等岩性参数数据体 将为研究储层的变化规律提供新的手段 垂直入射反射 Zoeppritz方程及其近似 Zoeppritz方程 当地震波垂直入射到界面上时有 按斯奈尔定理有 由Zoeppritz方程解得 简单模型 合成CMP道集 共60道 最大炮检距1500米 近偏移距 中偏移距和远偏移距各20道的叠加结果 反射2缺失 第二和第三层阻抗相等 反射3微弱 某区典型含油砂岩的地震反射道集 某区典型含水砂岩的地震反射道集 泥岩 含油砂岩 泥岩 含水砂岩 含油性研究 Vp Vs 叠前弹性波波形反演 弹性参数 叠前地震数据 角道集数据 弹性波阻抗 约束 纵横波速度 密度 泊松比 弹性模量等地层弹性参数 叠前弹性波波阻抗反演 叠前波动方程反演 算法基本流程 随机产生一族弹性地层模型 计算每一地层模型的合成地震道集 合成道集与实际观测数据的比较 遗传算法 修改地层模型 收敛 否 是 计算适应度值 保存结果结束 叠前弹性波反演 叠前反演首先需要利用波场模拟合成叠前记录 选择合适的正演模拟方法是叠前反演中极为重要的一步射线追踪法运算速度较快 但地层数目很多时 对其进行射线追踪极其困难有限差分或有限元方法虽然精确 但运算量极大反射率法 谱方法或慢度法 用精确的波动方程方法进行波场模拟 能够计算包括转换波和多次反射在内的地震响应 运算速度介于有限差分和射线追踪之间 叠前弹性波反演 叠前地震反演能够从地震数据中得到P波和S波信息 由于P波对孔隙流体的变化较敏感 而S波主要与岩石骨架有关 流体的变化对其影响较小 为了检测流体类型 需要同时提供岩石的P波和S波信息在叠前波形反演的文献中 绝大多数是平面波反演 而实际地震记录是球面波记录基于声波理论的反演 得不到横波速度局部线性化反演方法需要地层参数的导数构成雅可比矩阵 而对地下进行精确模拟需要几百层地层 求导非常困难 Why 叠前弹性波反演 从左向右分别为初始群体最佳个体的P波速度 S波速度 密度及其叠前合成记录 图中红色曲线为真实井曲线 蓝色曲线为初始估计模型 可见初始模型参数与井数据差别较大 图中中间的黑色细线是地层参数的低频趋势 两侧的黑线是参数的约束范围 叠前弹性波反演 初始群体最佳个体的叠前合成记录 b 与井曲线叠前道集 a 的对比 可见二者存在很大差别 a b 从左向右分别为反演的P波速度 S波速度 密度及其合成记录 图中红色曲线为真实井数据 蓝色曲线为反演得到的地层参数 可见反演结果与真实模型有很好的吻合 叠前弹性波反演 从残差剖面上看出 两个地震道集有很好的相似性 叠前弹性波反演 叠前弹性波反演 时间 s 蓝色曲线是实际测井曲线 P波速度S波速度密度 VpVs密度 蓝色曲线为实际井数据 红色曲线为叠前波形反演结果 纵轴表示深度 单位 米 从实际井曲线与反演结果的对比来看 P 波速度和S 波速度匹配的很好 密度曲线匹配的较好密度曲线能较好地反映地层的变化 含气砂岩的密度较低与泥岩相比 砂岩表现高P 波速度和高S 波速度 含气后 P 波速度降低 而S 波速度基本不变 充分表明P 波速度的降低是含油气所致而不是由岩性变化引起 密度曲线 深度域 合成道集 左 与实际地震记录 右 对LS36 1 1井附近的CDP道集进行了遗传算法反演 下图分别是合成道集与实际地震记录的比较 箭头所示的同相轴同样显示了气砂岩反射引起的振幅随偏移距增大现象 反演结果与井曲线的对比 左图是纵波速度曲线 右图是密度曲线 其中红色是反演曲线 兰色是实际井曲线经过对比认为 反演结果是可靠的 从而为弹性波阻抗反演提供了先验信息 合成的叠前记录 LS36 1 2井附近的实际CMP道集 根据AVO理论 零炮检距 或小炮检距 剖面可以近似为声阻抗AI AcousticImpedance 的函数 它与岩石的密度和纵波速度有关 为了充分利用大炮检距地震振幅信息 需要利用一种与入射角有关的弹性阻抗EI ElasticImpedance 这种弹性阻抗形式上类似于声阻抗AI 不但与岩石的密度和纵波速度 而且与横波速度 入射角有关 弹性波阻抗 EI EI最早出现在Connolly于1999年发表的论文中 随后在2000年的SEG年会上同时出现了4篇论文对EI进行了研究 ARCO公司介织了他们申请了专利的弹性波阻抗反演方法 认为在求取的反射系数的稳定性方面要好于Conno11y方法 而且计算的EI和AI数值在同一个尺度下 CGG公司发表论文认为EI反演效果要好于AV0反演 因为EI在抗噪能力方面比AV0方法具有优势 同时BPAmoco公司在会上又提出了扩充弹性波阻抗方法 可以用于流体和岩性预测这些进展说明 弹性波阻抗已经成为波阻抗反演进一步发展的方向之一 地震反演的发展正在走向AI和EI相结合 AI和AVO相结合的道路 Zoeppritz方程及其近似 P P P S反射和透射 P P SV SV P Zoeppritz方程及其近似 Aki Richards和Frasier近似 第一项包含P 波速度第二项包含密度第三项包含S波速度 Shuey近似 Zoeppritz方程及其近似 Hilterman通过设下面的假设进一步简化了Shuey方程 1 仅用前两项 2 设 Zoeppritz方程及其近似 Smith和Gidlow近似 用这一近似在地震道集上做加权叠加可得到储层岩石性质的信息 其中 P 垂直入射时的纵波反射系数G 反射系数函数的梯度 Zoeppritz方程的近似均可统一为标准的斜率 截距式 AVO Zoeppritz方程及其近似 从中可以得到许多属性剖面 依据的Zeoppritz近似方程 Aki Richards 1980 近似 Fatti 1994 近似 Gray 1999 近似 弹性波阻抗反演 弹性波阻抗ElasticImpedance 地震波垂直入射时的褶积模型 对于与角度相关的数据 有 S R W S 为角度地震道 R 是与角度有关的反射系数 它是由P波速度 S波速度和密度 根据Zoeppritz方程计算得到的 W 是角度子波 由角度地震数据得到 就像对反射系数进行积分而得到声阻抗 AcousticImpedance 一样 角度反射系数用来计算弹性波阻抗 EI并不是一个可以进行物理测量的属性 它是由Zoeppritz方程或其近似式得出的用来解释地震数据的属性 弹性波阻抗反演是目前为解决岩性解释而提出的比较适用的方法 弹性波阻抗反演 寻求一个函数 使其与声阻抗有相似的性质 以便于以任意角入射时反射系数均可以用下面的公式表示 函数称作EI 弹性波阻抗 当地层弹性参数变化不大时 用EI的对数值来表示反射系数是准确的 弹性波阻抗反演 去掉两边的微分和对数项 得到下式 该式即为P波的弹性波阻抗 弹性波阻抗反演 弹性波阻抗反演流程用测井曲线合成横波速度 进而计算井中的EI曲线 对于同一个CMP道集来说 EI是入射角的函数将偏移距数据转化为角道集数据 估算每个角度数据所对应的子波利用与迭后反演相类似的反演算法计算出各个角度的弹性波阻抗剖面 波阻抗反演 弹性波阻抗反演 子波提取 子波的振幅和频率特性随角度的变化而变化 这保证了反演处理的稳定性 各角度的子波在形状上很相似 振幅和相位也都比较一致 这有利于各角度资料反演效果的对比 在不同角度的道集上进行合成记录标定 5 15度的y551井的合成记录层位标定图 从左至右分别为 角度子波 地震道 合成记录和测井曲线 右边的曲线分别为 红色的波阻抗曲线 蓝色的纵波速度曲线 15 25度的y551井的合成记录层位标定图 从左至右分别为 角度子波 地震道 合成记录和测井曲线 右边的曲线分别为 红色的波阻抗曲线 蓝色的纵波速度曲线 25 35度的y551井的合成记录层位标定图 从左至右分别为 角度子波 地震道 合成记录和测井曲线 右边的曲线分别为 红色的波阻抗曲线 蓝色的纵波速度曲线 三 弹性阻抗反演 角道集资料 5 15度角道集剖面 15 25度角道集剖面 25 35度角道集剖面 四 弹性阻抗反演 Ang5 15度 Complete impedance 5 15度 AVO反演 是从地震数据中抽取AVO属性 然后在合适的测井曲线的约束下将其转化 弹性波阻抗 反演 首先是在模拟的测井曲线约束下转化一定角度范围的角道集 再抽取所需的弹性参数 这两种方法只在子波不随偏移距变化时是相同的 当子波由于噪音等因素发生变化时 会在不同的AVO属性之间产生 泄漏 在通常使用的入射角范围内 这种 泄漏 压制了一些抗噪属性 这使得AV0反演不能提供满意的解决办法 然而 弹性波阻抗能够避免这个问题 因此弹性波阻抗具有优越性 AVO与EI反演 角道集叠加过程可以简单描述为 把固定偏移距的记录转换成固定入射角 或一定角度范围内的叠加 记录 将振幅随偏移距变化的关系转换为振幅随入射角变化的关系 计算时间T j对应的炮检距X j 在点 T j 1 X j 1 T j X j 之间建立线性关系 大角度对应时间T min 小角度对应时间T max 提取各道的T min 到T max 之间的振幅值做角度部分叠加 对应于角度 i 的角度道A 处理后的CMP道集资料 确定CMP道集的中心角序列 1 2 i 确定中心角 i 的范围 i min到 i max 计算层速度Vint 均方根速度Vrms 角道集部分叠加 角度道数据沿图中曲线拾取 可以看出 一般情况下 同一时间 深度 处远偏移距对应大角度 小偏移距对应小角度 同一偏移距角度随深度减小 零偏移距双程旅行时 ms 偏移距 m 偏移距和角度的关系 角叠加剖面可以为弹性阻抗反演提供资料角度的估算是一个复杂的过程 其准确性受地震资料前期处理的影响 为了或得更准确的角道集叠加资料 应加强地震资料的前期处理 同时在估算角度方面应采用更复杂的数学模型角部分叠加资料比叠后资料包含了更丰富的信息 AVO和弹性波阻抗反演要求地震资料具有AVA特征 因此将CMP道集资料转化为角道集部分叠加资料是非常必要的 弹性波阻抗的近似算法有多种 在此我们用BP近似来计算弹性波阻抗 根据Connoll