Jason反演软件适用性分析

Jason反演软件适用性分析

一）Jason软件适用性分析

1. 概述

波阻抗反演是目前应用最广泛的储层预测和油藏描述技术之一，其发展也日新月异，出现了各种各样的反演计算方法，这些方法由于其基于的数学物理模型的不同，各有优缺点，要求的基础资料和能够达到的反演效果也是不同的。

地质院于1999年首次引进Jason测井约束反演软件（部分模块），版本为5.1；2002年对该软件进行升级并扩充新模块，版本为6.0。该软件于2002年11月进行了软件安装，并随之举行了为期两周的现场培训。随后该软件正式投入生产，目前运行情况良好。Jason软件自引进以来，在济阳坳陷隐蔽油藏勘探中发挥了非常重要的作用，目前已成为国内应用最普遍的波阻抗反演软件之一。

2. 软件功能和技术特点

Jason软件是一个综合性、多方法的平台，它可以实现由递归反演－稀疏脉冲反演－随机模拟、随机反演－地震地质特征反演－弹性反演的处理过程，用户可根据需要由Jason 的模块构建自己的研究流程，完成储层预测和油藏描述。其重要特点是随着越来越多的非地震信息（测井，测试，地质）的引入，由地震数据推演的油气藏参数模型的分辨率和细节会得到不断的改善。

主要包括Environment Plus、Wavelets、Velmod、Invertrace、Invermod、Rocktrace、Statmod、Largo和Functionmod等9个模块。

1)、vironment Plus

Environment-Plus 集总了Jason的运行环境、各种分析工具和各种辅助性模块。实现数据输入、输出（地震Segy格式，测井和层位ASCII格式）；各种数据，各种方式的显示(井、层位、地震等的2D/3D显示)；合成记录标定、井曲线编辑（方便、灵活）；绘图/直方图分析（确定属性间的关系）；三维（地质/储集）体自动解释（用门槛值/多边形定义解释标准；解释结果（层顶、底，层厚度，

层间属性）可保存；报告解释体的叠置及井钻遇等情况；沿层属性提取（沿层面，层间等提取属性最大/最小/平均值等）；层位类数据的各种处理计算（平滑，加/减等）；地层异常检测（用属性的梯度异常确定地层/异常体的边界）；处理工具包（重采样，滤波，互相关等）；等值线（构造、属性等等值线）。

2)、Wavelets

子波估算模块，实现以地震资料的自相关为基础，估算子波的振幅谱；估算输入子波的常相位谱；估算子波的振幅谱和相位谱；估算用于Rocktrace的不同角道集的子波；子波特征编辑（如极性，坐标位置，角度范围等）；标定子波振幅；生成理论子波（如Ricker，双余弦等）；生成最小相位子波；计算平均子波；子波振幅谱和相位的合并。

3)、Velmod

速度建模模块,在地质框架模型的控制下，用地震迭加速度建立三维速度模型。适用于无井，少井或速度横向变化大的研究项目。包括建立三维速度模型（无井）或提高速度模型的精度（少井或速度横向变化大）；压力预测；时深转换，深时转换和提供阻抗的低频模型。

4)、Invertrace和Invertrace_plus

地震反演模块，实现递归反演、约束稀疏脉冲反演、模型补充、和有效厚度和空隙度估算等功能。

5)、Invermod

精细储层/油气藏描述模块，在地质框架模型控制下，以地震资料为约束，以测井资料为主体的储层/油气藏定量描述技术。提供以测井资料为基础的属性数据体（如声波，阻抗，孔隙度，自然伽玛等），进而得到高分辨率（横向和纵向）的储层/油气藏模型，及特征反演。

6)、Rocktrace

弹性反演模块，利用非零偏移距道集中含有纵，横波信息的特征，通过对不同角道集部分迭加资料进行反演，以获得反映岩性和流体成分的弹性阻抗或弹性参数模型，实现了岩性和流体的预测。弹性阻抗是反演不同角道集部分迭加资料得到的阻抗。弹性参数（纵、横波速度/阻抗和密度）是由不同角道集部分迭加资料同时联合反演得到的。

7)、Statmod

以地质框架模型、测井和地震资料为基础，以层为单位，利用储层/油气藏参数的空间分布规律和空间相关性进行随机模拟/随机反演，获得一组等概率的储层/油气藏参数模型。包括Statmod-Analysis利用已知资料分析确定储层/油气藏参数的空间分布规律（直方图）和空间相关性(变异函数)和Statmod-Modelling用不同的地质统计模拟技术实现储层/油气藏参数的随机模拟或随机反演。

8)、Largo

测井曲线计算（合成）、分析工具模块。Largo为用户提供各种测井曲线的转换（如时差-速度，中子密度-空隙度，纵波-横波等）、理论计算，即定义井孔地质模型（岩性、孔隙度等），用不同的方法计算理论测井曲线响应的工具。帮助用户编辑已有实测曲线（如声波，密度等）、生成新的测井曲线（如横波测井曲线等），并可通过流体替换分析不同流体在各种测井曲线上的响应。

9)、Functionmod

数据分析变换工具模块。利用用户定义或系统预定义的函数将Jason的数据变换生成新的Jason数据。Jason数据包括地震/属性（3D)、层位(2D)和井(1D)数据。

? 实现数据快捷的分析变换。

? 提供分析Statmod结果的工具

3. 软件适用性研究

Jason软件自引进以来，在济阳坳陷隐蔽油藏的勘探及其他诸多油田的勘探中均发挥了重要作用。相继在孤南181、垦西地区、坨719、沾14、上海春晓地区、郑家－王庄、梁108、孤北341、川东宣汉－达县、上海平湖等许多地区得到了成功的应用，目前已成为国内应用最普遍的波阻抗反演软件之一。

Jason软件推出了复杂断层建模方法，为地层结构复杂地区的建模提供了有利的手段；反演方法上，它主要提供了递归反演、约束稀疏脉冲反演、随机模拟、随机反演、地质特征反演以及弹性波阻抗反演等多种反演方法。

1）、复杂断层建模方法

?按照地层沉积的先后顺序建立控制表。

?每个断层上盘和下盘的沉积地层分开定义，层位定义通过属性truncation，来切断断层。断层通过定义属性base index，控制其断开的层位或断层。?定义层位或断层的T.F.I和S.F.I，来改变局部断层和层位的外推。

?断层的空间外推可以建立断层趋势面来控制。

?逆断层建模方法

逆断层的建立基本要点和正断层一样，区别是在定义解释层位是断层两侧名称不同，但要定义相同的地层名。

2）、递归反演

递归反演方法的主要计算原理是通过地层反褶积等求解出反射系数（如递归反演等）或用地震波形近似作为反射系数（如道积分），将反射系数公式通过泰勒公式展开，建立起波阻抗与反射系数的递推关系式逐层求解。

这类方法的优点是可以在少井或无钻井控制下进行反演，可以十分完整的保留地震反射特征，不存在多解性。在勘探初期即可推广应用，操作简单，实用性强。

其缺点是没有用井旁反演出的波阻抗值与井中波阻抗值的差值作进一步叠代反演；对记录中的噪声很敏感，尤其由于随着深度增加噪声积累起来而使该方法精度降低；受到地震频带限制，分辨率低。

3）、约束稀疏脉冲反演

该方法的实质就是在阻抗趋势的约束下，用最少数目的反射系数脉冲达到合成记录与地震道的最佳匹配。

目前，利用稀疏脉冲反演实现储层预测的地区（如孤南181、孤北341、沾14、坨719地区等等）最多，应用范围最广。它的优点是适应地质条件较广，可以通过模型补充方式提高分辨率，通过调节参数可以在一定程度上提高抗噪能力；具有较强的井约束工具，当地震与井匹配程度差时，可以实施井的强约束作用。缺点是对基础资料的要求高，初始阻抗模型的准确与否对反演的影响较大，不适合具有复杂地层产状的地区。

4）、随机模拟、随机反演

Janson软件系统中的StatMod模块就是通过波阻抗将储层特性和地震记录

相联系来直接估计油藏特征一个完整的反演过程，它包括随机模拟和随机反演。它包括两个功能模块，第一模块是StatMod_Analysis ，该模块是用来分析数据和模型直方图以及变异图，第二模块是StatMod_Modeling ，该模块是用来实现随机模拟和随机反演。模拟技术方法有克里金（Kriging ）、序贯模拟（Sequential Simulation ）以及和这两类的变种，也包括随机反演。

Janson 软件使用的序贯模拟类方法有序贯高斯模拟（SGS ）、序贯高斯协模拟（SG CS ）、序贯高斯配置协模拟（CGCCS ）、序贯阀值指示模拟（CTIS ）、序贯指示模拟（SIS ）、带趋势的序贯指示模拟（带趋势的SIS ）。序贯模拟的总体思路是(1)随机地选择一个待模拟的网格节点；(2) 估计该节点的累积条件分布函数(ccdf)；(3) 随机地从ccdf 中提取一个分位数作为该节点的模拟值；(4) 将该新模拟值加到条件数据组中；(5)重复1—4步，直到所有节点都被模拟到为止，

从而得到一个模拟实现

)()(u Z l 。 随机地震反演就是从随机建模产生的从一系列储层模型，优选出与地震数据最佳地匹配的储层模型，它是通过波阻抗将储层特性和地震记录相联系来直接估计油藏特征一个完整的反演过程，它是将随机模拟和随机反演进行有机地结合。目前该方法已成功地应用在郑家－王庄、上海春晓等地区，较好地完成有利储层的预测。

其优点是：反演结果与井可以达到最佳的吻合；突破地震频带宽度的限制，获得高分辨率的地层波阻抗资料；随机模拟可以获得伽玛、孔隙度等非波阻抗资料，进行岩性的反演；受地震资料品质的影响相对较小。 缺点是：反演结果依赖于各种统计特征（如变差函数）的准确；要求工区井点数不能太少，某一方向井点数也不能太少，要求井距应不大于砂体平均宽度；要求统计特征服从正态分布、对数正态分布或能通过转换形成上述分布；计算量大，影响了其推广应用。

5）、地质特征反演

JASON 软件系统中的InverMod 模块可以进行地震特征反演。地震特征反演是一套多参数地震反演技术，它可以综合地质、地震、测井、钻井、岩芯、岩屑、录井、野外露头等各类信息求得的储层参数，建立三维属性模型，根据地震资料反演出声波、密度、电阻率、自然电位、自然伽码、孔隙度、渗透率、含油饱和

度、泥质含量等各种地质信息，克服了常规地震反演技术只能反演声波、密度和波阻抗三种有限信息的缺陷，可以更加有效大地进行储层地预测和描述。

地震特征反演也是一种基于模型的反演方法，它首先利用已知的储层参数信息建立三维属性模型，然后通过主组分分析技术计算出每一种组分相对于地震成分的主组分和主组分的权，最后通过模型估算技术不断修改初始模型以匹配地震数据，得到反演结果，可用于储层描述。利用该方法成功地完成了梁108、郑家－王庄等地区的储层预测、砂体描述工作。

其优点是：它可以综合各类信息求得的储层参数，反演各种地质信息；可以利用薄互层不同的地层结构特征导致的地震波形的变化，进行薄互层的预测研究；可以对测井曲线进行校正。

6）、弹性波阻抗反演

弹性波阻抗是新近发展起来的一项利用叠前道集资料的有效储层预测的技术，该方法由Connolly于1999年正式提出了弹性波阻抗（Elastic Imptance）反演的方法，目前地震反演技术正在走向AI与EI相结合、AI与AVO相结合的发展道路。

实际的地震资料，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，共反射点地震资料存在AVO现象，特别对于大范围的炮检距记录，AVO现象则非常突出，这时仍然采用常规的地震道反演方法，就会限制反演的精度，甚至得到错误的反演结果。而弹性反演，用于解决较大炮检距入射条件下的纵波正、反演问题，解决非零炮检距条件下正、反演问题。

通过普光地区的岩石物理参数的分析，得到以下的分析结果：气层与碳酸盐岩和膏盐层具有明显的纵波速度降低而横波速度差异不大的特点，但与含泥碳酸盐岩在纵波速度上无法区分，因而仅利用纵波速度或纵波波阻抗无法区分两者，进一步的分析表明，气层较含泥碳酸盐岩的纵横波速度比和波松比值偏低，含气层和含泥碳酸盐岩具有相近的纵波速度（5400-5800m/s），而纵横波速度比气层在1.7-1.8之间, 含泥碳酸盐岩在1.8-1.9之间，利用纵横波速度比可以达到区分气层与含泥碳酸盐岩的目的。

针对该区的实际情况，设计采用了一步法的弹性波阻抗反演流程，具体如下：（1）利用井的弹性波测井曲线计算给定入射角θ的弹性波阻抗EI(θ)时间

序列；

（2）计算弹性波阻抗反射系数R(θ)时间序列；

（3）对地震记录抽取角道集记录，按某个角度（θ）附近的一个小范围内进行叠加得到类似于常规叠加记录道，称为AVA地震道；

（4）利用井旁AVA地震道及弹性波阻抗反射系数R(θ)时间序列，按照常规波阻抗反演时求子波的方法求取弹性子波，称为AVA子波；

（5）使用任一常规声阻抗反演方法反演EI；

（6）制作EI、AI、流体饱和度及孔隙度交会图，确定它们之间的关系；

（7）利用上述关系，将EI、AI数据体转换为孔隙度数据。

利用普光1井的纵横波测井数据和角道集数据应用约束稀疏脉冲反演方法得到了过普光1井的弹性反演剖面，气藏处具有随角度增大，弹性阻抗增大的趋势。表明弹性反演方法对识别有效储层有一定的效果。但反演结果受地震资料保真度控制。

4. 软件技术特点

通过利用Jason软件在多个地区，针对不同地层结构、不同储层类型采用不同反演方法的实际应用效果分析认为：

1、Jason反演软件是一个有效的工具。

Jason反演软件约束地震反演技术把地震、地质、测井等资料紧密结合为一体，是油田勘探开发工作中一项实用而有效的储层预测、油藏描述新技术。

2、Jason软件平台提供了多种有特色的反演技术，这些方法由于其基于的数学物理模型的不同，各有优缺点，要求的基础资料和能够达到的反演效果也是不同的，处理人员要根据不同的地震地质条件选择合理的反演方法和参数。不同的波阻抗反演方法采用的算法和对资料的要求是不同的，每种反演方法都有它的优点和应用的局限性，明确每种方法的基本原理和特点是正确选择适合一个特定地区地震地质条件反演方法的基础。

二）ISIS软件适用性分析

1. ISIS软件介绍

ISIS反演软件由丹麦φdegaard A/S公司研制推出，属于基于模型的地震反演方法, 其核心技术是全局优化的非线性模拟退火算法。

2. 算法特点

基于模型的测井约束反演一般都是求解一个最优化问题，即在模型空间内寻找一个模型，由它产生的合成数据与观测数据的误差能量最小。由于误差能量函数一般是复杂的多峰函数，且模型空间小，常规的迭代反演方法很难克服对初始模型的依赖，常常陷入局部峰值。模拟退火反演从固体物质的退火过程和组合优化问题的相似性出发，采用启发式随机搜索方法，加上随机扰动，避免陷入局部峰值，从大到小逐步降低扰动量范围，寻找全局最大（小）值。

模拟退火法有两种算法，即Metropolis(MSA)算法和Heat bath(HBSA)算法。两者的区别在于搜索模型空间和模型参数修改量不同。前者可在全空间自动搜索，模型修改量是随机的；后者则是把模型参数限制在一定的范围内，模型修改量是一固定值，其计算速度比前者快。

ISIS软件采用了后一种算法，它对传统的模拟退火算法做了较大的改进，是进行全局优化的多道反演系统，因此在实际处理中，对地震层位和断层的解释精度要求不高，收敛速度加快，快速实现三维一步反演。

3. 约束参数的适用性分析

约束条件即反演控制参数的选取，它控制了反演成果的质量。ISIS软件的优化函数由以下四个目标函数（控制参数）组成，最终反演结果受这四个参数控制，具体参数值要根据实际地震资料的品质、初始模型的可靠程度、划分层序的要求来确定的，且要经过测试才能使用。

通过陈官庄官11井区反演中对四个约束参数的取值条件研究，认为： ?信噪比

缺省值为6，该值越小，表示越不相信地震信息，反演中考虑地震信息越少；该值越大，表示越信任地震信息，反演中考虑地震信息越多。ISIS 软件认为，合成记录和地震剖面的残差在高频部分充满噪声，用信噪比约束，只让有效信号参与反演。但是，该参数与实际地震资料的品质有关，品质一定的情况下，信噪比越大，参与反演的噪声也越多。

?信号的连续性（相干性）

该参数为相邻两道波阻抗的偏差，参数值界于0到1之间，该值越小，相邻两道波阻抗的偏差越小，横向连续性越好，横向识别的地质体越大；该值越大，相邻两道波阻抗的偏差越大，横向连续性越差，横向识别的地质体越小。该参数决定着去噪功能，取值越小，可能抹杀横向上的变化；取值越大，加进不相干的成分越多，去噪效果差。 ?反演结果和低频模型的偏差

该参数为反演中模型波阻抗道与低频模型波阻抗道的偏差，参数值界于0到1之间，该值越小，表示越相信低频模型，反演中考虑井信息越多，分辨率越高；该值越大，表示越不相信低频模型，反演中考虑井信息越少，分辨率相对较低。该参数是一个较活跃的控制因素，一定程度上决定着最终反演的分辨率。 ?反射系数门槛值

该参数一般界于10-2和10-3之间，如果反演中计算出来的反射系数大于填写的该值，则认为是一个反射界面予以保留，用于计算波阻抗反演；如果反演中计算出来的反射系数小于填写的该值，则认为不是一个反射界面不以保留，反演中不用该界面。该参数取值越小，纵向分辨率越高，但多解性越强。 + ()f S N S d i i ?? ???-∑2()()f Z Z horizontal i i σ-±∑12()()f Z Z prior i prior σ-∑2# reflectors

E =

+ +

开发区多井

勘探区少井 应用优势 交互处理 批处理 主观干预

单道反演 多道反演 抗噪能力

小数据体小时窗 大数据体大时窗 数据体

离井越远效果越差 横向一致 可靠性

高频主要来自测井 高频主要来自地震 分辨率

高频初始模型 低频随机模型 初始模型

测井高频约束 四个约束条件 约束条件

局域优化 全局优化 优化算法

测井约束反演 ISIS 反演 表 ISIS 反演软件与其它测井约束反演软件的区别

4. 适用条件研究

我们运用ISIS 软件对坨143井区、上海春晓地区、钱官屯地区以及陈官庄地区进行了反演处理，通过对这些反演结果的应用效果分析及对反演软件的深入开发应用、实验对比，可以得出以下初步认识：

①、ISIS 反演技术具有几大优点：

（1）、快速——传统的模拟退火法速度很慢，而 ISIS 软件忠实于地震，不依赖于初始模型，且采用全局优化和局部优化相结合的算法，大大提高了计算效率，缩短了反演周期。

（2）、全局优化——模拟退火反演方法与溶化物体退火过程具有相似性，采用非线性的模拟退火使误差函数能量达到全局最小，反演不需要从详尽的初始模型开始，反演结果对初始模型依赖不大，故反演过程灵活、方便。

（3）、去噪——ISIS 反演在其优化函数中采用信噪比、相干性、与低频模型的偏差、反射系数门槛值为约束条件，联合选取一个平滑的最优模型，以摆脱高频随机噪声干扰。

（4）、时变子波——ISIS反演为保证对大时窗数据体的反演提供了时变子波技术，可有效提高反演后深层的分辨率。

（5）、倾角体——很好地解决了低频模型中井间内插时产状控制问题，除了用沉积信息，而且可以利用地震剖面上估算的倾角信息，经特殊滤波后形成的“无数”个沉积层序即层序场来引导内插、外推时的产状控制，大大降低了反演对解释层位的依赖和误差，使反演技术批处理能力大为增强。

②、缺点：纵向分辨率低,识别薄砂层时不宜使用该软件。从软件的灵活性、方便程度、编辑工具、容错性等方面看， ISIS软件同GEOSMART、JASON软件相比，相对较差。

③、适用条件探讨：

（1）、在勘探初期，尤其是在井少的情况下，初始模型难以准确求得，可以选用ISIS软件，根据速度谱资料和层序场以及相干体控制，得到比较合理的反演结果。

（2）、适合大时窗、大数据体的反演，运算成本低，可节约大量的人力和物力。（如６９km2 、２ms采样的1.2G的数据体在Ultra60的机器上，做倾角体约１５个小时，反演处理约６小时。）

（3）、ISIS反演使用了相干体和倾角体来约束断层和地层走向、接触关系，所以更适合于厚度变化快和侧向加积的地层；对侧向加积的地层，无论Jason 软件的建模功能多么强大，对前积层必须加密解释层位、定义顶底接触关系和层间关系等，否则难以很好的体现沉积现象。

（4）、对附加信息（地震、测井、层速度、地质模型）少的地震大剖面，反演资料品质的好坏成为控制反演剖面多解性和可靠程度的关键，因此建议从处理技术、处理流程、处理参数等方面提高地震资料的处理精度，使信噪比、采样率、有效频带宽度都满足地震反演的需要。

（5）、井数量及井位分布对反演结果的影响：在官11井区反演过程中，我们将工区内16口井抽稀至9口，重新建模、反演，再将抽掉的井投到反演剖面上，吻合的层数为55层，占81.4%，不吻合的层数为13层，占18.6%。也就是说，在井抽稀至一半的情况下，其它井分布比较均匀时，无井处反演结果的可信度可以达到81.4%。我们又抽掉11口井，只让5口井参与反演，并且这5口井

没有分布在工区边界，再将抽掉的井投到反演剖面上，吻合的层数为142层，占67.6%，不吻合的层数为68层，占32.4%。即在井抽稀至1/4的情况下，其它井分布不均匀时，无井处反演结果的可信度可以达到67.6%，同时可以说明，ISIS 软件对边界控制井的要求不大。

总之，针对不同的资料选取合理的反演处理方法，确立正确的技术路线，将地震反演与地质统计分析、地震解释、测井解释技术有机结合起来，才能有效地将反演技术用于生产中，发挥反演技术在寻找隐蔽油气藏中的优势和作用。

三）反演方法的适用性分析

不同的勘探程度，不同的资料条件、不同的地质任务和不同的地质条件需要采用相应的反演方法。根据对各种反演方法的原理和优缺点系统分析，对各种反演的适用性进行了系统的分析，表1是各种反演方法对不同勘探程度的适用性，表2为各种反演方法所适用的反演精度要求，表3为各种反演方法对地质资料品质的适用性。反演处理人员应当根据研究区实际的资料情况和地质任务要求采用合理的反演方法，在处理前做好可行性分析工作。

表1 各种反演方法对不同勘探程度的适用性

表2 各种反演方法对不同精度要求的适用性

表3 各种反演方法对不同地震资料的适用性

四）结论

1、Jason反演软件是一个有效的储层预测、油藏描述工具，目前为主力反演软件。

Jason提供了多种有特色的反演技术，这些方法由于其基于的数学物理模型的不同，各有优缺点，处理人员可根据不同的地震地质条件选择合理的反演方法和参数。自引进以来，在济阳坳陷隐蔽油藏勘探中发挥了非常重要的作用，目前已成为国内应用最普遍的波阻抗反演软件之一。

2、ISIS软件是对Jason的一个很好的补充：

在勘探初期，尤其是在井少的情况下，初始模型难以准确求得，可以选用ISIS反演软件，根据速度谱资料和层序场以及相干体控制，得到比较合理的反演结果。

由于采用了时变子波和倾角体建模技术，所以比较适合于大时窗、复杂地层产状地区的反演。