AVO地震参数反演方法概述
叠前AVO地震反演方法概述
(刘文劼 095211068)
AVO是一项利用振幅随偏移距变化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。理论分析表明:振幅系数随入射角变化与分界面两侧岩石的弹性参数有关，它是通过非常复杂的非线性关系与介质的密度p1和p2、纵波速度a1和a2、横波速度b1和b2及入射角联系起来。振幅系数随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO关系可以直接反演岩石的密度p、纵波速度a和横波速度b，定量进行地震油藏描述。
波阻抗反演是零炮检距数据模型反演，那么AVO分析就是非零炮检距数据反演。由于通过叠加得到零炮检距剖面，一方面丢失与炮检距有关的信息，另一方面叠加道又不是真正的零炮检距道，致使反演结果的稳定性以及它的应用均受到了一定程度的制约，AVO分析是在具有不同炮检距道集上进行分析，充分应用了叠前各种信息。因此，它有相对好的应用前景。
目前叠前AVO反演方法主要有以下几种：
(1)基于Powell算法的AVO非线性反演
采用朱向阳和熊有伦提出的改进的Powell共扼方向算法,以Aki-Richard近似式为基础, 充分利用叠前地震数据丰富的振幅和旅行时信息,模拟平面波在层状弹性半空间传播时形成的地面反射记录,并使其与实际数据间的差异最小,从
而获得地层的密度、纵波速度和横波速度分布。
(2)基于贝叶斯理论的AVO非线性反演
基于贝叶斯理论, 结合似然函数与先验地质信息反演纵横波阻抗及密度。先验模型参数的分布采用的是Huber分布。Huber分布对于小的模型参数值进行一致
性加权, 对于大的模型参数值采用拉普拉斯分布产生的权函数进行加权, 使之
更能准确地反映模型参数的分布规律。
(3)点约束稀疏脉冲叠前反演
基于贝叶斯参数估计的理论,假设似然函数服从高斯分布,待反演的参数服从改进的Cauchy分布,从而得到稀疏的反射稀疏序列,然后用已知点的纵波阻抗、横波阻抗和密度对反演结果进行点约束,从而使反演的结果更加准确可靠。反演过程中应用反复重加权最小二乘法来求解非线性问题,并通过共扼梯度法来求解大型的矩阵方程,通过几步迭代就可以得到问题的解,方法速度快且抗噪能力强。
上述的反演方法,经过不断的模型试验和实际资料试算,总结出这三种方法具有以下特点：
(1)Powell算法在初始模型较准确时,分辨率高,可靠性强,反演结果也比较理想。缺点是算法中的井约束过大,对初始模型的依赖严重,因此反演的外推效果不好；
(2)基于贝叶斯理论的叠前AVO反演,可根据信噪比的大小,有效的均衡地震数据及测井数据的信息采用量,准确的反演储层参数。提高了反演问题的稳定性及反演结果可靠性。在数据信噪比较低时,约束条件控制了参数的反演结果, 数据提供的信息较少,但得到的结果在地质解释上是可信的。反演的外推效果较好, 但存在分辨率低的缺点。可通过改进先验分布函数来提高其分辨率；
(3)点约束稀疏脉冲叠前反演与基于贝叶斯理论的叠前AVO反演的原理类似, 并在此基础上对反演结果进行了点约束。此方法不需要准确的初始地层模型,且反演速度快, 是解决海量数据叠前反演的新方法,用纵波阻抗、横波阻抗和密度点对反演结果进行约束,可得到稳定、准确、可靠的反演结果。缺点是对所用子
波要求很高,这就要使用耗时的遗传算法来提取。
这三种方法都有各自的优缺点,应根据工区资料的实际情况,选择最适合实际的反演方法。
地震资料反演技术概论
地震资料反演技术概论(波阻抗、岩性反演处理技术) 一九九八年九月 辽河油藏工程培训班材料 编写人：钟俊
地震资料反演技术概论 前言 一.反演的概念、目的 二.反演的发展历史及趋势 三.反演的基本方法 四.反演的限制条件 五.反演的基本流程 六.反演实例
前言 地震、测井、钻井是石油工作者认识地下地质构造、地层、岩性、物性、含油气性的最重要的信息来源。虽然测井、钻井仅能提供井孔附近的有关信息，尤其是有关岩性、物性、含油气性的信息，但是这些信息往往具有很高的分辨率，可信度、准确性，能确切地指出含油气层的位置，定量化分析与储层、油藏有关的参数。然而一个油气田勘探、开发方案的设计、实施、调整仅靠测井、钻井资料是远远不够的，必须与地震资料相结合进行综合分析才能取得良好效果。 地震资料的分辨率虽然远远不及测井、钻井，但是随着地震勘探技术的发展，从光电记录、模拟记录到数字记录，从二维到三维，地震资料的信噪比、分辨率、成像的准确性都获得了极大的提高，由于地震资料包含大量地下地质信息，覆盖面积广，具有三维特性，所以这项技术的使用越来越受到石油工作者的重视，如何利用地震资料研究地下地质构造、地层？如何进行储层预测、油藏描述？如何进行油藏、含油气层的预测？ 这些问题促使地球物理学家、地质学家开发应用了一系列地震资料特殊处理技术，如地震资料反演技术、地震属性分析技术、AVO分析技术，这些技术充分利用测井、钻井、地震的长处，使人们对地下储层、油藏的研究从点到面、从二维到三维、从三维可视化研究到油藏动态监测、从定性研究到定量化研究，大大提高了钻探成功率，有效地指导了油田开发，
叠前反演
一引言 岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度，岩石的弹性模量又首先决定于岩石的矿物成分，其次是孔隙度、孔隙流体性质以及压力、温度等环境因素，而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影响岩石的弹性模量和密度而影响速度的，所以决定岩石速度的最重要因素是岩石成分，因此我们自然想到用速度来判别岩性。然而，各种岩石的速度范围太宽，互相重叠，我们很难仅仅根据速度来作岩性判别。因此利用AVO和叠前弹性反演进行岩性预测越来越引起人们的重视。 二叠前反演方法原理 （一）AVO的方法原理 AVO分析技术是利用地震反射振幅与炮检距变化的关系 (Amplitude—Versus Offset,简称AVO)，即:通过分析CDP道集中不同炮检距的地震反射,来识别岩性及检测含气性的一种地震技术。其物理意义是:在两种不同岩层之间的界面上,当一种岩层的纵、横波速度之比Vp/Vs与另一种岩层的速度之比明显不同时，其反射系数随入射角（炮检距）而变化。AVO反演主要利用不同岩性泊松比差异所形成的AVO特征响应，来区分波阻抗相近的储层与非储层。 当地震纵波P1非垂直入射到两种介质分界面上时，会产生反射波和透射波，其中反射波包括反射纵波P2和反射横波S1，透射波包括透射纵波P3和透射横波S2（图1-1 图1-1纵波倾斜入射到界面产生的反射波和透射波示意图 纵波非垂直入射，反射系数和透射系数满足Zeoppritz方程：
??? ? ????????---=????????????? ????????? ??? ?? ? ?? ?------1111211222212 21111221 11222 2 211122211122 2112211 2cos 2sin cos sin 2sin 2cos 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin sin cos sin cos cos sin cos sin φθθθφρρφρρφφφρρθρρφθφθφθφθφθPS PP PS PP P S P P P S S P S P S P S S P T T R R V V V V V V V V V V V V V V V （1-1） 其中介质1表示入射波和反射波所在的介质，介质2表示透射波所在的介质，VP1、VS1分别表示介质1中纵、横波的速度；VP2和VS2分别表示介质2中纵、横波的速度；ρ1和ρ2分别表示介质1和介质2的密度；θ1表示纵波的入射角和反射角；φ1表示横波的反射角，θ2和φ2分别表示透射纵波、横波的透射角；RPP 、RPS 、TPP 、TPS 分别表示P 波反射系数、SV 波反射系数、P 波透射系数和SV 波透射系数。 （二）叠前弹性反演的原理 叠前弹性反演基于贝叶斯原理，并且假设地震噪声和弹性模型的不确定性分布都是高斯概率分布，零均值，数据空间的斜方差为Cd ， 模型空间的斜方差为Cm 。 基于这些假设，在最大相似性基础上的最佳弹性模型，最小化下面的目标函数： （3-6） 这里Js 和Jg 分别是与地震和地质有关的表达式。 假设地震噪声各道之间是互不相关的，入射角为θ,数据的斜方差Cd 是对角 线的，角道集地震数据的噪声函数是 ， 表示的则是模型的预测结果与实 际角道集地震振幅的偏差： （3-7） 这里是角度为θ时的反射系数系列，与当前的弹性模型m 有关，是 与角度θ和 有关的最佳角道集子波， 是实测的角度为θ时的地震数据。 角度为θ时的反射系数序列由Zoeppritz 方程的近似算法Aki-Richards 方程得到。 最终叠前弹性反演的目标函数就变为：
地震波阻抗反演方法综述
地震波阻抗反演方法综述 一、地震反演技术研究现状 地震反演方法是一门综合运用数学、物理、计算机科学等学科发展起来的新技术新方法，每当数学方法、物理理论有了新的认识和发展时，就会有新的地震反演技术、方法的提出。随着计算机技术的不断发展、硬件设施的不断升级，这些方法技术得到了实践验证和提升，反过来地震反演技术运用中出现的新问题、新思路又不断促使数学方法、地球物理学理论的再次发展。时至今日，地震反演技术仍然是一个不断发展、不断成熟、不断丰富着的领域。 反演是正演的逆过程，在地震勘探中正演是已知地下的地质构造情况、岩性物性分布情况，根据地震波传播规律和适当的数学计算方法模拟地震波在地下传播以及接收地震波传输到地表信息的过程。地球物理反演就是使用已知的地震波传播规律和计算方法，将地表接收到的地震数据通过逆向运算，预测地下构造情况、岩性物性分布情况的过程。地震波阻抗正演是对反演的理论基础和实现手段。 1959年美国人Edwin Laurentine Drake在宾夕法尼亚州开凿的第一口钻井揭开了世界石油工业的序幕。从刚开始的查看地质露头、寻找构造高点寻找石油，到通过地震剖面的亮点技术寻找石油，再到现在运用多种科学技术手段进行油气资源的预测，石油勘探经历了一个飞速的发展历程。 声波阻抗（AI）是介质密度和波在介质中传播速度的乘积，它能够反映地下地质的岩性信息。声波阻抗反演技术是20世纪70年代加拿大Roy Lindseth博士提出的，通过反演能够将反映地层界面信息的地震数据变为反映岩性变化的波阻抗（或速度）信息。由于波阻抗与地下岩石的密度、速度等信息紧密联系，又可以直接与已知地质、钻井测井信息对比，因此广泛应用于储层的预测和油藏描述中，深受石油工作者的喜爱。70年代后期，从地震道提取声波资料的合成声波技术得到了快速发展，以此为基础发展的基于模型的一维有井波阻抗反演技术，提高了反演结果的可靠性。进入80年代，Cooke等人将数学中的广义线性方法运用于地震资料反演，提出了广义线性地震反演。此后Seymour等人又提出了测井声波资料和地震数据正反演相结合求取地下声波阻抗的测井约束反演，大大拓宽了反演结果的纵向分辨能力。 90年代，在基于前人对地质统计学研究的基础上Bortoli和Haas提出了地质统计学反演，Dubrule等人对该方法进行了改进和推广。在国内随着油田对地震反演技术的广泛应用，以周竹生为主提出的地震、地质和测井资料联合反演方法，将地质信息引入地震反演中，提高的反演结果与地质认识的联系，克服了线性反演存在的缺陷。1996年，李宏兵等人将宽频带约束方法应用于递推反演并对其进行改进，减弱了噪音对反演结果的影响。 1999年，任职于英国石油公司的Connolly在《弹性波阻抗》一文中介绍了弹性波阻抗（EI）的概念和计算方法，阐述了不同入射角度（偏移距）地震道集部分叠加反演波阻抗随入射角之间的关系，但是该方法求取的弹性阻抗随入射角变化很大，无法与常规叠后反演波阻抗直接比较，因此推广应用较为困难。2002年，Whitcombe通过修正Patrick Connolly的计算公式，得到了弹性波阻抗的归一化求取方法，消除了弹性阻抗随入射角变化大的难题。2003年，西北大学马劲风教授从Zoeppritz方程简化出发提出了广义弹性波阻抗的概念，克服了以往波阻抗反演要求地震波垂直入射到地表的假设条件，推导出了任意入射角下纵波反射系数的递推公式，提高了中等入射角度下弹性波阻抗反演的精度。
地震波层析成像反演方法及其研究综述
No.13,2010 现代商贸工业 Modern Bus iness Trade Industry2010年第13期 地震波层析成像反演方法及其研究综述 冯 微 (长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州434025) 摘 要:通过研究利用初至波走时的层析反演方法建立近地表速度模型,提供近地表地下介质的速度信息,进一步为静校正或浅层工程勘探服务。 关键词:速度建模;层析成像;初至波 中图分类号:TB 文献标识码:A 文章编号:1672 3198(2010)13 0368 01 地震勘探是利用人工在地表激发和接收地震波,再对地震波作分析处理以及解释而得到地下构造信息和岩性信息的一种方法。在整个地震勘探过程中,精确的求取地震波在地下介质中的传播速度,一直是地震勘探的核心问题之一。尤其在地表条件较复杂的区域,地表速度的横向剧烈变化会严重影响中深层目的层的成像效果。近地表速度不准确,将会直接影响到速度分析、偏移成像的质量以及静校正的精度等地震勘探的各个环节和最终的勘探成果。 1 地震面波及波形反演 利用面波进行结构反演一直是了解地球介质结构的重要途径。近几年来,在面波理论和面波反演方面做了大量工作。陈蔚天和陈晓非(2001)提出了一种求解水平层状海洋-地球模型中面波振型问题的新算法,它简洁、高效,彻底消除了高频情况下数值计算的精度失真问题。张碧星等(2000,2002)对瑞利波勘探中 之字形频散曲线形成的物理机理和多模性问题进行了理论分析,研究了诸波模的传播特性及相互关系,以及地表下低速层介质的位置、厚度及其它参数对 之字形频散曲线的相互影响.在面波反演理论方面,朱良保等(2001)通过保角变换,把面波群速度的反演变成了球谐系数的线性化反演,使其计算速度快,等值线光滑,构造界限清晰。众多研究者根据从面波资料求出的频散曲线,对不同地区的地下速度结构作了反演,揭示了横向结构差异的广泛存在。 根据走时反演地下结构是获取结构信息的经典做法。刘伊克等(2001)根据三维地震观测的初至走时数据,利用最小平方与QR分解相结合的算法,在三维空间重建近地表低降速带速度模型。同时,采用分形算法克服了初至波波形差异以及折射波相位反转导致的拾取误差,实现了三维初至拾取的大规模全自动化运算。李录明等(2000)针对地震勘探中的复杂地表问题,提出了一套地震初至波表层模型层析反演方法.它利用地震直达波、回折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势,实现适应速度任意变化的复杂表层模型反演。 在利用远震体波接收函数反演地下结构方面。钱辉等(2001)对接收函数反演地壳结构速度的算法作了分析,使之适应正演参数的变化,并利用天然地震接收函数揭示了青藏高原东部地壳结构。 近年来,非线性反演越来越受到重视,许多研究者把新的最优化理论引入地震学反演中。孟洪鹰和刘贵忠(1999)提出了多尺度地震波形反演的小波变换方法。对于一维非线性地震波形反演问题,此方法和已有的简单迭代法及多重网格法比较表明,此方法更为有效。杨峰和聂在平(2000)提出了用于二维轴对称非均匀介质结构的反演和成像的一种新的反演迭代方法变分玻恩迭代方法.与传统的玻恩迭代方法相比,其收敛速度和成像质量均有较大改善。 2 地震勘探、测井问题中的地震波研究及其它 在地震勘探和测井方面,许多研究者针对实际问题,提出了新的方法。沈建国和张海澜(2000)计算了井内靠近井壁的偏心声源激发的声场,得到了在井壁不同位置的接收波形,分析了直达波、井壁反射波、纵波、横波和面波在这些波形中的反映。为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,程玖兵等(2001)提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像。陈生昌等(2001)实现了一种基于拟线性Born近似的叠张海明等:地震波研究前深度偏移方法,扩大了拟线性Born近似的应用范围,使其能够适应更强的横向速度变化。张美根和王妙月(2001)利用有限元法和最小走时射线追踪的界面点法,实现了各向异性弹性波的叠前逆时偏移.陈志德等(2002)利用叠前深度域地震成像对速度模型变化的敏感性,采用偏移迭代逐次逼近最佳成像速度,研究开发了一套快捷有效的三维叠前深度偏移深度域速度模型建立技术。顾汉明等(2002)在频率-波数域中采用解析法,解出多层条件下海底实测的多分量地震数据分解成上行和下行P波和S波的算法,导出海底各层地震反射系数随入射角变化(简称RVA)的递推计算公式。金胜汶等(2002)给出了一种高效率、高精度的炮检距域叠前深度偏移方法,并得到各个不同照射角下的成像结果。 3 讨论和结论 地震波理论是固体地球物理学研究的重要基础.地震波研究领域的任何实质性进展都会促进固体地球物理学的发展.在过去的4年里,中国地球物理学家在该领域做了很多有意义的研究工作,其中不乏创新性的理论工作.当前地震波研究领域的重要课题包括: (1)复杂地球介质中地震波激发与传播理论; (2)高效计算三维介质中地震波传播的数值方法; (3)利用先进的地震波数值模拟方法,开展设定地震与强地面运动的数值模拟研究,为精细的地震危险分析与预测奠定基础。 参考文献 [1]周庆凡.我国天然气发展前景广阔[J].中国石化,2009. [2]刘英祥.我国天然气价格与天然气发展问题研究[J].企业经济, 2009. [3]牛建娣.我国天然气市场供需状况及发展对策分析[D].对外经济 贸易大学,2007. ! 368 !
地震反演
第一章反演理论 第一节基本概念 一．反演和正演 1．反演 反演是一个很广的概念，根据地震波场、地球自由振荡、交变电磁场、重力场以及热学等地球物理观测数据去推测地球内部的结构形态及物质成分，来定量计算各种有关的物理参数，这些都可以归结为反演问题。在地震勘探中，反演的一个重要应用就是由地震记录得到波阻抗。 有反演，还有正演。要正确理解反演问题，还要知道正演的概念。 2．正演 正演和反演相反，它是对一个假设的地质模型，给定某些参数（如速度、层数、厚度）用理论关系式（数学模型）推导出某种可测量的量（如地震波）。在地震勘探中，正演的一个重要应用就是制作合成地震记录。 3．例子 考虑地球内部的温度分布，假定地球内部的温度随深度线性增加，其关系式可表示成：T(z)=a+bz 正演：给定a和b，求不同深度z的对应温度T(z) 反演：已经在不同点z测得T(z)，求a和b。 二．反演问题描述和公式表达的几个重要问题 1．应用哪种参数化方式——离散的还是连续的？ 2．地球物理数据的性质是什么？观测中的误差是什么？ 3．问题能不能作为数学问题提出，如果能够，它是不是适定的？ 4．对问题有无物理约束？ 5．能获得什么类型的解，达到什么精度？要求得到近似解、解的范围、还是精确解？ 6．问题是线性的还是非线性的？ 7．问题是欠定的、超定的、还是适定的？ 8．什么是问题的最好解法？ 9．解的置信界限是什么？能否用其它方法来评价？ 第二节反演的数学基础
一．解超定线性反问题 1．简单线性回归 可利用最小平方法确定参数a 、b 使误差的平方和最小。 ??? ? ?? ?∑-∑∑∑-∑= -=∑∑-=2 2)()(x x n y x xy n b x b y n x b y a （1-2-1） 拟合公式为： bx a y +=? （1-2-2） 该方法的公式原来只适用于解超定问题，但同样适用于欠定问题，当我们有多个参数时，称为多元回归，在地球物理领域广泛采用这种方法。此过程用矩阵形式表示，则称为广义最小平方法矩阵方演。 2．非约束最小平方法反演——广义矩阵方法 由前面讨论可知，参数估计的最小平方方法用矩阵公式表示，所得到的算法等价于一个或多个模型参数的一个或多个数据集反演，步骤为： 问题定义→矩阵公式→最小平方解 线性问题采用广义矩阵形式 d=Gm （1-2-3） 对于精确的数据模型，参数m 为 m=G -1d （1-2-4） 但是由于试验误差，实际数据将不能精确拟合获得，故采用最小平方法求解。解的矩阵表示式为 d G G G m T T 1][?-= （1-2-5） 上式具体计算时可用奇异值分解方法 G=U ∧V T 最后，得 m ?=（G T G ）-1G T d=V ∧-1U T d （1-2-6）
地震反演的类型
地震反演的类型 1．1 反演的分类 1）从所利用的地震资料来分可分两类：叠前反演和叠后反演; 2）从测井资料在其中所起作用大小可分为四类：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； 3）从实现方法上可分三类：直接反演、基于模型反演和地震属性反演。 4）从反演模型参数来分主要有：储层特性(如:孔隙度、渗透率、饱和度等)反演、岩石物性反演、地质结构反演、各向异性参数反演、阻抗反演以及速度反演等; 5）从使用的数学方法可分为：最优化拟合反演、遗传算法反演、蒙特卡罗反演、Born近似反演、统计随机反演以及基于神经网络的反演等。 1．2几种主要反演方法的概述 叠前反演尚处于研究试验阶段，而叠后地震反演近年来快速发展，形成了多种技术。下面简要介绍几种主要反演方法：直接反演（递推反演和道积分反演）、基于模型反演、地震属性反演、测井约束反演和叠前AVO反演。 1．2．1直接反演 两种基本做法：递推反演和道积分反演。 1）递推反演：递推反演是一种基于反射系数递推计算地层波阻抗的直接地震反演方法。它完全依赖于地震资料本身的品质，地震资料噪音对反演结果敏感，影响大，地震带宽窄会导致分辨率相对较低，难以满足储层描述的要求。典型的有Seislog,Glog，稀疏脉冲反演(实现方法又有MED,AR,MLD,BED方法等)等;Seislog,CLOG等使用测井信息后，只获得剖面上关键点的低频分量，整个剖面上的低频信息要靠内插来求得。 优点：计算简单，递推列累计误差小。其结果直接反映岩层的速度变化，可以以岩层为单元进行地质解释。缺点：由于受地震固有频率的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要；其次，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层参数。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。 2）道积分反演：是以反褶积为基础的地震直接反演法。道积分是利用叠后地震资料计算相对波阻抗的直接反演方法，它无需测井资料控制，计算简单，其结果直接反映了岩层的速度变化，但受地震资料固有频宽的限制，分辨率低，无法适应薄层解释的需要，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层参数。 优点：能比较完整地保留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，能较好地反映储层的物性变化。 缺点：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，不能满足薄储层的研究需要。 1．2．2基于模型的反演 1）基于模型的反演：就是从地质模型出发，采用模型优选迭代扰动算法(广义线性或非线性最优化算法)，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。 实现方法有广义线性反演(GLI)(Cooke,1983);宽带约束反演(BCI)(Martinez,1988);地震岩性模拟(SLIM)(Ge lfand,1984);具有全局优化特点的遗传算法、模拟退火法(Smith等1992:Sen和Stoffa,1995);蒙特卡罗搜索法(Cary和Chapman,19 98)以及人工神经网络法(Ca lderron-Macias 等，1998)等。 目前,以模型为基础的反演方法一般都是依据测井及地质资料建立初始模型,通过广义线性反
地震反演方法概述
地震反演方法概述 地震反演：由地震信息得到地质信息的过程。 地震反射波法勘探的基础在于：地下不同地层存在波阻抗差异，当地震波传播有波阻抗差异的地层分界面时，会发生反射从而形成地震反射波。地震反射波等于反射系数与地震子波的褶积，而某界面的法向入射发射系数就等于该界面上下介质的波阻抗差与波阻抗和之比。也就是说，如果已知地下地层的波阻抗分布，我们可以得到地震反射波的分布，即地震反射剖面。即由地层波阻抗剖面得到地震反射波剖面的过程称为地震波阻抗正演，反之，由地震反射剖面得到地层波阻抗剖面的过程称为地震波阻抗反演。 叠前反演主要是指AVO反演，通过AVO反演，可以获得全部的岩石参数，如：岩石密度、纵横波速度、纵横波阻抗、泊松比等。叠前反演与叠后反演的根本区别在于叠前反演使用了未经叠加的地震资料。多道叠加虽然能够改善资料的品质，提高信噪比，但是另一方面，叠加技术是以东校正后的地震反射振幅、波形等特征不随炮检距变化的假设为基础的。实际上，来自同一反射点的地震反射振幅在不同炮检距上是不同的，并且反射波形也随炮检距的变化而发生变化。这种地震反射振幅、波形特征随炮检距的变化关系很复杂，主要原因就在于不同炮检距的地震波经过的地层结构、弹性性质、岩性组合等许多方面都是不同的。叠加破坏了真实的振幅关系，同时损失了横波信息。叠前反演通过叠前地震信息随炮检距的变化特征，来揭示岩性和油气的关系。叠前反演的理论基础是地震波的反射和透射理论。理论上讲，利用反射振幅随入射角的变化规律可以实现全部岩性参数的反演，提取纵波速度、横波速度、纵横波速度比、岩石密度、泊松比、体积模量、剪切模量等参数。 叠后地震剖面相当于零炮检距的自激自收记录。与叠前反演不同，叠后反演只能得到纵波阻抗。虽然叠后反演与叠前反演想必有很多不足之处，但由于其技术方法成熟完备，到目前为止，叠后反演仍然是主流的反演类型，是储层预测的核心技术。 介绍几种叠后反演方法： 1）道积分：利用叠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的条件下推导出来的，因而又称为连续反演。 原理简述： 上述公式表示，反射系数的积分正比于波阻抗Z的自然对数，这是一种简单的相对波阻抗概念。 适用条件及优缺点 与绝对波阻抗反演相比，道积分的优点：1.递推时累积误差较小；2.计算简单，不需要反射系数标定；3.无需钻井控制，在勘探储气即可推广使用。 缺点：1.由于这种方法受到地震固有频宽的限制，分辨率低，无法适用于薄层解释的需要；2.需要地震记录经过子波零相位化处理；3.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层参数；4.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，因而结果比较粗略。 2）递推反演方法：根据反射系数进行递推计算地层波阻抗或层速度，其关键在于由原始地震记录估算反射系数和波阻抗，测井资料不直接参入反演，只起到标定和质量控制的作用。因此又称为直接反演。 原理简述： 利用以上公式，可以从声波时差曲线及密度曲线上（没有密度曲线时可以利用Gardnar 公式进行换算）选择标准层波阻抗作为基准波阻抗，将反褶积得到的反射系数转为波阻抗。
关于地震反演的一些认识
其实反演，确切的应该叫做“反演预测”。很多人忽略了这个“预测”的真正含义。利用已知少数井点，通过地震资料，提取与钻井揭示的地质特征相对最吻合的信息，来对大片无井空白区的属性做预测，最终反应的是对地质特征的一个预测。既然是一门技术，就有它的可适用性和不可靠性。这就需要反演人员有软件操作的技术，更重要的是要有足够的地质思维！！！如果没有后者，那就需要地质人员来指导！不同的反演人员，即使针对相同的资料，反演出来的结果也不完全一样。换句话说，往往是按照熟悉区块地质特征的地质人员的要求来做出反演预测。不然反演的不确定性就会被放大。真正的地质人员，是不会否定地震反演。 概括一下，只不过有两点： 1、反演一般是在没有足够的井资料控制整个区块的时候采用（那非均质性强的地方呢？）。 2、反演结果的好坏，需要操作人员的技术，更需要地质人员的把握。 对于反演有2点感性认识： 第一点：井越多（测录井数据越全面），反演结果越准确。在井控制范围内，预测精度高，井控制范围以
外，随着距离的增大，精度降低。 第二点：反演人员的地质概念和经验，对反演结果有很大的影像。相同的数据与流程，不同人员作出来的差别还是很大，而且都是在加载了相同解释成果的前提下。 反演分为三种，一种是基本是没有井资料，通常在勘探前期，第二种是有少量井资料，在勘探开发中期，第三种就是井资料很丰富，通常已经是开发中后期。随着井资料的丰富反演结果肯定越来越好啊，如果没有或者很少井，就只能通过插值或者数值模拟的方法搞出来伪井资料，这个往往误差很大 反演结果的好坏，地震资料的质量非常重要，反演结果的分辨率要高于地震资料的分辨率，因为加入了测井资料的高纵向分辨率。 反演预测的物性分布只是一个定性的描述，效果特别好也只是个半定量的描述。 反演的解具有高度不唯一性，需要测井来约束，道理上是井越多越好，但是井多了，约束的方法就比较复杂，能否约束好，是个关键问题。 反演的可信度高的判别标准是：该井参入反演与未参入反演的结果应该差别不大，井多井少结果差别不大，
地震波阻抗反演方法综述
地震波阻抗反演方法综述、地震反演技术研究现状 地震反演方法是一门综合运用数学、物理、计算机科学等学科发展起来的新技术新方法，每当数学方法、物理理论有了新的认识和发展时，就会有新的地震反演技术、方法的提出。随着计算机技术的不断发展、硬件设施的不断升级，这些方法技术得到了实践验证和提升，反过来地震反演技术运用中出现的新问题、新思路又不断促使数学方法、地球物理学理论的再次发展。时至今日，地震反演技术仍然是一个不断发展、不断成熟、不断丰富着的领域。 反演是正演的逆过程，在地震勘探中正演是已知地下的地质构造情况、岩性物性分布情况，根据地震波传播规律和适当的数学计算方法模拟地震波在地下传播以及接收地震波传输到地表信息的过程。地球物理反演就是使用已知的地震波传播规律和计算方法，将地表接收到的地震数据通过逆向运算，预测地下构造情况、岩性物性分布情况的过程。地震波阻抗正演是对反演的理论基础和实现手段。 1959 年美国人Edwin Laurentine Drake 在宾夕法尼亚州开凿的第一口钻井揭开了世界石油工业的序幕。从刚开始的查看地质露头、寻找构造高点寻找石油，到通过地震剖面的亮点技术寻找石油，再到现在运用多种科学技术手段进行油气资源的预测，石油勘探经历了一个飞速的发展历程。 声波阻抗（AI ）是介质密度和波在介质中传播速度的乘积，它能够反映地下地质的岩性信息。声波阻抗反演技术是20 世纪70 年代加拿大Roy Lindseth 博士提出的，通过反演能够将反映地层界面信息的地震数据变为反映岩性变化的波阻抗（或速度）信息。由于波阻抗与地下岩石的密度、速度等信息紧密联系，又可以直接与已知地质、钻井测井信息对比，因此广泛应用于储层的预测和油藏描述中，深受石油工作者的喜爱。70 年代后期，从地震道提取声波资料的合成声波技术得到了快速发展，以此为基础发展的基于模型的一维有井波阻抗反演技术，提高了反演结果的可靠性。进入80 年代，Cooke 等人将数学中的广义线性方法运用于地震资料反演，提出了广义线性地震反演。此后Seymour 等人又提出了测井声波资料和地震数据正反演相结合求取地下声波阻抗的测井约束反演，大大拓宽了反演结果的纵向分辨能力。 90 年代，在基于前人对地质统计学研究的基础上Bortoli 和Haas 提出了地质统计学反演，Dubrule等人对该方法进行了改进和推广。在国内随着油田对地震反演技术的广泛应用， 以周竹生为主提出的地震、地质和测井资料联合反演方法，将地质信息引入地震反演中，提高的反演结果与地质认识的联系，克服了线性反演存在的缺陷。1996 年，李宏兵等人将宽 频带约束方法应用于递推反演并对其进行改进，减弱了噪音对反演结果的影响。 1999 年，任职于英国石油公司的Connolly 在《弹性波阻抗》一文中介绍了弹性波阻抗 （EI）的概念和计算方法，阐述了不同入射角度（偏移距）地震道集部分叠加反演波阻抗随入射角之间的关系，但是该方法求取的弹性阻抗随入射角变化很大，无法与常规叠后反演波阻抗直接比较，因此推广应用较为困难。2002 年，Whitcombe 通过修正Patrick Connolly 的计算公式，得到了弹性波阻抗的归一化求取方法，消除了弹性阻抗随入射角变化大的难题。2003 年，西北大学马劲风教授从Zoeppritz 方程简化出发提出了广义弹性波阻抗的概念，克服了以往波阻抗反演要求地震波垂直入射到地表的假设条件，推导出了任意入射角下纵波反 射系数的递推公式，提高了中等入射角度下弹性波阻抗反演的精度。
地震参数反演及其在岩性解释中的应用
第18卷 第1期 山 东 地 质 2002年2月 文章编号:1009-0258(2002)01-0045-05 地震参数反演及其在岩性解释中的应用 张宝水 (中国矿业大学,江苏徐州 221008) 摘要:在介绍波动方程储层物性参数地震、测井联合反演技术基本原理的基础上,对煤田地 震资料进行了参数反演处理,获得了多参数、高分辨率反演资料。利用该资料对煤层附近岩 浆岩侵入范围和薄煤层分布情况进行解释,并对第四系的含、隔水性进行划分,均获得较好效 果。 关键词:多参数反演;小波变换;岩性解释 中图分类号:P315.61 文献标识码:A 随着地震资料解释方法、手段的不断改进和完善,生产部门对资料解释精度的要求也越来越高。为解决这个新的技术难题,各种参数反演技术得到了应用和推广。20世纪90年代以来,波动方程储层物性参数地震、测井联合反演方法在油藏描述方面获得了良好的应用效果。根据射线和褶积模型理论编制的反演软件在煤田地震勘探中亦已得到应用,同样获得了一定的效果。 现有地震资料虽然可以求解相应的波阻抗参数,但其纵向精度不高,主频一般只能达到60～80H z,且只能分辨厚度大于10m的岩层;各种模拟、数字测井资料虽然具有很高的纵向精度,主频高达500H z以上,分层能力可达厘米级,但却很难精确预测钻孔间地层的变化情况。如果把这两项技术结合起来,并把它应用于岩性解释,其效果将会更好。 1 问题的提出 在煤田采区高分辨率勘探中,部分勘探区地质任务中涉及岩性解释问题,如岩浆岩发育地区侵入体分布范围及煤层变焦程度,第四系内部因地层物性不同而引起的含、隔水性变化,以及煤层顶底板因孔隙度、含水饱和度变化而造成的富水性差异等。这些问题仅靠常规地震剖面与钻孔、测井资料的简单结合,是很难获得理想效果的。 目前已经进入实用阶段的各种反演技术对于解决此类问题有其独到的优势。该方法是把测线上已有的钻探、测井资料和解释人员丰富的先验地质知识作为约束条件,同时应用波动方程多参数反演软件对多种物性参数进行综合反演,并通过神经网络分析、聚类模糊识别等手段对反演结果进行综合评判,其解释效果甚佳。 收稿日期:2001-12-18;修订日期:2002-01-25;编辑:游文澄 作者简介:张宝水(1968-),男,山东章丘人,物探高级工程师,主要从事地震资料处理及方法研究。
AVO及叠前反演详解
第一节 叠前流体检测技术 近几年，随着地震采集处理技术的进步，尤其叠前偏移技术的发展和推广应用，使得研究人员可以得到来自地下真实反射点的叠前道集（CRP 道集），为叠前烃类检测技术的发展奠定了资料基础。目前基于叠前道集的直接烃类检测方法主要有两种：一种是在岩石物理建模的基础上进行叠前道集A VO 响应特征分析；一种是利用多个限角叠加数据体进行叠前弹性参数反演，利用纵横波波阻抗、纵横波速度比、泊松比、拉梅系数等敏感属性反映含油气性。 一. AVO 分析技术 1、 AVO 理论简介 A VO （Amplitude Variation with Offset ），早先也称为Amplitude Versus Offset ，译为振幅随炮检距变化。由此而衍生的有振幅随入射角变化A VO （Amplitude Variation with Angle ），振幅随方位角变化A V A （Amplitude Variation with Azimuth ），振幅随炮检距和方位角变化AVOA （Amplitude Variation with Offset and Azimuth ）等。 A VO 作为一种含气砂岩的异常地球物理现象，最早在20世纪80年代初被Ostrander 发现。这一现象表现为：当储层砂岩含气后，地震反射振幅随炮检距会发生明显的加大（基于SEG 标准极性）。因为A VO 现象与含气砂岩的对应关系，从而引起勘探地球物理界广泛的重视。后续的研究表明：这种异常现象并非一种特殊的形式，而是遵循Zoepprittz 早先所提出的地震反射波动力学方程式，从而对A VO 现象的解释有了完整的理论基础。 针对A VO 现象继而出现的A VO 技术是继亮点之后又一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的技术手段。 A VO 技术具有以下特点： A 、直接利用CDP 道集资料进行分析，这就充分利用的多次覆盖得到的丰富的原始信息； B 、利用振幅随炮检距（入射角）的变化的特点，即利用整条曲线的特点。而亮点技术只是利用了这一特殊情况下曲线的一个数值。所以，A VO 技术对岩性的分析比亮点技术更为可靠。 C 、这几年波动方程对地震剖面的成像有了更大的成果，是对地下构造形态的反演。A VO 技术从严格意义上说算不上是利用波动方程进行岩性反演分析的方法，但是其理论和思路是对波动方程得到的结果的比较精确的利用。 D 、A VO 技术是一种研究岩性的比较细致的方法，并且需要有测井资料的配合。 2、 AVO 技术的理论基础 振幅随炮检距的变化来自于所谓的“能量分区”。当地震波入射到地层界面时，一部分能量反射，一部分能量透射。如果入射角不等于零度，纵波（P 波）能量一部分反射，一部分转化成透射P 波和S 波。反射和透射波的振幅能量取决于地层边界的物理性质差异。纵波速度Vp 、横波速度Vs 和密度ρ是非常重要的。同时，需要注意反射振幅也依赖于入射波的入射角（图5-3-1）。 因此，当一个平面纵波非垂直入射到两种介质的分界面上，就要产生反射纵、横波和透射纵、横波。在界面上，根据应力连续性和位移连续性，依据边界条件并引入反射系数、透射系数，就可以得出四个相应波的位移振幅应当满足的方程叫做Zoeprritz 方程，这个方程是Zoeprritz 在1919年解出的。这个方程组比较复杂，不能解出新产生的波的振幅与有关参数明确的函数关系。但是从方程组可以看出，一般反射纵波的反射系数Rpp 是入射角界面上部介质的密度ρ1，纵波速度Vp 1，横波速度Vs 1以及界面以下的介质密度ρ2，纵波速度Vp 2，横波速度Vs 2等七个参数的函数，可以简单的表示为Rpp （＆，Vp 1，Vs 1，ρ1，Vp 2，Vs 2，ρ2），虽然不能直接从方程中解出Rpp 与七个参数的具体关系，但是可以假设以物质的六个物性参数为参变量，以＆为变量，仔细分析可以得到，六个参数是以两个参数的比值，例如21 p p V V 、21ρρ等形式出现。这样就可以把2 1p p V V 、21ρρ等分别看作一
反演技术原理
反演技术 前言 一. 反演的概念、目的 二. 反演的发展历史及趋势 三. 反演的基本方法 四. 地震反演难题的解决方案 五. 反演的实质 六. 反演的基本流程 七. AVO反演处理简介 地震、测井、钻井是石油工作者认识地下地质构造、地层、岩性、物性、含油气性的最重要的信息来源。虽然测井、钻井仅能提供井孔附近的有关信息，尤其是有关岩性、物性、含油气性的信息，但是这些信息往往具有很高的分辨率，可信度、准确性，能确切地指出含油气层的位置，定量化分析与储层、油藏有关的参数。然而一个油气田勘探、开发方案的设计、实施、调整仅靠测井、钻井资料是远远不够的，
必须与地震资料相结合进行综合分析才能取得良好效果。 地震资料的分辨率虽然远远不及测井、钻井，但是随着地震勘探技术的发展，从光电记录、模拟记录到数字记录，从二维到三维，地震资料的信噪比、分辨率、成像的准确性都获得了极大的提高，由于地震资料包含大量地下地质信息，覆盖面积广，具有三维特性，所以这项技术的使用越来越受到石油工作者的重视，如何利用地震资料研究地下地质构造、地层？如何进行储层预测、油藏描述？如何进行油藏、含油气层的预测？ 这些问题促使地球物理学家、地质学家开发应用了一系列地震资料特殊处理技术，如地震资料反演技术、地震属性分析技术、AVO 分析技术，这些技术充分利用测井、钻井、地震的长处，使人们对地下储层、油藏的研究从点到面、从二维到三维、从三维可视化研究到油藏动态监测、从定性研究到定量化研究，大大提高了钻探成功率，有效地指导了油田开发，为提高油田最终采收率起到了积极的作用，因此地震技术被列为二十一世纪石油工业发展的首要技术，相信地震资料特殊处理技术（地震资料反演技术、地震属性分析技术、AVO分析技术）也必将在我国油田勘探、开发中起到越来越重要的作用。 一. 反演的概念、目的 地震资料反演技术就是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、沙泥岩百分比、压力等信息。那么如何理解这个概念？还是让我们看看什么是正演吧！ 1.正演的概念 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。
反演方法综述
几种常用的反演方法综述 一、稀疏脉冲反演(C onstrained Sparse Spike Inversion) 1、原理： ①首先假设地下地层的波阻抗模型所对应的反射系数序列模型是稀疏的，即由起主导作用的强反射系数序列和具有高斯背景的弱反射系数序列叠加而成。 ②将地震记录与子波进行稀疏脉冲反褶积得到地层反射系数，一般是使用最大似然反褶积求得一具有稀疏特性的反射系数序列Ri。 根据①的假设可以导出最小目标函数： R（K）为第一个采样点的反射系数，M 为反射层数, N为噪音变量的平方根，L 为采样 总数，? 根据目标函数，对每一道，从上到下推测反射系数的位置点，判断反射系数的幅值大小。如此反复迭代修改每个反射系数的位置和幅度，使最后的修改误差最小符合似然比值的判别标准即可，这样就完成了一道的反褶积，得到该道的反射系数的分布。 ③通过最大似然反演导出波阻抗Zi 反演公式为Zi=Zi-1*[(Ri+1)/Ri]. 具体的计算方法是稀疏脉冲序列每次建立的反射系数为一个脉冲，然后在地震资料中提取子波与初始反射系数进行褶积，得到一个初始合成地震记录，并用此合成地震记录与实际地震纪录作对比得到他们之间的残差，利用这个残差的大小来修改反射序列中脉冲的个数再次进行褶积运算，得到新的合成地震记录，再与实际地震资料对比，就这样循环迭代，直到残差达到最小，最后得到一个与实际地震资料达到最佳逼近的合成地震记录，获得宽频带的反射系数。
图1 稀疏脉冲反演每次建立反射序列为一个脉冲，增加脉冲进行循环迭代约束稀疏脉冲反演采用的是一个快速约束趋势的反演算法，约束条件主要是波阻抗趋势和地质控制，而波阻抗趋势又是由解释层位和断层来控制的，从而可以把地质模式融入进去得到一个宽带的结果，恢复地质信息中缺少的低频和高频成分。 约束稀疏脉冲反演的最小误差函数是： 第二项为原始地震道与合成地震道的均方差的总和； 第三项为趋势协调的补偿 i 是地震道样点号；di是原始地震道；Si是合成地震记录；ri 为地震道采样 点的反射系数；ti是波阻抗趋势；Zi是地震道采样点的波阻抗值，介于井约束的 最大和最小波阻抗之间；ɑ是趋势最小匹配加权因子，一般情况下ɑ=1；p、q是L 模 因子，一般情况下p =1，q=2是调节或平衡因子，与信噪比大小有关。 根据目标函数，我们可以看出：在约束稀疏脉冲反演中，反射系数的稀疏、原始地震道 与合成记录的残差最小这两项是相互矛盾的。?值的大小反映了合成地震道与实际地震道匹 配程度的好坏。若?值太大，着重强调残差最小，即过于追求合成地震记录与原始地震记 录的吻合程度，导致会把一些噪音当作有效信息出现在反演剖面中，同时，由于反射系数的
Jason综合地震反演和储层预测
一、Jason综合地震反演和储层预测 地质框架模型（Earthmodel） 子波提取和分析（wavelets） 约束稀疏脉冲反演（invertrace） 多参数岩性特征反演（invermod） 地质统计随机模型与随机反演（statmod） (一)地质框架模型（Earthmodel） 为储层和油气藏定量描述创建一个由地震坐标描述的地质框架模型。这个模型融合了构造（层位、断层）、地质沉积模式、测井资料和初始权重分布等信息。地质框架模型是整个Jason地震反演和储层、油气藏定量描述的基础。
1.目的 1)构造以层为基础的、用于Jason其它模块的参数描述模型，即地质框架模型。 2)生成以地质框架模型为基础的测井曲线内插模型。 3)提供用于地震反演的低频模型。 4)生成平滑、封闭的层位顶、底、厚度平面图。
2.模块及功能 （1）Model builder with/without TDC(模型建造器) 用构造、地质、沉积、测井等资料形成一个参数化的时间、深度域的三维封闭模型。这个参数化的模型包括了层位、断层、地层接触关系（整合、不整合、河道、礁等），测井曲线和基于层位的权重系数。 （2）Model generator（模型生成器） 由模型建造器形成的参数化三维封闭模型创建不同测井曲线的三维属性模型（如波阻抗、声波速度、孔隙度、SP等） （3）Model interpolator（模型内插器） 在参数化的三维封闭模型控制下生成不同网格密度的三维属性体。 （4）Well curve generator（测井曲线生成器） 从三维属性体中抽取任意位置上的测井曲线。 3.特点 1)地质框架模型含有生成属性模型所有参数。 2)地质框架模型包括地震、地质、沉积、测井等资料和信息。 3)提供多种内插算法，供用户选择。 (二)子波提取和分析（wavelets） 提供用于合成记录与反演的地震子波估算或理论子波计算工具。在单井、多井或无井的情况下，都可以由单道或多道地震信息估算出最佳地震子波。 1.目的 1)用各种各样的技术估算地震子波。包括地震资料（无井）估算地震子波、用单井或多井和井旁地震道估算地震子波、用单井或多井和不同偏移距部 分叠加资料估算相应的子波。 2)确保合成记录与井旁道的最佳匹配。 3)如果需要，可内插形成空变子波体。 4)估算使地震资料零相位化的反褶积算子。 2.算法与工具 1)以地震资料的自相关为基础，估算子波的振幅谱。 2)估算输入子波的常振幅谱。 3)同时估算子波的振幅谱和相位谱。 4)估算用于Rocktrace的不同角道集的子波。 5)子波特征编辑（如极性、坐标位置、角度范围等） 6)标定子波振幅。