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：
（3-8）三应用实例
（一）工区地质概况
杏西三维工区深层位于松辽盆地北部西部断陷区，杏西地区储层沉积环境复杂，砂体多期叠置，储层受岩石成分、古构造及晚期的机械压实、自生矿物的析出、溶蚀等多种因素控制，储层纵、横向非均质性强。

杏西三维工区主力油层为葡萄花油层，葡萄花油层以北部物源为主，为三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道、席状砂比较发育，易形成岩性油气藏。

为此我们利用叠前反演技术，进行葡萄花油层储层预测及含油气性分析研究工作。

（二）AVO正演模型的应用
Rutherford(1989)根据气层的波阻抗特征和泊松比特征，将气层分为三类，
R（θ）
图1-2 AVO异常分类图
杏西三维工区项目研究中，主要利用Epos一体化平台中Probe模块进行叠前AVO反演处理。

由于求取入射角时使用了背景层速度模型以及射线追踪的方法，因此可以获得准确的入射角。

通过对各目的层段进行了AVO正演模拟，并分析了各砂层段的AVO响应特征以及AVO异常类型，（如图1-3）古22井正演模拟分析其道集的AVO响应，葡萄花油层下部1435米左右为气水同层。

在此层的道集具有振幅随炮检距的增加而减小，呈典型的含气异常，为一类异常响应。

图1-3古22井正演模拟AVO 响应
（三） AVO 反演属性应用
由于Zeoppritz 方程比较复杂，根据解决不同参数的需要可分别对其进行简化，得到不同的近似公式，其中最著名的是Shuey 近似和Aki&Richard 近似。

AVO 反演主要包括P 波阻抗变化率、S 波阻抗变化率、伪泊松比变化率、流体因子、垂直入射变化率、梯度、Sign （Ro ）*G 乘积、泊松比变化率、λ*ρ变化率、μ*ρ变化率、弹性波阻抗变化率、近角度叠加、远角度叠加等17种AVO 属性。

对于流体属性非常敏感的泊松比反射率属性和流体因子属性也能够很好的反映储层流体的变化。

对葡I 2油层组泊松比反射率和流体因子属性进行分析对比，两种属性均能很好的反映油气的分布，从葡I 2油层组泊松比反射率及流体因子属性平面图看（图1-4）,油气异常区域主要分布在工区中部、南部(图中红色区域),异常范围呈团块状分布,与砂岩展布吻合较好,统计预测含油气面积129.8Km 2。

与实钻井分析,预测符合率75%。

图1-4葡I 2油层组泊松比反射率（左）和流体因子属性（右）对比图
（四）叠前弹性反演的应用
叠前弹性反演能够同时反演不同的角道集得到P波阻抗体、S波阻抗体和可选择的密度体。

叠前弹性反演过程结合了地质认识、叠前地震振幅和井曲线资料来建立弹性参数的分布，使其能够与我们的输入数据相吻合。

反演过程的输入参数包括：
●两个或者多个角道集
●每一个角道集的子波
●微层的几何构造（以微层的倾角体和走向体的形式输入。

这些
数据能够从GeoStatistical Volume Creation模块计算得到）
●地震数据和背景模型的可信度信息
●背景信息（例如P波阻抗、S波阻抗和密度）
●可选的分层体（使我们能够控制每一层的参数）
反演得到的输出结果为P波阻抗、S波阻抗和密度体。

当我们只使用一个地震属性作为输入的时候，叠前弹性反演此时能够作为一个标准的振幅反演过程，并且输出得到一个单一的波阻抗数据。

叠前弹性反演方法对工区研究目的层储层进行反演。

反演结果通过钻井标定分析认为，葡萄花组反演结果如下图，P波阻抗、S波阻抗（图1－5），可以看出P波阻抗不能很好的反映砂泥岩，而横波阻抗则能很好的区分砂泥岩，岩性接触关系清晰，砂岩储层特征明显，能对砂体进行有效追踪。

图1－5 过龙27井葡萄花组纵波（左）横波（右）阻抗剖面对比图四结论
本次项目通过AVO处理和AVO异常分析，进行含油气性的预测，综合利用叠前地震资料，应用叠前反演技术进行砂岩储层预测；应用二、三维交汇分析技术，确定储层空间展布特征；利用AVO的分析结果，得到储层含油气性分布。

1．储层含油气性预测：应用AVO预处理和正演模型分析，进行近远角交汇和叠前属性分析；利用岩石物理分析过程中所建立的油气识别模型，叠前弹性反演结果，进行弹性参数反演，定量预测储层的含油气情况，通过叠前弹性反演的各种属性综合分析储层含油气性。

2.流体因子和泊松比反射率属性及弹性参数VP/VS都能准确预测油气分布，在葡萄花组流体因子预测含油气面积129.8Km2,VP/VS预测含油气面积151.74Km2。

3.叠前弹性反演精度高于常规反演；通过叠前弹性反演分析，S波阻抗对薄层砂体的识别精度高于P波阻抗；葡萄花组可识别砂岩厚度为大于2米。