弹性波阻抗理论和实现方法
基于柯西先验分布的叠前弹性阻抗反演方法及应用
基于柯西先验分布的叠前弹性阻抗反演方法及应用郝前勇;宗兆云【摘要】以贝叶斯反演为代表的概率化反演方法既能考虑观测数据的不确定性,又可以考虑待求解参数的先验信息,在实际地震反演中备受青睐.经研究表明,在柯西先验信息下获取的反演结果更具有稀疏性,且具有高分辨特征.叠前弹性阻抗反演是一种基于多角度部份叠加剖面的叠前地震反演方法,信息量丰富,计算效率高.这里在贝叶斯框架下,实现了基于柯西先验的叠前弹性阻抗反演方法,并提取了对储层流体敏感的弹性参数.实际资料应用表明,基于柯西先验的弹性阻抗反演方法合理可靠,具有较高的分辨能力,且提取的弹性参数能够较好地吻合实际钻遇结果.%Inversion based on probability scheme represented by Bayesian inversion has been widely utilized in seismic data interpretation. On one hand, it contains the uncertainty in observed data, on the other hand, it also contains the prior information for the model parameters to be estimated. Cauchy prior probability density information leads to more sparse inversion result with high resolution. Elastic impedance inversion as a kind of pre-stack seismic inversion methods with partial angle-stack has also been utilized in practice widespread for its high efficiency and abundant information. In this paper, a kind of elastic impedance Bayesian inversion with Cauchy prior information is proposed, and with the inverted elastic impedances in different angle, Lame parameters are extracted. Real data test shows that the proposed method is reliable and has high resolution. The extracted lame parameters match with drilling result well.【期刊名称】《物探化探计算技术》【年(卷),期】2012(034)006【总页数】6页(P717-722)【关键词】柯西先验;弹性阻抗;参数提取;贝叶斯框架【作者】郝前勇;宗兆云【作者单位】中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266555;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】P631.3+40 前言概率化反演是求解不适定反演问题的有效方法之一。
ept软件模块培训教材_弹性波阻抗反演
EPT软件/功能模块培训系列教材GMAX v1.0 – Elastic Impedance Inversion弹性波阻抗反演1.模块功能2.原理和方法3.参数和使用说明4.应用注意事项EPT公司, 1.模块功能弹性波阻抗反演（EI）是叠前地震反演重要方法之一。
基于流体置换模型技术，应用纵波声波时差、密度、泥质含量、孔隙度、含水饱和度和骨架、流体的各种弹性参量，反演井中横波速度。
根据井中纵波速度、横波速度和密度计算井中弹性波阻抗，在复杂构造框架和多种储层沉积模式的约束下，采用地震分形插值技术建立可保留复杂构造和地层沉积学特征的弹性波阻抗模型，使反演结果符合研究区的构造、沉积和异常体特征。
采用广义线性反演技术反演各个角度的地震子波，得到与入射角有关的地震子波。
在每一个角道集上，采用宽带约束反演方法反演弹性波阻抗，得到与入射角有关的弹性波阻抗。
最后对不同角度的弹性波阻抗反演纵横波阻抗，进而获得泊松比等弹性参数, 对储层的几何、物性和含流体特性进行精细描述。
叠前地震弹性参数反演的关键技术包括:◆基于流体替换模型的井中横波速度反演技术◆与偏移距有关的子波反演◆复杂地质构造情况下弹性阻抗建模◆纵横波阻抗、泊松比、拉梅系数和剪切模量反演2.原理和方法地震反射振幅不仅与分界面两侧介质的地震弹性参数有关，而且随入射角变化而变化。
叠前弹性波阻抗反演技术利用不同炮检距的地震数据及横波、纵波、密度等测井资料，联合反演出与岩性、含油气性相关的多种弹性参数，综合判别储层物性及含油气性。
正是由于叠前弹性波阻抗反演利用了大量地震及测井信息，所以进行多参数分析的结果较叠后声阻抗反演在可信度方面有很大提高，可对含油气性进行半定量—定量描述。
传统的A VO 和岩石物理分析是提取和分析纵横波速度的异常变化来确定孔隙流体和岩性的变化。
纵横波速度和密度对反射系数的重要性，可以从平面波的Zoeppritz方程中看出。
但是，在波动方程中，Md2U/dX2= d2U/dX2，（U是位移），其表达式并不与地震波速度直接相关，而与岩石密度和弹性模量相关。
波阻抗反演基本原理及Jason反演软件介绍
二、反演技术的发展历程
3.90年代早中期，测井约束反演诞生和发展时期。 突破传统地震频带的限制，具有比直接反演更高的分辨率。 商品化的软件如strata、BCI、Jason等。 4.90年代中后期 ，非线性反演理论为基础的各种反演算法 出现和发展时期。如地震特征反演、随机反演、模拟退火反 演、概率法神经网络反演、遗传算法、小波反演等。
子波与反射系数的褶积得到地震记录
S(t)=W(t)*R(t)
一、概述
地质模型
低速层 高速层
3.地震褶积模型
反射系数 分步褶积 地震响应
1 2
低速层 3 高速层 低速层 高速层 6 更高速层 4 5
一、概述
4.结论
1.地震数据的生成基于褶积原理，因此地震剖面绝不 是地质剖面，简单的把地震剖面当地质剖面解释会产 生错误，特别是薄互层沉积时，错误会更多。 2.由于地震反演基于地震数据，而地震数据的分辨率 低，识别不了薄互层沉积时，地震反演的结果也就识 别不了薄互层。 3.为了得到好的反演结果，仅仅用地震数据是完成不 了的，因此许多新技术应运而生，通过不同的数学方 法，把地震数据与测井数据结合，试图得到高分辨率 的反演结果，识别薄互层，来指导或直接找油找气。
• Principal component analysis （主因子分析） • Model estimation （模型估算） • Model generator （模型生成器）
四、Jason6.2平台反演模块的构成
Invermod
Inv er c t ra e
Ro
ck tra ce
Statmod
一、概述
1.前言
地震反演的目的: 根据地震资料，反推出地下介质的 波阻抗、速度和密度等岩石地球物理参 数的分布，估算储层参数，并进行储层 预测，以便为油气田的勘探和开发提供 可靠的基础资料。
弹性波的基本理论
第一章 弹性波的基本理论第一节 弹性理论概述 一、弹性介质的概念地震勘探中将地层叫做介质。
由于地震勘探是研究人工激发的地震波在岩层中的传播规律来探测地下地质体的的存在和确定岩土物理力学参数的地球物理方法，它的地球物理前提是岩矿石间的弹性差异，因此需要研究介质的弹性性质。
人工激震后，岩石附近的质点发生破碎，介质产生的是塑性形变；远离震源的介质质点会发生振动，发生体积和形状的变化，但由于受到的作用力极小，且作用时间极短，随着外力的消失而消失，岩层的这种随外力消失而恢复原形的形变称为弹性形变。
产生弹性形变的介质叫弹性介质。
在弹性介质内传播的地震波称地震弹性波。
研究地震弹性波可用弹性波理论，如虎克定律等。
（一）各向同性介质和各向异性介质 对某一特定岩层，如果沿不同方向测定的物理性质均相同，称各向同性介质，否则是各向异性介质。
（二）均匀介质、层状介质若介质的弹性性质不仅与测定方向无关，而且与坐标位置无关，就称为均匀介质；如速度v=c （常数）。
非均匀介质中，介质的性质表现出成层性，称这种介质为层状介质；其中每一层是均匀介质；不同介质层的分界处称界面（平面或曲面）；两个界面之间的间隔称为该层的厚度。
将速度v 是空间连续变化函数的介质定义为连续介质。
连续介质是层状介质的一种极限情况。
即当层状介质的层数无限增加，每层厚度无限减小，层状介质就过渡为连续介质，如 v=v 0 (1+βz) 叫线性连续介质。
（四）单相介质和双相介质只考虑单一相态的介质称单相介质，即把组成地层的岩石都视为单一固体相由于岩石往往由两部分组成，一部分是构成岩体的骨架，称基质，另一部分是由各种流体或气体充填的孔隙，由于地震波经过岩石基质和流体孔隙传播的速度不同，因此从波传播来说，这种岩石是由两种相态组成，称这种岩石为双相介质。
二、弹性模量 （一）应力与应变1. 应力：弹性体受力后产生的恢复原来形状的内力称内应力，简称为应力。
应力和外力相抗衡，阻止弹性体的形变。
叠前弹性阻抗反演技术(李国发)
叠前弹性阻抗反演技术李国发刘洋王濮（中国石油大学资源与信息学院信息科学与地球物理系，北京102249）摘要常规的叠后波阻抗反演方法不能全面、准确地提供储层的的岩性和物性信息。
本文介绍了一种新的叠前反演方法——叠前弹性阻抗反演，与常规叠后反演和叠前AVO反演相比，叠前弹性阻抗反演方法能够更好地提供储层岩性和流体性质的信息。
国内外应用实例表明：弹性阻抗反演技术是继叠后反演和叠前A VO反演之后，地震反演技术在地球物理勘探领域的又一重要进展。
关键词声波阻抗，弹性阻抗，叠前反演，弹性参数随着油田勘探和开发工作的不断深入，目前的处理方法、解释结果和储层分析手段已经不能很好地满足精细储层预测地要求。
尽管传统的迭后反演方法在精细储层描述中发挥了重要的作用，但是迭后信息对地震波动力学特性的模糊以及反演结果的多解性限制了迭后反演方法在储层预测中作用。
迭前A VO反演技术虽然在一定程度上利用了地震资料的迭前信息，但是其理论局限以及对地震资料品质的要求使得该方法在实际应用中存在诸多“陷阱”，成功的实例鲜有报道。
特别是目前对迭后反演技术和A VO技术的人为修饰和“改进”，脱离理论、不切实际的渲染和套用，加剧了这两项技术在应用中的混论。
迭后反演技术很好地利用测井信息，但丢失了地震信号的迭前信息；A VO技术利用了地震资料的迭前信息，但是不能很好地利用测井信息。
迭后反演具有较好的稳定性和分辨率，但不能得到泊松比、流体特性等信息；A VO反演技术能够得到有关岩性和流体的信息，但是稳定性和分辨率较低。
随着与角度有关的弹性阻抗概念的提出和建立，迭前弹性阻抗反演技术很好的融合了迭后反演和A VO反演的优点，弹性阻抗中既有纵波信息也有横波信息，进而可以得到纵波速度、横波速度、密度、泊松比、弹性模量等诸多岩石物性参数，这些参数不同于迭后反演方法由波阻抗派生得到的信息，而是通过反演得到的独立信息。
因此迭前弹性阻抗反演方法在很大程度上提高了利用反演技术进行储层预测和储层描述的能力，是地震反演技术新的发展方向。
应用地球物理学原理第二章04弹性波的特征
03
弹性波在地壳中的传播
地壳的分层结构
地壳是地球最外层的硬壳，由 岩石和土壤组成，具有明显的 分层结构。
地球的地壳分为多个板块，板 块之间的相互作用可以产生地 震波。
地壳的分层结构对弹性波的传 播具有重要影响，不同层中的 波速和传播方向可能不同。
弹性波在不同介质中的传播
弹性波在固体、液体和气体中传播时具有不同的特征。
地下结构的不确定性可能导致弹性波传播模型的 误差，从而影响解释结果的准确性。
需要对地下结构进行详细调查和建模，以获得更 准确的弹性波传播特征。
数据处理与解释的复杂性
01
02
03
弹性波数据的处理涉及 多种算法和技术，如滤 波、反演、成像等，处
理过程较为复杂。
弹性波数据的解释需要 丰富的专业知识和经验 ，对解释人员的素质要
应用地球物理学原理第二章 04弹性波的特征
目录
• 弹性波的基本概念 • 弹性波的物理特性 • 弹性波在地壳中的传播 • 弹性波的应用 • 弹性波的局限性
01
弹性波的基本概念
弹性波的定义
弹性波
在弹性介质中传播的波动现象，由于介质的弹性性质，当 受到外力作用时，介质发生形变并产生恢复力，这种恢复 力会以波动的形式在介质中传播。
资源开发规划
通过分析地下岩层的弹性波特征，评 估资源的可开采性和开发风险，为资 源开发提供科学依据。
环境保护监测
利用弹性波技术监测环境变化，如土 壤污染、地下水污染等，为环境保护 提供技术支持。
05
弹性波的局限性
对地下结构的依赖性
弹性波的传播特性与地下结构密切相关，不同的 地下介质对弹性波的传播有显著影响。
弹性波的传播方式
弹性波可以通过反射、折射、散射等方式传播， 其传播路径和速度受到介质的不均匀性和边界条 件的影响。
地震波在分层介质中的反射、透射与...
第1章 绪论1.1 弹性波场论概述在普通物理的力学部分，我们曾经着重讨论过物体在外力作用下的机械运动规律。
在讨论时，由于物体变形影响很小，我们将其忽略，而将物体视为刚体或简化为质点，这是完全正确的。
然而，实际上任何物体在外力作用下不仅会产生机械运动，而且会产生变形。
由于变形物体内部将相互作用，产生内力、应力和应变。
当应力或应变达到一定极限时，物体就会破坏，这一点在研究材料和工程力学中尤其要考虑，地球介质也不例外，地壳运动或地震都会产生地质体的应力或应变。
在弹性力学中，主要讨论对物体作用时的变形效应，物体不再假定为刚体，而是弹性体、塑性体，应当视为可变形体，我们研究的视角也从外部整体过渡到内部局部。
长期的生产实际和科学实验均已表明，几乎所有的物体都具有弹性和塑性。
所谓的弹性是指物体的变形随外力的撤除而完全消失的这种属性。
所谓的塑性是指物体的变形在外力的撤除后仍部分残留的这种属性。
物体的弹性和塑性受诸多因素影响而发生改变，并在一定的条件下相互转化。
因此，确切地，应当说成物体处于弹性状态或塑性状态，而非简单地说物体是弹性体或塑性体。
在弹性力学中，只讨论物体处于弹性状态下的有关力学问题，这时物体可称为弹性体。
由上所述，弹性力学又称弹性理论，研究的对象是弹性体，其任务是研究弹性体在外界因素（包括外力，温度等）作用下的应力、应变和位移规律。
简单地说，弹性力学就是研究弹性体的应力、应变和位移规律的一门学科。
弹性力学是固体力学中很重要的一个分支。
而固体力学是从宏观观点研究固体在外力作用下的力学响应的科学，它主要研究固体由于受外力作用所引起的内力（应力）、变形（应变）以及与变形有直接关系的位移的分布规律及其随时间变化的规律。
可见，应力、应变和位移是空间和时间的函数。
与固体力学对应的还有流体力学等。
固体力学还包括材料力学，断裂力学等等。
弹性力学本身又分为弹性静力学（Elasticity Statics ）和弹性动力学（Elasticity Dynamics ）。
弹性波
斯通利波
在两种不同介质的半空间体的交界面上传播的波称为斯通利波，因斯通利首先发现并研究这种波而得名。它是一种波速与两个介质的性质有关的变态瑞利波。斯通利波的存在与介质的弹性拉梅常数和介质密度有关。在两个介质的拉梅常数λ1、G1和λ2、G2满足λ1/G1=λ2/G2=1的情况下，存在条件如图所示，如果两个介质的密度ρ1和ρ2之比ρ1/ρ2和G1/G2在图示坐标系中对应的点落在曲线A和曲线B之间，斯通利波就存在。在地震学中，理论上已证明斯通利波是存在的，但尚未观测到。
式中为拉普拉斯算符；α和β分别为纵波波速和横波波速;嗞=嗞(x,y,z,t)为标量势；ψx=ψx(x,y,z,t)、ψy=ψy(x,y,z,t)、ψz=ψz(x,y,z,t)为矢量势φ(x,y,z,t)的三个分量。ψx、ψy、ψz统称为波函数，它们和嗞同坐标系中的三个位移分量u、v、w的关系为：
上述波动方程是根据下面的假设导出的：①弹性介质中各质点间的相对位移为无穷小量；②介质是完全线弹性的，即应力和应变之间呈均匀线性关系，服从胡克定律；③介质是各向同性的；④不计外力（如重力、体积力、摩擦力等）。
在精确理论发展的同时，近似解理论也得到发展。有限差分方法先被用于解决短杆中弹性波的传播问题，后被推广到一些复杂结构中波的传播问题。有限元法逐步用于研究弹性波问题，开始用于分析细杆中弹性波的传播，后用于分析各种结构（柱、板、壳体）中的波的传播以及层状介质、正交异性介质中的波的传播等。非线性弹性波的传播问题的研究也取得初步成果。
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假设 K 为常数, 可以将上式写为:
l n E I l n V P 1 t a n 2 l n V S 8 K s i n 2 l n 1 4 K s i n 2 ln V P (1tan2)V S 8K sin2 14K sin2
2020/5/29
2020/5/29
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弹性阻抗理论
Aki-Richards 等式可写为(三项式) :
R A B s2 i n C s2 itn a 2 n
whe:rA e12VVPP, B1 2 V V PP4V VP S2 V V SS2V VP S2
and: C1VP. 2 VP
Connolly (1999)提出, 类似于声阻抗, 我们定义弹性阻抗(EI) 为:
在谈论弹性阻抗反演之前, 简单回顾反演方法在地震勘探 运用的历史.
2020/5/29
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地震岩性估算
CDP/CRP 道集
迭加 反演
估算 Z= VP
传统的地震岩性估算是在地震数据叠加偏移后数据(叠后数据)道进行 反演. 这只能估算声阻抗, 不足于推测流体成分.
2020/5/29
ห้องสมุดไป่ตู้
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道集
AVO 分析
属性 1
2020/5/29
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Applying Elastic Impedance to the Colony Data
In this exercise, we will start with the 2D Colony dataset which we analyzed earlier and apply the Elastic Impedance analysis to it.
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然后进行积分和取幂, 可得到以下弹性阻抗 EI等式:
E I() V P (1 ta n 2 )V S ( 8 K s in 2 ) (1 -4 K s in 2)
where K VVSP22
如果 = 0o, EI 弹性阻抗就还原为声阻抗(AI), 等式为:
E0 IA I V P
2020/5/29
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以上等式使用的是Aki-Richards所有三项等式. 对于入射角大 于300, 该等式将不是线性的拟合. 对于大角度 (大偏移距), 如果只用等式的前两 项,等式可写为:
E I() V P (1 s in 2 )V S ( 8 K s in 2 ) (1 4 K s in 2)
where
弹性阻抗理论
利用Hampson-Russell软件 实现弹性波阻抗反演
介绍
先回顾弹性阻抗反演的原理,然后利用Hampson-Russell 一组软件分析弹性阻抗反演一个实际例子.
弹性阻抗Elastic Impedance (EI) 是由BP 公司Patrick Connolly 提出.
实现弹性阻抗反演可用AVO和STRATA软件自然组合来完 成.
属性 2
估算 VP, VS, 和
叠加
反演
估算 Z= VP
AVO 方法 同时使用多属性估算VP, VS, 和 , 可估算推测流体和
岩性.
2020/5/29
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AVO分析可能用的属性
但是哪两种(或更多属性)可用来最好地预测流体和岩性这些参数?
目前AVO可提取和使用的一系列不同属性:
偏移距或角度段限(范围限制)叠加 弹性阻抗反演 截距和梯度 提取的纵横波反射系数 RP,RS 由 RP 和 RS 反演到纵横波阻抗 ZP, ZS 纵横波阻抗 ZP, ZS 转换Lambda-Mu-Rho 分析
2020/5/29
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从范围限制叠加到弹性阻抗
范围限制叠加使用的是常偏移距或常相位道集,方法很成熟并可 避免同相轴未拉平问题. 但它究竟有何含义? Patrick Connolly(BP), 提出新颖的方法来解释范围叠加的含义 , 称之为弹性阻抗. 弹性阻抗是基于Aki-Richards 等式, 下几张图片解释弹性阻抗 的概念和由来.
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角度叠加进行交绘图
这是近远偏移 距(角度)的交 绘图,高震幅 区块用不同颜 色突出显示.
2020/5/29
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Top GAS Base GAS Coal
这是交绘图中的突出区块对应在剖面上的位置. 可看出气砂岩已被很 好地描绘.
2020/5/29
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角度范围叠加
(a)
(b)
(a) 近角度叠加 (0-15o)时间切片, (b)远角度叠加 (15-30o)时间切片(三维河道砂). 对时间切片震幅包络求得是10MS窗口内的平均值并运用了Z-SCORE转换. 异常 河道砂得以清楚显示.
R1E I 1lnEI
2EI 2
2020/5/29
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假设
K
V V
S P
2
注意到
si2n ta2n ta2n si2n ,
我们可以把 Aki-Richards 等式重写为:
lE n 1 2 I V V P P 1 ta 2 n V V S S 8 K s2 i n 1 4 K s2 i n
K
VVPS
2
当 = 0o, 得到:
E0 IA I V P
2020/5/29
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弹性阻抗 – 油饱和度的影响
将声阻抗(AI)转换入射角为30° 的弹性阻抗通常曲线类似但阻抗绝对值变低. 角度增加其视声波阻抗降低. 油砂岩比页岩视声波阻抗降低幅度更大.如下图
2020/5/29
Connolly 1999
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弹性阻抗 – 实例
下图 显示声阻抗和弹性阻抗(30度角)的曲线比较:
2020/5/29
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重叠显示更好地区分弹性阻抗和声阻抗在含油砂岩处的差别:
2020/5/29
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EI 反演步骤
道集
AVO 分析
近角度叠加1 远角度叠加2
反演弹性阻抗 反演弹性阻抗
EI(1)
EI(2)
2020/5/29
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Case Study from the Colony Sand Play in Alberta, Canada
本讨论先使用前面两个属性的方法. 后面再讨论其它的属性方法.
2020/5/29
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范围限制叠加
道集
AVO 分析
近叠加
远叠加
以上是范围限制叠加的简单流程. 利用常偏移距或常角度的范围叠加已经非常 成熟. 问题是如何解释其结果?
2020/5/29
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(a)
(b)
2020/5/29
气砂岩范围限制叠加
(a) 近角度 (0o-15o) 叠加 (b) 远角度 (15o-30o)叠加 数据来自加拿大Colony 区 块. 在630MS有一个“亮点” 震幅在远角度 叠加上比近角 度叠加要强的多. 从井资料 分析这是气砂岩导致 “亮点”.