微地震反演技术介绍
微地震反演技术介绍
精细地质建模及油藏检测中正发挥越来越重要的作用。因此，发展物探技术不仅
是油田勘探的需求，更是油田开发的需求。
微地震技术概况
■
简
介
微地震监测是利用传感器监测储层 岩石破裂产生的地震信号进而研究岩石 破裂状况的一种地球物理方法。其工作 原理类似天然地震预测方法，即通过监 测天然地震信号确定震源位置及其性质。 从技术上分为无源驱动（Passive，或称 被动型）和有源驱动（ Active ，或称主 动型）两类。目前在实际应用中主要应 用无源驱动的观测方法。 主要用途： 确定裂缝方位和倾角 裂缝位置 大小（长度、宽度和高度） 裂缝复杂程度
微地震技术需求
◆微地震定位技术
■
资料处理技术
● 震源-速度联合反演
由于微震是水力压裂引起的，因此速度结构实际上是随数据采集时间而变化的。为了减小这种变化 的影响。
Block等1994年提出利用微地震纵横波初至时间的震源—速度联合反演法.
联 合 反 演 思 路
震源-速度联合反演
1
2 2
速度模型反演
震源位置反演
微地震技术概况
技术类型 微地震监测 Tiltmeters Fracture Model RA Tracer Temp. Log Well Testing
主要的专业服务公司
法国Magnitude公司 美国MicroSeismic公司 美国Pinnacle公司
■裂缝监测技术对比
裂缝高度 裂缝长度 裂缝对称性 探测范围 Far Far Far Wellbore Wellbore Far
◆
微地震特点
弱、高、短
压裂使得岩石破裂时产生地震波。由于岩石破裂 规模有限, 释放出的能量很小, 诱生的地震波是很微 弱的, 震级在0级以下。 ●裂缝发射的微震频率很高, 频带为200 ～1 500 Hz, 其主频在700 Hz左右。 ●持续时间小于1s
地震反演技术
一、概述
2、正演（Forward Modeling) 正演（ 正演和反演相反， 正演和反演相反，它是对一个假设的地质模 给定某些参数（如速度、层数、厚度） 型，给定某些参数（如速度、层数、厚度）用 理论关系式（数学模型） 理论关系式（数学模型）推导出某种可测量的 如地震波）。 量（如地震波）。 在地震勘探中， 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，进行地震标定。 制作合成地震记录，进行地震标定。另一个重 要应用是进行历史拟合。 要应用是进行历史拟合。
ρi+1Vi +1 − ρiVi Z i+1 − Z i Ri = = ρi+1Vi+1 + ρiVi Z i+1 + Z i
University of Petroleum
1、波阻抗递推公式 对应的波阻抗为： Z = Z (1 + Ri ) i +1 i
1 − Ri
递推公式：
Z n+1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 + Rn = Z0 ∏ n =0 1 − R n
University of Petroleum
四、基于模型的反演
1、稀疏脉冲反演方法存在的问题 稀疏脉冲反演方法的输出为矩形波阻抗曲线形式，地 层边界清晰，对厚层碳酸盐岩地区较为合适。然而其致命 的弱点是要求反射系数是稀疏的，而实际上大多数地震道 的反射系数是稠密的。 2、基于模型的反演的基本思路 模型为基础的方法，或简称模型法，首先构造一个地质 模型，并将其与地震资料进行比较，然后利用比较的结果 ，迭代地更新模型，直至其与地震资料资料吻合为止。
University of Petroleum
三、递推反演方法
地震反演技术解析
地震反演技术解析地震是地球内部强烈能量释放的一种自然现象，经常给人类造成严重的损失。
为了提前预警和减轻地震带来的影响，科学家们不断研究并发展地震反演技术，通过分析地震波传播过程，从而推断地球内部的物质性质和结构。
在本文中，我们将对地震反演技术进行详细解析。
一、地震反演的基本原理地震反演技术是通过分析地震波在地球内部传播的方式来推断地下的物质组成和结构。
它的基本原理是利用地震波在不同介质中传播速度的变化，推断地下结构的差异性。
地震波在不同介质中的传播速度受到介质密度、弹性模量和损耗等因素的影响。
通过测量地震波的传播速度和到达时间，科学家可以对地下结构进行反演。
二、地震波的测量方法地震波的测量是地震反演技术的基础。
常用的地震波测量方法包括接收地震波的地震仪、利用爆炸物或震源人工产生的地震波、以及记录地震波传播路径上的速度和振幅等。
这些测量数据会成为地震反演的基础输入。
三、地震波的模拟与正演为了研究地震波在地球内部的传播规律，科学家们利用计算机模拟和数值方法进行地震波的正演。
正演模拟可以根据地震波的源和介质参数，计算出地震波在地下的传播路径、速度和振幅等。
通过与实际观测数据进行对比，可以验证地震模型的准确性。
四、地震波的反演方法为了从地震观测数据中推断地下结构，科学家们发展了多种地震波反演方法。
其中，最常用的方法包括走时反演、频率反演、波动方程反演等。
走时反演是基于地震波到达时间的变化来进行反演。
通过测量地震波的传播时间和地震波速度模型，可以推断地下结构的速度分布。
频率反演是基于地震波信号频率的变化来进行反演。
通过分析地震波信号的频谱特征，可以推断地下结构的频率响应和介质的频率衰减特性。
波动方程反演是一种基于波动方程的直接反演方法。
通过求解波动方程，建立地震波传播的物理模型，进而推断地下结构的物质组成和弹性参数。
五、地震反演技术的应用地震反演技术在地球物理勘探、地球内部结构研究、地震灾害预警等领域都有广泛的应用。
地震反演方法概述
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。
《地震反演技术》课件
地震反演技术在石 油勘探中的应用
地震反演技术在石 油勘探中的作用
地震反演技术在石 油勘探中的具体应 用实例
地震反演技术在石 油勘探中的发展趋 势
地震反演技术在 矿产资源勘探中 的应用
地震反演技术在 矿产资源勘探中 的优势
地震反演技术在 矿产资源勘探中 的具体应用案例
地震反演技术在 矿产资源勘探中 的发展趋势
数据处理：如何高效处理大量地震 数据
计算资源：如何解决大规模计算资 源需求
添加标题
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添加标题
添加标题
模型优化：如何提高反演模型的准 确性和稳定性
应用推广：如何将地震反演技术应 用于实际地震监测和预警
提高反演技术的准 确性和可靠性
发展实时监测和预 警系统
加强地震反演技术 的国际合作与交流
研究地震机理，提 高反演技术的理论 基础
地震波传播：地震波在地球内部的 传播和反射
地震波成像：通过地震波成像技术， 了解地球内部结构
添加标题
添加标题
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地震波速度：地震波在不同地层中 的传播速度和衰减
地震波反演：通过地震波反演，获 取地球内部结构信息，如地壳、地 幔、地核等
地震反演技术的发 展趋势和挑战
技术进步：地震反演技术不断更新，提高精度和效率 应用领域扩大：地震反演技术在工程、环境等领域的应用越来越广泛 国际合作：各国在地震反演技术领域的合作日益密切，共同应对全球地震灾害 挑战：地震反演技术面临数据量巨大、计算复杂、准确性要求高等挑战
01 02
03 04
05 06
地震波是由地震引起的地面振动，分为纵波和横波两种类型
纵波传播速度快，能量大，可以穿透固体物质
地震反演方法综述
地震反演技术简介在上世纪70~80年代，地震反演作为地球物理学的一个重要进展得到了广泛的赞扬，获得广泛应用；地震反演技术能够帮助解释人员确定地层单元而不仅仅是通过反射波确定地层单元的边界，而且能直接进行深度域成图。
在一个竞争的市场环境中，开发出了很多不同的反演算法，在基本递归反演方法的基础上不断取得进进展，一下简要介绍几种基本的地震反演方法。
主要分三大类：1、基于地震数据的声波阻抗反演：其结果有两种：相对阻抗反演（常说的道积分）与绝对阻抗反演。
主要算法有：递归反演（早期的地震反演算法）与约束稀疏脉冲反演（优化的地震反演算法）。
这种反演受初始模型的影响小，忠实于地震数据，反映储层的横向变化可靠；但分辨率有限，无法识别10米以下的薄砂层。
2、基于模型的测井属性反演：此种反演可以得到多种测井属性的反演结果，分辨率较高（可识别2-6米的薄层砂岩）；但受初始模型的影响严重，存在多解性，只有井数多（工区内至少有10口以上的井，分布合理，且要求反演的属性与阻抗相关），才能得到较好的结果。
3、基于地质统计的随机模拟与随机反演：此种算法可以进行各种测井属性的模拟与岩性模拟，分辨率高（可识别2-6米的薄层砂岩），能较好的反映储层的非均质性，受初始模型的影响小，在井点处忠实于井数据，在井间忠实于地震数据的横向变化，最终得到多个等概率的随机模拟结果；但要求工区内至少有6-7口井，且分布较合理，才能得到好的模拟结果。
道积分道积分技术出现，为广大少井无井地区岩性及油气预测提供了新的途径，它能得到类似于虚速度测井的新方法，其结果对应于地层的波阻抗，它最大优点是不像虚速度测井那样依赖于井的资料和地球物理学家的经验。
尽管道积分剖面不能像GLOG波阻抗剖面那样反映地层绝对速度，而只能反映其相对速度大小，但是它反映出的层位与GLOG剖面是一样的，甚至在反映的细节上还比它多，对薄层识别也非常有利，因此道积分剖面能用于岩性和油气层解释。
微地震反演技术介绍PPT文档共41页
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
地震反演技术
Ri
i1vi(11) i vi v i1 i1 i vi
递推可得：
nvn
n
0(v20) i0
1 Ri 1 Ri
n
对(2)式取对数:
ln(
nvn
/
0v0
)
i0
ln[( 1 (3)
Ri
)
/(1
Ri
)]
对(3)式右边求和号内旳对数项按Taylor级数展开，得(4)式：
ln[( 1
井约束模型反演：
测井
地震
突出优点：地震与测井有机地结合 反演剖面：低、高频信息起源于测井资料
1、反演
从广义上讲，反演就是根据多种位场(电位、 重力位等)、波场(声波、弹性波等)电磁场和热 学场等旳地球物理观察数据去推测地球内部旳 构造形态及物质成份，定量计算其有关物理参 数旳过程。
2、反演理论
这是从一种物理系统上旳观察值来恢复该物理 系统有用信息旳一套数学和统计技术（如微积 分、微分方程、矩阵理论、统计估算和推测 等）。
精细解释好地震层位，它关系到模型建立旳精度，必须确保 层位解释旳合理性和可靠性。
根据工区旳地质构造背景，定义好地层之间旳接触关系，确 保模型旳合理性。
对测井曲线进行分析研究、编辑校正，做好同一种测井曲线 旳归一化处理。
选择合理旳处理流程和反演参数，确保反演处理旳合理性和 可行性。
➢煤厚变化趋势预测
3、地震反演技术 指利用人工激发产生旳地震波场推测地下地
质构造和地层内部特征变化旳措施技术。 4、正演与反演问题
给定模型及参数拟定模型旳响应即正演。
模型参数 输入
系统体现 正演理论
算子
输出
观察数据
数学工具 反演理论
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微地震技术概况
■
简
介
近几年来，随着物探装备的发展，以高分辨率地震、高精度3D地震、叠前 偏移成像、山地地震、高精度重磁等为代表的勘探地球物理技术，以约束反演、 属性分析、4D地震、井中地震、多波多分量地震等为代表的油藏地球物理技术 正跃上新的台阶。高精度采集和3D空间成像归位技术以其精确、灵活显示等优 点，在国内外已卓有成效地用于查明各种复杂构造油气藏和隐蔽油气藏。约束反 演、属性分析、VSP、井间地震技术，在油田滚动勘探与开发的储层描述、
微地震技术概况
技术类型 微地震监测 Tiltmeters Fracture Model RA Tracer Temp. Log Well Testing
主要的专业服务公司
法国Magnitude公司 美国MicroSeismic公司 美国Pinnacle公司
■裂缝监测技术对比
裂缝高度 裂缝长度 裂缝对称性 探测范围 Far Far Far Wellbore Wellbore Far
Sercel（Maxiwaves100级，数字）
Avalon（数字，48级） Oyo Geospace（Slimhole BSR ，480级，数字，光纤） P/GSI（模拟80-400级，三分量） Weatherford（光纤三分量地震加速度传感器） 西安弘传（数字，12级）
微地震技术需求
◆微地震定位技术
■
资料处理技术
● 震源-速度联合反演
由于微震是水力压裂引起的，因此速度结构实际上是随数据采集时间而变化的。为了减小这种变化 的影响。
Block等1994年提出利用微地震纵横波初至时间的震源—速度联合反演法.
联 合 反 演 思 路
震源-速度联合反演
1
2 2
速度模型反演
震源位置反演
四川物探前期技术储备
川庆物探公司成立了专门研究组已完成了微地震、3D3C VSP井下 数据采集系统和相关技术的调研;
■ 初步确定引进Sercel 60级井下微地震检测设备
▼检波器的动态范围要大于96 dB ▼检波器的频率范围应在1500 Hz以上 ▼采样率为1/4ms
四川物探前期技术储备
物探公司自立科研项目《微地震压裂监测处理技术预研 》，初步对以 下技术进行了预研：
二、微地震技术需求
● ● 微地震采集技术 微地震处理技术
1）微地震弱信号提取及初至拾取技术。 2）微地震定位技术。 3）实时处理解释及显示技术
微地震技术需求
■
资料处理技术
微地震资料处理技术就是利用微地震资料确定微地震震 源的位置的技术。
微地震技术需求
◆ 微地震资料处理流程
微地震事件检测
微地震事件检测与偏振 分析是一个循环过程
国内博士论文
●所得到的结果稍显分散，裂缝范围略偏大，
Pinnacle
这可能是求解方位角、水平距离R等的误差 造成的。
●但多事件联立成像的结果能够描述裂缝的
实际位置，走向等参数，基本反应了真实的 地下特征。
国内博士论文
Pinnacle
汇 报 提 纲
一、微地震技术概况 二、微地震技术需求 三、物探前期技术储备
裂缝方位
Production Data
Analysis
美国Weatherford公司
加拿大ESG公司
Far
微地震技术概况
微地震技术的作用
■在以往的压裂施工中，我们知道压裂液和支撑剂的部分注入情况，也知道地下产生了裂缝，但对于裂隙的发育信息却缺少掌握。往往根据压裂
后的产油情况来判断压裂的效果：压裂后增产了，我们就认为压裂成功，压裂后不增产或增产少，我们就认为不成功。对压裂时地层变化以及对压裂 的效果的判断、控制缺少手段和监测方法。
海相沉积条件下的页岩分布稳 定 Ⅰ、Ⅱ型干酪根为主 单层页岩厚度大 有机碳含量高 热演化程度高 间接页岩气类型 构造复杂程度高 页岩气埋深变化较大
汇 报 提 纲
一、微地震技术概况
二、微地震技术需求
三、物探前期技术储备
二、微地震技术需求
● ● 微地震采集技术 微地震处理技术
微地震技术需求
■
采集技术
如何求取每个检波器的偏振角呢？
微地震技术需求
◆微地震弱信号提取及初至拾取技术。
在微震监测数据处理和解释 中，偏振角分析主要目的是确定 波的传播方向，研究波的类型， 并可借此从大量微震中挑选出高 品质微震。
资料处理技术
●偏振分析
微地震技术需求
◆微地震弱信号提取及初至拾取技术。
■
资料处理技术
●偏振分析的目的
反演的基本思路:
①提供3D或2D初始速度模型，不同层位的速度扰动量作为自变量出现; ②用射线追踪方法计算理论到时和偏导数; ③采用多次迭代法逐步求取模型修正量，直到满足误差要求;
④有足够多的观测点和微地震事件;
⑤为了降低震源一速度联合反演的多解性，需要对模型施加一定的约束条件。
微地震反演同样是非线性反演
微地震技术需求
◆微地震定位技术
●纵横波时差法 假设条件：
★ 微地震事件记录的信噪比足够高 ★ 介质的纵、横波平均速度已知
■
资料处理技术
纵 横 波 时 差 法 流 程 图
微地震技术需求
◆微地震定位技术
假设条件：
★ 微地震事件记录的信噪比比较高
■
●纵波时差法
资料处理技术
★ 介质的纵、横波平均速度已知
微地震技术需求
◆微地震定位技术
■
资料处理技术
● 震源-速度联合反演
理论模型
速度-震源联合反演结果
微地震技术需求
◆微地震定位技术
与常规地震柯西霍夫偏移成像的区别： ★ 原理基本一样
■
资料处理技术
●柯西霍夫偏移方法准确确定微地震的位置
★ 所求参数不一样 常规地震：已知激发点、接收点坐标、接收记录（地震波场），速度模型， 求反射界面的形态 微地震：已知接收点坐标、接收记录（地震波场）、速度模型、求微地震 的位置。
●在微地震实际监测资料的处理中，对各事件的检波器分
别求取偏振角，分析同道检波器在不同事件中的角度。
判断准则：
★具有相同趋向的，则认为这是由位置相近或相同的真实微震
源产生的事件; ★若其中几个事件偏振角杂乱无章，方位各不相同，则表明它 们与裂缝无关;
★当对某些事件不能求出较为明显的偏振角，结合
矢端曲线进行分析，没有明显的优势方向，则可判定为背景 噪音。这是噪音与正常微地震事件的明显区别。 根据以上的准则，可以挑选出与水力压裂裂缝有关的高质 量微震！！
纵 波 时 差 法 流 程 图
微地震技术需求
◆微地震定位技术
■
资料处理技术
● 基于正演模型的微地震反演
●纵横波时差法和同型波时差法通常都假设速度场是均匀已知的，这与大多数实际情况不符。因为实
际中，速度场的扰动是客观存在的，有时甚至具有较大的强度，要想精确定位微地震源并了解速度场的精 细变化，就需要进行微地震反演。
精细地质建模及油藏检测中正发挥越来越重要的作用。因此，发展物探技术不仅
是油田勘探的需求，更是油田开发的需求。
微地震技术概况
■
简
介
微地震监测是利用传感器监测储层 岩石破裂产生的地震信号进而研究岩石 破裂状况的一种地球物理方法。其工作 原理类似天然地震预测方法，即通过监 测天然地震信号确定震源位置及其性质。 从技术上分为无源驱动（Passive，或称 被动型）和有源驱动（ Active ，或称主 动型）两类。目前在实际应用中主要应 用无源驱动的观测方法。 主要用途： 确定裂缝方位和倾角 裂缝位置 大小（长度、宽度和高度） 裂缝复杂程度
1）完成了微地震弱信号处理及初至拾取技术的预研工作。
2）完成了微地震发生方位确定的方法理论及实现方式的预研工作。 3）完成了微地震发生位置的定位方法理论及实现方式的预研工作。
■
资料处理技术
纵波、横波初至拾取
微地震事件检测与偏振分析 是一个循环过程
偏振分析
震源参数估算
纵横波时差法
纵波时差法
震源参数反演及 Kirchhoff Depth Migration
基于模型的速度-事件联合反演
显示成像
Kirchhoff Depth Migration
微地震技术需求
◆微地震弱信号提取及初至拾取技术。
微地震技术概况
每年能测大约1000口井，并且工作量逐年增加。
市场前景
●北美地区是全球最大的压裂市场，每年约25000口井的工作量。现在北美有14套仪器在做压裂监测施工，
●中国是全球第二大压裂市场，每年有约10000口井的压裂工作量，其中长庆约3000口井，大庆约2700口。
中国南方地区上古生界页岩气分布有利区
◆ 基本布设方式
邻近井布设
■
采集技术
压裂井布设
微地震监测分为地面监测和井中监测两种方式：
●地面监测就是在监测目标区域(比如压裂井)周围的地面上,布置若干接收点 进行微地震监测。 ●井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列,进 行微地震监测。 由于地层吸收、传播路径复杂化等原因,与井中监测相比,地面监测所得到的资 料存在微震事件少、信噪比低、反演可靠性差等缺点。
在微地震监测中，当井下三分量检波器放入的时候，水平分量检波器的方位是随机取向的。
因此必须通过射孔震源P波的偏振，测定检波器旋转的方位，将接收到的波谱资料进行坐标变换， 变换到基准方向，以方便后续的微地震定位工作。
★射孔资料给检波器定位：
z x y x
确定各检波器X分量相对两井连线的夹角
z
y
★给微地震事件定位
微地震反演技术介绍
汇 报 提 纲
一、微地震技术概况