叠前反演(AVO)处理技术
AVO原理
叠前反演技术介绍宋长青 帕拉代姆北京办事处内容提要一、 反演的技术思路 二、地震资料识别岩性技术的理论基础 三、AVO技术介绍2反演的技术思路3反演工作中面临的问题基础数据的质量分析 反演算法的选择 反演结果的质量监控 反演属性定量分析 当某一项目涉及多项技术的综合，如岩石物理技术、 AVO技术、振幅反演技术、地震模拟技术和其它辅助技 术，如地震相分类，往往使研究者望而生畏。
4帕拉代姆解决方案使油藏描述的数据转换、数据分析和数据解释等多项 工作在交互的环境下同步实现。
Interpretation岩石到流体解释技术Rock & Fluid Interpretationd ui Fl & g ck gin Ro ImaRock & Fluid CharacterizationPetrophysicsGeophysicsConnecting Disciplines5反演及分析解释技术• • • • • • 基于井资料的岩石物性分析技术 – 地层评价 属性建模技术 – 背景模型 AVO 反演, 正演和解释技术 – AVO 属性 AI/EI 反演, 模型建立与解释技术 – AI/EI, 波松比, 密度, 拉枚常数, 剪切摸量 基于神经网络油藏物性反演技术 – 空隙度, 泥质含量, 饱和度 反演属性的标定及解释 – 油藏属性空间解释6结论• 关键技术Petrophysics GeologVolum interpretation 3D CanvasAI/EI VanguardFacies Classification StratimagicVisualization& Interpretation VoxelGeoAVO Probe7地震资料识别岩性技术的理论基础k + 3P-wave Velocity:Vp =Vs =ρμ ρμ 4ρ: Density, Mass per unit Volume.k: Bulk Modulus, IncompressibilityS-wave Velocity:μ: Shear Modulus, Rigidity⎛Vp ⎜ ⎜V ⎝ s⎞ K 4 ⎟ = + ⎟ μ 3 ⎠2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。
AVO处理技术(重要)解析
一个共识
在AVO振幅恢复中应减少单道的道均衡，以免
引起虚假的AVO现象。AVO处理和分析的关键 是叠前信息的保持、提取、显示和解释。充分 考虑补偿与炮检距有关的振幅衰减，消除非岩 性因素引起的振幅变化，这是进行AVO分析的 关键。
处理的目的就是要最大限度地消除
这些因素对振幅的影响，恢复和保 持振幅相对变化与反射系数大小单 一因素的关系
角度道和角道集的形成
从数据采集到处理，反射振幅都是作为炮检距
的函数来描述的，而Zoeppritz方程及其近似表 达式则均是以入射角作为变量进行描述的。因 此，我们在很多情况下，需要将振幅与炮检距 的关系（AVO），转换成振幅与入射角角度的 关系（AVA），并形成角度道道集。
处理可能产生的问题
反射振幅的恢复和保持常用的处理方法主要
剔除不正常炮和道以及样点“野”值 几何球面扩散补偿 地表一致性振幅补偿
吸收衰减补偿
剩余振幅补偿
几何球面扩散补偿
球面扩散补偿因子与炮检距密切相关，简单地用零炮
检距球面扩散补偿因子代替非零炮检距球面扩散补偿 因子是不合适的 Ostrander的研究表明：用零炮检距补偿因子代替非 零炮检距补偿因子，当地表为低速层时，炮检距的振 幅补偿量不足，而当地表为高速层时，炮检距的振幅 补偿量偏大。由于地震速度梯度一般随深度增加而增 加，因此用零炮检距球面扩散补偿因子代替非零炮检 距球面扩散补偿因子，其补偿量不足。 吕牛顿的研究表明：对于中浅层，零炮检距和非零炮 检距球面扩散补偿因子差别较大，而对深层反射，两 者差别很小。
影响地震数据振幅改变的因素 -----大地滤波系统
球面扩散 地层吸收 界面透射损失
层间多次反射
薄层振幅调谐 波的相位转换 介质各向异性 地质构造因素
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：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------11112112222122111122111222221112221112221122112cos 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。
叠前叠后联合反演
S-Wave Impedance Reflectivity
S波阻抗变化率 P波速度变化率：Δ Vp/Vp
Is Vs Is Vs
P-Wave Velocity Reflectivity
S-Wave Velocity Reflectivity
AV0反演工作流程及质量控制方法
Vision for Energy
汇报提纲
一、叠前数据的质量控制 二、AVO叠前反演工作流程 三、叠前-叠后联合反演
2
汇报所涉及关键技术
叠前道集质量控制（Fastvel）
叠前道集AVO反演（Probe） 叠前/叠后弹性波阻抗联合反演技术（Vanguard-IFP） 井资料解释、岩石物理分析技术（Geolog） 三维可视化体解释技术（voxelgeo）
观测系统
17
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
覆盖次数平面图
Near offset
Mid offset
Far offset
18
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
不同偏移距覆盖次数
19
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
振幅恢复是否合理？？？ Migrated Gather Synthetic Gather
第I类:P>0,G<0,
第II类:P±0,属“暗点”型
第III类,P<<0,属“亮点”型, 第IV类:P<<0,G>0,
IV
I III
I I
AVO叠前反演工作流程
输入数据
分析测井曲线
测井数据
CRP数据 AVO可行性分析
计算泥岩基线
AVO技术详解
第6章 A VO 技术详解AVO 技术是利用反射系数随入射角变化的原理，在叠前道集上分析振幅随偏移距变化的规律，估求岩石的弹性参数、研究岩性、检测油气的重要技术。
AVO 是振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset)的英文缩写或振幅与随偏移距关系(Amplitude Versus Offset) 的英文缩写，AVA 是振幅随入射角变化(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文缩写。
在地震勘探中，共中心点道集记录的偏移距可以等价地用入射角表示，故AVO 与AVA 等价。
该技术自20世纪80年代提出以来，在油气勘探中不断发展，并得到迅速推广和广泛应用。
尤其是在天然气勘探中指导寻找天然气藏发挥了重要作用，对提高天然气勘探成功率受到了很好的效果。
从近几年的技术发展情况看，P 波方位AVO 已作为一种预测油气藏各向异性的有效方法而受到青睐。
6.1 A VO 技术的理论基础根据地震波动力学中反射和透射的相关理论，反射系数(或振幅)随入射角的变化与分界面两侧介质的地质参数有关。
这一事实包含两层意思：一是不同的岩性参数组合，反射系数(或振幅)随入射角变化的特性不同，称为AVO 正演方法；二是反射系数(或振幅)随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO 关系可以反演岩石的密度、纵波速度和横波速度，称为AVO 反演方法。
6.1.1 Zoeppritz 方程AVO 技术的理论基础就是Zoeppritz 方程及其简化的思路。
设有两层水平各向同性介质，当地震纵波非垂直入射(即非零偏移距)时，在弹性分界面上会产生反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波，见图6—1。
各种波型之间的运动学关系服从斯奈尔定理22221111sin sin sin sin S P S P V V V V ϕθϕθ=== (6-1)图6—1 入射波、反射波和透射波的关系式中 1θ、1ϕ——纵波、横波的反射角；2θ、2ϕ——纵波、横波的透射角；1P V 、2P V ——反射界面上下介质的纵波速度；1S V 、2S V ——反射界面上下介质的横波速度。
AVO叠前地震反演
什么是地震反演？
地震反演：是利用地标观测的地震资料，和已知地质规律 和专精测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质 进行成像（求解）的过程，广义的地震反演包含了地震处 理解释的整个内容。
波阻抗反演：是指利用地震资料反演地层波阻抗(或速度) 的地震特殊处理解释技术。波阻抗与地震资料是因果关系， 具有明确的物理意义，是储层岩性预测、油藏特征描述的 确定性方法。
什么是叠前地震反演？
叠前反演技术是油气勘探领域中的一项新技术，它 利用是指利用经过偏移的叠前不同炮检距道集数据 所记录的振幅、频率、相位等信息以及横波、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，来综合判别储层物性及含油气 性。
叠前地震反演分类
叠前地震反演可分为： 1.基于波动方程的全波形反演
所以在入射角小于30°时，Shuey公式可以进一步近似为：
Aki-Richards近似式与Shuey近似式都是由Zeoppritz方程 简化而来，在反演过程中其精度也不同，在入射角较小， 目的层埋深较深时，两方程的精度都较高。但是Shuey近 似使用的前提假设是Vp/Vs=2，所以在使用时，要根据项 目反演方法的特点，在基本上保证精度的情况下，选用合 适的公式作为反演过程中求取反射系数的基础公式。
AVO分类
I类：阻抗值高于上覆地层的高阻抗含气砂岩。法线入 射有较高的正反射系数，随偏移距增加，反射系数变 小、变负值、变正值，当偏移距足够大时，又变成大 的正反射系数。所以随偏移距的增加振幅的极性有变 化。一般不易观测到远偏移距的强振幅，只看到振幅 随偏移距增加而减少的现象，看不到极性反转，可识 别(高压实成熟砂岩—深层—暗点) 。 II类：阻抗值与上覆地层接近，接近零反射系数含气砂 岩，有正、有负,一般淹没在噪声中。一般不易观测到 远偏移距的强振幅，所以这类AVO不易识别(中等压实 —中层—极性反转) 。
叠前反演技术
叠前反演技术叠前反演技术，与叠前弹性反演技术、叠前地震反演技术和定量AVO都是指同一概念。
该技术是利用叠前CRP道集数据（或部分叠加数据）、速度数据(一般为偏移速度)和井数据（横波速度、纵波速度、密度及其他弹性参数资料），通过使用不同的近似式反演求解得到与岩性、含油气性相关的多种弹性参数并进一步，用来预测储层岩性、储层物性及含油气性。
为什么要进行地震资料的叠前反演呢？首先，由于地震资料野外采集是多炮多道的观测系统，每个CDP点或CMP点记录的不同道具有不同的炮检距，每道上的反射振幅随炮检距不同而变化。
叠后反演基于常规处理的水平叠加数据，以自激自收为假设条件，即每个CDP或CMP道集经动校正后，把不同炮检距的记录道动校正为零炮检距位置，之后进行水平叠加。
这样，叠加剖面无法反应野外采集所记录的振幅随炮检距变化的特性，并损失了与炮检距关系密切的大量横波信息。
其次是叠后波阻抗反演是不随入射角发生变化，仅与纵波速度、密度有关，而叠前反演的弹性阻抗与入射角密切相关并与纵波、横波速度、密度4项参数有关。
由于同时利用了纵横波速度，其计算产生的弹性参数远较叠后反演丰富，可区别岩性与含油气性，为钻探提供更丰富、更准确的依据。
技术人员在研究中发现：进行叠前反演时，要注意资料条件及处理解释的结合。
一是地震资料的采集必须针对目的层深度，有足够大的炮检距来记录大量信息，并在处理中，对振幅进行补偿，严格保持相对振幅关系，避免虚假振幅信息的产生。
二是在地震资料道集进行部分叠加时，炮检距或角度范围的选择要针对目的层深度，使不同炮检距范围能明显反应用振幅的变化。
三是至少需要3个以上的子波，子波振幅谱对应于不同炮检距部分叠加数据。
四是在纵横波资料分析中，当岩石中含有油气时，纵波速度会降低，有时会出现含油气砂岩的速度接近泥岩速度，在声阻抗上无法区分岩性，但横波阻抗受油气影响很少，因此，两者的交汇图分析对划分岩性及含油气意义深远。
五是弹性参数综合分析，其物理意义不同，有的反应弹性模量，有的反应剪断模量，必须综合分析，才能做出合理解释。
AVO叠前地震反演
AVO的地质意义 AVO的地质意义：
（1） AVO应用的基础是泊松比的变化，而泊松比的变化是不同岩性和不同孔 隙流体介质之间存在差异的客观事实。所以，AVO技术的地质基础在于不同岩石 以及含有不同流体的同类岩石之间泊松比存在差别。 （2）Domenico（1977）研究了含气、含油、含水砂岩的泊松比随埋藏深 度的变化规律，结果发现含不同流体砂岩的泊松比随深度的变化特征是不同的： A.含气砂岩的泊松比随着深度的增加而增加，但泊松比的值总是小于 含油和含水砂岩的泊松比值； B.含水砂岩的泊松比随着深度的增加而减小，但泊松比的值总是大于 含油和含气砂岩的泊松比值； C.含油砂岩的泊松比也随着深度的增加而减小，泊松比的值总是介于 含水和含气砂岩泊松比值之间。
如果储层有气顶存在，则砂岩速度会降低，利用低速度标志可以圈定气藏的边界。
基于Zoeppritz方程的AVO反演
AVO技术特点：
AVO技术以弹性波理论为基础，利用叠前CRP道集对地震反射振幅随 炮检距的变化特征进行研究、分析，得到反射系数与入射角的关系，用 以分析反射界面上下的岩性特征及物性参数，进行预测和判断油气储层 流体性质、储层岩性等。主要有以下特点[6,7]：
叠前反演技术是油气勘探领域中的一项新技术，它是 指利用经过偏移的叠前不同炮检距道集数据所记录的振幅、 频率、相位等信息以及横波、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，来综合判别 储层物性及含油气性[4]。
地震反演技术
为什么要进行叠前反演？
（1）叠后反演基于常规处理的水平叠加数据，以自激自收 为假设条件，叠加剖面无法反应野外采集所记录的振幅随炮 检距变化的特性，并损失了与炮检距关系密切的大量横波信 息[5]。
AVO理论模型及响应：
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影响地震数据振幅改变的因素 -----大地滤波系统
球面扩散 地层吸收 界面透射损失
层间多次反射
薄层振幅调谐 波的相位转换 介质各向异性 地质构造因素
影响地震数据振幅改变的因素 -------数据采集系统
激发与接收条件的变化 震源和检波器的耦合状况变化 风化层性质横向变化
一个共识
在AVO振幅恢复中应减少单道的道均衡，以免
引起虚假的AVO现象。AVO处理和分析的关键 是叠前信息的保持、提取、显示和解释。充分 考虑补偿与炮检距有关的振幅衰减，消除非岩 性因素引起的振幅变化，这是进行AVO分析的 关键。
处理的目的就是要最大限度地消除
这些因素对振幅的影响，恢复和保 持振幅相对变化与反射系数大小单 一因素的关系
叠前反演(AVO) 处理技术
叠前反演与AVO分析方法是利用反射振幅 随炮检距变化特征来分析和反演岩性，进 行油气检测和油藏描述。 任何与炮检距有关的错误的振幅信息都会 引起岩性分析、反演和解释上的失败。 正确地恢复反射振幅、特别是与炮检距有 关的振幅损失是进行地震岩性分析和油藏 描述的关键。为了充分挖掘AVO和叠前信 息的潜力，处理的目标是恢复叠前地震信 息。
吸收衰减补偿
对于常数Q值假设，无论是非零炮检距还是零炮检距
的记录，同一时刻的反射振幅由Q值引起的衰减是相 同的，但是，实际地层在整个地层序列中并非常数Q 值，一种更为接近实际情况的模型是连续介质或水平 层状介质，考虑非常数Q值模型(VSP资料）， 同一时刻的反射振幅，由于炮检距不同，Q值引起的 吸收衰减效应是不同的。因为，地震波经历的介质有 差别。这意味着我们在研究吸收补偿时也应该考虑炮 检距的因素，为简化处理，可用考虑炮检距的吸收系 数代替Q值表达，采用统计平均的方式，对共炮检距 叠加的模型道计算每个炮检距的平均的吸收系数，然 后进行吸收补偿校正
地表一致性振幅补偿
地表一致性振幅补偿的目的是消除激发、接收条件以
及风化层特性横向变化对振幅的影响。方法模型有两 种类型：一是从实际数据中分别对炮点、检波点、炮 检距进行统计平均，把各个道的振幅补偿到全工区各 道的一个平均水平上；二是最小平方误差法，对实测 值与计算值在误差平方最小的意义下，建立方程组， 迭代求解。做法上与求剩余静校正量模型相似，因此 从某种意义上我们也可以理解为剩余振幅补偿，故一 般在几何球面扩散补偿后进行。同时，也可以串起来 使用上述两种类型的地表一致性振幅补偿模型，先补 偿到一个平均水平上，再用平均值或几何平均值做模 型，进行误差最小平方分解，把补偿工作做得更加细 致。
震源和检波器的组合响应
仪器和检波器的灵敏度 仪器道的一致性性能
影响地震数据振幅改变的因素 --------噪声系统
环境噪声 源致噪声 次生噪声 Nhomakorabea 相干噪声
随机噪声
AVO振幅恢复方法与传统的振幅恢复方法的一 个显著差别在于它考虑了炮检距的因素。 第一，注意了激发和接收信号的方向性 第二，考虑了与炮检距有关的吸收衰减和球 面扩散 第三，重视地表一致性条件的处理，特别是 地表一致性振幅、相位补偿和地表一致性静 校正。 第四，要考虑地层倾角的影响。
地表一致性振幅补偿
有些处理手段可以大大改善数据
的面貌，从视觉上给人以良好的 感觉，但是它较大的改变了原始 数据的相对振幅变化，不宜在 AVO分析数据处理流程中使用。 图5-20展示的是同一CMP道集两 种振幅处理方式所得到的结果， 左边是正常流程处理的，在 1.35s处的反射振幅随炮检距增 大并没有增大；如果在这个基础 上用2s长的时窗对它进行自动增 益控制（AGC处理），就得到图 右边的结果，显然在1.35s处的 反射振幅有随炮检距增大而增大 的现象（在这炮检距道时窗内的 许多样点数据被切除，自动增益 必然抬升振幅）。如果时窗变短 （经常采用300～500ms），改变 振幅相对变化关系现象将更加明 显。
数据信噪比质量的提高
提高信噪比，改善数据质量，是所有处理的宗旨。叠
反射振幅的恢复和保持常用的处理方法主要
剔除不正常炮和道以及样点“野”值 几何球面扩散补偿 地表一致性振幅补偿
吸收衰减补偿
剩余振幅补偿
几何球面扩散补偿
球面扩散补偿因子与炮检距密切相关，简单地用零炮
检距球面扩散补偿因子代替非零炮检距球面扩散补偿 因子是不合适的 Ostrander的研究表明：用零炮检距补偿因子代替非 零炮检距补偿因子，当地表为低速层时，炮检距的振 幅补偿量不足，而当地表为高速层时，炮检距的振幅 补偿量偏大。由于地震速度梯度一般随深度增加而增 加，因此用零炮检距球面扩散补偿因子代替非零炮检 距球面扩散补偿因子，其补偿量不足。 吕牛顿的研究表明：对于中浅层，零炮检距和非零炮 检距球面扩散补偿因子差别较大，而对深层反射，两 者差别很小。
AVO分析的基础是建立在采样数据的振幅与反
射系数成正比关系的基础之上，为了保证这种 关系不受畸变，就必须消除其它因素对振幅的 影响，恢复和保持采样数据的原始振幅值的相 对关系，使其相对变化仅与反射系数单一因素 有关。
影响地震数据振幅改变的因素大致来自三个方
面： 大地滤波系统 数据采集系统 噪声系统。
剩余振幅补偿
在某些情况下，尽管已进行了各种振幅恢复处
理，由于存在未知的振幅衰减机制，炮检距振 幅补偿不足，需进一步做剩余振幅补偿。其基 本思想如下： 分析某个目的层的AVO，选取参考层，通过统 计方法计算参考层的振幅随炮检距的衰减率， 然后计算使参考层振幅达到某一已知或合理的 振幅级别所需的加权系数，对AVO进行加权处 理，实现剩余炮检距振幅补偿。
叠前反演(AVO) 经常 要将炮检距道集转 换成角道集的形式 （ a ）为共中心点道 集，不同地震道， 反射点相同，对于 同一地震道，地震 信息来自相同的激 化和接收点； （ b ）为共角度道集 ，不同地震道，入 射角相同，对于同 一地震道，地震信 息来自不同的激化 和接收点
反射振幅的恢复和保持