高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用
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。
非线性反演方法在地球物理研究中的应用

非线性反演方法在地球物理研究中的应用地球物理学是研究地球内外部有关物理过程和现象的学科,它主要依靠探测和观测手段来获取地球内部的信息。
而非线性反演方法是一种通过观测数据来推断模型参数的技术,它在地球物理研究中具有重要的应用价值。
地球物理探测技术涉及多个领域,包括地震、地磁、地电、地热、地震勘探、重力、地形等。
非线性反演方法能够帮助地球物理学家从大量的探测数据中获取有关地下结构、物性参数等信息。
它通过将观测数据与理论模型相结合,利用计算算法来推断未知参数的数值。
与传统的线性反演方法相比,非线性反演方法能够更准确地描述地球物理现象,提供更可靠的信息。
非线性反演方法的应用涵盖了多个领域,以下分别进行介绍。
一、地震反演地震探测是研究地球内部结构和地震活动的重要手段。
通过记录地震波在地下传播的方式和速度,可以推断地球内部介质的物性参数,如密度、泊松比、剪切模量等。
非线性反演方法在地震反演中的应用十分广泛。
它可以根据地震数据反演确定断层参数,如走向、倾角和滑动面参数。
此外,非线性反演还可以用于地震波波形的反演,通过反演获得地下介质的具体细节信息,如岩性、孔隙度等。
二、电磁法反演地电法和磁法在地球物理探测中起着重要作用。
地电法通过测量地下介质的电阻率分布来推测地下结构,磁法则通过测量地磁场的变化来推测地下构造。
非线性反演方法可以应用于电磁法反演中,通过将模型参数与观测数据建立联系,得到地下介质的电阻率或磁性分布。
同时,非线性反演方法还可以用于电磁法数据的联合反演,将地电法和磁法数据进行综合处理,提高模型的可靠性。
三、重力反演重力法是一种通过测量地表或近地表的重力场变化来推断地下结构的方法。
非线性反演方法可以将重力场的观测数据与物理模型建立关联,推断出地下的密度分布和物质的重力特征。
非线性反演方法在重力反演中的应用可以提高地下密度模型的精度,从而帮助研究地下构造变化、岩石类型等重要物理信息。
四、地形反演地形反演是研究地球表面地貌变化的一种方法。
三种AVO反演方法及其在储层预测中的应用的开题报告

三种AVO反演方法及其在储层预测中的应用的开题报告一、研究背景AVO反演技术是指基于地震数据的振幅变化和速度结构的关系,从反射地震资料中提取物性参数的一种方法。
在石油天然气勘探开发中,AVO反演技术广泛应用于储层预测、识别油气水界、分析岩性、定量评价岩石物性等领域。
目前,常见的AVO反演方法主要有三种,分别为半经典AVO反演、全波形反演和基于神经网络的AVO反演。
二、研究目的本文旨在深入探讨三种AVO反演方法的原理、优缺点及其在储层预测中的应用,为石油天然气勘探开发提供科学的技术支持和决策参考。
三、研究内容1. 半经典AVO反演方法半经典AVO反演方法是一种基于古代光学理论的AVO反演方法。
该方法的优点是计算简单,适用于弱衰减介质的情况。
但是,它的缺点是无法考虑强衰减介质和多重波的影响。
2. 全波形反演全波形反演是一种基于声波方程的AVO反演方法。
该方法的优点是能够利用全部的波形信息,可以考虑强衰减介质和多重波的影响。
但是,它的缺点是计算复杂,需要大量的计算资源。
3. 基于神经网络的AVO反演基于神经网络的AVO反演是一种基于人工神经网络的AVO反演方法。
该方法的优点是计算速度快,适用于大规模数据处理。
同时,它能够考虑各种复杂的非线性关系。
但是,它的缺点是需要大量的数据用于训练神经网络模型,且准确性受到模型训练数据量的影响。
四、研究意义AVO反演技术的发展为石油天然气勘探开发提供了重要的技术支持和决策参考,有助于提高勘探效率、降低勘探成本。
本文对三种AVO反演方法进行深入研究并探究在储层预测中的应用,对于提高勘探效率、准确性和监管能力具有重要的理论和实践意义。
反演算法在石油勘探中的应用研究

反演算法在石油勘探中的应用研究随着石油勘探技术的不断发展,反演算法已成为石油勘探领域不可或缺的重要手段之一。
反演算法的基本原理是将地球内部的物理参数通过测量数据来计算,从而确定油气储藏位置、分布和规模等信息,为石油勘探提供更加精准的数据支持。
一、反演算法简介反演算法,是一种从已知的测量结果中推出未知参数的计算方法,主要包括正问题和反问题。
正问题就是已知了地下某些物理参数的分布和规律,通过这些物理参数的模拟计算出相应的测量数据。
反问题则是根据测量数据来推算出地下的一些物理参数。
在地球物理学的领域中,反演算法是指根据测量资料研究地球物理媒介中的物理状态和分布规律的一类方法。
反演算法的目标是将地下媒介的物理参数从已知的测量数据中确定出来。
通过反演算法的应用,可以准确的计算地球物理媒介的物理参数分布情况,从而确定实际地质储存能力情况,这对于石油勘探的深度了解是非常重要的。
二、反演算法在石油勘探中的应用1.声波反演定量研究声波反演是一种将地下介质物理参数以及地下构造的复杂情况通过探测声波的传播进行分析的一种反演方式。
石油勘探中的声波反演技术被广泛应用,它的主要原理是通过确定地下媒质对声波的反射、折射、透射特性,并通过这些特性来判断储层分布、厚度以及成分组成等信息。
2.磁性反演研究磁物探是石油勘探中常见的一种方法,它主要通过检测地质媒介的磁场来分析地下储层与构造。
磁性反演技术可以通过计算已知磁场强度在地下储层和构造上的响应,反推出地下储层中的磁性异常特征。
磁性反演技术有助于分析石油储藏情况,以及在地下矿产资源评价方面也有重要作用。
3.电性反演研究电性反演是一种通过测量地下介质电性参数特性来分析储层分布、厚度,探测油藏、煤层以及矿床等的一种手段。
基于电性反演的技术主要包括电阻率、自然电场、人工电磁和大地电磁等。
电性反演技术的应用可以有效地分析地下储藏的情况,为石油勘探提供精确可靠的数据支持。
4.地震反演技术地震反演技术是一种通过记录地震波传播的方式来确定地下构造与储层分布的一种技术。
高分辨率非线性地震波阻抗反演方法和应用

辨率较 低 。统计 反 演 方 法 是 利 用 测井 数 据 和 地 震
数据 之 间建立 的一 种统计 的关系 , 进行 测井 数据 约
束反 演 , 反演分 辨率 高 , 噪声 能力 强 , 抗 但其 横 向预
测 的能力 有 限 。
们 联 合应 用确 定性 反演 和统 计反 演 2种方 法 , 合 联
演, 我们 从 信 息 论 的 角 度 对 地 震 反 子 波 进 行 了重
构 。宽 带地 震反 子波 的谱 由两部 分构 成 : 部分 来 一 源 于带 限地 震 子波 , 另一 部分 来源 于测 井 约束下 的 地 震数 据非 线性 谱 外 推 。为 了增 强 反演 的抗 噪 声 能 力 , 们 将 常 规 的 R bn o 我 o is n地 震 褶 积模 型[ 7 叫] 融人 到非 传统 的 C inel a i o褶积 神 经 网络[ ,] , a l 11 中 O1
性 和可靠 性 问题 , 就是 地 震 反 演 的零 空 间 问题 。 这 为 了合 理地 解决 这一 问题 , 现宽 带地 震波 阻抗 反 实
谱, 地震 资 料所 具 有 的 分辨 率 不 足 以检 测 薄 互层 。 而测井 数据 ( 如声 波 和密 度 测 井 ) 然 纵 向分 辨 率 虽 高 , 只能 反 映井 旁 的有 限空 间 。因此 , 展 了测 但 发 井约束 的反演 方法 。
媚 , 李维新 符 力耘 ,
(. 1 中国科 学院地 质 与地球 物理 研 究所 , 京 102 ;2 中 国海洋 石 油股 份 有 限公 司研 究 中心 , 北 00 9 .
为此 , 出了一种多 井约束分频非线性地震波 阻抗反演 方法 。给 出了反演方 法 的基 本原理 和算 法结构 , 细讨 提 详 论 了方法 中的关键技术——井 旁多级地 震反子波 的提取 、 直接反演初始地震波 阻抗 、 井旁多级地震 子波 的提 取 、 间接反演最终地震波 阻抗 和大尺度 地质模型约束等 。在琼东南盆地 和南 黄海 北部盆地 , 利用 实际资料对 多井约 束分频非线性地震波 阻抗 反演方法 进行 了验证 。首 先对 井的波 阻抗 曲线进 行 了多尺度 分解 , 进行 了频 谱分 并 析 ; 此基 础上 , 在 通过井约束波 阻抗 反演提取 了多级统计地震反子波序列 ; 然后分别利用井 的不同尺度 的频 率分 量作为约束条件 , 进行了地震波阻抗反演 , 获得了低频波阻抗剖 面、 中高频波阻抗剖 面以及 由低频 和 中高频 波阻 抗剖面合成 的全频波 阻抗 剖面。对 这些波 阻抗剖 面的分析 表 明, 低频 波 阻பைடு நூலகம்剖 面反 映的是 大套 地层 的岩 性结 构, 中高频 波阻抗剖面则很好地刻画 了地层岩性 的细节 。因此 , 以利用 高分辨 率 的中高频 波阻抗剖 面识 别砂 可
“高分辨率地震数据处理和反演方法”教案讲义

已知: y(t)=r(t)* w(t); 且, r(t), w(t) 未知; 求解: h(t)=r(t)*w(at); 已知 a>1
不需要已知子波,避免了 求取子波方法上的问题。
由于不需要子波,
HFE可以保持地震子波 时变、空变的相对关系,
保持地震数据的时频特性 和波组特征。
HiSPEC
HFE高频拓展方法原理
滩坝砂岩
HFE + AIW
HiSPEC
~3m ~ 4m
1292-1295 1298-1302
~ 3.5m
AIW波阻抗反演结果
薄互砂岩储层
HiSPEC
AIW波阻抗反演结果
大套砂砾岩层
HiSPEC
目录
高分辨率处理方法的一点认识
高频拓展的可能性 决定地震数据分辨率的关键因素 高分辨率与保持信噪比、相对振幅关系的矛盾
HFE 高频拓展方法
AIW 基于小波边缘分析建模的波阻抗反演 HFE 及 AIW应用实例分析
三参数 HiSPEC-AVO 反演技术
HiSPEC
HFE 及 AIW应用实例分析
— 构造形态及地层接触关系 — 碳酸盐岩储层 — 砂岩储层(致密砂岩) — 非常规储层
HiSPEC
地层接触关系分析 HFE 及 AIW应用实例分析
变换到复赛谱域
s()r()w ()
高通滤波
s()r()
逆变换到时间域
r(t)
Application of homomorphic theory in non stationary
deconvolution CREWS Research Report – Volume11(1999) Mi YanPeng & G of Calgary
储层地质参数高精度测量关键技术研究及应用
储层地质参数高精度测量关键技术研究及应用以储层地质参数高精度测量关键技术研究及应用为题,本文将从以下几个方面进行论述。
一、引言在油气勘探开发过程中,准确测量储层地质参数对于油气资源的评价和开发具有重要意义。
储层地质参数包括孔隙度、渗透率、饱和度等,它们直接影响储层的储集能力和油藏的产能。
因此,研究和应用储层地质参数高精度测量关键技术具有重要的理论和实际意义。
二、储层地质参数高精度测量技术研究1. 测井技术测井技术是油气勘探和开发中常用的一种技术手段,它通过测量井孔内的物理参数,如电阻率、自然伽玛、声波速度等,来间接获取储层地质参数。
目前,测井技术已经发展成为一个相对成熟的技术体系,能够提供较高精度的储层地质参数测量结果。
2. 地震勘探技术地震勘探技术是一种通过人工激发地震波并接收地震波反射信号来获取地下储层信息的技术手段。
地震勘探技术可以提供储层的界面信息和地震属性,从而间接反映储层地质参数。
近年来,地震勘探技术不断发展,高精度地震数据采集和处理方法的出现,使得地震勘探技术在储层地质参数测量中得到了广泛应用。
3. 岩心分析技术岩心分析技术是通过实验室对岩心样品进行物理、化学和微观结构等方面的测试和分析,从而获取储层地质参数的一种方法。
岩心分析技术能够直接获取储层地质参数,具有较高的准确性和精度。
但是,岩心分析技术需要采集岩心样品并进行实验室测试,工作量大且费时费力。
三、储层地质参数高精度测量技术应用1. 油气资源评价储层地质参数高精度测量技术的应用可以提供准确的储层地质参数数据,从而为油气资源的评价提供依据。
通过对储层地质参数的测量和分析,可以评估储层的储集能力和油气储量,为油气勘探和开发决策提供科学依据。
2. 油藏开发储层地质参数高精度测量技术的应用可以为油藏开发提供关键信息。
通过准确测量储层地质参数,可以确定油藏的产能,指导油井的开发和生产管理,提高油田的开发效率和经济效益。
3. 油藏管理储层地质参数高精度测量技术还可以为油藏管理提供重要支持。
致密碎屑岩裂缝视密度高分辨率非线性反演
第2 9卷
20 0 7年
第 2期
4月
西 南 石 油 大 学 学 报
J u a fS u h e tP toe m n v ri o r lo o t w s e rl u U ie s y n t
V0 . 129
No. 2
摘要 : 对致 密碎屑岩 油气藏 裂缝预测 的复杂性 、 针 多样 性 , 出了利用 高分辨率 自适应遗传神经 网络技 术进行速 度反 提 演, 然后再利用成像 测井资料 获得 裂缝视 密度数据 , 行视密度剖面反演 的思路 。以川 西某气田须二段 为例 , 进 在研 究 测 井资料的基础上 , 以成像测 井获得裂缝视 密度 资料应 用 自适应遗传 神经 网络方 法进 行裂缝 密度反 演 , 到裂缝视 得 密度剖 面。反演所得剖面与 实际情况具有较好的对应关 系, 是一种研 究致 密碎屑岩裂缝性 气藏 的有益 尝试。 关键词 :致密碎屑 岩 ; 气藏 ; 裂缝视 密度 ; 高分辨率 ; 非线性反演
精度是否满足要 求
≮ ● 疋
I
式中 为群体最大适应度值 , 为每代群体 平均适应度值 为要交叉 的两个个体中较大 的适 应度值 为要变异个体的适应度值。 15 混 合 智能学 习方 法 . 混合智能学习方法是将 B 算法和 自适应遗传 P 算法有机结合而构成 的, 利用 了 自适应遗传算法 的
中 图分 类 号 : E 2 . T l2 2 文献标识码 : A
练神 经 网络 需要 在 很 大 的空 间 内进 行搜 索 , 索 空 搜
引 言
对于致密碎屑岩来说 , 由于岩石高度致密化 , 原 生孔 隙在后 生成 岩演 化 作 用 中已所 剩 无 几 , 类 岩 这
石 的油气 预测关 键 在 于寻 找 有 利 于油 气 运 移 、 集 聚 和储 存 的裂缝 系统 。裂缝 密度 反演一 直是 地球物 理 学家 想做 而不 容易 做 到 的事 , 人 从 多 方 面进 行 了 前 研究 ¨ J文 章在此 基 础 上 尝 试利 用 自适 应 遗 传 神 , 经 网络技 术进 行裂缝 密度 反演 , 得到 裂缝 视密度 值 ,
岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法
岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法潘新朋;刘志顺;高大维;王璞;郭振威;柳建新【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2024(67)3【摘要】叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其一阶或高阶的近似表达式,然而这会降低模型的精确性并增加反演的误差.为了提高储层物性参数反演的稳定性和准确性,本文以碎屑岩储层为例,提出了岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法.首先,基于贝叶斯框架和高斯分布约束条件,从叠前地震数据中实现纵、横波速度及密度等弹性参数的反演.其次,通过碎屑岩岩石物理模型建立起弹性参数与物性参数之间的联系.最后,利用粒子群算法进行全局寻优获得较为准确的孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数.合成数据和实际资料测试结果验证了所提方法的可行性和准确性,反演结果与测井数据吻合较好,可有效指示含气储层区域,本文方法在储层预测和评价方面具有广泛的应用前景.【总页数】18页(P1237-1254)【作者】潘新朋;刘志顺;高大维;王璞;郭振威;柳建新【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院;有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室;有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.岩石物理驱动的储层裂缝参数与物性参数概率地震反演方法2.储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的确定性优化方法3.高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用4.地震和测井资料联合反演储层物性参数的方法5.地震岩石物理驱动的裂缝预测技术研究现状与进展(Ⅰ)——裂缝储层岩石物理理论因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
高分辨率地震反演技术及应用
地震 反演 技术 是伴 随着 地震 技术 在油 田勘 探
开发 中 的不 断应 用 而发 展 起 来 的 , 2 是 0世 纪 8 0 年代 兴起 的一 门新 的技 术 , 技 术 能 利 用 地 面 观 该
岩 性细 微差 别 , 高地 震 反 演 的 分 辨率 和 对 储 层 提
的刻画 精度 。
体 间连通性较差 , 3套砂体在 平面上相互连 接、 向上相 互叠置, 比较有利 的油 气勘探 区。 纵 是 [ 关键词]储层预测 ;拟声波;复杂地质建模 ;参数反演
[ 类 号 ]P 3 . 分 614 [ 献标 识 码 ]A 文
随 着油气 勘 探程度 的不断 深入 和勘探 程 度 的 不 断提 高 , 找新 的油 气藏 愈加 困难 , 寻 这就 要求 在
基 础 上 , 合 地震 精 细 解 释成 果 , 立 具有 地 震 、 结 建 地质 和测 井等 多 种地 学 信 息 的 初 始地 质 模 型 , 通
过有效 融 合地震 、 质和 测井 等多 种信 息 , 高 了 地 提
地震 反演 的准 确 度 和反 演 成 果 的可信 度 , 并且 建
第 3卷 第3 8 期
2 0 1 1年 6月
成 都 理工大 学 学报 ( 自然 科学 版 )
J U N lO H N D NV R IYO E H O G Si c & Tcnl y d i ) O R A FC E G UU I E S F C N I Y(c n T T O e e e o g i n h 0 Et 0
一
在 实 际工作 中 , 波 曲线往 往 不 能 反 映 储 层 声 特 征 , 使 反 演 结 果 很 不 理 想 , 法 准 确 刻 画 储 致 无 层 。而其 他测 井 曲线 , 自然伽 马 、 如 自然 电位 等 , 对储 层 的反 映却很 好 , 用 拟声波 曲线 构建 技术 , 利
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吴 媚,符力耘,李维新.高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用.地球物理学报,2008,51(2):546~557Wu M ,Fu L Y,Li W X.A high 2res olution nonlinear inversion method of reserv oir parameters and its application to oil Πgas exploration.Chinese J .G eophys .(in Chinese ),2008,51(2):546~557高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用吴 媚1,符力耘1,李维新21中国科学院地质与地球物理研究所,北京 1000292中国海洋石油股份有限公司研究中心,北京 100027摘 要 对于陆相沉积环境下的复杂隐蔽岩性储层,由于观测信息不准确,如信息重叠、信息缺失和噪音污染,以及岩石物理关系模糊等原因,储层横向预测存在不惟一性、不稳定性和不确定性.基于线性假定的常规储层横向预测技术已不适用于复杂隐蔽岩性储层的勘探.本文采用一种非线性储层岩性物性褶积模型,建立波阻抗与孔隙度Π泥质含量的函数关系;通过多级结构分解和双向边沿子波检测来刻画复杂岩石物理关系;通过Caianiello 褶积神经网络实现确定性反演、统计反演和非线性理论三者有机结合;最后联合应用基于逆算子的反演方法和基于正算子的重建算法实现了综合地质、测井和地震波阻抗信息进行高分辨率储层物性参数反演.非线性储层物性参数反演采用多井约束机制和分频反演方式,在陆相和近海油气勘探资料的实际应用中,取得了明显应用效果.关键词 非线性反演,物性参数,褶积模型,Caianiello 褶积神经网络,边沿检测子波,分频反演文章编号 0001-5733(2008)02-0546-12中图分类号 P631收稿日期 2007-07-10,2007-12-09收修定稿基金项目 国家高技术研究发展计划(863计划)专题(2006AA06Z 240)资助.作者简介 吴 媚,女,1975年生,1998年毕业于大庆石油学院,现为中国科学院地质与地球物理研究所在读博士,主要从事储层预测方面的研究工作.E 2mail :w -z ong -hong @A high 2resolution nonlinear inversion method of reservoir parametersand its application to oil Πgas explorationWU Mei 1,FU Li 2Y un 1,LI Wei 2X in 21Institute o f G eology and G eophysics ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100029,China 2CNOOC Research Center ,Beijing 100027,ChinaAbstract In the prediction of com plex reserv oir in continental deposition environment ,because of inexact data (e.g.,in formation 2overlapping ,in formation 2incom plete ,and noise 2contaminated )and ambiguous physical relationship ,inversion results su ffer from nonuniqueness ,instability ,and uncertainty.Thus ,reserv oir prediction technologies based on linear assum ption are unsuited for these com plex areas.By means of nonlinear rock physical m odels ,the method presented in the paper establishes a relationship between im pedance and porosity Πclay 2content.Through multistage decom position and bidirectional edge wavelet detection ,it can depict m ore com plex rock physical relationship.M oreover ,it uses the Caianiello neural netw ork to im plement the combination of deterministic inversion ,statistical inversion and nonlinear st ,it incorporates geological in formation ,well data and seismic im pedance to perform petrophysical parameters inversion by combined applications of m odel 2based and deconv olution 2based methods.The joint inversion consists of four steps :(1)multistage vertical edge detection wavelets extraction at the wells and nonlinear factor estimation ,(2)initial petrophysical parameters estimation by vertical edge detection wavelets ,(3)multistage transverse edge detection wavelets extraction and nonlinear factor estimation ,(4)final petrophysical parameters reconstruction by transverse edge detection wavelets.The scheme adopts multi 2well constraint and separate 2frequency inversion第51卷第2期2008年3月地 球 物 理 学 报CHI NESE JOURNA L OF GE OPHY SICSV ol.51,N o.2Mar.,2008m ode and achieves g ood results in the application on s ome continental and near2sea exploration data.K eyw ords Nonlinear inversion,Petrophysical parameters,C onv olution m odel,Caianiello neural netw ork, Edge detection wavelet,Separate2frequency inversion1 引 言 针对陆相沉积环境下的复杂隐蔽岩性储层:储层厚度薄物性差、岩性物性高度非均质且横向变化大、储层岩性对比弱、有效储层分布分散等特征,如何有效地进行储层预测和流体识别是当前中国中部、东部和近海地区石油勘探和开发中面临的主要问题.综合利用地质、地震、测井和钻井等资料进行储层横向预测,涉及许多学科和地质地球物理深层次的问题.大多数地质地球物理过程是非线性的,求取各种地质地球物理问题的非线性变换一直是长期研究的课题.根据有关的信息理论[1],绝大多数地质地球物理过程是不可逆的,即信息的缺失在物理上不能可靠重建.在地质地球物理过程中,由于可观测数据的信息不全、信息重叠和数据噪音污染等原因,储层横向预测存在不惟一性、不稳定性和不确定性.目前广泛推广应用的各种储层物性横向预测技术极大地简化物理问题的复杂性,适用于结构简单和物性横向变化较均匀的储层.如Wyllie时间平均方程[2](1Πv p=(1-<)Πv m+<Πv f,其中<表示地层孔隙度,vp表示纵波速度,v m表示岩石骨架的速度, v f表示孔隙流体的速度)以其简单性而被广泛应用,但它只能描述中等孔隙度范围内速度与孔隙度之间的关系.Raymer方程[3](v p=(1-<)2v m+<v f)是修正的时间平均方程,适用于不同的孔隙度范围.但这两种模型均适用于纯砂岩而不适用于泥质砂岩.而且它们只能描述大尺度的物性横向变化,缺乏细节的描述.对于陆相复杂隐蔽岩性储层,基于线性假定的储层物性横向预测技术已不适用于该类储层的研究.因此,基于统计反演理论的非线性反演方法应运而生,如地质统计法和神经网络法[4~6]等.在储层横向预测中,关键问题是如何利用带限资料(地震和地质资料)进行宽带高分辨率反演.目前,还没有成熟的理论能从带限资料中可靠恢复缺失的高频信息,无法解决反演中从带限到宽带的问题.我们结合R obins on地震褶积模型[7~10]和Caianiello褶积神经网络[11~13]已实现了高分辨率非线性地震波阻抗反演[14,15],本文在此基础上,采用一种非线性储层岩性物性褶积模型,建立波阻抗与孔隙度Π泥质含量的函数关系;通过多级结构分解和双向边沿子波检测来刻画复杂岩石物理关系;通过Caianiello褶积神经网络实现确定性反演、统计反演和非线性理论三者有机结合;最后联合应用基于逆算子的反演方法和基于正算子的重建算法实现了综合地质、测井和地震波阻抗信息进行高分辨率储层物性参数反演.非线性储层物性参数反演采用多井约束机制和分频反演方式,该方法在陆相和近海油气田复杂隐蔽岩性储层的物性横向预测实践中取得了明显应用效果.2 非线性储层物性参数反演方法原理211 非线性储层岩性物性褶积模型在储层物性参数反演中,我们使用如下的波阻抗与孔隙度非线性储层岩性物性模型[16]:<m(<m-2<)<(<m-<)=λln z p-z fz m-z p,(1)图1 不同非线性因子对应的波阻抗z与孔隙度<函数关系图Fig.1 Relationship map between im pedance and porositycorresponding to different nonlinear factors式中,<表示地层孔隙度,<m表示储层砂岩的最大孔隙度,zp、z f和z m分别表示纵波阻抗、孔隙流体波阻抗和岩石骨架波阻抗,λ为非线性因子,可以非线性地调整方程的函数形式以拟合实际的数据关系.图1为非线性因子λ取不同值得到的拟合曲线,表现为S2型曲线特征.对于固定的λ值,孔隙度随波阻抗变化的非线性程度不同,不同岩性物性构成的岩石具有不同的λ值.745 1期吴 媚等:高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用为便于实际应用,可将(1)式写成:<m (t )(<m (t )-2<(t ))<(t )(<m (t )-<(t ))=λ(t )lnz p (t )-z f (t )z m (t )-z p (t ),(2)式中,<(t )表示时间域孔隙度曲线,z p (t )表示时间域阻抗曲线.如何精确估算不同深度不同岩性的时变非线性因子λ(t )是储层物性参数反演中的一个关键性问题.Caianiello 褶积神经网络提供了一个能迭代调整λ(t )的最优算法,使之对纵向上沿井的岩性变化产生自适应响应.图2为墨西哥湾由测井资料编制的孔隙度和波阻抗交会图.它表明在硅质碎屑岩中,岩性的变化、孔隙中凝析气与水等流体类型的变化会使波阻抗与孔隙度之间的关系发生明显变化,表现在孔隙度和波阻抗交会图上数据点散状分布具有不同的分布范围,其中+点代表上覆泥岩,△点代表含矿硅质碎屑岩,○点代表含矿火山碎屑岩,□点代表含水硅质碎屑岩.图中直的实线是Burge 和Neff [17]利用时间平均方程拟合的结果,虚的曲线是本文方法拟合的结果.可见虚的拟合曲线更加符合实际数据点的分布.同样地,可建立如下的波阻抗与泥质含量之间的非线性储层物性模型:c m (c m -2c )c (c m -c )=λln c m (z p -z c )c m (z m -zp )-c (z m -z c ),(3)式中,c 表示泥质含量,c m 表示泥质含量的最大值,z c 表示纯泥岩波阻抗.图2 墨西哥湾地区由测井资料编制的波阻抗与孔隙度交会图(本数据来自Burge 和Neff [17])Fig.2 Acoustic im pedance versus porosity for a well in a G ulfof Mexico field (The data is provided by Burge and Neff [17])212 多级结构分解和双向边沿子波检测从图2中可以注意到,拟合曲线只能反映数据点的分布走势,不能反映数据点沿拟合曲线相对集中和分散的分布特征.一般地,不同沉积环境下,不同岩性物性构成的岩石其数据点具有不同的分散分布特征.为了将岩性物性交会图中数据点的这种分散分布特征引入到非线性储层岩性物性模型中,我们将地震波阻抗与储层物性参数之间的关系统一表示为一种隐式的关系:z (t )=f (<(t ),w (t ),λ(t )),(4)式中,z (t )表示时间域地震波阻抗,<(t )表示时间域孔隙度,w (t )为数据点散状分布的边沿检测子波,f (・)为非线性变换,表示非线性因子λ(t )的影响.为了利用Caianiello 褶积神经网络实现统计反演,将(4)式进行多级分解,例如一个三级分解可表示为z (t )=f 3(f 2(f 1(<(t )3w 1(t ))3w 2(t ))3w 3(t )),(5)式中,f i (・)(i =1,2,3)为多级非线性变换,隐含非线性因子λ(t ),w i (t )(i =1,2,3)为多级边沿检测子波.(5)式为非线性储层岩性物性褶积模型.边沿检测子波w (t )沿纵向和横向两个方向进行数据分布的边沿检测.将边沿检测子波w (t )作为Caianiello 褶积神经网络的神经子波进行估计,图3为与(5)式对应的三层Caianiello 褶积神经网络结构.利用Caianiello 褶积神经网络算法[13],可以迭代调整边沿检测子波使网络实际输出信号和期望输出信号达到匹配.定义的价值函数为如下均方误差函数:E =12∑k ∑t e 2k (t )=12∑k ∑t [d k (t )-o k (t )]2,(6)式中,d k (t )表示期望输出信号,o k (t )表示网络实际输出信号.在每层中应用误差逆向传播技术对该层中所有神经元的边沿检测子波进行递归修正.如从隐层向下到输入层的边沿检测子波修正公式为Δw ji (t )=η(t )δj (t ) o i (t ),(7)式中, 为互相关运算符号;η(t )为学习速率.对于输出层,其第k 个神经元的逆向传播误差δk (t )可以表示为δk (t )=e k (t )f ′(N k (t )-θk (t )),(8)式中,f ′(・)表示对非线性变换求导.N k (t )=∑jwkj(t )3o j (t ).(9)845地球物理学报(Chinese J.G eophys.)51卷 对于隐层,δj (t )可由链规则得到,即δj (t )=f ′(N j (t )-θj (t ))∑kδk(t )w kj (t ),(10)N j (t )=∑iwji(t )3o i (t ).(11)在Caianiello 褶积神经网络中,褶积运算的误差正向传播和互相关运算的误差逆向传播可通过快速傅里叶变换在频率域中实现.图3 三层Caianiello 褶积神经网络体系结构Fig.3 Three 2layer Caianiello neural netw orkarchitecture图4 非线性储层物性参数反演流程图(以孔隙度反演为例)Fig.4 Flow chart of nonlinear petrophysical parameters inversion (e.g.porosity inversion )213 输入信号重建方法通常情况下,在输入和期望输出已知的信息环境中,人工神经网络首先要进行学习(权调整),训练后的网络可用于新信息环境中对输入的新数据体进行预测,即在新信息环境中输入是已知的,而输出是未知的.然而在大多数情况下,新信息环境通常是由未知或不准确的输入和已知或不完整的输出构成.因此,需要利用训练的神经网络对新信息环境进行预测,反推未知或不准确的输入信号.利用已知的边沿检测子波和期望输出,我们可以对输入信号作迭代调整,重建输入信号.定义的价值函数与(6)式类似,在图3中,对网络隐层的输入信号进行迭代调整,可表示为Δo j (t )=μ(t )δk (t )w kj (t ),(12)式中,μ(t )是增益向量,第k 个神经元的逆向传播误差δk (t )可由(8)式得到.通过(10)式,可以得到输入层o i (t )的修正方程如下:Δo i (t )=μ(t )δj (t )w ji (t ).(13)214 非线性因子优化为得到一个最优的储层物性模型来拟合不同岩性的测井数据,就要不断调整时变非线性因子(见(2)式).将误差逆向传播技术应用于每一层的神经元中就可以产生一个修正的非线性因子方程.定义如(6)式的价值函数,对于任一层中的任一神经元,修正的非线性因子方程都具有递归形式.例如,对图3输入层的非线性因子修正可表示为Δλi (t )=β(t )r i (t )f ′(λi (t )),(14)式中,β(t )是增益因子;r i (t )=∑j δj(t ) w ji (t )为校正函数,其中δj (t )由(10)式得到.3 非线性储层物性参数反演的流程及关键技术311 反演流程非线性储层物性参数反演分为四个步骤[16]:(1)井约束纵向边沿检测子波提取和非线性因子估计;(2)基于纵向边沿检测子波直接反演储层物性945 1期吴 媚等:高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用(孔隙度和泥质含量),作为储层物性初始模型估计;(3)井约束横向边沿检测子波提取和非线性因子估计;(4)基于横向边沿检测子波间接反演最终储层物性.图4是反演流程图(以孔隙度反演为例).312 沿纵向边沿检测估计储层物性受砂岩中泥质含量的影响,地震波阻抗与孔隙度交会图中数据点呈“云”状分布.从图5波阻抗-孔隙度交会图中可以看出,非线性储层岩性物性拟合曲线只能确定数据点云状分布的整体变化趋势,不能反映数据点的散状分布特征.为修正(2)式的非线性储层岩性物性模型,实现同时估计波阻抗与孔隙度之间的整体趋势变化和沿趋势线数据点的散状分布特征,本文中利用边沿检测子波作为扫描因子从两个方向确定趋势线周围数据点散状分布特征,一个是沿着平行z 轴的方向(图5中的AB 线),另一个是沿着平行<轴的方向(图5中的C D 线).前者可以表示为:<(t )=f (z (t ),w z (t ),λ(t )),式中w z (t )称为纵向边沿检测子波.利用隐含非线性因子的储层物性模型f (・)以及相关截止参数可以确定趋势线,波阻抗z (t )与纵向边沿检测子波的褶积运算可以确定数据点沿z 轴方向的散状分布范围.图5 储层物性参数反演方法描述Fig.5 Schematic description of petrophysical parameters inversion结合Caianiello 褶积神经网络和基于(2)式的非线性储层物性模型提取纵向边沿检测子波和非线性因子,然后利用纵向边沿检测子波直接反演孔隙度.井旁地震波阻抗曲线作为神经网络的输入,测井孔隙度曲线作为期望输出.纵向边沿检测子波的估计揭示了一个从地震波阻抗到地层孔隙度的多级近似过程.网络训练序列由输入矩阵z il (t )(l =1,2,…,L ,L 为目标区井的个数,i =1,2,…,I ,I 表示第l 口井处输入地震波阻抗的个数,也代表输入层神经元个数)和期望输出矩阵<kl (t )(l =1,2,…,L ,k =1,2,…,K ,K 表示第l 口井处孔隙度测井的个数,也代表输出层神经元个数)构成.通常情况下,参数I 要选取足够大以充分利用相邻道特性的空间相关性.网络训练实质上是一个优化的过程,与常规神经网络应用的主要区别在于在进行逆向传播时,神经子波的调整受(2)式的非线性储层岩性物性模型控制.对所有井进行训练后,得到一个褶积神经网络系统,在一定程度上可以给出地震波阻抗(输入)和地层孔隙度(输出)的对应关系.每口井有各自的纵向边沿检测子波和非线性因子,井越多,得到的结果就越可靠.对于横向稳定的沉积单元,边沿检测子波在横向上也是稳定的,在井少情况下也可以得到较好的结果.利用神经网络训练得到的纵向边沿检测子波,可进行井外推直接反演.褶积神经网络系统通过井间自动插值可以生成一系列新的纵向边沿检测子波和非线性因子,用于井间孔隙度反演,得到的孔隙度剖面作为孔隙度的初始模型估计.313 沿横向边沿检测重建储层物性从图5中可以看到,用边沿检测子波确定散状分布特征的另一种方式可以表示为:z (t )=f (<(t ),w <(t ),λ(t )),式中w <(t )称为横向边沿检测子波.孔隙度<(t )与横向边沿检测子波w <(t )的褶积运算可以确定数据点沿<轴方向的散状分布特征.首先进行横向边沿检测子波提取.井孔隙度曲线作为Caianiello 褶积神经网络的输入,井旁地震波阻抗曲线作为期望输出.利用神经网络训练得到的横向边沿检测子波,可以进行井外推间接反演,即以上一步直接反演得到的初始孔隙度模型作为本步训练好的神经网络的输入,以地震波阻抗作为神经网络的期望输出,采用第213节介绍的Caianiello 褶积神经网络输入信号重建算法,通过多步迭代修正初始孔隙度模型,间接反演最终孔隙度剖面.对于每一个孔隙度反演道,可以将其与相邻几个地震波阻抗道组合作为期望输出,以加强反演的自适应能力.在井外推间接反演过程中,神经网络通过井间自动插值生成一系列新的横向边沿检测子波和非线性因子,用于井间孔隙度反演.314 大尺度地质模型约束地质模型提供了沉积单元的构造形态,通过地质模型对反演进行约束,实现地质信息的有效应用.在每一个沉积单元中,岩性和地质特性相似,地震特征横向变化较缓,因此,同一沉积单元中纵横向边沿检测子波和非线性因子在横向上是渐变的.每一个沉积单元都对应着一组纵横向边沿检测子波和非线性因子,代表其地震响应和地质特性.在复杂地质构造地区,存在大断距断层、地层尖灭和陡倾角地层等地质形态,需要地震解释来确定一个控制地震主要同相轴的大尺度地质模型,在储层物性反演外推中055地球物理学报(Chinese J.G eophys.)51卷 作为地层约束,确保在同一地质层序中应用同一组边沿检测子波和非线性因子.4 应用实例 琼东南盆地勘探目的层古近系的陵水组以扇三角洲、滨海和浅海沉积为主,新近系的三亚组以浅海和滨海沉积为主.图6为琼东南西区Y A136地震测线,过相距23km的A1和A2两口钻井.该区主要发育两套储盖组合:①陵三段扇三角洲、滨海砂岩与陵二段海侵泥岩的储盖组合;②三亚组和梅山组滨浅海相砂岩或低位扇储层与梅山组—莺黄组浅海、半深海相泥岩的储盖组合.主要勘探目的层陵水组埋藏较深,其波阻抗特征复杂,砂、泥岩阻抗特征接近,利用常规波阻抗很难识别储层和有效盖层.为此,文献[15]利用A1井的测井资料和地震资料,对Y A136地震测线进行了高分辨率非线性地震波阻抗多尺度分频反演,并利用A2井的实测波阻抗对反演结果进行了验证.图7为反演的中高频波阻抗剖面,反映了细微的地层岩性结构.由该图可见,插入剖面中的A1井中高频阻抗分量与井旁道反演结果吻合得很好,这是因为地震数据中有相当多的微弱高频成分,且介质的高频成分与中频成分之间存在很好的自仿射映射关系.因此,由中频为主的地震数据外推反演高频阻抗,相对反演低频阻抗来说精度要高些.图8为利用低频、中频和高频反演分量合成的全频波阻抗剖面,插入剖面中的A1井波阻抗曲线与井旁道反演结果吻合得很好,钻井揭示的陵三段扇三角洲厚砂岩,在波阻抗剖面上表现为低阻抗特征.文献[15]利用A2井的实测波阻抗对反演结果进行了验证,在A2井处,二者的相似系数达80164%.交叉验证效果较好的主要原因之一是:在计算中尺度的地震相对波阻抗时,不用井进行约束,但计算的相对波阻抗与A1和A2两口井实测的波阻抗中频分量有很好的相似性,说明地震数据的井-震相关性很好,确保外推反演结果可靠.这为下面我们将要进行的高分辨率非线性储层物性参数反演打下良好的基础.钻井揭示的岩性有含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、灰质泥岩、灰岩、灰质砂岩.砂岩孔隙度分布范围为5%~21%,平均为15%,为中孔高渗型.琼东南盆地西区由西北部向东南储层物性变差.根据已发现气田,有效储层孔隙度大于10%.利用A1井资料和地震资料,我们对Y A136地震测线进行了高分辨率非线性储层物性参数(孔隙度和泥质含量)多尺度分频反演,同时利用A2井的实测储层物性曲线对反演结果进行了验证.首先对A1井的泥质含量和孔隙度时间域曲线进行了多尺度分解(图9a),并进行了频谱分析(图9b).从频谱图上可见,大Π中尺度分量在0~100H z 左右,相当于地震数据本身的分辨率;小尺度分量达250H z,是地震反演需要外推的部分.对不同尺度的频率分量分别进行了反演.首先输入井旁地震波阻抗数据,以井的各孔隙度Π泥质含量分量为期望输出,进行井旁地震道反演,完成井约束边沿检测子波提取和非线性因子估计.图10和图11分别为A1井约束泥质含量和孔隙度反演提取的多级边沿检测子波:下为第一级边沿检测子波;上为第二级边沿检测子波.其中左为中低频分量反演提取的边沿检测子波,右为高频分量反演提取的边沿检测子波.通常,第二级子波的频率高于第一级.图12和图13分别为利用A1井的中Π低频分量约束和高频分量约束反演得到的中Π低频泥质含量剖面和高频泥质含量剖面,图14是合成的全频泥质含量剖面.可见,插入剖面中的A1井实测各泥质含量分量曲线与反演结果吻合很好.图15为约束井A1井的泥质含量各分量与反演结果对比,其中,粗线为井曲线,细线为反演曲线,二者相似系数均在96%以上.图16为利用A1井孔隙度的中Π低频分量约束反演得到的中Π低频孔隙度剖面,同时进行高频分量约束孔隙度反演,图17是合成的全频孔隙度剖面.可见,插入剖面中的A1井实测各孔隙度分量曲线与反演结果吻合很好.图18为约束井A1井的孔隙度各分量与反演结果对比图,其中,粗线为井曲线,细线为反演曲线,二者相似系数均在96%以上.在井旁做好砂体的标定和储层精细描述工作,就可以从井外推直接在这些高分辨率的储层物性剖面上较准确地勾画有效砂体的分布.图19和图20为Y A136连井测线储层物性反演交叉验证对比(粗线为井的泥质含量和孔隙度曲线,细线为合成的反演泥质含量和孔隙度曲线).在每张图上,右为约束井A1的实测物性曲线与反演结果对比,二者的相似系数对于泥质含量为98132%,对于孔隙度为99102%;左为在23km处的验证井A2的实测物性曲线与反演结果对比,二者相似系数对于泥质含量为83%,对于孔隙度为85181%.155 1期吴 媚等:高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用255地球物理学报(Chinese J.G eophys.)51卷 图9 A1井泥质含量(上)和孔隙度(下)的频率分解(a )及其相应的频谱分析(b )Fig.9 (a )Frequency decom position for clay 2content (top )and porosity (bottom );(b )S pectra analyses for clay 2content (top )and porosity (bottom)图10 A1井约束泥质含量反演提取的多级统计边沿检测子波序列Fig.10 Multistage edge detection wavelets sequences for well A1constraint clay 2content inversion355 1期吴 媚等:高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用图11 A1井约束孔隙度反演提取的多级统计边沿检测子波序列Fig.11 Multistage edge detection wavelets sequences for well A1constraint porosityinversion图15 约束井A1井的泥质含量各分量与反演结果的对比Fig.15 C om paris on between different clay 2content com ponents and inversion results at constraint wellA1图18 约束井A1井的孔隙度各分量与反演结果的对比Fig.18 C om paris on between different porosity com ponents and inversion results at constraint well A1455地球物理学报(Chinese J.G eophys.)51卷 。