地震反演原理

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与地震反演技术相关的几个概念
最小相位子波
零相位子波
与地震反演技术相关的几个概念
常相位子波
非最小相位子波
与地震反演技术相关的几个概念
对零相位和常相位子波而言，可将其看作是一系列不同振幅 和频率正弦波的集合，所有的正弦波都是零相位或常相位(如900)。 最小相位不是一个简单而易理解的概念，可以有许多不同的 方法描述它。最简单直观的方法是，最小相位在零时间之前不存 在(数学上，我们称这种子波是物理可实现的)，并且能量主要分 集中在前部。事实上，最小相位的术语是指在所有的有相同振幅 谱和不同相位谱的因果子波中，相位谱最接近于零的那一个。
这里
( j ) = 第j层的密度 ( j ) = 第j层的纵波速度
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反演的目的是为了从地震道本身估算地层速度。显然，首先需要从褶积 模型中提取反射系数的一个估算值，因此，我们可进行反褶积的相关处 理。在讨论反褶积和反演之前，让我们更详细地讨论一下褶积模型的两 个主要组成部分： 反射系数和地震子波。
最佳剖面
所有的反演方法都不可避免地带有“非唯一性”的问题。这意味着对于 一特定的地震响应，可能有多个地质模型与之相对应。
在各种可能的地质模型之间来决定那一个与实际地质模型相符合的唯一 途径是使用其他信息（且是不包含在地震数据中的）。这种附加信息通 常是由下面两种途径来提供的： • 初始猜测模型 • 最终结果偏离初始猜测程度的约束条件。 这意味最终反演结果除地震资料之外还要依赖于这种“附加信息”。
与地震反演技术相关的几个概念
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子波的确定方法大体上可分为类： 直接确定性的 完全统计性的 使用测井的 直接确定法——指直接用地面接收器和其他方法测量子波。 完全统计法——只用地震数据确定子波。这种方法很难准确 地确定子波的相位谱。 测井曲线法——指除使用地震数据外，还使用测井曲线信息。 子波是空变且时变的，对地震剖面应该确定大量的子波。但实 际反演的应用上，试图确定可变的子波可能引起更大的不确定 性。因此，实际使用的是对整个剖面提取一个“平均”子波。
（4）
注意：方程（3）和方程（4）只适用于P波垂直入射一个界面的情况。 对于非垂直入射，将发生类型转换，产生反射和透射横波。在进行地震 岩性精确测量时，了解这些影响是很重要的。对于叠后情况，我们将假 设方程（3）能准确地预测反射系数。
与地震反演技术相关的几个概念
• 在多数反演算法中对地层反射系数做如下假设：
目前在生产中用的较多的是叠后振幅反演。较为流行的应用软件有 STRATA、Jason、ISIS、VanGurad … 等。其以一维褶积模型为理论 基础，仅使用指定的地质界面的振幅信息（而不是它的反射时间）。其 基本反演方法包括有递归反演、稀疏脉冲反演和基于模型的反演等。 另外，近年来由于地震属性分析技术、神经网络识别技术及弹性物 理模量参数的引入，使传统的反演方法在原有的基础上有了长足的发展 。例如：以多元地震属性分析为基础的储层测井特性的模拟技术（非阻 抗反演方法）；弹性反演及以神经网络识别为特征的数值逼近技术等。 使储层识别及其物性预测的精度和可靠性都有较大地提高。
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与地震反演技术相关的几个概念
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显而易见，不是所有的入射能量都能被反射（只有海上的记录在空气与 水的界面处几乎全被反射，它的反射系数接近于1）。透射能量的值为 入射振幅与反射能量的差，或是
T ( j) 1 r( j) 2 I ( j 1) I ( j ) I ( j 1)
反射系数是平稳随机的白噪序列
有了这个统计学假设，许多反褶积方法才得以实现。 • 但事实上，地层反射系数不可能是白噪的。地层沉积总是具有旋 回性，一个岩层的顶界反射系数的后面通常跟着这个岩层底面的 反射系数。为了使反射系数尽量满足白噪假设，在资料处理中通 常采用一些方法对地震道自相关函数进行修正，以使地震道自相 关函数中的反射系数部分逼近白噪。 在反褶积、反演计算过程中通常是在零时间自相关值上加一 个常数，抬高零时间上的自相关值达到提高反射
地震子波
• 地震子波——是接受到的来自一个单个界面的反射波（不是一 个单位脉冲），一个在时间上具有一定延续长度的波动单元。 地震子波的波形决定于震源激发波形、表层面波干涉、近地表 条件变化、大地滤波特性、检波器和记录仪器滤波特性、资料 处理对波形的滤波作用等，因此，要确切地知道子波是很难的。 在频率域，子波的确定由两部分组成： – 确定振幅谱 – 确定相位谱（相位谱的确定迄今仍然很难，且是反演的主要误差源） 相位谱类型有： 零相位、常相位、最小相位或非最小相位 等。
地震反演概述
• 所谓正演过程就是人工模拟地震 记录的形成。即
正演—合成记录
i 1i 1 ii r (i ) i 1i 1 i
s(t ) r (t ) * w(t ) n(t )
• 而反演过程则是估算一个子波的 逆——反子波，用反子波和地震 道进行褶积运算，得到反射系数 r(t),然后由上式导出的递推公式 逐层递推计算出每一层的波阻抗， 即
目前，以物探局范祯祥先生开发的《非线性波动方程地震波反演技 术软件—ANGEL2001》为代表的地震反演软件包已投入生产应用。本 技术的基本技术思路是：采用有限元波动方程对地震波剖面数值模拟， 借助于最优选择理论对地震波反映的物性参数与几何形态进行逐次逼近 ，以实现物性参数的反演。在此基础上借助于神经网络分析对所反演的 物性参数进行非线性标定。小波技术，模糊识别技术，分形技术穿插应 用其中。
与地震反演技术相关的几个概念
反射系数
• 无论是炸药震源还是一个与地面接触的平板的突然撞击（可控震源）， 当地震震源的能量被释放时，能量被作为弹性波通过地球传播。 我们知道的最简单类型的波是压缩波（即纵波或P波）。一种岩石允许声 波通过的能力由它的声阻抗决定，它是压缩波速度和岩石密度的乘积。 正如我们期望的，岩石越致密，它的声阻抗就越高；如压实砂岩的声阻 抗通常比泥岩的声阻抗高；另外，孔隙度对速度也有影响，孔隙度越高， 速度、密度越低。 层状介质中，每当声阻抗有变化时，就会在具有不同阻抗的两层之间的 界面处产生一个地震反射。假如声波传播到两个具有不同声阻抗层之间 界面，反射系数可被写为方程（3）。 方程（3）表明，反射系数可以为正或负，取决于I(j-1)或I(j)哪一个较 大，且其绝对值不能大于1。前面做的分析是针对一个下行波而言的，它 从上方传播到界面。上行波的反射系数将被简单地作为下行波反射系数 的负数。
在实际应用中，由于砂岩储层含气后会造成砂岩速度的降低。利用 低速度标志可以圈定气藏的边界。但由于流体受力不产生剪切形变，故 横波传播速度不受砂岩孔隙中所含流体成分的影响，只反映砂岩骨架的 传播速度。因此，联合应用反演得到的纵、横波剖面就可以达到检测气 层的目的。
地震反演概述
地震数据
约束条件 地质模型 合并及转换 最终的反演
地震反演概述
波动方程反演技术是近几年发展起来的一种非常前沿的非线性叠后反 演技术。通过地震波的数值模拟来研究地下地层分布及储层物性、含油 气性。
其基本思想认为：含油、气储层是非均匀各向异性的具有固体状态 与流体状态的三维三相介质。建立在均匀各向同性纯固体基础上的岩石 弹性理论与波动传播理论，难以逼真描绘地震波在含油、气地层中传播 的复杂物理现象。为此，从实际应用出发，研究横向各向同性的非均匀 的粘弹介质与双相弹性介质中地震波传播的数值模拟方法，以研究地震 波在地层中传播的物理机制及其与含油、气地层的定量关系。
地震反演原理及其在油田开发中的应用
与地震反演技术相关的几个概念
• • • • • 褶积模型 反射系数 地震子波 分辨率与地层反褶积的应用 剩余相位校正
与地震反演技术相关的几个概念
褶积模型：
地震道可由下式表示: 地震记录 =子波 ＊ 反射系数 + 噪声
即
或
s(t ) r (t ) * w(t ) n(t )
与地震反演技术相关的几个概念
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反演可认为是，给定地震道 s(t) ，确定其反射系数的处理过程。在方程 (1)中，反射系数与地层阻抗有关，其关系可用下式表示
r( j)
I ( j ) I ( j 1) I ( j ) I ( j 1)
（3）
I ( j ) ( j ) ( j )
•地震数据已经是偏移过的 — 每一道地震记录仅仅取决于地震道 位置垂直向下的反射系数序列。
与地震反演技术相关的几个概念
w(t) R(t) S(t)
在时间域，地震道可由下列方程表示: 地震记录 =子波 ＊ 反射系数 + 噪声
与地震反演技术相关的几个概念
• 在频率域，褶积就是反射系数的频谱与子波的频谱的乘积。 • 其结果意味我们所能得到的地震记录的频谱仅能保留部分与子波频谱相 对应的成分，这样就丢失了对应于反射系数谱中高频和低频的内容。 • 反演就是要试图恢复这些丢失的频谱成分——即根据反演算法来充填丢 失成分的方法。
地震反演概述
AVO反演技术是一种使用叠前动校后的角度道集资料来识别储层岩性及 其含油气性的反演方法，尤其以识别气层而见长。
此方法的基本思想是：地震资料采集时，检波器是按一定的炮检距 布置在远离炮点的位置上，地震射线是以非零入射角入射到岩层界面上 。而并非在一维褶积模型中关于入射波垂直入射的假设。反射系数不仅 与纵波速度和密度有关，还是横波速度的函数。反射系数随炮检距的变 化而变化。所谓 AVO (Amplitude Versus Offset)一词就是“振幅随炮检距 的变化”。由于振幅随炮检距的变化是纵、横波速度和密度的函数；因 此就可以对常规的叠加前共反射点道集上的振幅随炮检距的变化进行反 演，提取纵、横波速度和密度。
引言
油气田开发的工作多是针对储层进行的。 而地震勘探长期以来只是利用岩层的声学特征 确定岩性的分界面。这就使地震资料与油田地 质的结合发生困难。为了使地震资料能与钻井 资料直接连接对比，就要把界面型的反射剖面 转换成岩层型的测井剖面，把地震资料变成可 与钻井直接对比的形式。实现这种转换的处理 过程就是地震反演技术。