1、波風抗反厲和儲點徹測中國地質大學地球物理系朱培民內容波阻抗反演碳酸鹽巖儲層預測地震波阻抗反演一一基本概念(1)反映巖石性質的基本參數_速度、密度-孔隙度、滲透率反映巖石性質間接參數聲波阻抗-彈性波阻抗-反射系數聲波阻抗定義:波阻抗=速度*密度Z=V p聲波阻抗與巖性的關系聲阻抗在實際的地震勘探中，有很重要的 作用。如果能夠從地震數據中估計出聲阻 抗，和與橫波速度有關的參數，我們就能 較方便地區分出地層的巖性以及所包含的 流體成份。反射系數在地震水平分層的情況下，地震波的反射 系數定義成：RpZ? +Z什么是波阻抗反演?簡單地說，波阻抗反演就是把疊后地震數 據集中的每一道變換為一個偽聲波阻坍(P

2、seudo-Acoustic Impedance)曲線的過 程。地震波阻抗反演意義地震道-地震道模型 -地震剖面波阻抗剖面-波阻抗道-波阻抗剖面地震道模型地震道模型的基本假設條件水平層狀模型s(t)=廠(0* w(r)w(t):地震子波r(t):反射系數序列s(t):地震信號地震楔狀模型波阻抗場地震剖面wavelet sidelobestuning effects低波阻抗區合成記錄使用的Ricker子波長度為0.24秒，采樣間隔為2毫秒，主頻為10 Hz的Ricker地震子波地震剖面和波阻抗剖面的比較Hd)XXI'反演結果： 波阻抗剖面tuning effects調諧效應 消失0C彩色

3、地震剖面<反演結果一波阻抗剖面能夠正確地反映地質模型和巖性有較高的分辨率實際的地震道模型(1)地震道模型的基本假設條件水平層狀模型5(0 = r(0 * w(F)一般情形下反射系數序列r(t)應是寬帶的，但 實際的r(t)是帶限的。實際的地震道模型(2)帶限的反射系數序列可以表示成vr(t)>< r(r) >=廠 <r(t)>：平均反射系數I a(t)：零相位帶限平均函數(殘余子波)根據反射系數計算波阻抗(ct、Z(/) = Z(O)e生 2 rt)dtV Jro丿如果地震道是帶限的，則由此計算的波阻 抗信息也是帶限的實際聲波阻抗和地震道反演波阻抗In ve

4、rted A caustic impecfance seismicwMJogtrace地震各種信息的帶寬n%d 曲OtWFEOOW，f/f巾 AJ. Vtatorty Eodk原始反射系數序列：寬帶實際地震反射數據:帶限 1080Hz速度：帶限1-3Hz速度模型+ <r(t)> :080Hz (缺失512Hz)地震反演的目的和作用地震反演的主要目的就是把地震反射數據轉換成 定量的巖性數據，用于儲層描述（孔隙度和產層厚由于反演后便于地震解釋，可以補償反演耗費的 時間，提高地震解釋的效率。由于測井輸入的分辨率高，地震數據的井約束反 演有可能得到比地震數據更高的分辨率子波19859,91

5、9158.818224175Z315807.114952.314251Z13316.412615.316598.2P-Impedance g/cc*ft/sI反演結果一一波阻抗剖面能夠正確地反映地質模型和巖性個反演的實際例子W4.(M 3*f4Fr*at<wsr'Jver“-波阻抗反演的好處由于波阻抗反演綜合了地震，測井，巖性和地質 解釋的多源信息，波阻抗反演結果，包含更多的 信息，且不受地震子波調諧和干涉的影響I聲波阻抗是地層的巖性信息，而地震數據只是反 映了界面的信息，是波阻抗的相對變化。因此波 阻抗是聯系地震數據和井數據的一個橋梁。波阻抗與巖性、孔隙度、孔隙填充物等有更直接

6、 的關系，有利于儲層描述和滋旳波阻抗數據更有利于層序地層分析，也更有利于 目標解釋。帶限(Band-Limited)對反演的影響a)b)Inverted Al: 10-80HZInverted Al: 10500Hz石油地震中的子菠頻帶JInverted Al: 0-80Hz*Well Al is in black with unlimited bandwidth.Inverted Al is in red頻帶對反演結果的影響帶寬越寬，分辨率越高帶限(Band丄imited)的含義地震頻帶以外的波阻抗在反演的過程中會 丟失，或者原始數據資料中缺失這些頻率。地震數據的帶限嚴重影響地震資料及其波

7、阻抗反演的分辨率地震波阻抗的反演方法疊后-利用偏移地震資料，井約束地震反演技術。疊前-CDP (Common Depth Point)道集上反演縱 波速度、橫波速度和密度的方式有好幾種，但 精度都不高。一種較穩定可靠的方法是，在部 分疊加血基礎上連行疊后反演。通過近偏移距 疊加反演，可以在測井曲線標定的基礎上直接 計童聲晅抗。地震波阻抗反演算法| 道積分(Trace Integration)-基于地震道，地震數據是唯一輸入，是一種遞歸算法，反演結果的帶寬決定于地震帶寬。層塊反演(LQyeebmsed or blocky inversion)i 稀疏脈沖反演(Sparse spike inver

8、sion)最小平方反演(Least-squares inversion)后三種都是基于模型的寬帶約束反演算法，差別在于如 何處理非地震信息以補償地震數據缺乏的高低頻信息。道積分的原理(1)I假設地震道數據經過反褶積，每一個樣點都可近似看作 反射系數，并記作|則根據反射系數的定義r =(乙-乙(乙+乙丿，進一步假 設波阻抗是連續變化的，記作Z妙 由此，在N時間內反 射系數的變化，可以寫成：r (t) At = AZ/ (2Z+AZ)假設At0,則成立下式：r (t) dt = dz/2Z兩邊積分得，Z(/) = Z(0)e淫 2道積分的原理(2)在離散情況下:Z(M)= Z(O)-exp 2工廠

9、)心)一個氣藏的道積分頭例時間域遞歸反演基本假設從(井)低頻層速度或波阻抗計算的反射系數序列+ 地震道的高頻反射系數序列二寬帶反射系數序列基本原理-計算道積分，得到一個反映局部波阻抗變化的高頻估i+；-將根據層速度或聲波測井估計的低頻波阻抗成分疊加 到道積分結果上，得到時間域的寬帶波阻抗反演結果1如果把密度看作常數，則波阻抗反演結果，可以 看成是虛速度曲線(Pseudo-Velocity)Velocity ModelSeismic Data遞歸反演流程層塊反演(Layer-based or blocky inversion)這種算法把地層細分成薄層，和地震數據 聯系就是褶積模型；通常把地層細分

10、和地層采樣點的個數一樣 多，即反射系數序列密的，有時也看作白 噪序列這種算法只要通過初始模型的合適選取來 穩定反演過程。反射系數序列是密的Reflectivity Series with Generalized Gaussian Distribution合成記錄使用的Ricker子波Synthetic Seismic Traces with Generilized Gaussian Distribution稀疏脈沖反演(Spmse spike inversion)假設地震反射只有有限的層（層比較厚）， 即反射系數序列以及相應的波阻抗是稀疏 的；地震道數據可以模擬成少數的幾個反射系 數與子波的褶

11、積，這就是稀疏脈沖的含義;為了重建地震帶寬以外的頻率，SSI方法使 用模型來穩定和約束反演過程。Velocity ModelAConvert with Gardner's EquationImpedance ModelSeismic DataInvertReflection CoefficientsIntegrateRaw ImpedanceSmoothed Low Pass FilterHigh Pass FilterFinal ImpedanceLog Relative Impedance最小平方east-squares inversion)除了不考慮反射系數是稀疏的以外，其他 的

12、類似肓稀疏脈沖反演最小平方反演不拓寬高頻譜段，而是在初 始模型的基礎上，通過穩定初始模型，來 恢復低頻信息。波阻抗反演算法的評價除了道積分外，其他三種都是寬帶算法;層塊、稀疏脈沖和最小平方二種方法，在 某種程度上都能消去子波，消除調諧效應, 提高分辨率。目標函數各項的意義波阻抗反演的目標函數二反射系數約束+地震記錄匹配+測井曲線匹配OBJF 二爲R：反射系數序列D:地震道數據S:合成地震記錄Z:波阻抗p + XqZj(dj- Sj + Ejft -Zj)2T:合成波阻抗測井AA：阻尼系數反射系數約束1地震道匹配-地震道與合成地震記錄道匹配-帶限低頻-反射系數稀疏脈沖測井曲線匹配（先驗信息，pr

13、ior informatio n）-基于模型的波阻抗道匹配-補足帶限外的高低頻p。Parameter ValueQn-eA ualoundo)>152qo» Indicates increasinnumber ofMajor IterationsJason中實際使用的目標函數OBJF = r1 Q r + X nl nr:反射系數序列n = d-s:地震數據匹配Q：過渡矩陣，開始為單位陣 入:阻尼系數反演過程內循環：先保持第一項不變, 對地震數據匹配項作最小平 方法反演，使目標函數趨于 極小。當內循環反演穩定后，保持 第二項不變，開始外循環反 演過程。Q=|(Rp| Q的值在外

14、循環迭代的過程 中，不斷修改，取前一次反 射系數的結果，作為Q的值。波阻抗反演的策略可以通過模型的整體控制，補償地震信息不存在 的低頻成分（低頻信息可來自于測井、疊前和疊 后偏移速度分析的結果）通過測井曲線建立的模型，補償地震信息欠缺的 高頻成分1在稀疏脈沖反演初始迭代時，不考慮基于模型的 目標函數項，將地震數據和模型的貢獻分開。在反演的最后階段，使用目標函數的最后一項， 完成地震信息和模型之間的過渡頻率反演最佳匹 配。低頻信息的反演在用測井信息獲得的波阻抗測井曲線中，低頻是 天然存在的。通常，我們可以通過井控制的地質解釋得岀的波 阻抗模型來獲取低頻信息。低頻信息可以在反演的最后階段添加進去，

15、或者 在目標函數中直接反映岀來。在后一種情況下， 只需要模型中非常低的那一部分頻率在Jason中，上述的兩種方法可以使用，在某種 程度上說，這兩種方法都是基于模型的。低頻信息的來源I測井曲線中的低頻成分疊加速度疊前時間偏移和疊前深度偏移中使用的速 度約束相對反演用層位控制反演的范圍(時間門，Time Gate),中 間部分插值實現。問題：上述的約束方式會不會造成反演嚴重依賴 于地震數據的層位解釋。答案：是。解決方案1：(1)在第一遍反演時放松約束，允許精度不高的層位解釋；(2)在最終反演之前根 據第一遍反演的結果，修正層位，給岀更嚴格的 約束。解決方案2：在第一遍反演后，修正層位時不要考 慮基

16、于模型的低頻部分，同樣可以達到目的。基于模型約束的優點可以消除多次波的影響子波的提取和處理在反演過程中,要確保子波的相位、頻率 和地震數據是匹配的。在測井曲線作過正確的時深轉換，并進行 過合理編輯的情況下，如果反演結果同測 井曲線不匹配，則說明子波不正確。子波提取的原則在反演的目標區，提取子波。深層提取的 子波不能用于淺層，反之亦然。具有不正確相位譜和振幅譜的子波，會導 致時移，會產生多余的子波葉瓣，由此產 生假的地質層位，反演結果也不可能和測 井曲線匹配。反演結果的質量控制(QC)基于地震道的反演：-應該用測井曲線(波阻抗曲線)控制反演的結 果基于模型的反演：-應該以合成紀錄和地震記錄的匹配

17、，作為質量 控制的標準基于地震道反演的質量控制(QC)稀疏脈沖反演在井旁得到的波阻抗曲線結 果，不是算法直接計算得到的，是用戶約 束和目標函數設置控制的輸出。很顯然，這樣的輸出與根據測井曲線直接 計算岀的結果不可能一致。因此，它們的 差可以作為質量控制的標準。用測井曲線計算出的波阻抗曲線，須先濾 波到地震的頻帶，然后才能和反演出的波 阻抗曲線，作為質量控制的標準。反演波阻抗體的質量檢查(1)用沒有參加反演的井，對反演出的波阻抗 體進行檢查(盲檢：Blind Test)。同樣的，和檢查波阻抗曲線的方法類似， 在檢查比較前，須對測井曲線作合適的校 正，并將測菲曲線標定到地震剖面上。反演波阻抗體的質

18、量檢查(2)相對波阻抗檢查方法-對反演的波阻抗體作帶限濾波，主要濾去低頻 成分，得到與地震數據體類似的相對波阻抗數 據體；-在數據體上加上層位和構造信息，相對波阻抗 體應仍然能正確地反映出地質異常信息。-如果全頻帶能反映出異常信息，而帶限的相對 波阻抗體不能，則說明低頻信息模型有問題。地震波阻抗反演數據偏移或疊后地震數據體地震解釋層位測井曲線-井位-聲波時差-密度-自然電位速度地震波阻抗反演流程數據準備和檢查I在反演前最重要的工作是檢測測井曲線和 由此得到的波阻抗曲線與地震剖面是否符 合（匹配）測井曲線應轉換到時間域，并將其濾波到 地震數據的頻帶。不匹配的測井曲線，應作適當的編輯反演結果解釋一

19、波阻抗體的顯示和構造解釋反演波阻抗體的顯示-波阻抗值是正值-為了在地震工作站上進行解釋，可以采用以下 方法：減去一個常數，濾波形成相對波阻抗用常規的地震構造解釋方法進行波阻抗的構造解釋反演結果解釋一屬性轉換波阻抗是巖性數據波阻抗也可以轉換到其他屬性（孔隙度， 砂泥巖百分比）轉換后的屬性可以進行統計（體積、交會 圖、直方圖、方差圖）屬性解釋的步驟(1)利用測井數據，在給定的目標區把已知的 巖性與給定頻率范圍內的反演波阻抗值建 立起關系；18000-16000Q0D6000*Q p pb q406080 B. ” *100 120140ray IeHPI J含碳氫化合物砂

20、巖 J的巖性區自然伽瑪和聲波阻抗的交會圖Low gamma rayHigh resistivity0 Low acoustic impedance低自然伽瑪、高電阻率和低聲波阻抗 可以作為含碳氫化合物砂巖的標志屬性解釋的步驟(#)在波阻抗體上劃出一個感興趣的區域。例 如一個由解釋層位+時間(或深度)圈定的 地層,一個感興趣的巖性單元等。根據前一步建立的波阻抗巖性關系, 在此目標區，把不符合上述關系的數據點 作透明處理，顯示岀的點就是感興趣巖性 的區域。«、43 總 £ Duppedalld3s3-7i72l050534938-382s2d * 7 2 5根據前述的波阻抗和高

21、電阻率、低自然伽瑪的含碳氫 化合物砂巖標志，將不符合上述關系點透明化后的顯 不纟吉果屬性解釋的步驟(3)把那些有開發價值的和彼此連通的“地質 體”(波阻抗數據)用不同的顏色表示出 來。輸出結果可包括頂底層位、層厚度、以及 “地質體”內的實際屬性值。line #144053“ 對|丄1000 1屬性解釋的步驟(3)計算“地質體”體積、“地質體”內的孔 隙度、產層厚度(net pay)和其他與聲波 阻抗相關的屬性。因為是三維數據體，也很容易地繪出它的 構造圖和厚度圖。屬性解釋的步驟（4）-儲層模擬將單個的“地質體”轉換到深度域，和由 聲波阻抗計算出的屬性值（如孔隙度）直 接輸岀到儲層模擬的軟件中。

22、進行儲層模 擬和儲層描述。2000Keo28003200F-w 5. 77S-me-二7.-.0S二定 3ZM 云匸彷 ezs'gsp ss Qss.py n 乞三 gdzzL K UVSC2ZP忘gl =5=峑戈£ (魚 拎s M丟三zPTCC31込=區 l.Mpie cos總目齊 SH$6. 77%蟲*E.w2S氫二二 FQzre 5 e 三2空d s 竅=z Q5M5Jss 套sMWa.-? 二眉込 Q Tn®fs:QKs'g二更才(兀£22三三嚴 令 Ban.5.咚5才 3旨6 追=乓 n 吒J -os-pdQP2wc p sy三Jehs.

23、蛍龕 ees 豈5=c seiz!zic Tn 資 aer* 十 y S£J Ezs仝2CS Fsw?5aPNmbEW Qf em >»gi§ a二Juk MgAFMd g3n 僉 frPm/n-f0_sA薩s-mFs-hJason反演的數據和流程Estimation of Pay實際反演中的問題(1)測井曲線的分辨率在0.11m之間，頻譜范 圍在0125Hz之間地震信號的分辨率約10ms,頻譜范圍在10-80HZ之間。如果地震波的傳播速度在 4000m/s時，能夠分辨的地層厚度約為 4000m/s * 10 ms /2 = 20mCLlu邕工 12HC31

24、0000rTrend (0-3 Hz)Sisrnic 缶 LowFrequency Medel(0 円 50 Hz)Low Frequency A( Model(0-W He)Al FromWeil(0-125 Hz)聲波阻抗的頻帶波阻抗的譜分布波阻抗的全譜：0125Hz聲波阻抗趨勢：03Hz 低頻聲波阻抗模型：010Hz地焦+低頻：080Hz聲波測井和地震頻率的分布Smooth.咋陶ncT filt&r typical of seismic velocitiesLaw Requney Ai 制od® -Low Frequncfes Missing from SefemJc

25、一 Seismic + Low Frequency ModeELoafllnd 這<Well A! Spectrum波阻抗的譜分布波阻抗的全譜：0125Hz聲波阻抗趨勢：03Hz 低頻波阻抗模型：010Hz地震+低頻：080Hz204Q6QFREQUEMCY(HZ)080ACOUSTIC iMPEDAMCE (Al) A Al x Al DIFFERENCE F/S'gm/cc + 1000» (Filtered Well Al)- (Low Freq. Model).20 j 30甲 傘oSsmic Low Girt30003100 n3200 -Low Freque

26、ncy Al ModelTRACE 芝蝕.d 沖 2Al dtFiltered Well Al:Seismic High Cut d EAt Seismic Sample interval (4ms)(sw)山2i=Al From WellA Al聲波時差和密度測井曲線到合成地震記錄的制作過程Jason約束稀疏脈沖反演的頻率補償地震信息頻帶在1580Hz之間，根據地震 數據反演的波阻抗也在15-80HZ之間。 Jason利用速度模擬(VelMod),可以用疊加 速度重建趨勢模型頻率(03Hz) o1 Jason中315Hz的低頻，在約束稀疏脈沖反 演(CSSI)中通過添加趨勢模型和約束來實 現

27、的。Jason反演低頻信息補償i315Hz低頻信息補償的實現-在CSSI反演中低頻信息直接加入到目標函數中, 會使反演對噪音異常敏感。-因此，不在CSSI反演過程中加入，而是在反演 后，用VelMod和（或）來自于Earth Mod的井 間插值模型聯合實現彈性阻抗| Connolly定義的彈性阻抗Eg ) yl+tan2 )y-8A?2 sin2 (P)1-4A?2 sin2 (6>P)彈性阻抗是聲阻抗在非法向入射情況下的 自然推廣。 0 P ：縱波入射角】/<=乞/嶺：表示平均縱橫波速度比【132TCH :uu 遺o.EI33o-*36-2.5e-'JE-2e-96-j3

28、5e-0i64£e+06 5e+fb 5 5e-t06 6e*li6 .SeOoP-Ii»pfdsce彈性波阻抗反演需要的數據井資料（全波列測井，密度）疊前地震AVO角度道集FiQfw 9； TH匚題山凸 s闆hie in(fepeiii1eni iuveions of itear and far offset sAi(ts/?ww/ l/ieSD Siam Af Riackfoo Claitcmitc <amls attd 'iaies fmve stfnsiar P- i呼hug. Note tfMt trie vaUey sands (arroivs)呻

29、艸 softer at ffefur offsets. This is the AVO fect. 77if estimition t)f setnite iivelets eac/i ifirslort tneuns that offset-iieen- dent sciiiin #訥丸 wd 皿川"g 伽cy been ctinu/fy 曲血疏代hP-ImpedanceSJmpedance在AVO的分析中，我們知道, 遠偏移距的地震振幅中包含 有流體的信息。彈性阻抗的 提岀，意味著能把地震振幅 通過標定，聯系到巖石的彈 性性質上，從而能分離出流 體的效應，識別出巖性，這 對遠偏移

30、地震數據反演有很 重耍的實用價值。P-ImpedanceSJmpedanceFigure 1(): Tile near and far cffsei slacks from the Blackfoot seisinic data ixre simullane- onsiy inverted for P- itncdiitKe mid 甘伽 丁膠丸 fig h 脛§ are uins of the 以匕零於 of these in輕細kz hi inc Llvr viimy. Note lhal lhe Jinipedwm叩the riid 泗辦(15)vhilively high iHipediiHces. The P-impedntice viiip /s seftsilive Fo both mid shulu<.P-ImpedanceSJmpedanceP-ImpedanceSJmpedancel iure ll: The P- mid S- huedmice voinfiie fivni HnwllMicg inr>ioii avre (rnii>- formed to the Lmue ' coufanfi,入 and