波阻抗反演和储层预测中国地质大学地球物理系朱培民内容波阻抗反演碳酸盐岩储层预测地震波阻抗反演根本概念1反映岩石性质的根本参数速度、密度孔隙度、浸透率反映岩石性质间接参数声波阻抗弹性波阻抗反射系数声波阻抗定定义义： 波阻抗波阻抗= =速度速度* *密密度度 声波阻抗与岩性的关系声阻抗在实践的地震勘探中，有很重要的作用。假设可以从地震数据中估计出声阻抗，和与横波速度有关的参数，我们就能较方便地域分出地层的岩性以及所包含的流体成份。反射系数在地震程度分层的情况下，地震波的反射系数定义成：什么是波阻抗反演？简单地说，波阻抗反演就是把叠后地震数据集中的每一道变换为一个伪声波阻抗Pseudo-Acoustic Impedance曲线的过程。地震波阻抗反演意义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w(t): 地震子波r(t): 反射系数序列s(t): 地震信号地震道模型的根本假设条件程度层状模型地震楔状模型低波阻抗区地震剖面高波阻抗背景波阻抗场tuning effects合成记录运用的Ricker子波长长度度为为0.240.24秒，采秒，采样间样间隔隔为为2 2毫秒，主毫秒，主频为频为10 Hz10 Hz的的RickerRicker地震子波地震子波 反演结果：波阻抗剖面彩色地震剖面地震剖面和波阻抗剖面的比较反演结果波阻抗剖面可以正确地反映地质模型和岩性 有较高的分辨率tuning effects调谐效应消逝实践的地震道模型(1)普通情形下反射系数序列r(t)应是宽带的，但实践的r(t)是带限的。地震道模型的根本假设条件程度层状模型实践的地震道模型(2)带限的反射系数序列可以表示成 ：平均反射系数 a(t)： 零相位带限平均函数剩余子波根据反射系数计算波阻抗假设地震道是带限的，那么由此计算的波阻抗信息也是带限的实践声波阻抗和地震道反演波阻抗地震各种信息的带宽原始反射系数序列： 宽带实践地震反射数据： 带限 1080Hz速度： 带限 1-3Hz速度模型 + ： 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数据地震反演的主要目的就是把地震反射数据转换转换成成定量的岩性数据，用于定量的岩性数据，用于储层储层描画描画( (孔隙度和孔隙度和产层产层厚厚度度) )。由于反演后便于地震解由于反演后便于地震解释释，可以，可以补偿补偿反演耗反演耗费费的的时间时间，提高地震解，提高地震解释释的效率。的效率。由于由于测测井井输输入的分辨率高，地震数据的井入的分辨率高，地震数据的井约约束反束反演有能演有能够够得到比地震数据更高的分辨率得到比地震数据更高的分辨率反演结果波阻抗剖面可以正确地反映地质模型和岩性子波地震道反演波阻抗道波阻抗模型一个反演的一个反演的实实践例子践例子波阻抗反演的益处由于波阻抗反演由于波阻抗反演综综合了地震，合了地震，测测井，岩性和地井，岩性和地质质解解释释的多源信息，波阻抗反演的多源信息，波阻抗反演结结果，包含更多的果，包含更多的信息，且不受地震子波信息，且不受地震子波调调调调和干涉的影响和干涉的影响声波阻抗是地声波阻抗是地层层的岩性信息，而地震数据只是反的岩性信息，而地震数据只是反映了界面的信息，是波阻抗的相映了界面的信息，是波阻抗的相对变对变化。因此波化。因此波阻抗是阻抗是联络联络地震数据和井数据的一个地震数据和井数据的一个桥桥梁。梁。波阻抗与岩性、孔隙度、孔隙填充物等有更直接波阻抗与岩性、孔隙度、孔隙填充物等有更直接的关系，有利于的关系，有利于储层储层描画和流体分析。描画和流体分析。波阻抗数据更有利于波阻抗数据更有利于层层序地序地层层分析，也更有利于分析，也更有利于目的解目的解释释。频带对反演结果的影响带宽越宽，分辨率越高带限Band-Limited对反演的影响石油地震中的子波频带带限Band-Limited的含义地震频带以外的波阻抗在反演的过程中会丧失，或者原始数据资料中缺失这些频率。地震数据的带限严重影响地震资料及其波阻抗反演的分辨率地震波阻抗的反演方法叠后利用偏移地震资料，井约束地震反演技术。叠前CDPCommon Depth Point道集上反演纵波速度、横波速度和密度的方式有好几种，但精度都不高。一种较稳定可靠的方法是，在部分叠加的根底上进展叠后反演。经过近偏移距叠加反演，可以在测井曲线标定的根底上直接计算声阻抗。地震波阻抗反演算法道积分(Trace Integration)基于地震道，地震数据是独一输入，是一种递归算法，反演结果的带宽决议于地震带宽。层块反演(Layer-based or blocky inversion)稀疏脉冲反演(Sparse spike inversion)最小平方反演(Least-squares inversion)后三种都是基于模型的宽带约束反演算法，差别在于如何处置非地震信息以补偿地震数据缺乏的高低频信息。道积分的原理(1)假假设设地震道数据地震道数据经过经过反褶反褶积积，每一个，每一个样样点都可近似看作点都可近似看作反射系数，并反射系数，并记记作作r(t)r(t)。那么根据反射系数的定那么根据反射系数的定义义 r = (Z2-Z1)/(Z2+Z1) r = (Z2-Z1)/(Z2+Z1)，进进一步一步假假设设波阻抗是延波阻抗是延续变续变化的，化的，记记作作Z(t)Z(t)，由此，在，由此，在tt时间时间内内反射系数的反射系数的变变化，可以写成：化，可以写成： r (t) t = Z / (2Z+ Z) r (t) t = Z / (2Z+ Z) 假假设设t t 0 0，那么成立下式：，那么成立下式： r (t) dt = dz / 2Z r (t) dt = dz / 2Z 两两边积边积分得，分得， 道积分的原理(2)在离散情况下：在离散情况下：一个气藏的道积分实例低波阻抗区圈闭的顶时间域递归反演根本假根本假设设 从井低从井低频层频层速度或波阻抗速度或波阻抗计计算的反射系数算的反射系数序列序列 + + 地震道的高地震道的高频频反射系数序列反射系数序列= =宽带宽带反射系反射系数序列数序列根本原理根本原理计计算道算道积积分，得到一个反映部分波阻抗分，得到一个反映部分波阻抗变变化的高化的高频频估估计计；将根据将根据层层速度或声波速度或声波测测井估井估计计的低的低频频波阻抗成分波阻抗成分叠加到道叠加到道积积分分结结果上，得到果上，得到时间时间域的域的宽带宽带波阻抗波阻抗反演反演结结果果假假设设把密度看作常数，那么波阻抗反演把密度看作常数，那么波阻抗反演结结果，可果，可以看成是虚速度曲以看成是虚速度曲线线Pseudo-VelocityPseudo-Velocity递归反演流程层块反演(Layer-based or blocky inversion)这种算法把地层细分成薄层，和地震数据联络就是褶积模型；通常把地层细分和地层采样点的个数一样多，即反射系数序列密的，有时也看作白噪序列这种算法只需经过初始模型的适宜选取来稳定反演过程。反射系数序列是密的合成记录运用的Ricker子波合成地震记录道稀疏脉冲反演(Sparse spike inversion)假设地震反射只需有限的层层比较厚，即反射系数序列以及相应的波阻抗是稀疏的；地震道数据可以模拟成少数的几个反射系数与子波的褶积，这就是稀疏脉冲的含义；为了重建地震带宽以外的频率，SSI方法运用模型来稳定和约束反演过程。稀疏脉冲反演流程最小平方反演(Least-squares inversion)除了不思索反射系数是稀疏的以外，其他的类似与稀疏脉冲反演最小平方反演不拓宽高频谱段，而是在初始模型的根底上，经过稳定初始模型，来恢复低频信息。波阻抗反演算法的评价除了道积分外，其他三种都是宽带算法；层块、稀疏脉冲和最小平方三种方法，在某种程度上都能消去子波，消除调谐效应，提高分辨率。波阻抗反演的目的函数R: 反射系数序列D: 地震道数据S:合成地震记录Z: 波阻抗T: 合成波阻抗测井：阻尼系数：阻尼系数Blocky L1Sparse SpikeLpModel-BasedL2目的函数各项的意义反射系数约束地震道匹配地震道与合成地震记录道匹配带限低频反射系数稀疏脉冲测井曲线匹配先验信息，prior information基于模型的波阻抗道匹配补足带限外的高低频Jason中实践运用的目的函数r: 反射系数序列n = d-s: 地震数据匹配 ：过渡矩阵，开场为单位阵：阻尼系数反演过程内循内循环环：先：先坚坚持第一持第一项项不不变变，对对地震数据匹配地震数据匹配项项作最小平作最小平方法反演，使目的函数方法反演，使目的函数趋趋于于极小。极小。当内循当内循环环反演反演稳稳定后，定后，坚坚持持第二第二项项不不变变，开，开场场外循外循环环反反演演过过程。程。 的的值值在外循在外循环环迭代的迭代的过过程中，程中，不断修正，取前一次反射系不断修正，取前一次反射系数的数的结结果，作果，作为为 的的值值。波阻抗反演的战略可以可以经过经过模型的整体控制，模型的整体控制，补偿补偿地震信息不存在地震信息不存在的低的低频频成分低成分低频频信息可来自于信息可来自于测测井、叠前和叠井、叠前和叠后偏移速度分析的后偏移速度分析的结结果果经过测经过测井曲井曲线线建立的模型，建立的模型，补偿补偿地震信息欠缺的地震信息欠缺的高高频频成分成分在稀疏脉冲反演初始迭代在稀疏脉冲反演初始迭代时时，不思索基于模型的，不思索基于模型的目的函数目的函数项项，将地震数据和模型的奉献分开。，将地震数据和模型的奉献分开。在反演的最后在反演的最后阶阶段，运用目的函数的最后一段，运用目的函数的最后一项项，完成地震信息和模型之完成地震信息和模型之间间的的过过渡渡频频率反演最正确率反演最正确匹配。匹配。低频信息的反演在用在用测测井信息井信息获获得的波阻抗得的波阻抗测测井曲井曲线线中，低中，低频频是是天然存在的。天然存在的。通常，我通常，我们们可以可以经过经过井控制的地井控制的地质质解解释释得出的波得出的波阻抗模型来阻抗模型来获获取低取低频频信息。信息。低低频频信息可以在反演的最后信息可以在反演的最后阶阶段添加段添加进进去，或者去，或者在目的函数中直接反映出来。在后一种情况下，在目的函数中直接反映出来。在后一种情况下，只需求模型中非常低的那一部分只需求模型中非常低的那一部分频频率率在在JasonJason中，上述的两种方法可以运用，在某种程中，上述的两种方法可以运用，在某种程度上度上说说，这这两种方法都是基于模型的。两种方法都是基于模型的。低频信息的来源测井曲线中的低频成分叠加速度叠前时间偏移和叠前深度偏移中运用的速度约束相对反演用用层层位控制反演的范位控制反演的范围围( (时间门时间门，Time Gate)Time Gate)，中，中间间部分插部分插值实现值实现。问题问题：上述的：上述的约约束方式会不会呵斥反演束方式会不会呵斥反演严严重依重依赖赖于地震数据的于地震数据的层层位解位解释释。答案：是。答案：是。处处理方案理方案1 1：1 1在第一遍反演在第一遍反演时时放松放松约约束，允束，允许许精度不高的精度不高的层层位解位解释释；2 2在最在最终终反演之前根反演之前根据第一遍反演的据第一遍反演的结结果，修正果，修正层层位，位，给给出更出更严厉严厉的的约约束。束。处处理方案理方案2 2：在第一遍反演后，修正：在第一遍反演后，修正层层位位时时不要思不要思索基于模型的低索基于模型的低频频部分，同部分，同样样可以到达目的。可以到达目的。基于模型约束的优点可以消除多次波的影响子波的提取和处置在反演过程中，要确保子波的相位、频率和地震数据是匹配的。在测井曲线作过正确的时深转换，并进展过合理编辑的情况下，假设反演结果同测井曲线不匹配，那么阐明子波不正确。子波提取的原那么在反演的目的区，提取子波。深层提取的子波不能用于浅层，反之亦然。具有不正确相位谱和振幅谱的子波，会导致时移，会产生多余的子波叶瓣，由此产生假的地质层位，反演结果也不能够和测井曲线匹配。反演结果的质量控制(QC)基于地震道的反演：应该用测井曲线波阻抗曲线控制反演的结果基于模型的反演：应该以合成纪录和地震记录的匹配，作为质量控制的规范基于地震道反演的质量控制(QC)稀疏脉冲反演在井旁得到的波阻抗曲线结果，不是算法直接计算得到的，是用户约束和目的函数设置控制的输出。很显然，这样的输出与根据测井曲线直接计算出的结果不能够一致。因此，它们的差可以作为质量控制的规范。用测井曲线计算出的波阻抗曲线，须先滤波到地震的频带，然后才干和反上演的波阻抗曲线，作为质量控制的规范。反演波阻抗体的质量检查1用没有参与反演的井，对反上演的波阻抗体进展检查盲检：Blind Test。同样的，和检查波阻抗曲线的方法类似，在检查比较前，须对测井曲线作适宜的校正，并将测井曲线标定到地震剖面上。反演波阻抗体的质量检查2相对波阻抗检查方法对反演的波阻抗体作带限滤波，主要滤去低频成分，得到与地震数据体类似的相对波阻抗数据体；在数据体上加上层位和构造信息，相对波阻抗体应依然能正确地反映出地质异常信息。假设全频带能反映出异常信息，而带限的相对波阻抗体不能，那么阐明低频信息模型有问题。地震波阻抗反演数据偏移或叠后地震数据体地震解释层位测井曲线井位声波时差密度自然电位速度地震波阻抗反演流程数据预备+地震数据处置+解释+检查子波提取和估计建立模型井旁反演外推得到整个剖面的反演结果数据预备和检查在反演前最重要的任务是检测测井曲线和由此得到的波阻抗曲线与地震剖面能否符合匹配测井曲线应转换到时间域，并将其滤波到地震数据的频带。不匹配的测井曲线，应作适当的编辑反演结果解释波阻抗体的显示和构造解释反演波阻抗体的显示波阻抗值是正值为了在地震任务站上进展解释，可以采用以下方法：减去一个常数滤波构成相对波阻抗用常规的地震构造解释方法进展波阻抗的构造解释反演结果解释属性转换波阻抗是岩性数据波阻抗也可以转换到其他属性孔隙度，砂泥岩百分比转换后的属性可以进展统计体积、交会图、直方图、方差图属性解释的步骤1利用测井数据，在给定的目的区把知的岩性与给定频率范围内的反演波阻抗值建立起关系；低自然伽玛、高电阻率和低声波阻抗可以作为含碳氢化合物砂岩的标志自然伽玛和声波阻抗的交会图含碳氢化合物砂岩的岩性区属性解释的步骤2在波阻抗体上划出一个感兴趣的区域。例如一个由解释层位+时间或深度圈定的地层，一个感兴趣的岩性单元等。根据前一步建立的波阻抗岩性关系，在此目的区，把不符合上述关系的数据点作透明处置，显示出的点就是感兴趣岩性的区域。根据前述的波阻抗和高电阻率、低自然伽玛的含碳氢化合物砂岩标志，将不符合上述关系点透明化后的显示结果属性解释的步骤3把那些有开发价值的和彼此连通的“地质体波阻抗数据用不同的颜色表示出来。输出结果可包括顶底层位、层厚度、以及“地质体内的实践属性值。属性解释的步骤3计算“地质体体积、“地质体内的孔隙度、产层厚度net pay和其他与声波阻抗相关的属性。由于是三维数据体，也很容易地绘出它的构造图和厚度图。属性解释的步骤4储层模拟将单个的“地质体转换到深度域，和由声波阻抗计算出的属性值如孔隙度直接输出到储层模拟的软件中。进展储层模拟和储层描画。Jason反演的数据和流程实践反演中的问题1测井曲线的分辨率在0.11m之间，频谱范围在0125Hz之间地震信号的分辨率约10ms，频谱范围在1080Hz之间。假设地震波的传播速度在4000m/s时，可以分辨的地层厚度约为 4000m/s * 10 ms /2 = 20m声波阻抗的频带波阻抗的谱分布波阻抗的全谱：0125Hz声波阻抗趋势：03Hz低频声波阻抗模型：010Hz地震+低频：080Hz 声波测井和地震频率的分布波阻抗的谱分布波阻抗的全谱：0125Hz声波阻抗趋势：03Hz低频波阻抗模型：010Hz地震+低频：080Hz 声波时差和密度测井曲线到合成地震记录的制造过程Jason约束稀疏脉冲反演的频率补偿地震信息频带在1580Hz之间，根据地震数据反演的波阻抗也在1580Hz之间。Jason利用速度模拟(VelMod)，可以用叠加速度重建趋势模型频率(03Hz)。Jason中3-15Hz的低频，在约束稀疏脉冲反演(CSSI)中经过添加趋势模型和约束来实现的。Jason反演低频信息补偿315Hz低频信息补偿的实现在CSSI反演中低频信息直接参与到目的函数中，会使反演对噪音异常敏感。因此，不在CSSI反演过程中参与，而是在反演后，用VelMod和或来自于EarthMod的井间插值模型结合实现弹性阻抗Connolly定义的弹性阻抗 弹性阻抗是声阻抗在非法向入射情况下的自然推行。P : 纵波入射角K=Vs/Vp: 表示平均纵横波速度比 弹性波阻抗反演需求的数据井资料全波列测井，密度叠前地震AVO角度道集在AVO的分析中，我们知道，远偏移距的地震振幅中包含有流体的信息。弹性阻抗的提出，意味着能把地震振幅经过标定，联络到岩石的弹性性质上，从而能分别出流体的效应，识别出岩性，这对远偏移地震数据反演有很重要的适用价值。 弹性阻抗的解释声波阻抗的解释方法可以完全照搬到弹性阻抗的解释中地震反演开展史1977，John Pendrel，Gulf Oil Company，道积分Trace Integration：把地震道中的每一个样点都看作是一个独一的反射系数，样点之间互不相关。这是一种递归法。Jason地质统计反演包含两个模块：StatMod-Analysis: 分析数据和模型的直方图和方差图StatMod-Modeling: 随机模拟和随机反演反演结果的利用储层描画的意义储层储层描画描画Reservoir CharaterizationReservoir Charaterization流体成分和性流体成分和性质质岩性和孔隙度岩性和孔隙度流体通道和妨碍流体通道和妨碍压压力，裂隙方向力，裂隙方向上述性上述性质质随随时间时间的的变变化化储层储层描画的意描画的意义义提高提高钻钻井井胜胜利率利率减少开减少开发发井井节节省勘探和开省勘探和开发费发费用用碳酸碳酸盐岩岩储层预测研研讨技技术方法方法 古地貌、古水系研古地貌、古水系研讨 岩溶岩溶储层性性质