CN101907729A - 射线弹性参数反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射线弹性参数反演方法，包括：获取测井记录的测井资料，根据测井资料确定射线弹性阻抗REI；激发地震波并记录地震波，对记录的地震资料进行振幅保持处理，形成第一角度叠加数据以及第二角度叠加数据；以射线弹性阻抗REI为低频约束，分别对第一角度叠加数据及第二角度叠加数据进行射线弹性阻抗反演，得到第一射线反演体和第二射线反演体；计算纵横波速度比、纵波阻抗以及横波阻抗；利用纵横波速度比、横波阻抗以及纵波阻抗，分析与储层岩性变化和孔隙流体成分密切相关的地震属性。本发明通过第一射线反演体和第二射线反演体计算纵横波速度比，可以获得较可靠的纵横波速度比。

Description

射线弹性参数反演方法

技术领域

本发明涉及地震的勘探或探测领域，具体而言，涉及一种射线弹性参数反演方法。

背景技术

地震勘探是通过人工激发地震波，在地表以一定的方式记录地震波的传播行为，并研究他们在地层中的传播规律，以查明地下的地质构造和岩性特征，进而寻找油气田的地球物理探测方法。

地震反演是利用地表观测的地震资料，以已知地址规律和钻井、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。

传统的叠后波阻抗反演可获得波阻抗剖，运用于储层预测中效果较好。但近年来，随着勘探精度和难度的不断提高，使得叠后波阻抗反演解决地质问题的局限性越来越明显。基于此，叠前地震反演技术受到越来越多的重视，成为地球物理勘探领域一项正在兴起的新技术。

叠前地震反演技术充分利用叠前信息，可以得到除波阻抗之外的很多其它弹性参数信息，大大丰富了储层预测的手段，增强了对复杂储层的描述和流体检测的能力，因此从地震资料中提取介质的弹性参数，并将这些参数与岩性和流体成分联系起来，在油藏描述和油气监测中发挥着重要作用。

现有技术中存在一种叠前地震射线反演方法，该射线反演方法以Connolly提出的弹性阻抗反演(EI)为主。根据Connolly的定义，弹性阻抗是纵横波速度，密度以及入射角的函数。其主要步骤包括：

1)从叠前道集中提取特定入角资料；

2)利用纵、横波速度和密度测井资料计算对应入角的弹性阻抗；

3)以角道集资料代替叠后反演中零炮检距资料，以弹性阻抗曲线代替传统的波阻抗曲线，利用测井约束反演软件实现弹性阻抗反演

在上述弹性阻抗反演方法中，弹性阻抗的计算公式为：

$\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{\α}}^{1+{\tan }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\β}}^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρ}}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}---\left(1\right)$

在式中，α为纵波速度，β为横波速度，ρ是密度，θ是入射角。

但是通过式(1)计算出的EI的量纲会随着入射角的变化而发生变化，EI的数值范围也随入射角变化，使得El和AI不容易对比分析。为克服这一弱点，通常选一组比例因子

ρ₀对υ_p，υ_s，ρ进行归一化，这样便得到归一化后的弹性阻抗公式：

$\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)={(v_p/v_{p_0})}^{1+{\tan }^2\mathrm{\θ}}{(v_s/v_{s_0})}^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{(\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_0)}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}---\left(2\right)$

然后利用式(2)求解出的结果，通过两个角度的叠前数据相比值计算纵横波速度比参数。

现有技术中还存在一种叠前地震射线反演方法，在弹性阻抗EI的基础上，将射线弹性阻抗与P波反射波之间的关系定义为：

$R_{{\mathrm{pp}}_i}=\frac{{\mathrm{EI}}_{i+1}({\mathrm{\α}}_{i+1},{\mathrm{\β}}_{i+1},{\mathrm{\ρ}}_{i+1},\mathrm{\θ})-{\mathrm{EI}}_i({\mathrm{\α}}_i,{\mathrm{\β}}_i,{\mathrm{\ρ}}_i,\mathrm{\θ})}{{\mathrm{EI}}_{i+1}({\mathrm{\α}}_{i+1},{\mathrm{\β}}_{i+1},{\mathrm{\ρ}}_{i+1},\mathrm{\θ})+{\mathrm{EI}}_i({\mathrm{\α}}_i,{\mathrm{\β}}_i,{\mathrm{\ρ}}_i,\mathrm{\θ})}---\left(3\right)$

在上下岩层弹性参数差异不大的前提假设下，上式可以写成差分的形式，即：

$R_{{\mathrm{pp}}_i}\left(p\right)\≈\frac{1}{2}\mathrm{\Δ}\ln \mathrm{EI}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})---\left(4\right)$

沿着射线路径R积分，就获得了射线弹性阻抗REI，计算公式如式(5)所示，并利用式(5)的计算结果，通过两个角度的叠前数据相比值计算纵横波速度比参数。

$\mathrm{REI}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\ρ})=\frac{\mathrm{\ρ\α}}{\cos \mathrm{\θ}}{(1-\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{\mathrm{\α}}^2}{\sin }^2\mathrm{\θ})}^4---\left(5\right)$

但是，现有技术中的弹性阻抗反演方法，通过计算EI阻抗以及REI，并通过两个角度的叠前数据相比值获得纵横波速度比，会导致反演得到的参数不稳定，获得的岩性剖面同相轴很不连续，无法在实际生产中广泛应用。

发明内容

本发明旨在提供一种射线弹性参数反演方法，以解决现有技术中弹性阻抗反演方法反演得到的参数不稳定，获得的岩性剖面同相轴很不连续，无法在实际生产中广泛应用的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种射线弹性参数反演方法，包括以下步骤：获取测井记录的测井资料，根据测井资料确定射线弹性阻抗REI，其中，测井资料包括密度、纵波和横波测井资料；激发地震波并记录地震资料，对地震资料进行振幅保持处理，形成共中心点道集，并将共中心点道集变换成角道集并进行部分角度叠加，形成第一角度叠加数据以及第二角度叠加数据，其中，第二角度大于第一角度；以射线弹性阻抗REI为约束条件，分别对第一角度叠加数据及第二角度叠加数据进行射线弹性阻抗REI反演，得到第一射线反演体REI_近和第二射线反演体REI_近；利用

计算纵横波速度比，利用AI_近＝I_p＝REI_近×Δ计算纵波阻抗I_p，利用

横波阻抗I_s，其中，Δ为补偿因子，Δ＝cosθ_远/(1-4K²sin²θ_远)，θ_远为第二角度入射角，AI为声波阻抗，K为常数；利用纵横波速度比、横波阻抗I_s以及纵波阻抗I_p，确定储层岩性及孔隙流体性质。

进一步地，利用下式计算与储层岩性及孔隙流体性质相关的数据，根据数据确定储层岩性及孔隙流体性质：

λρ＝(I_p)²-2×(I_s)²；λ/μ＝(v_p/v_s)²-2；其中，σ为泊松比，ρ为岩石的密度，λ为梅拉常数，μ为岩石的剪切模量。

进一步地，第一角度叠加数据为小角度叠加数据，小角度叠加数据通过将入射角小于10°的角道集叠加形成。

进一步地，第二角度叠加数据为中远角度叠加数据，中远角度叠加数据通过将入射角大于10°的角道集叠加形成。

进一步地，射线弹性阻抗REI通过下式获得：

其中，α为纵波速度，β为横波速度，ρ为岩石的密度，θ为纵波入射角。

应用本发明的技术方案，利用公式

计算纵横波速度比，通过引入误差补偿因子Δ，对第一角度下的射线弹性阻抗REI_近进行误差补偿，用REI_近来逼近声波阻抗AI，使在无法获取零角度条件下的AI数据时，也可以获得较可靠的纵横波速度比，从而使其它岩性参数的结果也较可靠，进而提高了反演结果的稳定性和准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的射线弹性参数反演方法流程图；

图2示出了将AI用第一射线弹性阻抗REI_近逼近时产生的误差δ随K，θ变化的变化关系示意图；

图3(a)示出了入射角为6°且未补偿时计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图；

图3(b)示出了入射角为6°且补偿后计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图；

图4(a)示出了入射角为14°且未补偿时计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图；

图4(b)示出了入射角为14°且补偿后计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图；

图5示出了根据本发明实施例的测井响应曲线图；以及

图6示出了对图5所示的测井进行测量并使用本发明实施例的射线弹性反演方法进行反演得出的纵横波速度比剖面图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合图1详细说明根据本发明的射线弹性参数反演方法。如图1所示，射线弹性参数反演方法包括：

步骤S11，获取测井资料。

具体地，利用已有的常规声波、密度测井得到声波和测井密度资料；并且测井资料中的横波记录可以利用全波列测井得到，也可以由已知岩石物理学关系反演确定。

步骤S12，确定射线弹性阻抗REI。

具体地，利用密度、纵波和横波资料确定射线弹性阻抗REI，即通过式(6)求解，并将求解出的阻抗REI设为步骤S14中地震数据反演的约束条件。

$\mathrm{REI}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})=\frac{\mathrm{\ρ\α}}{\cos \mathrm{\θ}}{(1-\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{\mathrm{\α}}^2}{\sin }^2\mathrm{\θ})}^4---\left(6\right)$

其中，式(6)中的α为纵波速度，β为横波速度，ρ为岩石的密度，θ为纵波入射角。并且式(6)与式(1)为同一公式，仅在表示方式上有所不同。

由于地震波在运动时具有多角度入射角，所以通过式(6)会求解出多个入射角角度下的射线弹性阻抗REI。

在本实施例中，步骤S11与步骤S12主要用于获取测井记录的测井资料，确定声波阻抗AI和射线弹性阻抗REI。

步骤S13，激发地震波并记录地震资料，对记录的地震资料进行振幅保持处理，形成共中心点(CMP，Common Middle Point)道集，并将CMP道集变换成角道集并进行部分角度叠加，形成第一角度叠加数据以及第二角度叠加数据，其中，第二角度大于第一角度。

具体地，激发地震波并记录地震资料，按常规地震资料处理流程对记录的地震资料进行振幅保持处理，形成供振幅随偏移距离变化分析的正常时差(NMO，Normal Moveout)校正后的共中心点(CMP，Common Middle Point)道集，并按常规叠前弹性反演数据处理方式将CMP道集变换成角道集并进行部分角度叠加，形成第一角度叠加数据以及第二角度叠加数据。

在本实施例中，第一角度叠加数据为小角度叠加数据。将入射角较小的部分，一般指入射角的角度小于10°的部分的角道集叠加就形成了第一角度叠加数据。

并且，在本实施例中，第二角度叠加数据为中远角度叠加数据。即以第二角度θ_远为中心角，将入射角大于10°的部分的角道集叠加就形成了第二角度叠加数据。

在本步骤中提到的常规地震资料处理流程以及常规叠前弹性反演数据处理方式即为现有技术中常用的处理方式及流程，在现有技术中已有较多介绍，在此不再赘述。

步骤S14，以步骤S12中的射线弹性阻抗REI为约束条件，对小角度叠加数据及中远角度叠加数据进行射线弹性阻抗REI反演。

具体地，以步骤S12中的射线弹性阻抗REI为约束条件，利用现有技术中的常规叠前弹性阻抗反演方法，对小角度叠加数据进行反演，得到第一射线反演体REI_近；同时，利用相同的反演方法，对中远角度叠加数据进行反演，得到第二射线反演体REI_远。

在步骤S12中提到，由于地震波在运动时具有多角度入射角，所以通过式(6)会求解出多个入射角下的射线弹性阻抗REI。而在步骤S13中对部分角度叠加，形成了第一角度叠加数据和第二角度叠加数据。所以在本步骤中对小角度叠加数据进行反演，是通过在步骤S12中得到的多个入射角下的射线弹性阻抗REI中选择与小角度叠加数据相适应的一个入射角下的射线弹性阻抗为约束条件进行反演，并得到第一射线反演体REI_近。同样的，对中远角度叠加数据进行反演，得到第二射线反演体REI_远与得到第一射线反演体REI_近的方式相同。而具体如何得从步骤S12中得到的多个入射角下的射线弹性阻抗REI中选择与小角度叠加数据或中远角度叠加数据相适应的一个入射角下的射线弹性阻抗，在现有技术中有较多介绍，技术人员也可根据实际情况进行选择，在此也不再详细描述。

步骤S15，利用

得到纵横波速度比；利用AI＝I_p＝REI_近×Δ计算纵波阻抗I_p；利用

计算横波阻抗I_s，其中，Δ＝cosθ_远/(1-4K²sin²θ_远)，θ_远为第二角度入射角，即中远角度入射角，K为常数。

具体地，对步骤S12中使用的公式(6)进行变形，得到新的射线弹性阻抗公式：

其中，I_p为纵波阻抗，I_s为横波阻抗，θ_远为中远角度入射角。对公式(7)进行参数变换，得到

由于叠前资料无法直接获取零偏移距的叠前数据体，只有近中远偏移距等几个数据体，所以通过公式(8)不能直接获得纵横波速度比。为此，就需要采用近似的方式，从已有的叠前资料中得出与实际纵横波速度比相接近的纵横波速度比。

在本实施例中，将小角度偏移距数据(REI_远)与声波阻抗AI做误差分析，以测井资料的纵横波速比模型为约束条件，将AI用第一射线弹性阻抗REI_近逼近，做误差补偿，获得合理的REI_远和AI之间的数值关系，这样就可以利用近角度偏移数据和远角度偏移数据，通过误差补偿，获得可靠的纵横波速度比。也就是在无法获取到零角度条件下的AI数据时，通过小角度叠加数据和中远角度叠加数据就可以获得可靠的纵横波速度比。

将AI用REI_近逼近，表达式如式(9)所示：

AI＝I_p＝REI_近×Δ    (9)

其中，Δ＝cosθ_远/(1-4K²sin²θ_远)。

通常地震中的P波与S波的比值处于某一范围之内，大约集中在1＜Vp/Vs＜2.5，所以

的范围大致为0.4～1。常数K与入射角度θ的数值关系分析如表1所示。

表1常数K与入射角度θ的数值关系分析

而图2为将AI用第一射线弹性阻抗REI_近逼近时产生的误差δ随K，θ变化的变化关系示意图。从图2中可以看出，当近偏移角度达到12°～15°时，误差逐渐增大，达到15％以上。

因此，对于较为复杂的地层，当入射角角度的部分，即近偏角度达到10°或10°以上时，由纵横波速度比引起的REI_近与AI的误差已经不能忽视，误差达到10％以上，所以，当第一角度偏移入射角度较大时，就不能由REI_近通过误差补偿替代AI。

所以在角度容差的范围内，将AI用REI_近逼近，通过(8)式就可以获得稳定可靠的横波阻抗I_s，然后通过式(10)，就能得到较为精确、抗噪性较好的纵横波速比。

步骤S16，利用步骤S15得到纵横波速度比、纵波阻抗I_p以及横波阻抗I_s，确定储层岩性及孔隙流体性质。

具体地，利用式(11)、式(12)和式(13)计算与储层岩性变化和孔隙流体成分密切相关的地震属性，并获取如剪切模量，泊松比等其它岩性参数，以便确定储层岩性及孔隙流体性质。由于通过步骤S15中求解出的纵横波速度比已经进行过补偿，所以利用纵横波速度比较为稳定可靠，并且反演得到的岩性剖面同相轴较连续。

$\mathrm{\σ}=\frac{0.5\×{(v_p/v_s)}^2-1}{{(v_p/v_s)}^2-1}---\left(11\right)$

λρ＝(I_p)²-2×(I_s)²    (12)

λ/μ＝(v_p/v_s)²-2       (13)

其中，σ为泊松比，ρ为岩石的密度，λ为梅拉常数，μ为岩石的剪切模量。

由岩石物理学可知，纵横波速度比与地层岩性变化及孔隙流体成分密切相关，当地层岩石为孔隙度较大的疏松砂岩时，纵横波速度比较低；当地层岩石为孔隙中含气或地层为孔隙度较小的泥岩或孔隙中含水时，纵横波速度比较高。因此，纵横波速度比直接反映了地层岩性变化和孔隙流体成分。而通过式(11)、式(12)以及式(13)计算出的结果则用于进行拉梅常数油气检测，具体判断结果在现有技术中也已有较多介绍，在此也不再详细描述。

在上述实施例中，在计算纵横波速度比时，使用

公式计算纵横波速度比，通过引入误差补偿因子Δ，对第一角度下的射线弹性阻抗REI_近进行误差补偿，用REI_近来逼近声波阻抗AI，使在无法获取零角度条件下的AI数据时，也可以获得较可靠的纵横波速度比，从而使其它岩性参数的结果也较可靠，进而提高了反演结果的稳定性和准确性。

在本实施例中，将小角度叠加数据作为第一角度叠加数据，将中远角度叠加数据作为第二角度叠加数据。这样就与现有技术中的叠前地震反演方式中的参数计算相对应，使数据计算较为便捷，且纵横波速度比较为准确。在本实施例中第一角度与第二角度也可以是其它角度的入射角，只要满足第二角度小于第一角度即可，但根据实施例中的分析发现，使用其它的入射角会存在一定的误差，计算出的纵横波速度比的稳定性没有使用小角度叠加数据与中远角度叠加数据计算出的纵横波速度比的稳定性高。

下面结合测量实例说明利用本发明实施例中的射线弹性反演方法进行储层预测的实例。

图3为在不同测量深度(MD，measured depth)下，入射角为6°时的纵横波速度比曲线，其中，图3(a)为未补偿时计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图，图中实线为实际纵横波速度比曲线，虚线为使用本发明实施例中的射线弹性参数反演方法且未使用Δ因子进行补偿时的速度比曲线；图3(b)为补偿后的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图，图中实线为实际纵横波速度比曲线，虚线为使用本发明实施例中的射线弹性参数反演方法且使用Δ因子进行补偿后的速度比曲线。可以看出使用Δ因子进行补偿后的速度比曲线与实际的纵横波速度比曲线基本相符，误差较小。

图4为在不同测量深度(MD，measured depth)下，入射角为14°时的纵横波速度比曲线，其中，图4(a)为未补偿时计算出的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图，图中实线为实际纵横波速度比曲线，虚线为使用本发明实施例中的射线弹性参数反演方法且未使用Δ因子进行补偿时的速度比曲线；图4(b)为补偿后的纵横波速度比曲线与实际纵横波速度比曲线对比图，图中实线为实际纵横波速度比曲线，虚线为使用本发明实施例中的射线弹性参数反演方法且使用Δ因子进行补偿后的速度比曲线。可以看出虽然使用Δ因子进行补偿，比未补偿时的纵横波速度比曲线更接近于实际速度比曲线，但补偿后的速度比曲线与实际的纵横波速度比曲线误差比图3(b)中曲线的误差要大。

在此，也证明了步骤S 15中提到的当第一角度达到10°或10°以上时，由纵横波速度比引起的REI_近与AI的误差已经不能忽视的情况。因此，在使用本实施例中的射线弹性参数反演方法进行处理时，第一角度数据值不应较大，一般在10°以下时误差均可以满足实际需要。

图5为一测井的测井响应图，从该图可以看出，该测井响应表现为低Vp/Vs，即较低的纵横波速度比。据以往经验，储层中含有流体会引起纵波速度降低、横波速度不变，从而可以通过Vp/Vs来识别储层的含油气性。

而图6为对图5中的测井进行测量并使用本发明实施例的射线弹性反演方法进行反演得出的纵横波速度比剖面图。从图中可以看出，图中虚线区域内的区域，即标号为1的区域为有利储层发育区。具体判断方式不是本发明的重点，在此不对此做详细介绍。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：用两个部分叠加剖面即可获得弹性参数，而不必通过声波阻抗和射线弹性阻抗求取或者通过两个近角度和远角度数据体直接比值获取；能求出较准确的纵横波速度比等岩性参数，使求得结果更合理准确；在实际资料应用中有较好的抗噪能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种射线弹性参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取测井记录的测井资料，根据所述测井资料确定射线弹性阻抗REI，其中，所述测井资料包括密度、纵波和横波测井资料；

激发地震波并记录地震资料，对所述地震资料进行振幅保持处理，形成共中心点道集，并将所述共中心点道集变换成角道集并进行部分角度叠加，形成第一角度叠加数据以及第二角度叠加数据，其中，所述第二角度大于第一角度；

以所述射线弹性阻抗REI为约束条件，分别对所述第一角度叠加数据及所述第二角度叠加数据进行所述射线弹性阻抗REI反演，得到第一射线反演体REI_近和第二射线反演体REI_远；

利用

计算纵横波速度比，利用

AI＝I_p＝REI_近×Δ计算纵波阻抗I_p，利用

计算横波阻抗I_s，其中，Δ为补偿因子，Δ＝cosθ_远/(1-4K²sin²θ_远)，θ_远为第二角度入射角，AI为声波阻抗，K为常数；

利用所述纵横波速度比、所述横波阻抗I_s以及所述纵波阻抗I_p，确定储层岩性及孔隙流体性质。

2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，利用下式计算与储层岩性及孔隙流体性质相关的数据，根据所述数据确定储层岩性及孔隙流体性质：

$\mathrm{\σ}=\frac{0.5\×{(v_p/v_s)}^2-1}{{(v_p/v_s)}^2-1};$

λρ＝(I_p)²-2×(I_s)²；

λ/μ＝(v_p/v_s)²-2；

其中，σ为泊松比，ρ为岩石的密度，λ为梅拉常数，μ为岩石的剪切模量。

3.根据权利要求1或2所述的反演方法，其特征在于，所述第一角度叠加数据为小角度叠加数据，所述小角度叠加数据通过将入射角小于10°的角道集叠加形成。

4.根据权利要求1或2所述的反演方法，其特征在于，所述第二角度叠加数据为中远角度叠加数据，所述中远角度叠加数据通过将入射角大于10°的角道集叠加形成。

5.根据权利要求1或2所述的反演方法，其特征在于，所述射线弹性阻抗REI通过下式获得：

$\mathrm{REI}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})=\frac{\mathrm{\ρ\α}}{\cos \mathrm{\θ}}{(1-\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{\mathrm{\α}}^2}{\sin }^2\mathrm{\θ})}^4;$

其中，α为纵波速度，β为横波速度，ρ为岩石的密度，θ为纵波入射角。

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