CN102736103A - 基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法,通过构造不同入射角度下的角度梯度弹性阻抗剖面图来进行储层预测,以角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值的初始模型为反演计算的初始解,计算得到整个待测区剖面的特定入射角对应的对角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值Z;再用Z乘特定入射角的基本弹性阻抗得到整个待测区剖面的特定入射角对应的角度梯度弹性阻抗,构造该特定入射角的角度梯度弹性阻抗剖面图。以角度梯度弹性阻抗作为新的地震属性参数进行储层预测及流体识别,角度梯度弹性阻抗不仅包含了基本弹性阻抗信息,而且具有对入射角的变化更敏感性,适应于储层预测及流体识别。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探检测技术,特别涉及地震反演技术。
背景技术
地震反演中的阻抗反演是地球物理勘探中的核心问题,也是地震资料定量解释最为有效的方法。自二十世纪六十年代以来,各种阻抗反演方法得到了迅速的发展。尤其Connolly(1999)发表了有关弹性波阻抗(Elastic impedance,EI)的论文,在全球地球物理学界掀起了弹性波阻抗反演研究的热潮。弹性阻抗实际上是声阻抗概念延伸和推广,它建立在非零偏移距的基础上,是纵波速度、横波速度、密度以及入射角的函数。弹性波阻抗反演属于叠前反演技术,它包含了丰富的岩性以及流体信息。在弹性阻抗的基础上,国内外的学者对其做了深入的研究,并根据研究问题的需要拓展了弹性阻抗的概念,例如,Whitcombe(2002)对弹性阻抗的定义做了修正并在此基础上提出了扩展弹性阻抗(Extended elastic impedance,EEI),而将EI称为基本弹性阻抗;我国学者马劲风(2003)又提出了广义弹性阻抗(GeneralizedElastic Impedance,GEI)的概念,解决了非零炮检距条件下常规叠后地震道反演的关键问题。除此之外,Duffaut等人提出了针对纵波速度-横波速度转换问题的横波弹性阻抗(Shear ElasticImpedance,SEI)。Ezequiel等人推导并提出了利用任意角度的转换波弹性阻抗(P-S ElasticImpedance,PSEI)预测气藏的分布区域的方法。通常情况下,利用地震反演方法获得的弹性阻抗剖面可直接用于该区块目标层段的储层预测以及地层岩性分析,但是预测效果往往不是十分令人满意。
在众多的弹性阻抗概念中都包含了角度信息,例如基本弹性阻抗是纵波速度、横波速度、密度以及地震波入射角度的函数。弹性阻抗中的角度信息包含了叠前地质属性信息,可以用于地层岩性分析以及储层判别,例如彭真明等人(2008)研究了碳酸盐岩储层中不同入射角度下弹性阻抗的变化规律,并将该规律应用于碳酸盐岩流体识别中。因此,当弹性阻抗值对入射角的变化更加敏感时,地层岩性可表现出新的特性,利用这些特性更有助于岩性分析以及储层判别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种使地震信号的角度信息得到更充分利用的基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术手段是,基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法,通过构造不同入射角度下的角度梯度弹性阻抗剖面图来进行储层预测,所述角度梯度弹性阻抗通过以下步骤求得:
a、对叠前偏移距域地震数据进行角度转换形成叠前角道集地震数据,并从角道集地震数据中获取特定入射角对应的地震数据;
其中,α为纵波速度,β为横波速度,ρ为密度,θ为入射角,K代表纵横波速度比的平均值;
c、根据测井处特定入射角对应的基本弹性阻抗EIt(θ)建立基本弹性阻抗的初始模型,以基本弹性阻抗的初始模型为初值,反演得到整个待测区剖面的特定入射角对应的基本弹性阻抗EI(θ);
f、根据S=GDZ进行反演计算,以角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值的初始模型为反演计算的初始解,计算得到整个待测区剖面的特定入射角对应的对角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值Z,其中,S为特定入射角对应的叠前角度域地震数据,G为整个待测区特定入射角对应的积分子波矩阵,D为转换矩阵,m为子波的长度,基本弹性阻抗EI(θ)的长度为n+1,则地震数据S的长度为m+n-1,则由子波序列构造的子波矩阵G可以表示为转换矩阵 其中矩阵G的行数为m+n-1,列数为n,矩阵D的行数为n,列数为n+1;
g、再用Z乘EI(θ)得到整个待测区剖面的特定入射角对应的角度梯度弹性阻抗DEI(θ),构造该特定入射角的角度梯度弹性阻抗剖面图。
由于,反演本身的多解性,为了消除错误反演结果以及近似解中的异常值对反演结果的影响,增加反演的稳定性,进一步的,本发明在反演的过程中,利用基本弹性阻抗初始模型信息以及角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值初始模型信息,并利用这些初始模型约束反演结果,在获得较高分辨率的角度阻抗剖面的同时增加了反演的稳定性。
更进一步的,为了保证最终得到的角度梯度弹性阻抗DEI(θ)与真实的地震参数吻合,在步骤f之后,步骤g之前,再增加一个合成地震记录误差判断步骤,将计算得到的特定入射角度下的Z与G、D相乘后得到的合成地震记录,并将该合成地震记录与该特定入射角度下的地震数据S作差,如其差值在预设范围内,则将当前计算得到的Z值作为最终该特定入射角下的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值的反演结果,否则,以当前计算得到Z作为初值,返回步骤f在初始模型的约束下重新进行反演。
本发明的有益效果是,以角度梯度弹性阻抗作为新的地震属性参数进行储层预测及流体识别,角度梯度弹性阻抗不仅包含了基本弹性阻抗信息,而且具有对入射角的变化更敏感性,适应于储层预测及流体识别。
附图说明
图1为基本弹性阻抗与角度梯度弹性阻抗随入射角的变化关系曲线图;
图2为本发明角度梯度弹性阻抗反演流程图;
图3为5°入射角对应的地震数据;
图4为使用实施例方法反演出的入射角为5°的角度梯度弹性阻抗剖面;
图5为使用实施例方法反演出的入射角为15°的角度梯度弹性阻抗剖面;
图6为使用实施例方法反演出的入射角为25°的角度梯度弹性阻抗剖面。
具体实施方式
图1为纵波速度α=2438m/s,横波速度β=1624m/s,密度ρ=2.16g/cm3的岩层的分界面的阻抗值随入射角的变化关系曲线,其中图1a为基本弹性阻抗值(EI Coefficient)随入射角度(angle)的变化关系曲线;图1b为角度梯度弹性阻抗(DEI Coefficient)随入射角度的变化关系曲线。对比可见,随着入射角度的增加,基本弹性阻抗呈现平稳下降的趋势,而角度梯度弹性阻抗先减小后逐步增加,并在入射角8°附近出现一个最小值。这一现象说明,角度梯度弹性阻抗比基本弹性阻抗对入射角度的变化更敏感,因此更能体现出该区块的叠前信息,更适合于叠前储层预测。
根据现有理论,基本弹性阻抗的定义为:
其中,α为纵波速度,β为横波速度,ρ为体密度,θ为纵波的入射角,K为纵横波速度比的平均值;基本弹性阻抗的反演方法已是成熟技术,在此不再赘述。K的表达式如下式所示:
K=[(βi/αi)2+(βi+1/αi+1)2]/2 (2)
其中,i为岩层序号,i∈[1,n],n+1为划分的岩层总层数。
本发明由基本弹性阻抗EI(θ)对纵波入射角θ的偏导,可得本发明所述角度梯度弹性阻抗DEI(θ):
某入射角对应的叠前角度域地震数据为S,地层反射系数为R,对应的地震子波为W,这三个参量都是关于入射角度θ的函数,则可得:
S=R*W (4)
由经典的卷积性质,当上式中的反射系数对角度求偏导时,上式等效形式为
在本发明中,称∫Wdθ为积分子波。
在数值计算中,若已知各个界面处的弹性阻抗采样值,则第i个界面的反射系数可以写为:
则
将式(7)用矩阵等式的形式表示,可得:
令
等式(8)可简记为:
Q=DZ (9)
则可得角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值Z的反演矩阵表达式为:
S=GQ=GDZ (10)
结合测井数据,可反演出整个待测区块的基本弹性阻抗、以及对角度求梯度后的角度梯度弹性阻抗剖面。
实施例
本发明提出的角度梯度弹性阻抗反演流程如图2所示。为便于描述本发明的具体操作步骤以及展示本发明所提供技术在储层预测中的效果,本实施以川东某区块测得的经过动校正后的CDP道集(共深度点道集)地震数据为例。
(1)对该地震数据进行角度转换运算,获得包含角度信息的叠前角道集地震数据S,转换公式如下:
其中,x为炮检距,vp为地层的层速度,t0为零偏移距旅行时,vRMS为地层的均方根速度,vp、t0、vRMS均通过测井信息得到。即根据叠前地震数据中的炮检距记录信息以及测井信息,将以炮检距记录的地震道数据通过角度转化处理,变成包含角度信息的角度域地震数据,再从角度域地震数据中获取某特定入射角对应的地震数据,如获取0°、5°、10°、15°、20°、25°等入射角下的叠前角度域地震数据。图3所示为入射角度为5°时的地震数据,横坐标为CDP号,纵坐标为地震波采样时间;测井所在CDP号为323。
(2)利用测井数据以及角度信息建立特定角度下整个区块的基本弹性阻抗(EI)的初始模型:
首先获得测井处的基本弹性阻抗:
其中,α为纵波速度,β为横波速度,ρ为密度,θ为纵波的入射角,K=[(βi/αi)2-(βi+1/αi+1)2]/2代表纵横波速度比的平均值;
再根据解释层位信息,在大层位之间按沉积体规律内插出若干小的层位,从而建立一个地质框架结构;在此地质框架结构下对测井处的弹性阻抗EIt(θ)沿层位内插和外推,产生一个平滑闭合的基本弹性阻抗的初始模型,作为整个区块的弹性阻抗的初始模型。
具体的初始模型建立方法已是现有公开的技术,可参考夏洪瑞,周开明,黄桥于2004年在石油物探上公开的《波阻抗反演中的一种建模方法》,43(1),2004。
(3)利用测井数据以及角度信息建立特定角度下整个区块的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值(DEI)的初始模型:
首先获得角度梯度阻抗与基本弹性阻抗比值:
再根据解释层位信息,在大层位之间按沉积体规律内插出若干小的层位,从而建立一个地质框架结构;再在此地质框架结构下对测井处的沿层位内插和外推,产生一个平滑闭合的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值的初始模型,作为整个区块的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值的初始模型。
(4)在测井处由步骤(1)中产生的某角度下地震数据以及步骤(3)中计算的相应角度下的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值,由 在测井处提取相应的角度积分子波∫Wdθ,并将此积分子波作为整个区块对应的积分子波。
(5)反演过程中,利用基本弹性阻抗的初始模型约束反演结果得到整个区块基本弹性阻抗EI(θ);约束反演方法为已有技术,可参见刘百红与李建华于2004年在石油物探上公开的《测井和地震资料宽带约束反演的应用》,以及刘春成,赵立,王春红等于2000年在中国海上油气(地质)上公开的《测井约束波阻抗反演及应用》,14(1),64-66,2000;
(6)利用角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值的初始模型为初始值,由S=GDZ反演角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗比值Z,其中S=(s1,s2,L sp)T为某角度下的地震数据,G为整个待测区特定入射角对应的积分子波构成的积分子波矩阵,D为转换矩阵,并且
在反演过程中,对每次的反演结果Z,根据做合成地震记录运算,并将合成地震记录与该角度下的真实地震数据做差,如差值小于预设门限值,则表示对当前得到反演结果满意,接受当前反演结果,否则,将当前反演结果Z作为更新解,在初始模型的约束下重新计算;
(7)用步骤(6)中得到的反演结果Z与反演结果EI(θ)相乘得到该入射角度下角度梯度弹性阻抗DEI(θ)。
通过本实施例获得的入射角度为5°、15°和25°时的角度梯度弹性阻抗剖面,分别如图4、图5和图6所示。
根据实际的勘探数据显示,该区块测井处1980-1983ms(对应的地层深度为4470-4480m)段为含气层,该含气层位置如图4、图5以及图6中的椭圆圈所示。该含气层的角度梯度弹性阻抗值明显高于储层周围岩层的角度梯度弹性阻抗值,当入射角度为5°时,该储层段与岩层的区分最明显,能很好的与实际勘探结果吻合。
Claims (4)
1.基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法,其特征在于,通过构造不同入射角度下的角度梯度弹性阻抗剖面图来进行储层预测;
所述角度梯度弹性阻抗通过以下步骤求得:
a、对叠前偏移距域地震数据进行角度转换,从而获得特定入射角对应的叠前角度域地震数据;
其中,α为纵波速度,β为横波速度,ρ为密度,θ为入射角,K代表纵横波速度比的平均值;
c、根据测井处特定入射角对应的基本弹性阻抗EIt(θ)建立基本弹性阻抗的初始模型,并以基本弹性阻抗的初始模型为初值,反演得到整个待测区的特定入射角对应的基本弹性阻抗EI(θ)剖面;
e、在测井处提取特定入射角对应的积分子波并将测井处得到的角度积分子波作为整个待测区该特定入射角对应的积分子波,m为预设的积分子波序列的长度;
f、根据S=GDZ进行反演计算,以角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值的初始模型为反演计算的初始解,计算得到整个待测区剖面的特定入射角对应的角度梯度弹性阻抗与基本弹性阻抗的比值Z,其中,S为特定入射角对应的叠前角度域地震数据,G为整个待测区特定入射角对应的积分子波矩阵,D为转换矩阵,m为子波的长度,基本弹性阻抗EI(θ)的长度为n+1,地震数据S的长度为m+n-1,则由子波序列构造的子波矩阵G可以表示为转换矩阵 其中矩阵G的行数为m+n-1,列数为n,矩阵D的行数为n,列数为n+1;
g、再用Z乘EI(θ)得到整个待测区特定入射角对应的角度梯度弹性阻抗DEI(θ),构造该特定入射角的角度梯度弹性阻抗剖面图。
3.如权利要求2所述基于角度梯度弹性阻抗的储层预测方法,其特征在于,所述反演过程以建立的初始模型为约束。
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