CN103576212A - 一种复杂结构井约束三维密度层序反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明是物探中复杂结构井约束三维密度层序反演方法，利用地震或电法勘探得到标志界面的构造图，网格化后得到初始界面网格数据，将测井声波数据转换为测井密度数据，进行相对密度的3D重力反演得到每个计算点的各个深度层的相对密度值，计算点的每一个深度层的绝对密度背景值，确定井约束系数，实现井约束，计算每个深度计算点反演密度绝对值，迭代反演获得反演拟合异常数据、三维密度数据。本发明实现了井约束，提高了重力资料密度反演的可靠性，反演速度快，实测数据处理时间满足处理需要，实现了方法的实用化。

Description

一种复杂结构井约束三维密度层序反演方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，属于地面重力勘探法，具体是一种复杂结构井约束三维密度反演方法。

背景技术

目前使用的地面重力勘探方法，以石油行业重力勘探为例，执行的标准为《地面重力勘探技术规程（SY/T5819-2002）》，其对重力资料的反演处理技术要求均是2D\2.5D（二度\二度半）剖面反演、单界面重力界面反演而进行的，尚没有三维密度反演的规定和成熟推广的技术，更没有涉及复杂结构井约束的三维密度反演。

现在，三维密度反演技术尚处在研究阶段，姚长利公开了一种重磁遗传算法三维反演的方法（姚长利等，重磁遗传算法三维反演中高速计算及有效存储方法技术，地球物理学报，Vol.46,No.2,2003.3，P252-258。），美国犹它大学的日丹诺夫等也公开了类似的方法（Zhdanov M.S.Three-dimensional regularized focusing inversion of gravity tensorcomponent data，Geophysics，2004.69(4)，P925-937。），但是，上述方法使用的模型均是针对矿体的简单模型，反演密度也是相对密度，这样的反演方法和反演结果无法满足石油勘探对复杂三维反演的需要。根据查新了解到，对于适用于石油勘探的复杂地质结构、井约束的三维密度反演尚未见到文献报道。中国专利《基于标准格架的快速三维重力、磁力物性反演的方法》（200810119467.2），公开了一种基于标准格架正演、层序异常分离和层密度（层磁化率）快速近似计算和快速迭代反演的一种重磁反演方法，具有快速计算、处理实测数据的实用性。但是该方法不具备井约束反演功能，也不具备反演逆断层、反转密度（磁化率）的功能，因而它不适用于复杂区重力资料的三维反演。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用井约束提高反演精度，解决复杂山前带地区石油重力勘探的复杂结构井约束三维密度层序反演方法。

本发明通过以下步骤实现：

1）野外实测采集重力数据，处理得到重力异常平面网格数据；

步骤1）所述的网格数据为重力异常数据。

2）利用地震或电法勘探得到标志界面的构造图，网格化后得到初始界面网格数据；

步骤2）所述的网格数据为构造图界面的深度数据。

步骤2）所述的初始界面通过探区已知地质资料、已知的地震构造图、电法勘探构造图结合已知钻井资料建立，或直接由反射面的地震构造图转换为需要的初始界面网格数据。

步骤2）所述的网格化后得到初始界面网格数据，当遇有逆掩断层则网格化为不同的初始界面网格数据文件。

所述的不同的初始界面网格数据文件是断层上盘一侧的构造图界面深度数据网格化成一个文件，而断层下盘一侧的构造图界面深度数据网格化成为另一个文件，在逆掩断层带，两个网格文件的同一位置的数据分别为逆断层的上盘和下盘界面深度数据。

3）将测井声波数据转换为测井密度数据；

步骤3）所述的转换测井密度数据由测井声波速度（v）数据按Gardner公式转换获得测井的密度（σ）数据，转换得到的密度数据与测井声波速度数据一一对应，再按重力3D反演纵向剖分的间距对测井密度数据进行取均值。

步骤3）所述的测井密度数据由地表向下排列，每一口钻井的密度数据个数与重力3D密度反演的纵向剖分数目相等；

当测井深度与反演深度一样时，反演纵向剖分为m个层，则测井密度对应求取m个层的密度平均值；当测井深度（n个层）小于反演深度（m个层）时，则测井密度对应求取1层至n层的各个层的密度平均值，（n+1）层至m层的密度数据可以取为该段深度地层的岩石密度值

所述的Gardner公式为σ=0.31×V^0.25。

4）进行相对密度的3D重力反演，获得相对密度的三维数据体，得到每个计算点的各个深度层的相对密度值；

步骤4）所述的相对密度的3D重力反演采用基于标准格架的快速三维重力、磁力物性反演的方法进行。

5）计算点的每一个深度层的绝对密度背景值，先由距离计算点最近的2口井测井密度数据，根据这2口井与计算点的距离反比进行插值，获得计算点与测井深度相同深度的绝对密度背景值，再根据计算点初始界面深度与最近的1口测井位置的初始界面深度差，进行计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动；

步骤5）所述的计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动方法是按最靠近计算点的测井初始界面深度值与计算点初始界面值之差进行浮动，计算点初始界面深度低则向下浮动，计算点初始界面深度浅则向上浮动；向上浮动时，如上浮x个剖分层，会引起底部缺少x个剖分层的背景密度，则这x个剖分层的背景密度全部取为第m-x层的数据。向下浮动时，如下浮y个剖分层，会引起顶部缺少y个剖分层的背景密度，则这y个剖分层的背景密度全部取为第y+1层的数据。

6）确定井约束系数k(r)，实现井约束；

步骤6）井约束系数k(r)计算如下：

$k\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{if\; r}=0;\\ \cos (\mathrm{\&pi;r}/2r_0)& \mathrm{if}0<r\&le;r0;\\ 0& \mathrm{if\; r}>r_0.\end{array}\right.$

式中：r₀为某一控制点的控制半径，r为计算点距离控制点的距离，π取值3.14159265；

当r为0时，约束系数k(r)为1.0，实现严格控制；

当r为等于或大于r₀时，约束系数k(r)为0，失去约束作用；

当r在0-r₀之间时，约束系数k(r)为cos(πr/2r₀)实现约束的逐步放松。

7）采用下式计算每个深度计算点反演密度绝对值：

计算点反演密度的绝对值=该点绝对密度的背景密度值+（相对密度差值×（1-k(r)）），k(r)取值为步骤6）计算得到；

相对密度差值为步骤4）中反演得到的计算点各个深度层的相对密度与最近位置测井的各个深度层的相对密度值之差；

8）迭代反演；

步骤8）所述的迭代反演是按照迭代反演结束条件对三维反演绝对密度进行三维正演，获得正演重力异常值，再计算该正演重力异常值与实测重力异常值之差，形成拟合差数据，当该拟合差数据的最大差大于设置的反演结束最大差限差时，再根据拟合差数据进行迭代反演，即把该拟合差数据作为重力异常，按上述步骤4）到步骤8）进行循环计算，直到满足设置的迭代反演结束条件为止。

步骤8）所述的迭代反演结束条件是最大拟合差，等于2倍的采集误差。

9）计算反演结果，获得反演拟合异常数据、三维密度数据。

本发明对实测数据进行了处理实验，在山前带复杂区三维重力数据处理中，获得了绝对密度的三维密度分布数据体，实现了井约束，提高了重力资料密度反演的可靠性；本发明反演速度快，实测数据处理时间满足处理需要，实现了方法的实用化。

附图说明

图1实测剩余重力异常图；

图2三维重力反演拟合剩余重力异常图；

图3初始界面埋深等值线图；

图4断层下盘初始界面埋深等值线图；

图5断层上盘初始界面埋深等值线图；

图6三维重力反演控制点位置分布图；

图7W-X井测井曲线；

图8本发明三维重力反演三维密度立体图；

图9本发明复杂结构井约束三维密度层序反演密度体过W-X井南北向密度断面。

具体实施方式

以下结合实例进一步说明本发明。

1）野外实测采集重力数据，处理得到实测重力异常平面网格数据，见图1；

步骤1）所述的网格数据为重力异常数据。

2）利用地震勘探得到标志界面T7的构造图，网格化后得到初始界面网格数据；如图3，图中实线等值线为断裂下盘的界面埋深等值线数据，虚线等值线为断裂上盘的界面埋深等值线数据，实线和虚线等值线重叠部分为断裂发育位置。

步骤2）所述的网格数据为构造图界面的深度数据。

步骤2）所述的初始界面数据由工区T7反射面的地震构造图数据加上地表海拔高程转换为需要的初始界面深度网格数据。

步骤2）所述的网格化后得到初始界面网格数据，当遇有逆掩断层时则网格化为不同的初始界面网格数据文件，见图4、图5。

所述的不同的初始界面网格数据文件是断层上盘一侧的构造图界面深度数据网格化成一个文件，见图5，而断层下盘一侧的构造图界面深度数据网格化成为另一个文件，见图4，在逆掩断层带，两个网格文件的同一位置的数据分别为逆断层的上盘和下盘界面深度数据，见图3。

3）将测井声波数据转换为测井密度数据；

步骤3）所述的转换测井密度数据由测井声波速度（v）数据按Gardner公式转换获得测井的密度（σ）数据，转换得到的密度数据与测井声波速度数据一一对应，见图7，图7是W-X井的声波速度数据和转换密度数据，左侧曲线为声波速度，右侧曲线为声波速度转换的密度，再按重力3D反演纵向剖分的间距对测井密度数据进行取均值。

步骤3）所述的测井密度数据由地表向下排列，每一口钻井（见图6）的密度数据个数与重力3D密度反演的纵向剖分数目相等；

当测井深度与反演深度一样时，反演纵向剖分为m个层，则测井密度对应求取m个层的密度平均值；当测井深度（n个层）小于反演深度（m个层）时，则测井密度对应求取1层至n层的各个层的密度平均值，（n+1）层至m层的密度数据可以取为该段深度地层的岩石密度值

所述的Gardner公式为σ=0.31×V^0.25。

本例中，重力3D反演深度12km，纵向剖分间距0.25km，每个控制点纵向有48个密度数据。以W-X井为例，由W-X井密度曲线获得的W-X井密度控制点数据为（由上至下）：2.351、2.423、2.461、2.544、2.522、2.547、2.564、2.529、2.542、2.573、2.563、2.425、2.487、2.457、2.368、2.406、2.484、2.543、2.527、2.53、2.55、2.57、2.6、2.62、2.635、2.64、2.64、2.645、2.65、2.655、2.66、2.66、2.67、2.68、2.69、2.7、2.705、2.71、2.715、2.72、2.725、2.73、2.735、2.735、2.74、2.745、2.745、2.75。

本例采用的控制点的平面位置分布见图6所示。

4）进行相对密度的3D重力反演，获得相对密度的三维数据体，得到每个计算点的各个深度层的相对密度值；

步骤4）所述的相对密度的3D重力反演采用基于标准格架的快速三维重力、磁力物性反演的方法进行。

5）计算点的每一个深度层的绝对密度背景值，先由距离计算点最近的2口井测井密度数据，根据这2口井与计算点的距离反比进行插值，获得计算点与测井深度相同深度的绝对密度背景值，再根据计算点初始界面深度与最近的1口测井位置的初始界面深度差，进行计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动；

步骤5）所述的计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动方法是按最靠近计算点的测井初始界面深度值与计算点初始界面值之差进行浮动，计算点初始界面深度低则向下浮动，计算点初始界面深度浅则向上浮动；向上浮动时，如上浮x个剖分层，会引起底部缺少x个剖分层的背景密度，则这x个剖分层的背景密度全部取为第m-x层的数据。向下浮动时，如下浮y个剖分层，会引起顶部缺少y个剖分层的背景密度，则这y个剖分层的背景密度全部取为第y+1层的数据。

6）确定井约束系数k(r)，实现井约束；

步骤6）井约束系数k(r)计算如下：

$k\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{if\; r}=0;\\ \cos (\mathrm{\&pi;r}/2r_0)& \mathrm{if}0<r\&le;r0;\\ 0& \mathrm{if\; r}>r_0.\end{array}\right.$

式中：r₀为某一控制点的控制半径，r为计算点距离控制点的距离，π取值3.14159265；

当r为0时，约束系数k(r)为1.0，实现严格控制；

当r为等于或大于r₀时，约束系数k(r)为0，失去约束作用；

当r在0-r₀之间时，约束系数k(r)为cos(πr/2r₀)实现约束的逐步放松。

7）采用下式计算每个深度计算点反演密度绝对值：

计算点反演密度的绝对值=该点绝对密度的背景密度值+（相对密度差值×（1-k(r)）），k(r)取值为步骤6）计算得到；

相对密度差值为步骤4）中反演得到的计算点各个深度层的相对密度与最近位置测井的各个深度层的相对密度值之差；

8）迭代反演；

步骤8）所述的迭代反演是按照迭代反演结束条件对三维反演绝对密度进行三维正演，获得正演重力异常值，再计算该正演重力异常值与实测重力异常值之差，形成拟合差数据，当该拟合差数据的最大差大于设置的反演结束最大差限差时，再根据拟合差数据进行迭代反演，即把该拟合差数据作为重力异常，按上述步骤4）到步骤8）进行循环计算，直到满足设置的迭代反演结束条件为止。

步骤8）所述的迭代反演结束条件是最大拟合差，等于2倍的采集误差。

本例的迭代反演结束条件为最大拟合差等于0.2mgal。

9）计算反演结果，获得反演拟合异常数据（见图2）、三维密度数据（见图8）。

本发明获得三维绝对密度如图8所示。图9为本次复杂结构井约束三维密度层序反演密度体过W-X井的南北向密度断面。图9中，密度等直线数据单位为g/cm³，W-X井处左侧为钻井岩性柱，右侧曲线为声波速度与声波速度转换的密度，可见，三维重力反演密度与测井密度曲线特征一致，三维重力反演的剖面密度与测井密度变化规律一致，反演效果很好。

本发明对实测数据进行了处理实验，在山前带复杂区三维重力数据处理中，获得了绝对密度的三维密度分布数据体，实现了井约束，提高了重力资料密度反演的可靠性；本发明反演速度快，实测数据处理时间满足处理需要，实现了方法的实用化。

Claims (14)

1.一种复杂结构井约束三维密度层序反演方法，特点是通过以下步骤实现：

1）野外实测采集重力数据，处理得到重力异常平面网格数据；

2）利用地震或电法勘探得到标志界面的构造图，网格化后得到初始界面网格数据；

3）将测井声波数据转换为测井密度数据；

4）进行相对密度的3D重力反演，获得相对密度的三维数据体，得到每个计算点的各个深度层的相对密度值；

5）计算点的每一个深度层的绝对密度背景值，先由距离计算点最近的2口井测井密度数据，根据这2口井与计算点的距离反比进行插值，获得计算点与测井深度相同深度的绝对密度背景值，再根据计算点初始界面深度与最近的1口测井位置的初始界面深度差，进行计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动；

6）确定井约束系数k(r)，实现井约束；

7）采用下式计算每个深度计算点反演密度绝对值：

计算点反演密度的绝对值=该点绝对密度的背景密度值+（相对密度差值×（1-k(r)）），k(r)取值为步骤6）计算得到；

相对密度差值为步骤4）中反演得到的计算点各个深度层的相对密度与最近位置测井的各个深度层的相对密度值之差；

8）迭代反演；

9）计算反演结果，获得反演拟合异常数据、三维密度数据。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1）所述的网格数据为重力异常数据。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2）所述的网格数据为构造图界面的深度数据。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2）所述的初始界面通过探区已知地质资料、已知的地震构造图、电法勘探构造图结合已知钻井资料建立，或直接由反射面的地震构造图转换为需要的初始界面网格数据。

5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2）所述的网格化后得到初始界面网格数据，当遇有逆掩断层则网格化为不同的初始界面网格数据文件。

6.根据权利要求5所述的方法，特点是所述的不同的初始界面网格数据文件是断层上盘一侧的构造图界面深度数据网格化成一个文件，而断层下盘一侧的构造图界面深度数据网格化成为另一个文件，在逆掩断层带，两个网格文件的同一位置的数据分别为逆断层的上盘和下盘界面深度数据。

7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3）所述的转换测井密度数据由测井声波速度（v）数据按Gardner公式转换获得测井的密度（σ）数据，转换得到的密度数据与测井声波速度数据一一对应，再按重力3D反演纵向剖分的间距对测井密度数据进行取均值。

8.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤3）所述的测井密度数据由地表向下排列，每一口钻井的密度数据个数与重力3D密度反演的纵向剖分数目相等；

当测井深度与反演深度一样时，反演纵向剖分为m个层，则测井密度对应求取m个层的密度平均值；当测井深度（n个层）小于反演深度（m个层）时，则测井密度对应求取1层至n层的各个层的密度平均值，（n+1）层至m层的密度数据可以取为该段深度地层的岩石密度值。

9.根据权利要求7所述的方法，特点是所述的Gardner公式为σ=0.31×V^0.25。

10.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4）所述的相对密度的3D重力反演采用基于标准格架的快速三维重力、磁力物性反演的方法进行。

11.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤5）所述的计算点各个深度层背景密度值所应计存的深度层的浮动方法是按最靠近计算点的测井初始界面深度值与计算点初始界面值之差进行浮动，计算点初始界面深度低则向下浮动，计算点初始界面深度浅则向上浮动；向上浮动时，如上浮x个剖分层，会引起底部缺少x个剖分层的背景密度，则这x个剖分层的背景密度全部取为第m-x层的数据。向下浮动时，如下浮y个剖分层，会引起顶部缺少y个剖分层的背景密度，则这y个剖分层的背景密度全部取为第y+1层的数据。

12.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6）井约束系数k(r)计算如下：

$k\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{if\; r}=0;\\ \cos (\mathrm{\&pi;r}/2r_0)& \mathrm{if}0<r\&le;r0;\\ 0& \mathrm{if\; r}>r_0.\end{array}\right.$

式中：r₀为某一控制点的控制半径，r为计算点距离控制点的距离，π取值3.14159265；

当r为0时，约束系数k(r)为1.0，实现严格控制；

当r为等于或大于r₀时，约束系数k(r)为0，失去约束作用；

当r在0-r₀之间时，约束系数k(r)为cos(πr/2r₀)实现约束的逐步放松。

13.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤8）所述的迭代反演是按照迭代反演结束条件对三维反演绝对密度进行三维正演，获得正演重力异常值，再计算该正演重力异常值与实测重力异常值之差，形成拟合差数据，当该拟合差数据的最大差大于设置的反演结束最大差限差时，再根据拟合差数据进行迭代反演，即把该拟合差数据作为重力异常，按上述步骤4）到步骤8）进行循环计算，直到满足设置的迭代反演结束条件为止。

14.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤8）所述的迭代反演结束条件是最大拟合差，等于2倍的采集误差。

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