CN104122581B - 一种叠后声波阻抗反演方法 - Google Patents
一种叠后声波阻抗反演方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种叠后声波阻抗反演方法，属于油气及煤层气地震勘探与开发领域。本方法包括：(1)对叠后地震数据进行处理，使得叠后地震数据的频谱与由测井数据得到的声波阻抗的频谱相匹配，从而获得相对声波阻抗数据；(2)构建用于基于模型反演的初始声波阻抗模型或者变差函数；(3)对步骤(2)得到的初始声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；(4)将合成地震数据与实际叠后地震数据进行比较，求得声波阻抗模型的修改量，利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新得到更新后的声波阻抗模型，再对更新后的声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；将其作为初始声波阻抗模型，重复步骤(4)得到最终的反演结果。
Description
技术领域
本发明属于油气及煤层气地震勘探与开发领域，具体涉及一种叠后声波阻抗反演方法。
背景技术
随着油气勘探开发的需要，储层预测和精细描述越来越引起重视。围绕这个目的而开展的探索和研究也越来越多，地震反演就是最重要的一点。当反演的目标是波阻抗时，称之为波阻抗反演。目前的地震波阻抗反演按照所使用的资料分为叠后反演和叠前反演两大类，按照反演方法又可以分为直接反演和间接反演。直接反演就是直接从地震资料出发，进行运算得到声波阻抗。间接反演是从一个初始模型出发，合成地震记录，然后构造目标函数，最后求得目标函数在一定的范数意义下极值。无论哪种反演，其实质都是想去除子波的影响，从而将地震剖面转化为能与钻井、地质等资料直接对比的形式，因此反演在许多情况下提高了常规地震的分辨率并提高了油藏参数研究的水平。
叠后声波阻抗反演概括起来不外乎有两大类：基于反射系数逆公式的直接反演和基于正演模型的迭代反演。
基于反射系数逆公式的直接反演有道积分和递推反演。地震道积分近似等于对数波阻抗，但是该方法无法求得地层绝对波阻抗，而且使用时无法用地质或测井资料进行约束。以稀疏脉冲反演为代表的递推反演虽然更加精确和稳定，但是在实现和应用上都更复杂。
基于模型的反演可以分为确定性反演和随机反演两种。前者通常都是由测井、地质以及地震资料给出一个确定性的初始模型，然后迭代反演，得到与地震资料最佳匹配的地震波阻抗模型。这种反演方法，在井越多并且地震资料品质越好的情况下，给出的初始模型更接近实际，其结果也就越可靠。但是直接由叠后地震资料解释层位，一方面分辨率低，另一方面也受地震资料品质的影响。虽然目前广泛使用的随机反演可以通过地质统计的手段提供多个符合统计参数要求的模型，但是其横向变差函数还是受叠后地震资料品质的影响，即用于计算纵向变差函数的测井以及地质资料的分辨率与用于计算横向变差函数的地震资料的分辨率不匹配。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种叠后声波阻抗反演方法，在进行基于模型的反演之前，对地震资料进行处理，能快速而稳健地得到分辨率更高的剖面，从而在进行初始模型的建立或者变差函数的计算时，能生成一个既满足测井和地质资料分辨率又满足地震资料的模型，然后再进行基于模型的反演。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种叠后声波阻抗反演方法，包括以下步骤：
(1)对叠后地震数据进行处理，使得叠后地震数据的频谱与由测井数据得到的声波阻抗的频谱相匹配，从而获得相对声波阻抗数据；
(2)基于步骤(1)得到的相对声波阻抗数据进行构造解释，以构建用于基于模型反演的初始声波阻抗模型或者变差函数，如果构建的是变差函数，则再由变差函数进行随机模拟得到初始声波阻抗模型；
(3)对步骤(2)得到的初始声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；
(4)将合成地震数据与实际叠后地震数据进行比较，求得声波阻抗模型的修改量，利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新得到更新后的声波阻抗模型，再对更新后的声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；然后将更新后的声波阻抗模型作为初始声波阻抗模型，重复步骤(4)直到合成地震数据与实际叠后地震数据在最小平方意义下最接近时，此时的声波阻抗模型即为最终的反演结果。
所述步骤(1)具体包括：
(11)由测井数据计算得到所有井上的声波阻抗：将声波测井数据与密度测井数据相乘；
(12)在以对数频率为横坐标、声波阻抗为纵坐标的坐标轴的图上进行线性拟合，得到声波阻抗频谱；
(13)利用所述声波阻抗频谱对地震数据的频谱进行整形：设计一个滤波器，滤波器的脉冲响应为声波阻抗频谱，利用该滤波器对地震数据进行滤波处理；
(14)对经过整形后的地震数据进行-90度相位旋转，获得相对声波阻抗数据。
所述步骤(2)中进行构造解释是指解释地质层位与断层。
所述步骤(2)中构建用于基于模型反演的初始模型是这样实现的：以构造解释结果为框架进行约束，然后在该框架内填入所述相对声波阻抗数据，最后进行网格化，形成网格化的初始声波阻抗模型。
所述步骤(2)中构建变差函数是这样实现的：
对于每一个网格点，首先根据储层的平面展布以及厚度分别确定横向变程范围和垂向变程范围，然后分别在横向和垂向上将此范围内的所述相对声波阻抗值数据进行统计，获得该点纵向和垂向实验变差函数曲线，最后利用变差函数模型对该曲线进行拟合，以确定变差函数模型中的参数，从而最终得到该点的变差函数。
所述步骤(3)是这样实现的：
对步骤(2)得到的初始声波阻抗模型，由公式(1)得到反射系数模型，然后由公式(2)进行正演计算得到合成地震数据：
e＝D-w·R (2)
公式(1)中的Z表示所述相对声波阻抗数据，R表示反射系数，公式(2)中的D表示实际叠后地震数据，w表示子波。
所述步骤(4)中所述求得声波阻抗模型的修改量是利用公式(5)实现的：
g≈wT(D-wR) (5)
公式(5)中，δ是步长，由用户指定，wT表示子波矩阵的转置。
所述步骤(4)中所述利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新得到更新后的声波阻抗模型是这样实现的：
利用公式(4)得到新的反射系数模型，然后再利用公式(6)得到新的声波阻抗模型：
Rk+1＝Rk-δg (4)
其中，Rk+1是修改后的反射系数,Rk是更新前的反射系数,Zj+1是由更新后的反射系数计算得到的新的声波阻抗数据，j表示第j层。
所述步骤(4)中所述合成地震数据与实际叠后地震数据在最小平方意义下最接近时是指当公式(3)的值达到最小时：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于基于模型的反演结果受初始模型的影响比较大,或者说依赖于初始模型,因此精确的初始模型是反演成功的基础。本发明是为基于模型的反演提供一个既满足测井和地质资料分辨率又满足地震资料的初始模型，从而能够改善反演结果。
附图说明
图1是本发明叠后声波阻抗反演方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明提出了一种能提高基于模型的声波阻抗反演精度和可靠性的方法。即在进行基于模型的反演之前，对地震资料进行处理，得到比地震资料分辨率更高的相对声波阻抗剖面，然后基于相对声波阻抗数据进行更加精细的构造解释，从而在进行初始模型的建立或者变差函数的计算时，能生成一个既满足测井和地质资料分辨率又满足地震资料的模型，然后再进行基于模型的反演。
如图1所示，本发明叠后声波阻抗反演方法主要包括以下主要过程和环节：
1)对叠后地震数据进行处理，使得叠后地震数据的频谱与由测井数据得到的声波阻抗的频谱相匹配，从而获得相对声波阻抗数据。具体如下：
首先由测井数据计算得到所有井上的声波阻抗(由声波测井数据与密度测井数据，将二者相乘)，并在以对数频率为横坐标、声波阻抗为纵坐标的坐标轴的图上进行统计拟合(进行线性拟合，得到声波阻抗与对数频率的函数关系),以获得声波阻抗频率曲线(即图1中的声波阻抗频谱)，然后利用此声波阻抗频率函数(拟合得到的实际就是声波阻抗与对数频率的函数)对地震数据的频谱(即图1中从零相位处理后得到的振幅谱)进行整形(设计一个滤波器，滤波器的脉冲响应为声波阻抗频谱)(地震数据要事先经过零相位处理，即要求地震数据是零相位的)(整形就是利用设计好的滤波器对地震数据进行滤波处理)，最后对经过频谱整形的地震资料进行-90度相位旋转，从而获得相对声波阻抗。
2)基于步骤(1)得到的相对声波阻抗数据进行更加精细的构造解释，以构建用于基于模型反演的初始模型或者变差函数。
具体来说，构造解释主要解释地质层位与断层，所谓精细，是指解释出更小的断层以及层位的细微变化，从而提高基于模型的反演的精度和可靠性。
构建初始声波阻抗模型具体如下：以构造解释结果为框架进行约束，然后在该框架内填入声波阻抗值，最后进行网格化，形成网格化的初始波阻抗模型。
构建变差函数具体如下：对于每一个网格点，首先根据储层的平面展布以及厚度分别确定横向变程范围和垂向变程范围，然后分别在横向和垂向上将此范围内的波阻抗值进行统计，获得该点纵向和垂向实验变差函数曲线，最后利用变差函数模型对该曲线进行拟合，以确定变差函数模型中的参数，从而最终得到该点的变差函数。
(3)对步骤(2)得到的初始模型，由公式(1)得到反射系数模型，然后由公式(2)进行正演计算得到合成地震数据；公式(1)中的Z表示波阻抗，R表示反射系数。公式(2)以及公式(3)中的D表示实际叠后地震数据，w表示子波。
(4)将合成地震数据与实际叠后地震数据进行比较，然后利用公式(5)求得声波波阻抗模型的修改量，其中δ是步长，可以指定，wT表示子波矩阵的转置，然后利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新(利用公式(4)得到新的反射系数模型，然后再利用公式(6)得到新的声波阻抗模型)得到更新后的声波阻抗模型，再对更新后的声波阻抗模型利用公式(1)和公式(2)进行正演计算得到合成地震数据；然后将更新后的声波阻抗模型作为初始模型，重复步骤(4)直到合成地震数据与实际叠后地震数据在最小平方意义下最接近时(即当公式(3)的值达到最小)，此时的声波阻抗模型即为最终的反演结果。
e＝D-w·R (2)
Rk+1＝Rk-δg (4)
g≈wT(D-wR) (5)
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (7)
1.一种叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)对叠后地震数据进行处理，使得叠后地震数据的频谱与由测井数据得到的声波阻抗的频谱相匹配，从而获得相对声波阻抗数据；
(2)基于步骤(1)得到的相对声波阻抗数据进行构造解释，以构建用于基于模型反演的初始声波阻抗模型或者变差函数，如果构建的是变差函数，则再由变差函数进行随机模拟得到初始声波阻抗模型；
(3)对步骤(2)得到的初始声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；
(4)将合成地震数据与实际叠后地震数据进行比较，求得声波阻抗模型的修改量，利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新得到更新后的声波阻抗模型，再对更新后的声波阻抗模型进行正演计算得到合成地震数据；然后将更新后的声波阻抗模型作为初始声波阻抗模型，重复步骤(4)直到合成地震数据与实际叠后地震数据在最小平方意义下最接近时，此时的声波阻抗模型即为最终的反演结果；
所述步骤(2)中构建用于基于模型反演的初始声波阻抗模型是这样实现的：以构造解释结果为框架进行约束，然后在该框架内填入所述相对声波阻抗数据，最后进行网格化，形成网格化的初始声波阻抗模型；
所述步骤(2)中构建变差函数是这样实现的：
对于每一个网格点，首先根据储层的平面展布以及厚度分别确定横向变程范围和垂向变程范围，然后分别在横向和垂向上将此范围内的所述相对声波阻抗值数据进行统计，获得该点纵向和垂向实验变差函数曲线，最后利用变差函数模型对该曲线进行拟合，以确定变差函数模型中的参数，从而最终得到该点的变差函数。
2.根据权利要求1所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：
(11)由测井数据计算得到所有井上的声波阻抗：将声波测井数据与密度测井数据相乘；
(12)在以对数频率为横坐标、声波阻抗为纵坐标的坐标轴的图上进行线性拟合，得到声波阻抗频谱；
(13)利用所述声波阻抗频谱对地震数据的频谱进行整形：设计一个滤波器，滤波器的脉冲响应为声波阻抗频谱，利用该滤波器对地震数据进行滤波处理；
(14)对经过整形后的地震数据进行-90度相位旋转，获得相对声波阻抗数据。
3.根据权利要求2所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(2)中进行构造解释是指解释地质层位与断层。
4.根据权利要求1所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：
对步骤(2)得到的初始声波阻抗模型，由公式(1)得到反射系数模型，然后由公式(2)进行正演计算得到合成地震数据：
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
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<mi>Z</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
e＝D-w·R (2)
公式(1)中的Z表示所述相对声波阻抗数据，R表示反射系数，公式(2)中的D表示实际叠后地震数据，w表示子波，i表示第i层。
5.根据权利要求4所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述求得声波阻抗模型的修改量是利用公式(5)实现的：
g≈wT(D-wR) (5)
公式(5)中，wT表示子波矩阵的转置。
6.根据权利要求5所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述利用该修改量对初始声波阻抗模型进行修改更新得到更新后的声波阻抗模型是这样实现的：
利用公式(4)得到新的反射系数模型，然后再利用公式(6)得到新的声波阻抗模型：
Rk+1＝Rk-δg (4)
<mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<mi>e</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>&CenterDot;</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>j</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，δ是步长，Rk+1是修改后的反射系数,Rk是更新前的反射系数,Zj+1是由更新后的反射系数计算得到的新的声波阻抗数据，j表示第j层。
7.根据权利要求6所述的叠后声波阻抗反演方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述合成地震数据与实际叠后地震数据在最小平方意义下最接近时是指当公式(3)的值达到最小时：
<mrow>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>|</mo>
<mo>|</mo>
<mi>D</mi>
<mo>-</mo>
<mi>w</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>R</mi>
<mo>|</mo>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
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<mo>.</mo>
</mrow>
2
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