CN104570067A - 一种地球物理勘探中相控地震反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地球物理勘探中相控地震反演方法，属于石油地球物理勘探领域。本方法包括：从原始地震数据反演得到三维波阻抗数据体步骤；相控地震反演步骤。本发明利用地震数据和测井的波阻抗曲线，在地震相和地质相成果的控制下，反演得到储层的波阻抗数据，该方法能够在提高纵向分辨率的同时，保持横向分辨率，并能够精细刻画储层的空间展布形态。

Description

一种地球物理勘探中相控地震反演方法

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探领域，具体涉及一种地球物理勘探中相控地震反演方法。

背景技术

在石油勘探开发中，勘探阶段的主要任务是针对较易发现的构造、断块油气藏，发现一些大型圈闭，这类油气藏成藏条件相对简单，成藏规律比较清楚，随着勘探程度的深入，油田老区逐渐由勘探阶段转向开发阶段，研究目标也转移到以岩性因素为主导的岩性油气藏上，整体上从发现构造油气藏向岩性油气藏发展。

到了岩性勘探阶段，如何更加充分地应用多种地球物理资料包含的丰富信息，分析地下地层的发育情况，进而识别储层的空间变化(横向尖灭与厚度变化情况)，是岩性勘探的重点攻关内容。

测井约束地震反演技术在岩性识别和储层预测方面发挥了重要作用，通过将空间上采样密集的地震资料和垂向上高分辨率的测井资料联合起来，将界面反射型的地震资料反演出反映地层的波阻抗数据体，提高储层的识别精度，并能将储层的厚度变化情况更精细的刻画出来，尤其是对薄储层的识别方面，通过测井约束提高分辨率，能够识别常规地震不能识别的薄层。目前的反演方法主要是基于振幅的反演方法，即认为地震振幅强弱的变化反映了储层的空间变化，并且大多都是基于模型的反演，模型的建立过程主要是在地震解释层位的约束下，测井属性的空间内差和外推，整个建模的过程，没有考虑地质体在横向上的变化情况，因此，虽然基于模型的反演方法能够提高对薄层的识别能力，但对储层的空间尖灭点识别会存在误差。

地震相分析的出发点认为：沉积地层的任何物性参数的变化总是反映在地震道波形形状的变化上。基于地震道的形状变化情况，将地震数据样点值的变化转换成地震道形状的变化，振幅值的大小对地震道整体形状变化来说意义并不是很重要。首先划分出几种典型的形状，然后每一实际地震道被赋给一个非常相似的模型道的形状。应用地震资料开展地震相划分，应用的主要是层段内的地震波形信息，同时考虑到测井相和沉积相的分析，对地质体在空间上的变化情况刻画精细。

现有的基于模型的地震反演技术和地震相分析技术各有缺陷：基于模型的地震反演技术在建模过程中只是以地震解释层位作为约束层，对测井曲线的属性沿层位进行空间的内插和外推，没有考虑到地质体的空间变化情况，其反演出来的数据体虽然纵向分辨率得到了提高，但是对刻画砂体的边界存在假象。地震相分析技术主要应用地震波形的变化进行地质体平面展布的刻画，该技术能够综合测井相合地质相，将储层的空间展布情况和储层边界刻画清楚，但不能对薄储层进行识别。

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，提供一种地球物理勘探中相控地震反演方法，针对现有两种储层预测方法的不足，充分融合两种方法的优势，重新构建反演的目标函数，将地震相通过高斯协模拟反演的方法，应用到反演过程中，综合了两种方法的优点，既提高了反演的分辨率，又能够对储层的横向变化情况刻画清楚，与地质和沉积规律吻合，其反演结果的精度和可信度得到很大提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种地球物理勘探中相控地震反演方法，包括：

从原始地震数据反演得到三维波阻抗数据体步骤；

相控地震反演步骤。

所述从原始地震数据反演得到三维波阻抗数据体步骤包括：

(11)对地震资料进行多套反射层位的解释和追踪，得到每道地震的层位解释成果；

(12)对测井数据中的波阻抗曲线进行直方统计分析和变差函数分析，得到了研究储层的波阻抗分布规律；

(13)根据步骤(11)得到的层位解释成果，对目的层段进行沿层时间切片处理，建立层切片，提取沿层的振幅、相位和波形变化平面图，分析振幅、相位和波形的平面分布规律，获得该层段地震相成果数据；

(14)应用原始地震数据分析目的层段的振幅和相位特征，通过井旁地震与井资料联合提取子波；

(15)利用公式(3)计算三维波阻抗数据体：

Z=Lp(r)+λLq(s-d)(3)

其中：

d=w*r；

其中，r为反射系数；d为输入的原始地震记录；w为步骤(14)提取到的子波；s为合成记录；λ为数据不匹配权值因子；z为三维波阻抗数据体；Lp为反射系数模；Lq为地震不匹配模。

所述相控地震反演步骤包括：

采用步骤(15)得到的地震相成果数据作为协变量，进行高斯协模拟，高斯协模拟的公式为(4)式，经过迭代运算，求得相控地震反演的数据：

$y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{w}_i{x}_i+{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^m{u}_j{z}_j---\left(4\right)$

y为待估算的相控反演数据；

w、u为权重，由步骤(12)的变差函数求得；

x为步骤(13)得到的地震相成果数据；

z为步骤(15)反演得到的三维波阻抗数据体。

将步骤(13)和步骤(15)的研究成果通过公式(4)所示的目标函数进行相控反演，能够将地震资料的波形特征和振幅特征联合应用到储层预测中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：常规地震资料分辨率低，进行薄储层厚度的预测难度较大，对于大于四分之一地震波长的储层能够识别的，但对于小于四分之一波长的薄储层的识别难度较大，测井约束地震反演可以将薄储层识别出来，提高资料分辨率。本发明通过测井约束地震反演方法提高了分辨率，大大提高了对薄储层的识别能力，通过加上相控约束，较好的识别储层的平面展布情况，综合应用地球物理资料提高储层的纵横向分辨率取得了非常好的效果，可以从连井、平面等不同的方式，对储层的空间变化情况进行有效的分析，优选有利部位进行井位部署。

附图说明

图1为某地区目的层段地震剖面图，沿解释的层位可以看到地震波形有较大的变化，反映了不同的地震相特征，也就对应了不同的沉积相，黑粗线为解释的层位。

图2某地区目的层段地震相综合分析平面图，该区表现为近北东向的河流相沉积，该成果综合了地质相等成果，刻画河道形态较为清晰。

图3为相控地震反演剖面，图中黑色表示砂岩，对薄砂岩的识别清楚，砂体的横向变化清晰。

图4相控地震反演砂体厚度平面图，颜色深浅代表了储层的厚度，颜色越深代表储层越厚，其平面特征与图2的地震相成果相近，但局部有所变化，这可能是反演分辨率高于地震分辨率成果，在地震不能识别的薄储层区，反演成果能够识别。综合分析来看，相控地震反演成果符合地质规律，同时又能够提高纵向分辨率，对储层的刻画真实可靠。

图5本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明针对测井约束地震反演中的地震相控制下的地震反演问题，应用地球物理资料和地震相资料联合进行地震反演，可应用于石油地球物理勘探中的储层精细描述。

如图5所示，本发明方法包括：

①对地震资料进行多套反射层位的解释和追踪，解释层位的质量检查和修改，并对层位进行全三维追踪解释，使层位解释成果比较精细，做到每道地震都有精细的层位解释成果。以此作为地震相分析和地震反演中的输入资料，尤其对一些不整合面和标准反射层需要进行解释。

②在层位解释的基础上，结合钻井分层，对目的层段的测井曲线进行分析，将声波、密度、伽玛、孔隙度、电阻率及岩性等曲线类型进行综合分析，分析储层的电性、弹性和放射性特征，分析其岩性和含油气性，对研究目的层段的地质沉积特征进行分析。对测井的波阻抗曲线进行直方统计分析和变差函数分析，变差函数主要是描述空间数据场中数据之间的相互关系，进而达到建立起空间储层参数点之间的统计相关函数。变差函数是指区域化变量Z(x)在x和(x+h)两点处的增量的半方差。(其表达公式如(1))

G(x，h)=1/2*∑[Z(x)-Z(x+h)]²。       (1)

③根据层位解释成果(步骤①的成果)，对研究的目的层段进行沿层时间切片处理，建立层切片，提取沿层的振幅值，分析其平面展布特征，通过浏览层切片寻找地质异常体，根据研究的目的层确定层段的时间范围。合理建立层段和地震相，通过对不同时段的切片进行分类来刻画地震相的特征，并根据岩性和原油物性(步骤②的成果)进行校正，达到描述和表征储层的平面展布特征。

④在地层切片研究的基础上，计算沿层或层间属性，以解释的层位为基础，根据研究目的层段的时间厚度确定时窗，在该时窗段提取均方根振幅属性。(公式(2)所示)

$\mathrm{RMS}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a_i}^2}---\left(2\right)$

RMS：为均方根振幅；N：为样点数；a为振幅值

结合地震道形状类属性联合分析，地震信号物理参数的变化总是对应着反映地震道形状的变化，道形状的变化定量为从一个采样点到另一个采样点的采样值(是指公式(2)得到的均方根振幅属性)的变化，这种变化包括强负、负值、零、正值和强正，依据其变化划分出几种典型的形状，然后每一实际道会被赋给一个基于相似性的典型形状，得到地震相成果数据(该数据为波阻抗数据，即相控约束后的波阻抗数据)。

⑤在层位解释和测井分析基础上(步骤①和②)，开展子波估算及合成记录标定工作，应用地震数据提取研究的目的层段的振幅和相位，通过井旁地震与井资料联合提取子波，对井震进行精心的标定对比分析，从振幅特征、波组特征、波形特征等方面进行对比，使合成地震记录与地震的相关性进一步提高，得到好的子波和合成记录标定结果。精细的标定结果和子波作为后续高精度反演的输入，有效保证后续反演(步骤⑥)的精度。

⑥高精度波阻抗反演：在测井资料和地质层位(步骤①的成果)的约束下，对三维地震进行高精度测井约束波阻抗反演，并通过子波褶积运算(步骤⑤的成果)，误差分析及迭代反演运算，实现波阻抗反演运算过程，得到三维波阻抗数据体(反演公式如(3)所示)。

Z=Lp(r)+λLq(s-d)              (3)

其中：

d=w*r；r：为反射系数(由测井中的波阻抗数据计算得到，公式如下：其中，v：速度；ρ：密度；P：波组抗)；d：为地震记录；w：为子波；

s：为合成记录(由井中的波阻抗曲线求的反射系数，该反射系数与子波进行褶积得到)；λ：数据不匹配权值因子(该因子由原始地震数据与合成地震记录的残差大小确定)；z：为波阻抗；

Lp：反射系数模(指反射系数绝对值求和)；Lq为地震不匹配模(指合成记录与地震记录的残差绝对值求和)

通过步骤①至⑤得到了公式(3)中这些参数的数值。

⑦相控地震反演：采用地震相(步骤④的成果)作为协变量，进行高斯协模拟，高斯协模拟公式如(4)，有效的将地震相信息和地震反演的波阻抗信息融合在一起。经过计算，就可以求得相控地震反演的数据。

$y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{w}_i{x}_i+{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^m{u}_j{z}_j---\left(4\right)$

y为待估算的相控反演数据；

w、u为权重，由变差函数求得(由步骤②得到，已知点对所求点的权重与两点之间的距离有关，具体的影响权重可以根据两点之间的距离从变差函数曲线上对应的权重系数求得。变差函数横轴是两点间距离，纵轴是权重系数。)；

x为地震相成果数据；

z为反演得到的三维波阻抗数据体。

本发明的一个实施例如下：

图1为我国西部某盆地陆相沉积地层的地震剖面图，解释的层位为目的层段，从地震反射特征上看，表现为不同的地震相特征，为河道和河道间的不同响应。采用地震相分析结合地质认识和测井相特征，刻画了该层段储层的空间展布特征，如图2所示(此图是通过上面的1、2、3步骤得到的)，通过应用图2的成果作为协变量，开展相控约束地震反演，得到了最终的反演成果。

图3和图4为应用本发明的方法进行反演得到的反演成果。图3为过某井的相控反演剖面(此图是通过上面的4、5、6、7步骤得到的成果)，从剖面上看，对薄砂体的刻画比较清晰，同时砂体的横向尖灭点也变化自然。图4为对用相控反演数据提取的砂体厚度的平面展布图(此图是通过上面的4、5、6、7步骤得到的成果)，从河道展布和变化情况来看，与地震相和地质相分析的成果比较接近，同时又对砂体厚度的平面变化刻画出来，取得了良好的效果。

本发明针对应用地球物理资料进行精细反演的问题，采用地质统计学方法，构建了相控下的地震波阻抗反演的目标函数(即公式(4))，同时利用地震数据和测井的波阻抗曲线，在地震相和地质相成果的控制下，反演得到储层的波阻抗数据，该方法能够在提高纵向分辨率的同时，保持横向分辨率，并能够精细刻画储层的空间展布形态。也就是将地震的振幅信息和波形变化特征同时考虑，比常规的反演方法有了较大进步，该方法岩性勘探阶段的精细储层描述中能够发挥较大作用。

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 (3)

1.一种地球物理勘探中相控地震反演方法，其特征在于：所述方法包括：

从原始地震数据反演得到三维波阻抗数据体步骤；

相控地震反演步骤。

2.根据权利要求1所述的地球物理勘探中相控地震反演方法，其特征在于：所述从原始地震数据反演得到三维波阻抗数据体步骤包括：

(11)对地震资料进行多套反射层位的解释和追踪，得到每道地震的层位解释成果；

(12)对测井数据中的波阻抗曲线进行直方统计分析和变差函数分析，得到了研究储层的波阻抗分布规律；

(13)根据步骤(11)得到的层位解释成果，对目的层段进行沿层时间切片处理，建立层切片，提取沿层的振幅、相位和波形变化平面图，分析振幅、相位和波形的平面分布规律，获得该层段地震相成果数据；

(14)应用原始地震数据分析目的层段的振幅和相位特征，通过井旁地震与井资料联合提取子波；

(15)利用公式(3)计算三维波阻抗数据体：

Z=Lp(r)+λLq(s-d)          (3)

其中：

d=w*r；

其中，r为反射系数；d为输入的原始地震记录；w为步骤(14)提取到的子波；s为合成记录；λ为数据不匹配权值因子；z为三维波阻抗数据体；Lp为反射系数模；Lq为地震不匹配模。

3.根据权利要求2所述的地球物理勘探中相控地震反演方法，其特征在于：所述相控地震反演步骤包括：

采用步骤(13)得到的地震相成果数据作为协变量，进行高斯协模拟，高斯协模拟的公式为(4)式，经过迭代运算，求得相控地震反演的数据：

$y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{w}_i{x}_i+{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^m{u}_j{z}_j---\left(4\right)$

y为待估算的相控反演数据；

w、u为权重，由步骤(12)的变差函数求得；

x为步骤(13)得到的地震相成果数据；

z为步骤(15)反演得到的三维波阻抗数据体。