CN106842310A - 叠前地震四参数同步反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠前地震四参数同步反演方法。该方法在粘弹介质理论基础下，建立了地震波反射系数与地层纵波速度、横波、密度和地层吸收参数Q间的直接关系，通过稳定的叠前地震反演算法实现地层纵波速度、横波、密度及地层吸收参数Q四参数同步反演。这对于利用地层吸收衰减特征识别储层的含油气性，刻画储层含流体性和空间变化，降低勘探风险具有十分重要的意义。

Description

叠前地震四参数同步反演方法

技术领域

该技术属于油气勘探地震资料处理技术领域，特别是一种叠前地震四参数同步反演方法。

现有技术

叠前地震反演是获取地层参数、进行有利储层评价的主要方法。目前常用的叠前地震反演方法有AVO/AVA反演和EI反演，这两种反演方法的理论基础是Zoeppritz方程，所关注的是地震波在弹性介质分界面上的反射系数。常规叠前地震反演建立了地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度等三个弹性参数之间的关系，利用该关系式，通过叠前反演方法即可同时反演这三个参数，因此，常规叠前反演技术反演得到的是纵波速度、横波速度、密度三个弹性参数。然而，地下介质并非完全弹性，地震波在实际介质中传播时，会因岩石内部流体及颗粒的相对运动及地层本身的非弹性性质产生衰减，使用弹性介质理论不能充分描述地震波在实际地层中的传播特征。

发明目的

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一项新的叠前地震四参数同步反演方法。该方法在粘弹介质理论基础下，建立了地震波反射系数与地层纵波速度、横波、密度和地层吸收参数Q间的直接关系，通过稳定的叠前地震反演算法实现地层纵波速度、横波、密度及地层吸收参数Q四参数同步反演。这对于利用地层吸收衰减特征识别储层的含油气性，刻画储层含流体性和空间变化，降低勘探风险具有十分重要的意义。

发明内容

一种叠前地震四参数同步反演方法，首先建立地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度和品质因子Q四个参数的理论关系，然后基于贝叶斯方法，利用叠前不同角度道集资料的联合，同时反演这四个参数。

上述方案进一步包括：

建立地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度和品质因子Q四个参数的理论关系中粘弹性地震纵波反射系数近似公式为：

所述同步反演四参数是结合贝叶斯理论，建立了稳定的叠前地震四参数同步反演目标函数：

从测井数据获得低频信息，根据低频信息约束的计算方法，利用测井数据得到低频约束表示为：

其中，I₀和I_N分别是第1个点和第N个点的阻抗信息或者表示纵横波速度、密度及Q，R_i是第i个界面的反射系数，用矩阵表示为：

将低频约束考虑到目标函数中，将目标函数求极值，得到反射系数所满足的方程，通过求解方程，得到反演的纵波速度、横波速度、密度及品质因子Q参数。

粘弹性地震纵波反射系数近似公式推导过程为：

根据介质分解理论，对粘弹性Zoeppritz方程取近似，粘弹性介质精确的Zoeppritz方程整理为下式的形式：

MR＝N (1)

其中R＝(R_PP,R_PS,T_PP,T_PS)^T是带吸收的反射系数和透射系数组成的向量，M和N是与弹性介质参数、粘弹性介质参数和入射角有关的系数矩阵和向量；

M中的分量用介质的参数和入射角表示出来，M₁₁为例：

根据散射理论，在弱粘弹性近似和相似介质近似下，将粘弹性介质当作背景，将弹性参数的变化和粘弹性参数均看成扰动，因此可将矩阵M,R,N分解为背景矩阵和扰动矩阵；其中矩阵M分解为：

M＝M^u+ΔM (4)

其中背景矩阵M^u为(1)式所示的矩阵。

向量N分解为：

N＝N^u+ΔN (5)

其中背景矩阵N^u为：

N^u＝[N₁₁ N₂₁ N₃₁ N₄₁]^T (6)

扰动向量ΔN为：

ΔN＝[ΔN₁₁ ΔN₂₁ ΔN₃₁ ΔN₄₁]^T (7)

粘弹性介质反射透射系数向量R可分解为：

R＝R^u+ΔR (8)

其中R^u表示粘弹性介质背景反射透射系数，ΔR表示粘弹性参数和扰动反射透射系数；

此时粘弹性介质弹性波拟Zoeppritz方程变为：

(M^u+ΔM)(R^u+ΔR)＝(N^u+ΔN) (9)

背景矩阵满足M^uR^u＝N^u

利用M^u可求得其逆(M^u)^-1，

经过整理可得粘弹性介质弹性参数和扰动反射系数矩阵：

所以反射系数R_PP为：

横波品质因子Q_s与饱和度无关，它是完全独立于孔隙流体的，因此在化简的过程中不考虑横波品质因子，同时在该近似中，把看作是小量，在实际资料中Q_p的取值是几到几百，的取值是小于10^-2，弹性参数的变化与的乘积也是小于10^-2，因此在方程近似中假定相邻的上下两层介质中Q_p的值相等，即Q_p1＝Q_p2＝Q_p，最后取反射吸收的实部，得到下式：

进一步合并，简化得到

进一步忽略高阶弱项，即可将上式简化为如下形式：

前述叠前地震四参数同步反演方法，还包括应用以下三种方法提取Q值曲 线：(1)基于井旁地震道的Q值提取方法；(2)经验公式Q值估算方法；(3)基于测井资料的Q值提取方法。

利用该方法进行数据测试，在测试之前，需要进行相应的数据准备工作，包括地震资料、测井资料及与测井对应的Q曲线。其中地震数据既可以输入叠前CMP道集，也可以输入叠前部分角度叠加道集。

发明效果

叠前地震四参数同步反演方法能够同时从地震数据中直接反演得到地层纵波速度、横波速度、密度和地层吸收有关的参数Q，其中Q对含气储层具有很高的敏感性，纵横波速度和密度可以进一步获取储层流体敏感参数，进行流体识别。与基于波动方程波形反演等方法相比，本方法具有计算效率高且算法稳定、便于实现的特点。

附图说明

图1所示一维地层模型。

图2是利用单程波法正演模拟得到的叠前CMP道集。

图3是利用叠前地震四参数同步方法反演的纵波速度、横波速度、密度和地层Q值曲线。

图4是合成的Marmousi模型叠前CMP道集。

图5(a)(b)(c)分别是已知的纵波速度、横波速度和密度剖面，图5(d)是利用李氏经验公式计算的纵波品质因子剖面。

图6(a)(b)(c)(d)分别为利用本方法反演的纵波速度、横波速度、密度和地层Q值剖面。

图7是提取的第52道反演结果与原始数据的对比图。

具体实施方式

常规叠前地震反演建立了地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密 度等三个弹性参数之间的关系，利用该关系式，通过叠前反演方法即可同时反演这三个参数。

本实施例则是首先建立地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度和品质因子Q等四个参数的理论关系，然后基于贝叶斯方法，利用叠前不同角度道集资料的联合，同时反演这四个参数。

(1)粘弹性地震纵波反射系数近似公式推导

根据介质分解理论，对粘弹性Zoeppritz方程取近似。粘弹性介质精确的Zoeppritz方程整理为下式的形式：

MR＝N (1)

其中R＝(R_PP,R_PS,T_PP,T_PS)^T是带吸收的反射系数和透射系数组成的向量，M和N是与弹性介质参数、粘弹性介质参数和入射角有关的系数矩阵和向量。

M中的分量都可以用介质的参数和入射角表示出来，M₁₁为例：

根据散射理论，在弱粘弹性近似和相似介质近似下，将粘弹性介质当作背景，将弹性参数的变化和粘弹性参数均看成扰动，因此可将矩阵M,R,N分解为背景矩阵和扰动矩阵。其中矩阵M可分解为：

M＝M^u+ΔM (4)

其中背景矩阵M^u为(1)式所示的矩阵。

向量N可以分解为：

N＝N^u+ΔN (5)

其中背景矩阵N^u为

N^u＝[N₁₁ N₂₁ N₃₁ N₄₁]^T (6)

扰动向量ΔN为：

ΔN＝[ΔN₁₁ ΔN₂₁ ΔN₃₁ ΔN₄₁]^T (7)

粘弹性介质反射透射系数向量R可分解为：

R＝R^u+ΔR (8)

其中R^u表示粘弹性介质背景反射透射系数，ΔR表示粘弹性参数和扰动反射透射系数。

此时粘弹性介质弹性波拟Zoeppritz方程变为：

(M^u+ΔM)(R^u+ΔR)＝(N^u+ΔN) (9)

背景矩阵满足M^uR^u＝N^u

利用M^u可求得其逆(M^u)^-1，

经过整理可得粘弹性介质弹性参数和扰动反射系数矩阵：

所以反射系数R_PP为：

横波品质因子Q_s与饱和度无关，它是完全独立于孔隙流体的，因此在化简的过程中不考虑横波品质因子。同时在该近似中，把看作是小量，在实际资料中Q_p的取值一般是几到几百，的取值一般是小于10^-2，弹性参数的变化与的乘积一般也是小于10^-2，因此在方程近似中假定相邻的上下两层介质中Q_p的值相等，即Q_p1＝Q_p2＝Q_p。反射系数中含有虚部项，不便于求取。最后取反射吸收的 实部，得到下式：

进一步合并，简化得到

进一步忽略高阶弱项，即可将上式简化为如下形式：

该表达式建立了地震纵波反射系数与纵波速度、横波速度、密度和品质因子等四个参数之间的理论关系。基于该表达式，即可利用叠前不同角度道集资料同时反演这四个参数。

(2)四参数同步反演框架建立

叠前地震四参数同步反演在贝叶斯框架下进行。结合先验信息和与正演模型有关的似然函数，取最大后验概率作为反演问题的解。基于贝叶斯理论，可以将先验信息与观测数据结合起来，充分考虑地震数据信噪比对反演的影响，通过均衡采用的地震数据与测井数据的信息量，将少参数反演的误差，提高反演结果的可信程度。结合贝叶斯理论，建立了稳定的叠前地震四参数同步反演目标函数。

由于地震数据是带限的，缺少低频信息，因此需要从测井数据获得低频信息，从而使反演的结果更符合地质特征。根据Yin等(2008)的低频信息约束的计算方法，我们利用测井数据得到低频约束，可以表示为：

其中，I₀和I_N分别是第1个点和第N个点的阻抗信息(也可以表示纵横波速度、密度及Q)，R_i是第i个界面的反射系数，用矩阵可以表示为：

将低频约束考虑到目标函数中，将目标函数求极值，就可以得到反射系数所满足的方程，通过求解方程，得到反演的纵横波速度、密度及Q参数。

(3)Q曲线求取

在叠前地震四参数同步反演中，除了需要纵横波速度、密度，还需要相应的Q曲线。目前主要应用以下三种方法提取Q值曲线：(1)基于井旁地震道的Q值提取方法。(2)经验公式Q值估算方法。(3)基于测井资料的Q值提取方法。

下面结合附图对上述实施例做进一步说明。

图1所示一维地层模型，共分为三层，第二层含气，地层Q值比较低，为50；第一层和第三层Q值比较高，为500。图中从左到右分别是纵波速度、横波速度、密度和地层Q值曲线。

图2是利用单程波法正演模拟得到的叠前CMP道集，1毫秒采样，炮间距10-250m，覆盖次数25次。

图3是利用叠前地震四参数同步方法反演的纵横波速度、密度和地层Q值 曲线，其中点线是反演的结果，实线是原始数据，从图中可以看出，反演的总趋势与模型一致。以Marmousi2模型为例来验证方法的正确性和适用性。

图4是合成的叠前CMP道集，图5(a)(b)(c)分别是已知的纵波速度、横波速度和密度剖面，图5(d)是利用李氏经验公式计算的纵波品质因子剖面。模型中有一个气层和一个油层，气层位置大约在时间0.2s、CDP30～CDP70之间，油层位置大约在时间0.8s、CDP20～CDP150之间，它们表现出低纵波速度、密度和品质因子，而横波速度没有降低的特征。

图6(a)(b)(c)(d)为利用本章的方法反演的纵波速度、横波速度、密度和地层Q值剖面，从反演的结果可以看出地层特征得到了比较完整的恢复，从而说明了方法的适用性。

图7是提取的第52道反演结果与原始数据的对比图，从左到右分别是纵波速度、横波速度、密度和地层Q值的倒数，其中淡色是模型数据，深色是反演结果，从图中可以看出，反演结果的总体趋势与模型数据曲线一致。

应用本方法这些程序对胜利地区典型模型进行了成功的反演，检验了方法的正确性、有效性和稳定性。对具有较复杂构造的胜利油田地区实际资料进行了联合反演，获得了较好的储层预测结果。

Claims (4)

1.一种叠前地震四参数同步反演方法，其特征在于首先建立地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度和品质因子Q四个参数的理论关系，然后基于贝叶斯方法，利用叠前不同角度道集资料的联合，同时反演这四个参数。

2.根据权利要求1所述的叠前地震四参数同步反演方法，其特征在于，

建立地震纵波反射系数与地层纵波速度、横波速度、密度和品质因子Q四个参数的理论关系中粘弹性地震纵波反射系数近似公式为：

所述同步反演四参数是结合贝叶斯理论，建立了稳定的叠前地震四参数同步反演目标函数：

从测井数据获得低频信息，根据低频信息约束的计算方法，利用测井数据得到低频约束表示为：

其中，I₀和I_N分别是第1个点和第N个点的阻抗信息或者表示纵横波速度、密度及Q，R_i是第i个界面的反射系数，用矩阵表示为：

将低频约束考虑到目标函数中，将目标函数求极值，得到反射系数所满足的方程，通过求解方程，得到反演的纵波速度、横波速度、密度及品质因子Q参数。

3.根据权利要求2所述的叠前地震四参数同步反演方法，其特征在于粘弹性地震纵波反射系数近似公式推导过程为：

根据介质分解理论，对粘弹性Zoeppritz方程取近似，粘弹性介质精确的Zoeppritz方程整理为下式的形式：

MR＝N (1)

其中R＝(R_PP,R_PS,T_PP,T_PS)^T是带吸收的反射系数和透射系数组成的向量，M和N是与弹性介质参数、粘弹性介质参数和入射角有关的系数矩阵和向量；

M中的分量用介质的参数和入射角表示出来，M₁₁为例：

根据散射理论，在弱粘弹性近似和相似介质近似下，将粘弹性介质当作背景，将弹性参数的变化和粘弹性参数均看成扰动，因此可将矩阵M,R,N分解为背景矩阵和扰动矩阵；其中矩阵M分解为：

M＝M^u+ΔM (4)

其中背景矩阵M^u为(1)式所示的矩阵。

向量N分解为：

N＝N^u+ΔN (5)

其中背景矩阵N^u为：

N^u＝[N₁₁ N₂₁ N₃₁ N₄₁]^T (6)

扰动向量ΔN为：

ΔN＝[ΔN₁₁ ΔN₂₁ ΔN₃₁ ΔN₄₁]^T (7)

粘弹性介质反射透射系数向量R可分解为：

R＝R^u+ΔR (8)

其中R^u表示粘弹性介质背景反射透射系数，ΔR表示粘弹性参数和扰动反射透射 系数；

此时粘弹性介质弹性波拟Zoeppritz方程变为：

(M^u+ΔM)(R^u+ΔR)＝(N^u+ΔN) (9)

背景矩阵满足M^uR^u＝N^u

利用M^u可求得其逆(M^u)^-1，

经过整理可得粘弹性介质弹性参数和扰动反射系数矩阵：

所以反射系数R_PP为：

横波品质因子Q_s与饱和度无关，它是完全独立于孔隙流体的，因此在化简的过程中不考虑横波品质因子，同时在该近似中，把看作是小量，在实际资料中Q_p的取值是几到几百，的取值是小于10^-2，弹性参数的变化与的乘积也是小于10^-2，因此在方程近似中假定相邻的上下两层介质中Q_p的值相等，即Q_p1＝Q_p2＝Q_p，最后取反射吸收的实部，得到下式：

进一步合并，简化得到

进一步忽略高阶弱项，即可将上式简化为如下形式：

4.根据权利要求1或2、3所述的叠前地震四参数同步反演方法，其特征在于还包括应用以下三种方法提取Q值曲线：(1)基于井旁地震道的Q值提取方法；(2)经验公式Q值估算方法；(3)基于测井资料的Q值提取方法。