CN111474576B - 一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保持地层结构的叠前反演初始模型构建方法，包括：1)叠后地震资料保幅拓频处理，拓宽频带，提高主频；2)叠后地震资料道积分处理，得到相对纵波阻抗；3)根据纵波阻抗均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；4)根据纵波阻抗、横波阻抗和密度关系，将初始纵波阻抗模型转化为初始横波阻抗模型和初始密度模型。本发明公开的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，既可满足前积、侧积沉积作用为主地区叠前反演初始模型构建精度要求，也可实现在无井工区构建叠前反演初始模型的目标，还不需要人工解释层位、断层数据，为叠前岩性物性流体反演技术在无井和侧积、前积沉积作用地区推广应用打下良好基础。

Description

一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法
技术领域
本发明涉及一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，属于地震资料反演技术领域。
背景技术
初始模型构建是叠前地震道集反演关键技术环节之一,直接影响反演成果质量。现有地震叠前反演初始模型构建传统做法是:以经过低通滤波处理的测井速度、密度资料作为硬数据，以经过精细等时解释的层位数据和断层数据为约束条件，采用合适的插值方法如反距离平方法等进行空间插值，生成叠前反演纵波速度(纵波阻抗)、横波速度(横波阻抗)和密度数据体，做为叠前反演初始模型。在以垂积作用为主的沉积环境，传统地震反演初始模型构建技术能够建立与地层结构特征一致的初始模型，但在以侧积和前积作用为主的沉积环境，由于内幕地层岩性物性界面“穿时”，传统方法构建的速度、密度和阻抗初始模型与实际地层速度、密度和阻抗特征差异很大，导致反演效果无法表征地质体岩性物性流体变化特征。除此之外，传统方法构建叠前反演初始模型至少需要一口井测井资料，且对层位、断层解释精度要求甚高，尤其是在断层非常发育、地层破碎和地层产状变化剧烈而地震资料信噪比差地区。
发明内容
本发明目的在于提供一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，不但能够有效提高侧积、前积地层建模精度，而且可以实现无井建模，还能免除断层发育、地层产状变化剧烈地区大量构造解释工作量。
1.一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，包括：
1)采集叠后地震数据，并根据采集的叠后地震数据得到相对纵波阻抗；
2)利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；
3)将步骤2)的绝对纵波阻抗做为叠前地震道集反演初始纵波阻抗模型；
4)根据初始纵波阻抗模型得到初始横波阻抗模型和初始密度模型，所述初始纵波阻抗模型、初始横波阻抗模型和初始密度模型即为叠前地震道集反演的初始模型。其中，所述步骤1)包括：
1.1)采集叠后地震数据；
1.2)利用谱平衡拓频技术对叠后地震数据进行保幅拓频处理，同步拓展叠后地震数据的低频成分和高频成分，得到拓频后的叠后地震数据；
1.3)将拓频后的地震数据进行道积分处理，得到相对纵波阻抗。
其中，所述谱平衡拓频技术应用流程如下：1)采用傅立叶变换，将叠后全频带地震数据分解为一系列窄带地震数据；2)对各窄带地震数据的能量进行归一化，使得各窄带地震能量大小一致；3)将各能量归一化的窄带地震数据合并为一套宽频地震数据，得到高低频同步拓展后的宽频地震数据。
其中，所述叠后地震数据为道集叠加纯波数据和/或叠后成果数据。
其中，若待研究工区有钻遇目的层测井资料，则所述步骤2)中相对纵波阻抗的均值和方差计算方法包括：利用声波时差和密度曲线求取纵波阻抗曲线，并利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；正态分布的最大似然均值和方差估计公式为：
Figure BDA0002459504530000021
Figure BDA0002459504530000022
其中，μML为均值最大似然估计，
Figure BDA0002459504530000023
为方差最大似然估计，N为样本数，xn为样本点。
其中，若待研究工区没有钻遇目的层测井资料，则所述步骤2)中相对纵波阻抗的均值和方差计算方法包括：
2.1)将地震均方根速度应用DIX公式转换为层速度，DIX公式为：
Figure BDA0002459504530000031
其中，Vint,n为第n层的层速度，
Figure BDA0002459504530000032
为第n层的均方根速度，t0,n为第n层的旅行时；
2.2)应用Gardner经验公式求取密度，Gardner经验公式为:
Figure BDA0002459504530000033
其中，ρb为岩石体密度，VP为纵波速度；
2.3)利用层速度Vint和密度ρ计算出目的层段纵波阻抗Zp；
Zp＝Vint*ρ
2.4)利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差；
2.5)利用得到的纵波阻抗均值和方差值，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗。
其中，若待研究工区有钻遇目的层的测井资料，所述步骤4包括：
4.1)根据测井资料，求取测井纵波阻抗和横波阻抗的回归关系以及纵波阻抗和密度的回归关系；
4.2)利用步骤4.1)中的纵波阻抗和横波阻抗的回归关系将初始纵波阻抗模型分别转化为初始横波阻抗模型；利用步骤4.1)中的纵波阻抗和密度的回归关系将初始纵波阻抗模型分别转化为初始密度模型。
其中，若待研究工区没有钻遇目的层的测井资料，所述步骤4包括：利用纵波速度和横波速度的Castagna经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始横波阻抗模型，利用纵波速度和密度的Gardner经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始密度模型；所述Castagna经验关系为：VS＝0.804VP-0.856，其中，VS为横波速度，VP为纵波速度。
其中，所述测井资料为声波时差曲线，横波阻抗曲线和密度曲线。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、可在前积、侧积沉积作用为主地区构建叠前反演初始模型，初始模型速度、密度和阻抗展布特征与实际沉积地层基本一致；2、可在无井工区构建叠前反演初始模型；3、不需要人工解释层位、断层数据参与反演初始模型构建，降低初始模型误差。
附图说明
图1是传统叠前反演初始模型构建流程示意图；
图2是本发明叠前反演初始模型构建流程示意图；
图3是带结构的初始纵波阻抗模型；
图4是带结构的初始横波阻抗模型；
图5是带结构的初始密度模型；
图6是测井纵波阻抗和横波阻抗的回归关系；
图7是测井纵波阻抗和密度的回归关系；
图8传统初始模型构建方法得到的初始纵波阻抗模型和本发明得到的初始纵波阻抗模型的对比；
图9传统初始模型构建方法得到的初始横波阻抗模型和本发明得到的初始横波阻抗模型的对比；
图10传统初始模型构建方法得到的初始密度模型和本发明得到的初始密度模型的对比。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描述。
实施例1
利用本发明的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法(如图2所示，本方法流程简图)构建叠前地震道集反演初始模型，包括以下步骤：
1、输入叠后地震数据(叠后地震数据既可以是道集叠加纯波数据也可以是叠后成果数据)；
2、应用谱平衡拓频技术对叠后地震数据进行保幅拓频处理，同步拓展叠后地震数据的低频成分和高频成分，所述谱平衡拓频技术应用流程如下：1)采用傅立叶变换，将叠后全频带地震数据分解为一系列窄带地震数据；2)对各窄带地震数据的能量进行归一化，使得各窄带地震能量大小一致；3)将各能量归一化的窄带地震数据合并为一套宽频地震数据，得到高低频同步拓展后的宽频地震数据。
3、将拓频后的地震数据进行道积分处理，得到相对纵波阻抗；
4、利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗属性转化为绝对纵波阻抗数据体。根据研究工区内是否有测井资料，该计算步骤分两种情况进行:
1)如果研究工区有钻遇目的层测井资料，直接利用声波时差和密度曲线求取纵波阻抗曲线，并利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；正态分布的最大似然均值和方差估计公式为：
Figure BDA0002459504530000051
Figure BDA0002459504530000052
其中，μML为均值最大似然估计，
Figure BDA0002459504530000053
为方差最大似然估计，N为样本数，xn为样本点；本实施例中研究工区内有测井资料，故采用此方法计算。
2)如果研究工区没有测井资料，则首先，将地震均方根速度应用DIX公式转换为层速度；其次，应用Gardner经验公式求取密度；第三，利用层速度和密度计算出目的层段纵波阻抗；第四，利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差；第五，利用得到的纵波阻抗均值和方差值，将相对纵波阻抗纵波转化为绝对纵波阻抗；DIX公式为：
Figure BDA0002459504530000061
其中，Vint,n为第n层的层速度，
Figure BDA0002459504530000062
为第n层的均方根速度，
Figure BDA0002459504530000063
为第n-1层的均方根速度，t0,n为第n层的旅行时，t0，n-1为第n-1层的旅行时。
Gardner经验公式为:
Figure BDA0002459504530000064
其中，ρb为岩石体密度，VP为纵波速度。
5、将求取的绝对纵波阻抗做为叠前反演初始纵波阻抗模型(如图3所示,带结构的初始纵波阻抗模型剖面)；
6、将初始纵波阻抗模型转化为初始横波阻抗模型和初始密度模型。根据研究工区内是否有测井资料，该计算步骤分两种情况进行:
1)如果研究工区有测井资料，求取测井纵波阻抗和横波阻抗的回归关系以及纵波阻抗和密度的回归关系，并利用求取的回归关系，将初始纵波阻抗模型分别转化为初始横波阻抗模型和初始密度模型；
2)如果研究工区没有测井资料，则利用纵波速度和横波速度的Castagna经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始横波阻抗模型，利用纵波速度和密度的Gardner经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始密度模型；Castagna经验关系为：
VS＝0.804VP-0.856
其中，VS为横波速度，VP为纵波速度。
由于本实施例中的研究工区有测井资料，故采用方法1)，求得的测井纵波阻抗和横波阻抗的回归关系(如图6所示，测井纵波阻抗与横波阻抗的回归关系图)、纵波阻抗和密度的回归关系(如图7所示，测井纵波阻抗与密度的回归关系图)，利用求取的回归关系计算得到初始横波阻抗模型(如图4所示，带结构的初始横波阻抗模型剖面)和初始密度模型(如图5所示，带结构的初始密度模型剖面)。
对比例，按照图1所示的现有技术的方法进行叠前地震道集反演的初始模型的构建，构建得到初始纵波阻抗模型(如图8a所示，现有技术构建的初始纵波阻抗模型)，初始横波阻抗模型(如图9a所示，现有技术构建的初始横波阻抗模型)、初始密度模型(如图10a所示，现有技术构建的密度模型)。将本发明构建的初始纵波阻抗模型(如图3所示，本发明构建的初始纵波阻抗模型)作为图8b；将本发明构建的初始横波阻抗模型(如图4所示，本发明构建的初始横波阻抗模型)作为图9b；将本发明构建的初始密度模型(如图5所示，本发明构建的初始密度模型)作为图10b。比对本发明的构建方法得到的初始模型与图1所示的现有技术的方法得到的初始模型，可以看出：现有技术构建得到的纵波阻抗、横波阻抗和密度初始模型的空间展布特征与实际地层产状明显不一致，可见明显的“穿时”现象(如图10a中的地震波形产状与背景密度模型产状不一致)，与地下实际地层的纵波阻抗、横波阻抗和密度特征存在较大差异；本发明构建得到的纵波阻抗、横波阻抗和密度初始模型的空间展布特征与地层产状特征基本一致，符合实际地层的纵波阻抗、横波阻抗和密度的空间展布规律。

Claims (6)

1.一种保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，包括：
1)采集叠后地震数据，并根据采集的叠后地震数据得到相对纵波阻抗；
2)利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；
3)将步骤2)的绝对纵波阻抗做为叠前地震道集反演初始纵波阻抗模型；
4)根据初始纵波阻抗模型得到初始横波阻抗模型和初始密度模型，所述初始纵波阻抗模型、初始横波阻抗模型和初始密度模型即为叠前地震道集反演的初始模型；
所述步骤2中，当待研究工区有钻遇目的层测井资料，所述将相对纵波阻抗数据的均值和方差计算方法包括：利用声波时差和密度曲线求取纵波阻抗曲线，并利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差，将相对纵波阻抗转化为绝对纵波阻抗；正态分布的最大似然均值和方差估计公式为：
Figure FDA0003817221580000011
Figure FDA0003817221580000012
其中，μML为均值最大似然估计，
Figure FDA0003817221580000013
为方差最大似然估计，N为样本数，xn为样本点；
当待研究工区没有钻遇目的层测井资料，所述相对纵波阻抗的均值和方差计算方法包括：
2.1)将地震均方根速度应用DIX公式转换为层速度，DIX公式为：
Figure FDA0003817221580000014
其中，Vint,n为第n层的层速度，
Figure FDA0003817221580000015
为第n层的均方根速度，t0,n为第n层的旅行时，
Figure FDA0003817221580000016
为第n-1层的均方根速度，t0，n-1为第n-1层的旅行时；
2.2)应用Gardner经验公式求取密度，Gardner经验公式为:
Figure FDA0003817221580000021
其中，ρb为岩石体密度，VP为纵波速度；
2.3)利用层速度Vint和岩石体密度ρb计算出目的层段纵波阻抗Zp，Zp＝Vint*ρb；
2.4)利用正态分布参数估计方法，统计出相对纵波阻抗的均值和方差；
2.5)利用得到的纵波阻抗均值和方差值，将相对纵波阻抗纵波转化为绝对纵波阻抗。
2.根据权利要求1所述的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，所述步骤1)包括：
1.1)采集叠后地震数据；
1.2)利用谱平衡拓频技术对叠后地震数据进行保幅拓频处理，同步拓展叠后地震数据的低频成分和高频成分，得到拓频后的地震数据；
1.3)将拓频后的地震数据进行道积分处理，计算出相对纵波阻抗数据。
3.根据权利要求2所述的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，所述叠后地震数据为道集叠加纯波数据和/或叠后成果数据。
4.根据权利要求1所述的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，若待研究工区有钻遇目的层的测井资料，所述步骤4包括：
4.1)根据测井资料，求取测井纵波阻抗和横波阻抗的回归关系以及纵波阻抗和密度的回归关系；
4.2)利用步骤4.1)中的纵波阻抗和横波阻抗的回归关系将初始纵波阻抗模型转化为初始横波阻抗模型；利用步骤4.1)中的纵波阻抗和密度的回归关系将初始纵波阻抗模型转化为初始密度模型。
5.根据权利要求1所述的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，若待研究工区没有钻遇目的层的测井资料，所述步骤4包括：利用纵波速度和横波速度的Castagna经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始横波阻抗模型，利用纵波速度和密度的Gardner经验关系，将初始纵波阻抗模型转为初始密度模型；所述Castagna经验关系为：VS＝0.804VP-0.856，其中，VS为横波速度，VP为纵波速度。
6.根据权利要求1所述的保持地层结构的叠前地震道集反演初始模型构建方法，其特征在于，所述待研究工区有钻遇目的层测井资料为声波时差曲线、横波阻抗曲线和密度曲线。
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不确定性反演关键参数的地质含义及正演模型反演研究—以渤海海域 W 油田为例;马良涛等;《地球物理学进展》;20171231;第224-230页 *
基于ＡＴＶ 正则化与初始模型约束的波阻抗反演;李曙等;《吉首大学学报（ 自然科学版）》;20180930;第39卷(第5期);第33-37页 *
波阻抗处理技术研究及应用;马国东;《中国煤田地质》;20010630;第13卷(第2期);第65-67页 *

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