CN117950061A - 页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备 - Google Patents

页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备及介质。该方法可以包括：针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。

Description

页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，更具体地，涉及一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
在页岩储层预测中不但要考虑地质甜点，还要考虑工程甜点，因为在压裂过程中地下岩石只有不断产生各种形式的裂缝网络才能使得油气井获得较高的产能。叠前地震反演技术作为岩性识别和油气检测的重要诊断工具之一，经过几十年的成熟发展，在石油工业中得到了广泛应用。近年来，叠前反演技术也被应用于页岩储层预测中，该技术将储层物理属性和含气属性整合为主导的“地质甜点”和储层裂缝主导的“工程甜点”。在叠前地震反演中，利用振幅随炮检距的变化来获取地下介质的岩性和流体。这些振幅变化可以使用Zoeppritz方程或Zoepptriz方程的各种近似值进行模拟，每个方程都有特定的假设和限制(Aki和Richards 1980；Wiggins等人1983；Fatti等人，1994；Shuey 1985；Gidlow等人1992；Goodway等人1997；Gray等人1999)。这些地球物理学家采用不同的地球物理参数来近似佐普利茨方程。典型的预测参数为声阻抗和VP/VS比、声阻抗和弹性阻抗，或Lamés参数、lambda乘以密度和剪切模量乘以密度的乘积(Avseth et al.，2005)。上述研究和应用都只考虑了各向同性情况，忽略了各向异性对AVO响应的影响。但在具有内在弹性各向异性(Vernik and Nur，1992；Hornby et al.，1994；Lonardelli et al.，2007；Wenk et al.，2007)且比其他沉积岩强得多的页岩中，这种介质中的地震速度与角度有关，弹性波的行为比各向同性情况下复杂得多。Wright(1987年)、Kim等人(1993年)和Thomsen(1993年)分析了各向异性对VTI介质地震振幅的影响，Thomsen(1993年)表明，可以使用他的弱各向异性参数在Aki-Richards方程中添加横向各向同性项。Ruger(2002)给出了VTI介质中P波反射系数的修正形式(Thomsen，1993)。
因此，有必要开发一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备及介质。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法、装置、电子设备及介质，以阻抗和各向异性参数为变量，聚焦各向异性对页岩储层AVO响应和叠前反演精度的影响。
第一方面，本公开实施例提供了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，包括：针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
可选方案中，所述BFR方程为：
其中，为综合反射系数，RAI、RSI、RD、Rδ、Rε分别表示纵波反射系数、横波反射系数、密度反射系数、δ的反射系数、ε的反射系数；a、b、c、d、e为对应反射系数的权重。
可选方案中，RAI、RSI、RD、Rδ、Rε的计算公式如下：
Rδ＝Δδ；
Rε＝Δε (2)
其中，为反射边界两侧纵波阻抗平均值、横波阻抗平均值、密度平均值，ΔAI,ΔSI,Δρ,Δδ,Δε为反射边界两侧纵波阻抗差、横波阻抗差、密度差、各项异性参数δ和ε的差。
可选方案中，a、b、c、d、e的公式如下：
a＝1+tan2θ；
b＝-8K sin2θ；
c＝-4K s in2θ-tan2θ；
其中，θ为入射角，K为饱和岩石速度比， 为反射边界两侧纵波速度平均值，横波速度平均值。
可选方案中，所述目标函数F(x)为：
F(x)＝(f(x)-d)T(f(x)-d)
其中，X＝(RAI,RSI,RD,Rδ,Rε)，w为地震子波，d为所述实际观测的地震角度道集，为给定的已知数据，f(x)为所述正演模拟叠前角度道集。
可选方案中，所述目标函数F(x)的梯度为：
其中，di为实际观测的地震角度道集d中的元素，d为n行k列的数据。
可选方案中，通过以下积分公式对所述反演结果进行积分，
其中，t0为初始时间，f(t0)为反演参数的初始值，Rf(τ)为RAI、RSI、RD、Rδ、Rε中任一项。
第二方面，本公开实施例还提供了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演装置，包括：BFR方程模块，用于针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
梯度模块，用于根据所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
反演模块，用于基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
第四方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
其有益效果在于：
本发明通过显式的反射系数及褶积原理，建立了叠前角度道集与纵波阻抗、横波阻抗、密度及各向异性参数的泛函关系。由于本发明方法将整个叠前角度道集作为输入数据，与常规叠后地震反演相比，本发明方法具有较低的多解性，反演的纵波阻抗、横波阻抗和密度信息具有更强的油气储层区分识别能力。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法步骤流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的理论模型的P波反射系数。
图3示出了根据本发明的一个实施例的另一理论模型的P波反射系数。
图4示出了根据本发明的一个实施例的理论模型的P波反射相对误差。
图5示出了根据本发明的一个实施例的利用三项参数{AI,SI,ρ}的各向同性叠前反演结果。
图6示出了根据本发明的一个实施例的利用五项参数{AI,SI,ρ,ε,δ}的各向异性叠前反演结果。
图7示出了根据本发明的一个实施例的反演结果。
图8示出了根据本发明的一个实施例的井旁道集反演结果。
图9示出了根据本发明的一个实施例的密度沿层属性。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
参照图1，本实施例公开了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，包括：
针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
具体地，本实施例基于各向异性反射方程和褶积原理，利用叠前角度道集来反演纵波阻抗、横波阻抗和密度等岩性参数，包括以下步骤：
步骤1：针对VTI介质建立BFR方程，BFR方程是由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程，利用该方程可以直接分析纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数变化对地震响应的影响，具体表达式为：
其中RAI、RSI、RD、Rδ、Rε分别表示纵波反射系数、横波反射系数、密度反射系数、δ的反射系数、ε的反射系数；由上述五个反射系数组成，a、b、c、d、e为上述反射系数的权重；
所述的RAI、RSI、RD、Rδ、Rε的具体计算方式如下：
权重a、b、c、d、e的具体公式如下：
a＝1+tan2θ,b＝-8K sin2θ,c＝-4K sin2θ-tan2θ,
所述公式(2)中是反射边界两侧纵波阻抗平均值、横波阻抗平均值、密度平均值，ΔAI,ΔSI,Δρ,Δδ,Δε是反射边界两侧纵波阻抗差、横波阻抗差、密度差、各项异性参数δ和ε的差；公式(3)中θ是入射角，K是饱和岩石速度比，/> 是反射边界两侧纵波速度平均值，横波速度平均值。
步骤2：基于BFR方程与地震子波合成叠前角度道集，继而与实际观测的地震角度道集结合进行叠前地震反演。具体地，BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度。
步骤2的具体过程如下：
令X＝(RAI,RSI,RD,Rδ,Rε)，用于叠前各向异性反演的目标函数F(x)的梯度为：
公式(4)中，F(x)＝(f(x)-d)T(f(x)-d)，其中w为地震子波，是事先给定的输入数据，/>是由上述步骤1中公式(1)计算的反射系数，d是输入的实际观测的地震角度道集，为事先给定的已知数据，f(x)是正演模拟叠前角度道集；公式(4)中，di是输入的实际观测的地震角度道集d中的元素，d是N行K列的数据；
步骤3：基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
具体地，用上述定义的目标函数与其梯度信息，通过共轭梯度法或阻尼最小二乘法求解上述优化问题.然后对反演结果进行积分，得到最终的反演结果，积分公式如下：
其中，t0是初始时间，f(t0)是反演参数的初始值，Rf(τ)为RAI、RSI、RD、Rδ、Rε中任一项，Rf(τ)为RAI、RSI、RD、Rδ、Rε中任一项，按照公式(5)依次分别对RAI、RSI、RD、Rδ、Rε积分。
本实施例通过显式的反射系数及褶积原理，建立了叠前角度道集与纵波阻抗、横波阻抗、密度及各向异性参数的泛函关系。由于本发明方法将整个叠前角度道集作为输入数据，与常规叠后地震反演相比，本发明方法具有较低的多解性，反演的纵波阻抗、横波阻抗和密度信息具有更强的油气储层区分识别能力。
下面以理论模型数据和某地区的实际数据为例，进行叠前反演来说明本发明的效果。图2-图6为理论模型的实施例子，图7-图9为某地区的实际测井数据应用实例，表1为AVO模型参数。
表1
表1中AVO模型参数选自Kim et al.(1993)and Rüger(2002)。为了说明方程(1)的精度，设计由泥岩和砂岩组成两层介质的模型，假设页岩覆盖层具有VTI对称性。
图2是P波反射系数，图2中的各向异性参数为(δ＝0.12,∈＝0.133)。
图3是P波反射系数，图3中的各向异性参数为(δ＝0.12,∈＝0.233)。注意，前两个模型的近似和精确反射曲线彼此接近，第三个模型的方程(1)的精度较低。然而，在第三个模型中，近似值仍然可以预测正确的趋势。
图4是P波反射相对误差，图4对各向同性反射、近似各向异性反射与各向异性反射的相对误差进行了量化，描述的是表1中模型1在δ＝0.12,∈＝0.233情况下，各项同性反射、近似各项异性反射与各向异性反射的差异。图4中，各项同性反射系数与各项异性反射系数差异随入射角增加呈现增大趋势，在入射角35度时各向同性反射与各向异性反射相对误差达到5.3％，在入射角为49度时各向同性反射与各向异性反射相对误差达到22％。近似各向异性反射与各项异性反射的相对误差小于5％。
图5是利用三项参数{AI,SI,ρ}的各向同性叠前反演结果，初始、真实和反演曲线分别由黑色实线、蓝色实线和红色实线给出，(a)是P阻抗曲线，(b)是S阻抗曲线，(c)是密度曲线，(d)是使用三项方程对反演结果({AI，SI，ρ})进行的正演模拟角度道集，(e)是输入叠前角度道集，由本发明方程(1)建模的反射系数卷积生成。
图6是利用五项参数{AI,SI,ρ,ε,δ}的各向异性叠前反演结果，初始、真实和反演曲线分别由黑色实线、蓝色实线和红色实线给出，(a)是P阻抗曲线，(b)是S阻抗曲线，(c)是密度曲线，(d)是使用五项方程对反演结果({AI,SI,ρ,ε,δ})进行的正演模拟角度道集，(e)是输入叠前角度道集，由本发明方程(1)建模的反射系数卷积生成。
实施例2
本实施例提供了一种页岩强各向异性叠前道集地震反演装置，包括：
BFR方程模块，用于针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
梯度模块，用于根据所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
反演模块，用于基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
实施例3
本公开提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。
该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。
该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。
本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。
有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
实施例4
本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。
上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其特征在于，包括：
针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
2.根据权利要求1所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，所述BFR方程为：
其中，为综合反射系数，RAI、RSI、RD、Rδ、Rε分别表示纵波反射系数、横波反射系数、密度反射系数、δ的反射系数、ε的反射系数；a、b、c、d、e为对应反射系数的权重。
3.根据权利要求2所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，RAI、RSI、RD、Rδ、Rε的计算公式如下：
Rδ＝Δδ；
Rε＝Δε (2)
其中，为反射边界两侧纵波阻抗平均值、横波阻抗平均值、密度平均值，ΔAI,ΔSI,Δρ,Δδ,Δε为反射边界两侧纵波阻抗差、横波阻抗差、密度差、各项异性参数δ和ε的差。
4.根据权利要求3所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，a、b、c、d、e的公式如下：
a＝1+tan2θ；
b＝-8K sin2θ；
c＝-4K sin2θ-tan2θ；
其中，θ为入射角，K为饱和岩石速度比， 为反射边界两侧纵波速度平均值，横波速度平均值。
5.根据权利要求4所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，所述目标函数F(x)为：
F(x)＝(f(x)-d)T(f(x)-d)
其中，X＝(RAI,RSI,RD,Rδ,Rε)，w为地震子波，d为所述实际观测的地震角度道集，为给定的已知数据，f(x)为所述正演模拟叠前角度道集。
6.根据权利要求5所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，所述目标函数F(x)的梯度为：
其中，di为实际观测的地震角度道集d中的元素，d为n行k列的数据。
7.根据权利要求1所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法，其中，通过以下积分公式对所述反演结果进行积分，
其中，t0为初始时间，f(t0)为反演参数的初始值，Rf(τ)为RAI、RSI、RD、Rδ、Rε中任一项。
8.一种页岩强各向异性叠前道集地震反演装置，其特征在于，包括：
BFR方程模块，用于针对VTI介质建立BFR方程，所述BFR方程为由纵波阻抗、横波阻抗、密度和各向异性参数显式表达的PP波反射方程；
梯度模块，用于根据所述BFR方程与地震子波合成正演模拟叠前角度道集，所述正演模拟叠前角度道集与实际观测的地震角度道集构建目标函数，并计算所述目标函数的梯度；
反演模块，用于基于所述目标函数和所述目标函数的梯度对所述目标函数进行反演，对所述反演结果进行积分，得到最终的反演结果。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现权利要求1-7中任一项所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的页岩强各向异性叠前道集地震反演方法。
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