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1、1,12:19:05,地震资料反演,2,12:19:05,3,12:19:05,为什么要进行地震反演？,可以看出，地震资料中明显缺少测井曲线中包含的低频及高频信息。低频成分提供了地层的基本速度结构，高频成分提供了地层的纵向分辨率。地震资料提供了稳定的中频信息和可靠的横向分辨能力。因此，需要通过测井约束的波阻抗反演来提高其分辨率。李庆忠院士指出：“波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达方式”，说明了波阻抗反演在地震技术中的特殊地位,4,12:19:05,反演概念,反演理论是从一个物理系统（或物理世界）上的控制观测值来恢复这个系统的有用信息的一套数学和统计技术（微积分、矩阵代数、统计估算和推断
2、等）。有的学者将工程中的反问题分为四类：综合、控制、识别与联合输入、系统参数识别。也有学者分别从时间与空间的角度来界定反问题。,5,12:19:05,地球物理反演的研究对象,地球物理反演研究的是地球物理领域中反演问题共同的数学物理性质和解估计的构成和评价方法，即：利用地球表面观测到的物理现象推测地球内部介质物理状态的空间变化及物性结构。地震反演则是地球物理反演的一个分支。,6,12:19:05,地震反演的基本目的,利用地震波在地下介质中的传播规律，通过数据采集、处理与解释等流程，来推测地下岩层结构和物件参数的空间分布，为勘探开发提供重要依据。,7,12:19:05,地震反演的存在问题,实际地震
3、勘探数据是不完全的、限带宽的。由这样不完整的并存在随机噪音的信息来求取地下介质物性参数的变化，其过程必然是不适定的、会造成病态方程。这类方程的解常常不连续依赖于观测数据。人们试图增加约束来降低个适定性。地震数据量非常巨大，由此带来实际地震资料处理中的许多问题，在很大程度上妨碍了某些理论先进的算法的实用化。在有些情况下，把问题做大幅度简化并统合地质人员的经验可能反而更有效。在这样一种背景下，地震反演除了考虑方法的先进性外，应分外重视其合理性和实用性。,8,12:19:05,地震反演的方法分类,目前常用的反演手段是基于正演的反演，正演方法主要包括褶积模型法和反射率法两大类，计算手段包括射线追踪、高
4、斯束法、有限差分法、有限单元法等等。反演问题所面临的两大难题：一是局部极值，二是计算成本。这是由反演的非线性和不适定性所引起的。为克服地球物理反演的局部极值，研究人员应用或发展了多种数学优化算法。目前国内外地震反演的方法根据利用地震资料的特点可以归纳为叠前反演与叠后反演两大类,9,12:19:05,地震反演与储层预测,方法选择,储层解释,参数优选,了解各种反演方法的特点和试用性,理解各种反演方法的关键参数,掌握合理、准确的储层解释方法,10,12:19:05,地震记录的形成和反演原理,地震道可以用下面的模型表示seismic = wavelet * reflectivity + noise,1
5、1,12:19:05,地震反演的定义,地震反演是利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程。,12,12:19:05,各类反演方法的综合信息,13,12:19:05,各类反演方法的特点,14,12:19:05,各类反演方法的适用性,15,12:19:05,16,12:19:05,17,12:19:05,波阻抗反演,由于波阻抗信息是联系地质和地球物理的一座桥梁，在叠后计算数据量相对要小，在实际生产中应用方便而且效果明显，因此波阻抗反演在地震反演中具有特殊的地位，狭义的地震反演概念指的就是波阻抗反演，而如何正确应用波阻抗反演结果显
6、得更为重要。,18,12:19:05,地震反演技术发展概况,在50年代以前由于计算工具的限制，反演技术仅限于地震走时曲线或位场曲线的特征法（曲线斜率、特征点等）、与正演结果对比的选择法和量板法，以及用观测信号能量来推测场源参数的积分法等。到60年代逐步实现借助于计算机的自动拟合或最优化选择法。该阶段反演理论的一个重要特点在于：地球物理数据被认为是无限的、完整的、精确的或者只含可忽略的噪音，在大多数情况下把它与根据假定模型正演计算取得的人工合成数据等同起来。,19,12:19:05,地震反演技术发展概况,19671970年期间出现了BackusGilbert反演理论，目前的大部分反演研究依然遵循
7、着这种思路。BG反演理论的出现为建立统一的地球物理反演理论和方法奠定了基础，其贡献在于：（1）指出地球物理数据集是有限的、不精确的，由此带来反演问题的高度非唯一性，即古典解一般不存在；（2）将反演问题归结为泛函极值点，可用优化方法迭代求出满足一定准则的广义解。对解估计的评价应是在分辨率和精度之间权衡，而非实测值和计算值之间拟合差的最小。BG反演理论针对的是连续模型的情况。,20,12:19:05,地震反演技术发展概况,Wiggins和Jackson等于1972年先后提出了离散模型的反演，即广义反演。BG反演理论的一个不足之处在于未能直接从运动方程和本构方程出发来研究反问题。随着偏微分方程理论的
8、进展，引起了对变系数波动方程中系数项或源项的反问题的重视，以CT层析成像理论的兴起为代表。当前对偏微分方程反问题的研究多着眼于解的存在性、数值解法以及数值解法的稳定性与收敛性等方面。,21,12:19:05,地震反演技术发展概况,近期发展：80年代非线性反演研究日益广泛，从Tarantola给出的声波波动方程反演的一般方法到P.Mora的2D非线性弹性波反演和非线性迭代反演理论，成果不可谓不丰。地震反演的研究在80年代取得了突破性进展，从反褶积跃进为广义线性和非线性反演和波动方程系数项反演问题的研究。线性和拟线性地震反演的理论已经接近成熟，以非线性最优化为基础的非线性波动方程反演方法也取得一定
9、进展，但离实际应用尚有相当距离。,22,12:19:05,波阻抗反演技术发展概况,波阻抗（Acoustic Impedance，AI）反演是利用地震资料反演地层波阻抗（或速度）的地震特殊处理解释技术，该项技术在20世纪70年代开始出现，80年代得到了蓬勃发展，90年代至今达到了颠峰，围绕1D波阻抗反演的各类算法以及应用成果层出不穷，热门之余在1997年左右开始出现了一些反思文章，指出了波阻抗反演中存在的一些陷阱，也提出了一些解决方案。,23,12:19:05,波阻抗反演技术发展概况,BP Amoco公司的Connolly在1999年的The Leading Edge杂志上正式发表了弹性波阻抗（
10、Elastic Impedance，EI）反演的方法论文，该方法最早是在1993/1994年由BP Amoco公司发展起来，随后在2000年的SEG年会上同时出现了4篇论文对EI进行了研究，ARCO公司介绍了他们申请了专利的弹性波阻抗反演方法，认为在求取的反射系数的稳定性方面要好于Connolly方法，而且计算的EI和AI数值在同一个尺度下；CGG公司发表论文认为EI反演效果要好于AVO反演，因为EI在抗噪能力方面比AVO方法具有优势；同时BP Amoco公司在会上又提出了扩充弹性波阻抗方法，可以用于流体和岩性预测。此外，Paradigm公司在其商业软件Vanguard的2001年最新版本中也
11、有有关弹性波阻抗反演的功能出现。这些进展说明弹性波阻抗已经成为波阻抗反演进一步发展的方向之一，地震反演的发展正在走向AI和EI相结合、AI和AVO相结合的道路。,24,12:19:05,常规波阻抗反演,常规波阻抗反演的基本假设：叠偏后的地震振幅与法向入射的反射系数成正比。常规波阻抗反演的方法分类：根据采用的模型基本上可以分成两大类，一类基于褶积模型，另一类基于波动方程，如图3所示，总体来说，基于褶积模型的方位算法相对简单、计算最小，是实际生产中普遍采用的方法；而基于波动方程理论的Born近似方法等，计算量大，而且由于忽略了多次反射及折射效应等地质构造之间的相互作用，并不完全适用于叠前地震数据的
12、反演。还有一些属于非线性反演范畴的方法，如混沌理论、神经网络等，假定地震数据与波阻抗之间存在着非线性的关系，通过逐次线性化过程来实现非线性反问题的线性化。这些方法的稳定性与原始数据的质量关系很大，效果的好坏与使用者的技术素质直接有关。,25,12:19:05,26,12:19:05,褶积模型,基于褶积模型的方法可以分成两类，一类是带限的，以递推反演为代表，由于完全利用了地震信息，反演的波阻抗频率范围与地震频率范围一致，要得到有意义的结果，子波必须是零相位的，地震波峰要对应正反射系数，地震数据一般要归一化，反演的结果与剖面相似，此外需要从外部得到低频成分的补充，目前这种反演方法在生产上已经较少使
13、用。另一类就是所谓的宽带约束反演，是目前生产上广泛采用的方法，通过与测井、地质模型等信息的结合将反演的波阻抗频率范围在地震频带的基础上分别向低频段和高频段进行了拓展。该类方法从侧重程度上可以进一步划分成稀疏脉冲反演和模型反演两类，但不够严格，因为越来越多的方法是两者的综合。,27,12:19:05,褶积模型,稀疏脉冲方法基于逐道求解优化问题，在每个CMP道上，反射系数与用户给定的子波进行褶积，用户可以根据先验的地质和测井信息给定约束条件来限制反演结果，使其具有一定的地质和地球物理含义。模型反演办法基于非地震先验知识建立的空间初始模型，通过线性或非线性迭代方法来调整模型结构，得到某种意义下的最优
14、解，这种方法的多解性特征比较明显，利弊参半。,28,12:19:05,商业软件包的反演方法,稀疏脉冲反演：反射系数序列可以小于地震道样点数，对子波无限制，多解性与稀疏度有关，为拓宽频率，采用模型约束；层状或块状反演：把地下介质划分成由被阻抗和时间值描述的层状或块状体，对子波无限制，多解性与划分的层数有关，当划分层厚度小于地震分辨率时，反演结果趋近初始模型；最小二乘反演：与稀疏脉冲反演类似，但不使用稀疏度，不进行高频拓宽，主要通过初始模型来恢复低频；以上方法都能在一定程度上消去子波的影响，减少调谐效应。基于3D地质测井模型方法：利用参数计算建造复杂3D地质模型，能生成高分辨率宽带输出，成功应用需
15、要多井控制，而且地震、地质符合性较好；地质统计反演：将地质统计分析数据与地震反演模型相结合，地质统计保持了数据的空间统计特性但不能保证任何模拟与地震数据一致。,29,12:19:05,波阻抗信息的特点,波阻抗是地震、测井、速度等信息的综合，是地质、地球物理、岩石物理和油藏工程师们能够共同理解的数据；波阻抗是岩石特性，通过测井可直接测量，地震是界面特性，反映了波阻抗的相对变化，因而波阻抗自然联系了地震和测井信息；波阻抗与岩性、孔隙度、孔隙充填和其它因素密切相关，通常在波阻抗与岩石特性之间建立经验关系，用于生成3D岩相模型和3D物性参数模型，进一步用于流体分析的油藏模拟；波阻抗的层状特性可以用于直
16、观的层序地层学分析，子波旁瓣效应的消除可以避免一些假的地质现象；波阻抗数据支持快速和精确的立体解释，对目标体进行描述；波阻抗的概念很快被引伸到角度叠加的弹性波阻抗或弹性参数反演中，弹性波阻抗包含了AVO信息，与AI一起应用可以提高判别岩性和流体的解释能力。,30,12:19:05,波阻抗频率成分对解释工作的影响,高频可以反映薄层，对地层边界精确定位；低频使得反演的波阻抗值接近岩石特性，更利于岩性预测；低频信息可以从测井、叠前深度时间偏移速度或区域速度变化梯度中得到；高频信息可以从控制井或地质统计分析中得到；用宽带反演的波阻抗可以解释常规地震剖面上不易识别的地质现象。,31,12:19:05,波
17、阻抗反演存在的实际问题,基本假设带来的误差：C.L.Liner以墨西哥湾海上的为例进行了说明，在理想的墨西哥湾含气砂岩中，叠加振幅由69的法向入射反射系数和31的Poisson比差异组成。因此对于波阻抗反演的最初假设，即叠加振幅与法向入射反射系数成正比，就出现了30的误差。在实际的复杂地质条件下就更无法把握了。反演前的问题：主要体现在地震子波假设和低频模型选取上：在反演前要借助合成记录将测井与地震数据进行相关，这需要对地震子波进行某种假设，不同的假设直接影响到了反演的结果；反演的趋势信息来自低频模型，一般通过内插几口井的数据而得到，由于在地震振幅反演和低频模型中采用了相同的测井数据，因此在反演
18、的AI值与岩石物性参数之间出现较强的视相关就不足为奇了，而且测井数据越平滑，这种视相关就越大。,32,12:19:05,波阻抗反演存在的实际问题,反演后的问题：主要体现在数据尺度差异、变换和判别过程非唯一性方面：测井数据和地震数据的尺度差异很大，它们的标准方差数值不在同一个数最级上，要校正这种分散误差，就要对测井数据做很大的平滑，其信息的丢失是可想而知的，在判别阶段会导致很大的误差；波阻抗与有效孔隙度之间经常满足Wyllie经验公式，但非纯砂岩储层在泥质含量较少到纯泥岩的分布范围内具有和纯砂岩相同的AI值，也就是说，不管做什么变换，都有可能把泥岩转换成砂岩；这是个如何定量使用AI反演结果的问题
19、。,33,12:19:05,选用合适的波阻抗反演方法,要做好波阻抗反演，必须计对不同的勘探程度、勘探目标以及资料品质等因素来选用不同的波阻抗反演方法，以下是一些参考原则：勘探阶段地震数据量大、控制井位少，要求应用多种不同的反演方法，而开发阶段由于控制井多，研究目标比较单一，所以选择相对简单；必须通过测井分析确定：（a）AI与油气目标是否具有单一的联系？（b）目的层厚度是否小于地震能够成像的限度？（c）是否需要角度叠前反演（EI）以便更好地判别岩性和流体？,34,12:19:05,选用合适的波阻抗反演方法,早期主要使用的是递推反演方法，地震数据是唯一的输入，因此是带限的，此外子波必须是零相位的，
20、由于子波的嵌入，不能减小调谐和旁瓣效应，因此反演的效果有限；要从地震道中消去子波的影响而达到反射系数序列，势必存在多解性问题，目前的方法除了递推反演之外在某种程度上都是基于模型的约束反演，区别只在于如何平衡非地震信息的约束作用和如何拓宽频率方面。,35,12:19:05,过源14井主测线430波阻抗剖面,36,12:19:05,过源3-98井主测线430波阻抗剖面,0；2.2；2.40.8；0.8,37,12:19:05,过肇262、肇24连井波阻抗剖面,38,12:19:05,葡萄花油层反演数据体显示,39,12:19:05,葡萄花油层反演数据体显示,40,12:19:05,葡萄花油层反演数
21、据体显示,41,12:19:05,葡萄花油层反演数据体显示,42,12:19:05,输入层,隐层,输出层,人工伽玛反演流程,目标测井曲线,各种地震属性,目标测井曲线三维数据体,43,12:19:05,电阻率反演剖面（42.1线),44,12:19:05,伽玛反演剖面（42.1线),45,12:19:05,过肇26、源9-74、肇262、源9-100连井电阻率剖面,0.6；1.6；2.60.8；0,0；1.8；2.00；1.6,46,12:19:05,葡萄花油层电阻率数据体显示,47,12:19:05,葡萄花油层电阻率数据体显示,48,12:19:05,过源14井主测线430伽玛剖面,49,12
22、:19:05,过源3-98井主测线450伽玛剖面,0；2.2；2.40.8；0.8,50,12:19:05,葡萄花油层伽玛数据体显示,51,12:19:05,葡萄花油层伽玛数据体显示,52,12:19:05,波阻抗反演小结,波阻抗作为岩石特性而非反射界面特性可以用来直接进行地质解释，波阻抗资料与地震资料相比，消除了调谐效应、提高了分辨率；对波阻抗资料进行层序地层学的解释将更为简单，子波旁瓣的消除避免了假的地质现象；与地震信息相比，直接烃类检测在波阻抗信息上反映更为明显，岩石类型更易辨别；波阻抗反演只是利用地震资料求取岩石特性的一个基石，有许多领域有待于进一步开发和研究；角度或偏移距叠加反演与A
23、VO反演相平衡，弹性波阻抗与常规波阻抗的结合可能成为新一代的多数据体解释方法，增强对岩性和流体的识别能力。多个角度（偏移距）叠加数据体的同时反演可以估算不同的弹性参数及其组合，如纵波速度、横波速度、VPVS、密度、Lame常数、体积模量和剪切模量等。,53,12:19:05,认识,先进性与实用性：基于波动理论的反演方法虽然理论先进，但目前尚未真正进入实用阶段，需要结合实际资料进行实用化研究；数学最优物理最优：追求物理方法的改进胜于追求现有方法下的数学改进，反演方法的改进需要从局部最优走向全局最优，但更有意义的应该是物理机制上的提高，比如从常规的波阻抗反演方法走向弹性波阻抗反演方法等；地质约束的重要性：任何反演方法都存在多解性的困扰，对地球物理的反演来说，增加合理的地质约束是多解性中的最优解，是地质含义上的唯一解；综合反演的必要性：任何单一的方法都有其先进性和局限性，只有综合多种信息才能克服单一方法的局限，才能有概率的分析和对风险的数学评估；深度域直接反演：合理的测井、地质模型约束可以识别小层，避免了深时、时深转换中信息的丢失，深度域的时代不应只停留在处理领域。,54,12:19:05,有效砂岩厚度占地层厚度的百分比（伽玛值法）,55,12:19:05,根据门槛值统计的砂岩百分含量平面图（葡萄花组）,56,12:19:05,57,12:19:05,
