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1、地震反演基础概念,反演 从地震数据中提取它所包含的潜在地质信息的过程.传统上,反演是在叠后地震数据上进行,目的是提取声波阻抗体.近来,反演已经被扩展到叠前数据体,目的是既提取声波阻抗又提取横波阻抗体.这样就允许计算空隙流体.另外最新的发展是可以利用反演结果直接预测岩性参数如孔隙度和水饱和度体,几种不同反演方法,递归法:传统带限反演基于模型法:迭代更新层状初始模型稀疏脉冲法(两个不同算法):被约束以获得脉冲同相轴颜色(带色)反演:递归反演的现代扩展弹性波阻抗:对AVO数据的改进LMR:对AVO数据的改进,在STRATA软件中提供以下这些反演方法(六种方法七个模块):,阻 抗,声波横波弹性波,反射
2、系数,子波,地震道,所有反演方法中共同的正演模型:,反演中的一般正演模型,声阻抗或横波阻抗或 弹性阻抗,阻抗 反射系数,声 阻 抗=横 波 阻 抗=弹 性 阻 抗=,复杂公式(后面介绍),反射系数 地震道,地震道=子波与反射系数的折积加上噪音.,注释不存在模型化的多次波.没考虑传输损失和几何扩散.没考虑频率吸收.子波可能是时变的.,反射系数与子波折积的结果是移走了大量高频细节:,在时间域中的折积就是频率域中的乘积.从这些图中可以看出,子波的作用是将地震频谱中高频和低频都消除了.理论上讲,反演就是试图将这些失去的频率区域进行恢复.,反演中“非唯一性”问题,所有反演算法都有非唯一性问题.可能存在多
3、于一种地质模型可以与地震数据相一致.要在这些可能的模型中决定一个模型,就需要去选择地震数据以外的的一些信息.通常用以下两种方法来使用地震以外的信息:初始猜测模型的建立最终结果与初始猜测模型背离的幅度约束最后反演结果既依赖于“其它信息”也取决于地震数据.,基于模型的反演,基于模型反演 是从折积模型方称式开始的:,假定地震道S,和子波 W,是已知的.假定噪音是随机的并与地震信号不相关.求解反射系数,R,以满足这个等式.这是一个非线性问题,所以求解过程是迭代进行的.,步骤 1:基于模型反演 的初始背景模型是通过对井阻抗分块形成的:,用户用毫秒(MS)来定义层分块大小.所有的层分块开始时都被设成一样(
4、用毫秒).,步骤 2:利用分块的模型和已知的子波计算人工合成地震道.,这是与实际地震道的比较.通过分析人工合成地震记录与实际地震道的误差或“不吻合”,每层(分块)的厚度和震幅值都进行修改以减少误差.这个步骤通过一系列递归不断重复.,Synthetic,Seismic,输入地震数据,基于模型反演,基于模型反演 获得了宽频,高频的结果.问题是高频成分可能来自于初始猜测模型而不是来自地震数据.,递归反演,基于模型反演,这是递归反演和基于模型反演的比较.通常基于模型反演可以获得更细致信息,但这个结果实际上相当类似.,基于模型反演的几个要点:由于已经知道子波,在计算过程中它的影响从地震数据中排除了.例如
5、地震数据没有必要是零相位,而只要子波与地震数据等相位就可以.估算的子波若有误差,将导致反演结果出差错.地震有效分辩率得到提高.反演结果可能在很大程度上依赖原始猜测初始模型.解决的方法是对初始模型进行滤波.与其它反演方法一样,存在多解性问题.,稀疏脉冲反演,稀疏脉冲反演 假定实际反射可以认为是由一系列大脉冲里夹杂有小脉冲背景.,稀疏脉冲反演假定 只有大脉冲有意义.该方法通过检查地震道来寻找大脉冲的位置.,稀疏脉冲反演 每次建立反射序列为一个脉冲.增加脉冲直到地震道被足够准确地进行反演.阻抗块的震幅值是由基于模型反演算法来确定.,输入地震,稀疏脉冲反演,稀疏脉冲反演生成了宽带高频反演结果.,基于模
6、型反演,稀疏脉冲反演,稀疏脉冲反演结果与基于模型反演结果类似.主要区别是缺少非常薄层的细节.,稀疏脉冲反演几个要点:稀疏脉冲反演得到同相轴只有当地震数据有脉冲.试图利用地震数据获得最简单的可能模型.通常得到的结果比地质本身实际的同相轴少.它比基于模型反演比较少依赖于初始猜测模型.,颜色反演,颜色反演 是对递归反演的修改,最早是由BP公司的 Lancaster and Whitcombe 在2000 年SEG年会上提出来的.这种反演过程,寻找一个简单操作因子,O,对地震道进行直接转换为反演结果:,作者是在频率域确定简单操作因子,O.通过比较地震数据和实际反演结果,他们得出结论,简单操作因子相位是
7、-90度.,简单操作因子震幅谱用这种方式来求取:,利用工区的一组井,所有井的声阻抗按井-井比例做交汇图.通过理论预测,我们可以拟合一条直线来 代表“理想”输出阻抗谱.,Log(Frequency),Log(Impedance),声阻抗震幅谱,然后,利用井旁一组地震道,求取平均地震谱.,地震谱,Frequency(Hz),操作因子谱,从以上两个频谱,求取操作因子谱.使得地震谱形状在地震频带内转换为阻抗谱.,颜色反演操作因子,Time(ms),将获得的震幅谱做-90 度相移就生成了颜色反演操作因子.将它用折积法应用到所有地震道.,输入地震,颜色反演,颜色反演 结果非常类似于递归反演.其中一个区别是
8、结果是相对声阻抗,既有正值也有负值.,-3000,0,+3000,递归反演,颜色反演,-3000,0,+3000,4600,8300,12000,相对 AI,绝对 AI,颜色反演几点小结除了决定一般阻抗趋势外,与初始模型基本无关.运用非常快.用户所需要定义的参数非常少.假定地震数据是零相位的.获得相对阻抗结果.,AVO 反演,基本折积模型是假定零偏移距地震数据.折积反演法不能运用到带有AVO响应的地震数据,因为折积反演法没有明确地考虑 VP/VS 的变化.扩展反演法以处理AVO 地震数据,目前使用的算法有:,弹性阻抗Lambda-Mu-Rho(LMR)联合反演,弹性阻抗,弹性阻抗概念最初由Co
9、nnolly 先生提出(The Leading Edge,18,no.4,438-452(1999).他利用Aki-Richards 方程,将反射震幅与入射角联系起来:,注释:在常规反演理论中假定 B=C=0,而没有考虑VP/VS 的变化.,注意,对于零偏移距:,通过类推,Connolly 定义了一种新阻抗类型:,通过数学处理,他展示:,这张图重叠显示了同一口井位置弹性阻抗与声波阻抗.在碳氢聚积区域弹性阻抗值显示异常的低.,道集,AVO 分析,近角度叠加 stack at q1,远角度叠加 stack at q2,反演成弹性阻抗 EI(q1),反演成弹性阻抗 EI(q2),这种反演的工作流程是
10、从迭前道集中产生两组角度叠加剖面,并分别对其进行反演.,这就获得两种反演结果:,远角度反演,近角度反演,近角度反演与远角度反演进行交绘显示.,远角度反演异常低值区可被解释为潜在含有碳氢聚合物.,近角度反演,远角度反演,将交绘图中的异常低值点从交绘图中成像到原始地震数据剖面上以进行解释.,水砂岩,气砂岩,ZS/ZP交绘图,/交绘图,Goodway 等发现对于给定的井 用 和做交绘图要比用 Zs 和 Zp做交绘图更好区分水和碳氢聚合物砂岩.,气砂岩,水砂岩,LMR反演的流程包括从迭前数据中计算Rp 和 Rs地震体对Rp 和 Rs地震体进行反演求得ZP 和 ZS 反演数据体.利用Goodway 方程
11、对ZP 和 ZS 反演数据体进行转换和做交绘图.,其它反演方法,联合反演这是指同时反演 VP,VS,并利用迭前角度叠加剖面作为输入可能反演密度.这种方法好处是它允许对这些变量加以约束.这样可以使结果更稳定并减少多解性问题.反演结果的解释类似于弹性阻抗和LMR的结果解释.随机反演这是一种地质统计的反演方法,它是通过对给定地震数据生成大量反演结果来明确分析多解性问题.每个反演结果都与地震相符,并配有期望的连续性条件正如变量图所包含的.分析这些结果估算结果的不确定性以及最大的可能性结果.,一般地震反演流程,(1)建模型,选择测井每口井进行相关提取子波读取/拾取地震反演,(2)完成反演,选择反演方法和
12、参数对反演结果进行QC,(3)解释反演结果,做数据切片做交绘图输出到EMERGE 软件,反演结果QC,两种方法:误差图交互验证,我们如何知道反演结果是否有效?,输入地震,反演结果,从阻抗道利用已知的子波可以计算人工合成道.理想情况,这个人工合成道应该与输入地震道非常相象.,输入地震,人工合成道,从输入地震道中减去人工合成道,就得到反演误差图.如果反演效果不错,误差图上应该只有非常小的震幅,并没有聚集在某处.由于存在多解性,微小的误差图并不能肯定反演结果是正确的.,输入地震,反演误差,第二种质量控制方法是交互验证.在这个验证中,我们在初始模型中删除一口井,在其位置做反演,然后将反演结果于蕴藏井进
13、行比较.,蕴藏井,反演结果,反演误差,每口井分析误差,以便识别有问题的井.,反演做为 EMERGE一种属性,最新使用反演结果是将其做为EMERGE软件的输入,EMERGE可以直接预测空隙度和其它岩性体.,反演,EMERGE,空隙度体,STRATA软件缺省自动在内差后对模型通过高切屡波进行平滑,使模型只含有低频成分.这样可以避免模型中的高频成分干扰反演结果.,还有一种选件是对相邻层位进行模型分块化.,反演结果很类似于第一个反演.但在层位erskine3 附近有微小稀薄的不同.,第一次反演:,第二次反演:,反演可被认为地震道除以子波:反射系数=地震道/子波 在频率域,窄带子波限制了有用信息的范围.
14、,折积模型Convolutional Model 是所有反演数学基础:地震道=子波*反射系数+噪音在频率域,折积变成了乘积:,子波提取,在限定频带范围,相位谱可以用一条直线来近似描述.直线的截距就是常相位旋转值,它可以最好地描述这子波.直线的斜率计算的是子波的时移量.,子波可用震幅谱和它的相位谱来定义:,地层中的子波可能是空变(横向空间)同时又是时变的,原因有:近地表效应(空变)频率吸收(空变和时变)层间多次波(空变和时变)NMO 动效正拉伸畸变处理中带来的假轴STRATA 软件假定子波是一个常数(时空都不变):时不变:这意味反演对于有限时间窗口得到最优化.空不变:这是假定地震数据已经经过优化
15、处理去除了子波的空变.,通常,子波提取有好几种方法.(1)只利用地震数据估算子波震幅谱.相位是从其它资源中已经获得.自相关 最大熵频谱分析交叉频谱分析在STRATA软件:统计法子波提取使用自相关(2)只利用地震数据估算子波的震幅谱和相位谱.最小熵子波提取高阶要素STRATA 软件不提供这功能,因为这种算法不可靠.,(3)利用定量测量估算子波的震幅谱和相位谱.海上气枪信号VSP 分析STRATA:用ASCII文件读取外部子波(4)利用地震数据和测井曲线估算子波的震幅谱和相位谱.STRATA:利用井曲线提取全子波.(5)利用地震数据和测井曲线估算子波的震幅谱和常相位谱.STRATA:利用井曲线提取
16、常相位子波.,统计法子波提取例子:子波是零相位的因为用户已经设置.,利用井提取子波:,利用测井曲线估算子波的震幅谱和相位谱.估算的结果与井和地震之间是否匹配紧密联系.主要参数:选择要使用的井(只用与地震匹配的井)道范围(离开井距离)时间窗口子波长度提取方式,利用井提取子波:,提取的震幅谱和相位谱在时间域的因子可以将测井曲线反射系数成形到地震复合道.,全子波提取:,这个选件是利用地震道自相关求取子波的震幅谱,与地震统计法完全一样.利用井曲线估算一个近似常相位值.这种方式比全子波法更稳健,特别是当井曲线与地震的相关比较差.,常相位提取子波:,计算相位的步骤:(1)利用统计法计算子波(不使用井).(
17、2)对提取的子波运用一系列常相位旋转.(3)每次相位旋转,计算合成记录道并与地震道相关.(4)选择可以获得最大相关值的相位旋转.,使用Roy White 先生的算法,(White,R.E.,and Simm,R.,2003,Tutorial:Good practice in well ties:First Break 21,75-83).提取过程与全子波提取法类似.另外可形成一个诊断图允许用户估计子波提取的误差.,Roy White 求子波选件:,如果井匹配比较好,以上三种方式求取的子波很类似:,Full Wavelet,Constant Phase,Roy White,子波提取的一般问题:利
18、用井提取子波,首先要对井作适宜的相关.要合适地进行相关,需要有已知子波.实际子波提取的过程:(1)利用统计法求子波以确定初步的子波.这是假定子波的相位是已知的.(2)拉伸/挤压井曲线使之与地震匹配.(3)利用井曲线提取新子波.(4)可能要重复步骤(2)和(3).,用于显示子波.,双击子波图标显示子波.,子波工具,其中有用工具之一是编辑相位Edit Phase.显示子波所有特征并允许进行改变.,互相位图 Cross Correlation plot 显示剩余相位误差.,子波的诊断方法之一是井的相关值.,多口井时,可以用多井分析诊断Multi-well Analysis:,相关系数绘图显示每口井的
19、相关系数图.这可以用于标记劣质井,在以后子波提取中排除掉.,基于模型反演的参数,主要参数有:反演选件最大阻抗变化平均块大小反复递推次数,基于模型反演菜单:,这个参数控制如何使用约束.基于模型反演 使以下形式目标函数最小化:J=weight1 x(T-W*r)+weight2 x(M-H*r)其中:T=地震道W=子波r=最后反射系数M=初始猜测模型阻抗H=综合因子与最后反射系数折积得到最后阻抗*=折积,反演选件,在模型约束(Model Constraint)中的参数是 目标函数中的加权量 weight2.这参数设为 0 使地震数据起决定作用.参数设为1 使初始猜测阻抗起决定作用.这称为软约束因为
20、最终模型可与初始猜测阻抗背离可大可小甚至完全背离.越来越发现这种方式结果受挫.,最小化第一部分,(T-W*r),方案是强迫与地震道逼近.最小化第二部分,(M-H*r),方案是强迫利用定义的块大小逼近初始猜测阻抗.这两种方案其条件通常不兼容.加权,weight1 和weight2,决定两部分如何均衡.在软约束(Soft Constraint inversion)选件,目标函数正如以上所示.加权是由这个参数确定:,目标函数有两部分:,在实际应用中,通常优先选择硬约束,而不是软约束因为最大阻抗变化比模型约束更现实合理.,在最大阻抗变化(Maximum Impedance Change)是井曲线平均误
21、差的百分比.注意对于这个模型有效的范围为:,在硬约束(Hard Constraint inversion),目标函数中完全不见第二项.但是,算法被约束为其的最后阻抗值将被约束到以下参数所定义的范围内:,这称为硬约束(hard constraint),因为最后阻抗值不允许变化超过给定的边界范围.,最后反演结果可能会改变块的大小,但是块的总数没有变化.这意味着有些块变大而有些块变小,而平均保持常数不变.利用小块状如(2 ms)将提高分辨率,但增加的细节可能来自初始猜测阻抗模型.利用小块状总会改善最后反演道与输入地震的拟合.,这参数控制最后结果的分辨率.初始猜测阻抗模型被分块化成一系列均衡的小块:,
22、平均块状大小,由于STRATA 通过一系列递推聚合收敛,这参数决定收敛的程度.实际应用中,用3次递推就可完成大部分工作.递推次数多没有任何坏处,它只影响运行时间.递推次数的多少才使结果收敛取决于反演中的块大小,小块状需要更多的递推次数.检查递归次数是否足够可通过误差图进行分析.,反复递推次数:,最大似然稀疏脉冲反演参数Maximum-Likelihood Sparse Spike,稀疏脉冲反演Sparse Spike Inversion 使用的参数与约束基于模型反演参数一样.增多的参数是决定每道要检测多少个脉冲:Maximum Number of SpikesSpike Detection T
23、hreshold,稀疏脉冲反演菜单:,最大脉冲数Maximum Number of Spikes T这个参数设置每道最多允许的脉冲数.缺省与时间窗口内的总采样点数一样.实际正常情况下,该参数不操作.脉冲检测门坎Spike Detection Threshold每增加一个脉冲,它的震幅与已经检测到的所有脉冲的平均震幅进行比较.当新震幅比平均震幅给定的百分数小,软件将停止增加脉冲.,带限反演参数,在带限反演中唯一的参数是:约束高切频率(Constraint High-Cut Frequency):这个参数控制一败涂地个滤波器,对初始猜测模型进行滤波以获得低频成分,然后把低频成分加载到反演结果.高于
24、这个频率的所有频率都从初始猜测模型去除掉.抵于这个频率的所有频率都从递归反演道中去除掉.标然后将两部分加在一起作为最后输出.,带限反演菜单:,各种约束高切频率获得初始模型如下:,误差图,误差图(Error Plot)显示利用反演阻抗结果计算的合成记录和实际地震的区别:,理想状态,误差图不应有相干能量而应该是一些总体很低的震幅.,误差中的低频成分-可能是子波有误:,误差出现在某一边区域化-可能是使用的层位可能不够:,整个数据体都有相干误差 可能是:反演块状太大(SIZE)递推次数不够约束的太紧,4 ms-10 iterations,6 ms-10 iterations,4 ms-15 iterations,这是三种不同参数测试的反演结果.把块从6 ms 变为 4 ms 反演结果改进最大.增加递推次数影响较小.,点击 Process/Slice/Create Data Slice:,对层Lower Mannville 以下30 ms 求平均阻抗.如上参数做切片.利用Blackfoot 数据的练习结束.,现在对整个反演体做切片.,
