叠前反演(AVO)处理技术

叠前反演技术介绍宋长青 帕拉代姆北京办事处内容提要一、 反演的技术思路 二、地震资料识别岩性技术的理论基础 三、AVO技术介绍2反演的技术思路3反演工作中面临的问题基础数据的质量分析 反演算法的选择 反演结果的质量监控 反演属性定量分析 当某一项目涉及多项技术的综合，如岩石物理技术、 AVO技术、振幅反演技术、地震模拟技术和其它辅助技 术，如地震相分类，往往使研究者望而生畏。

4帕拉代姆解决方案使油藏描述的数据转换、数据分析和数据解释等多项 工作在交互的环境下同步实现。

Interpretation岩石到流体解释技术Rock & Fluid Interpretationd ui Fl & g ck gin Ro ImaRock & Fluid CharacterizationPetrophysicsGeophysicsConnecting Disciplines5反演及分析解释技术• • • • • • 基于井资料的岩石物性分析技术 – 地层评价 属性建模技术 – 背景模型 AVO 反演, 正演和解释技术 – AVO 属性 AI/EI 反演, 模型建立与解释技术 – AI/EI, 波松比, 密度, 拉枚常数, 剪切摸量 基于神经网络油藏物性反演技术 – 空隙度, 泥质含量, 饱和度 反演属性的标定及解释 – 油藏属性空间解释6结论• 关键技术Petrophysics GeologVolum interpretation 3D CanvasAI/EI VanguardFacies Classification StratimagicVisualization& Interpretation VoxelGeoAVO Probe7地震资料识别岩性技术的理论基础k + 3P-wave Velocity:Vp =Vs =ρμ ρμ 4ρ: Density, Mass per unit Volume.k: Bulk Modulus, IncompressibilityS-wave Velocity:μ: Shear Modulus, Rigidity⎛Vp ⎜ ⎜V ⎝ s⎞ K 4 ⎟ = + ⎟ μ 3 ⎠2岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度，岩石的弹性模量 又首先决定于岩石的矿物成分，其次是孔隙度、孔隙流体性质以及 压力、温度等环境因素，而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影 响岩石的弹性模量和密度而影响速度的，所以决定岩石速度的最重 要因素是岩石成分，因此我们自然想到用速度来判别岩性。

一引言岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度，岩石的弹性模量又首先决定于岩石的矿物成分，其次是孔隙度、孔隙流体性质以及压力、温度等环境因素，而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影响岩石的弹性模量和密度而影响速度的，所以决定岩石速度的最重要因素是岩石成分，因此我们自然想到用速度来判别岩性。

然而，各种岩石的速度范围太宽，互相重叠，我们很难仅仅根据速度来作岩性判别。

因此利用AVO和叠前弹性反演进行岩性预测越来越引起人们的重视。

二叠前反演方法原理（一）AVO的方法原理AVO分析技术是利用地震反射振幅与炮检距变化的关系 (Amplitude—Versus Offset,简称AVO)，即:通过分析CDP道集中不同炮检距的地震反射,来识别岩性及检测含气性的一种地震技术。

其物理意义是:在两种不同岩层之间的界面上,当一种岩层的纵、横波速度之比Vp/Vs与另一种岩层的速度之比明显不同时，其反射系数随入射角（炮检距）而变化。

AVO反演主要利用不同岩性泊松比差异所形成的AVO特征响应，来区分波阻抗相近的储层与非储层。

当地震纵波P1非垂直入射到两种介质分界面上时，会产生反射波和透射波，其中反射波包括反射纵波P2和反射横波S1，透射波包括透射纵波P3和透射横波S2（图1-1图1-1纵波倾斜入射到界面产生的反射波和透射波示意图纵波非垂直入射，反射系数和透射系数满足Zeoppritz方程：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------11112112222122111122111222221112221112221122112cos 2sin cos sin 2sin 2cos 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin sin cos sin cos cos sin cos sin φθθθφρρφρρφφφρρθρρφθφθφθφθφθPS PP PS PP P S P P P S S P S P S P S S P T T R R V V V V V V V V V V V V V V V （1-1）其中介质1表示入射波和反射波所在的介质，介质2表示透射波所在的介质，VP1、VS1分别表示介质1中纵、横波的速度；VP2和VS2分别表示介质2中纵、横波的速度；ρ1和ρ2分别表示介质1和介质2的密度；θ1表示纵波的入射角和反射角；φ1表示横波的反射角，θ2和φ2分别表示透射纵波、横波的透射角；RPP 、RPS 、TPP 、TPS 分别表示P 波反射系数、SV 波反射系数、P 波透射系数和SV 波透射系数。

第6章 A VO 技术详解AVO 技术是利用反射系数随入射角变化的原理，在叠前道集上分析振幅随偏移距变化的规律，估求岩石的弹性参数、研究岩性、检测油气的重要技术。

AVO 是振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset)的英文缩写或振幅与随偏移距关系(Amplitude Versus Offset) 的英文缩写，AVA 是振幅随入射角变化(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文缩写。

在地震勘探中，共中心点道集记录的偏移距可以等价地用入射角表示，故AVO 与AVA 等价。

该技术自20世纪80年代提出以来，在油气勘探中不断发展，并得到迅速推广和广泛应用。

尤其是在天然气勘探中指导寻找天然气藏发挥了重要作用，对提高天然气勘探成功率受到了很好的效果。

从近几年的技术发展情况看，P 波方位AVO 已作为一种预测油气藏各向异性的有效方法而受到青睐。

6.1 A VO 技术的理论基础根据地震波动力学中反射和透射的相关理论，反射系数(或振幅)随入射角的变化与分界面两侧介质的地质参数有关。

这一事实包含两层意思：一是不同的岩性参数组合，反射系数(或振幅)随入射角变化的特性不同，称为AVO 正演方法；二是反射系数(或振幅)随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO 关系可以反演岩石的密度、纵波速度和横波速度，称为AVO 反演方法。

6.1.1 Zoeppritz 方程AVO 技术的理论基础就是Zoeppritz 方程及其简化的思路。

设有两层水平各向同性介质，当地震纵波非垂直入射(即非零偏移距)时，在弹性分界面上会产生反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波，见图6—1。

各种波型之间的运动学关系服从斯奈尔定理22221111sin sin sin sin S P S P V V V V ϕθϕθ=== (6-1)图6—1 入射波、反射波和透射波的关系式中 1θ、1ϕ——纵波、横波的反射角；2θ、2ϕ——纵波、横波的透射角；1P V 、2P V ——反射界面上下介质的纵波速度；1S V 、2S V ——反射界面上下介质的横波速度。

叠前反演技术叠前反演技术，与叠前弹性反演技术、叠前地震反演技术和定量AVO都是指同一概念。

该技术是利用叠前CRP道集数据（或部分叠加数据）、速度数据(一般为偏移速度)和井数据（横波速度、纵波速度、密度及其他弹性参数资料），通过使用不同的近似式反演求解得到与岩性、含油气性相关的多种弹性参数并进一步，用来预测储层岩性、储层物性及含油气性。

为什么要进行地震资料的叠前反演呢？首先，由于地震资料野外采集是多炮多道的观测系统，每个CDP点或CMP点记录的不同道具有不同的炮检距，每道上的反射振幅随炮检距不同而变化。

叠后反演基于常规处理的水平叠加数据，以自激自收为假设条件，即每个CDP或CMP道集经动校正后，把不同炮检距的记录道动校正为零炮检距位置，之后进行水平叠加。

这样，叠加剖面无法反应野外采集所记录的振幅随炮检距变化的特性，并损失了与炮检距关系密切的大量横波信息。

其次是叠后波阻抗反演是不随入射角发生变化，仅与纵波速度、密度有关，而叠前反演的弹性阻抗与入射角密切相关并与纵波、横波速度、密度4项参数有关。

由于同时利用了纵横波速度，其计算产生的弹性参数远较叠后反演丰富，可区别岩性与含油气性，为钻探提供更丰富、更准确的依据。

技术人员在研究中发现：进行叠前反演时，要注意资料条件及处理解释的结合。

一是地震资料的采集必须针对目的层深度，有足够大的炮检距来记录大量信息，并在处理中，对振幅进行补偿，严格保持相对振幅关系，避免虚假振幅信息的产生。

二是在地震资料道集进行部分叠加时，炮检距或角度范围的选择要针对目的层深度，使不同炮检距范围能明显反应用振幅的变化。

三是至少需要3个以上的子波，子波振幅谱对应于不同炮检距部分叠加数据。

四是在纵横波资料分析中，当岩石中含有油气时，纵波速度会降低，有时会出现含油气砂岩的速度接近泥岩速度，在声阻抗上无法区分岩性，但横波阻抗受油气影响很少，因此，两者的交汇图分析对划分岩性及含油气意义深远。

五是弹性参数综合分析，其物理意义不同，有的反应弹性模量，有的反应剪断模量，必须综合分析，才能做出合理解释。

叠前反演技术及其应用【摘要】叠后地震反演技术在储层预测方面取得了较好的应用效果，但由于该技术是基于零偏移距的假设之上，并且只能反演出单一的纵波阻抗信息，因此，叠后地震反演技术在精确预测储层方面存在不足。

随着油气勘探的需要和技术的进步，叠前资料的反演和应用逐渐成为热点。

与叠后地震反演技术相比，叠前反演技术由于充分利用振幅随偏移距变化的信息，从近、中、远等多个部分叠加的数据体中同时反演出纵、横波阻抗和密度数据体，并进一步可求得纵横波速度比及泊松比等弹性参数，这些信息的获得丰富了岩性和流体的识别手段，提高了储层的预测精度。

【关键词】角叠加数据；叠前反演；弹性参数；储层预测叠后地震反演技术基于零偏移距的假设叠加的地震资料进行反演，单纯地应用纵波阻抗，则很难对有效储层及储层的含流体情况进行识别。

叠前弹性反演技术基于能反映振幅随偏移距变化的多个角度叠加的叠前数据体及井上的纵、横波和密度曲线，同时反演，不仅可以得到纵波阻抗，还可以得到横波阻抗和密度，并进一步可求得一系列弹性参数体。

基于波的传播理论，储层含有油气后，纵波速度会降低，而横波速度变化不大，因此可以根据这一特性，利用纵横波速度比或泊松比等弹性参数对储层和流体进行定量的解释。

1 叠前弹性反演的基本原理及特点叠前弹性阻抗是通过弹性阻抗来反映储层岩性物性的计算方法，弹性阻抗是一个不可测量的属性，但可以通过确定的弹性参数计算得到:弹性阻抗的引入，使波阻抗反演从叠后发展到叠前，弹性阻抗能够充分挖掘和利用叠前地震记录非零偏移距地震信息的潜力，反演中可以提取许多岩性参数，进一步得到更多更丰富的反映流体及岩性变化的演示物理属性。

2 叠前反演的关键技术（1）横波速度估算技术。

横波速度是岩石物理分析的重要参数，也是叠前反演必不可少的基础数据，在建立理论岩石模型基础上，应用流体和矿物构成及岩石结构等基础信息，获得有效的岩石弹性属性，根据对实测的弹性波曲线与正演得到的合成曲线的对比结果来修正模型参数，从而建立符合该区实际情况的岩石物理模型。

论AVO勘探技术论文提要本文是关于AVO (Amplitude Versus Offset, 振幅随偏移距变化关系) 理论,最早形成于20 世纪初[1]，过研究振幅随炮检距(或入射角) 的变化特征来探讨反射系数响应随炮检距的变化, 进而确定反射界面上覆、下伏介质的岩性特征及物性参数。

其分析方法就是利用Zoeppritz 方程及其近似式, 根据实际观测数据, 以某种数学方法为工具, 求解产生这些观测数据的原始模型及物性参数。

该技术在油气勘探以及岩性分析、在水合物中的应用等方面比亮点技术更为先进。

尽管这种方法在砂岩储层及其类似的区域获得了很大成功，但由于一些其他因素的影响使AVO技术有时失效。

为避免此类事情的发生，在AVO分析中结合地质资料进行解释非常重要。

只有二者相结合才能减小勘探与开发的风险。

正文AVO技术是继亮点之后又一项利用振幅信息研究岩性，检测油气的重要技术，近几年发展迅速。

国内外都已经进行了一些试验。

取得了初步成就。

20世纪60年代，地球物理学家们发现，砂岩中如有天然气存在就常常在一般振幅的背景上伴有强振幅（专业上称亮点）出现。

当时以为只要在地震记录上找到亮点就能找到天然气。

然而，事实并非如此简单，不久人们发现亮点有局限性，也就是说，除地层含天然气外，一些其他因素（如煤层、火成岩侵入等）也可能引起亮点反射。

为此，人们继续探索比亮点更确切的方法，以便在地震记录上直接找到天然气。

到20世纪80年代，勘探工作者在地震记录上发现一些违反常规的现象，即随着检波器离开炮点距离的加大，其接收到的反射能量反而越大（专业上称这种现象为AVO技术，即反射振幅随检波器到炮点距离的增大而增大的技术）。

为什么说它反常呢？日常生活中可能会有这样的体会，离说话人越远，听到的声音也越小。

地震勘探也不例外，按常规，检波器离炮点越远，接收到的能量（振幅）应该越小。

那么，为什么出现上述反常现象呢？这是因为地层含气后，含气地层速度发生了明显变化，它改变了岩石的物理性质，从而改变了反射振幅的相对关系，因此，出现了上述反常现象。

叠前AVO地震反演方法概述(刘文劼 095211068)AVO是一项利用振幅随偏移距变化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。

理论分析表明:振幅系数随入射角变化与分界面两侧岩石的弹性参数有关，它是通过非常复杂的非线性关系与介质的密度p1和p2、纵波速度a1和a2、横波速度b1和b2及入射角联系起来。

振幅系数随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO关系可以直接反演岩石的密度p、纵波速度a和横波速度b，定量进行地震油藏描述。

波阻抗反演是零炮检距数据模型反演，那么AVO分析就是非零炮检距数据反演。

由于通过叠加得到零炮检距剖面，一方面丢失与炮检距有关的信息，另一方面叠加道又不是真正的零炮检距道，致使反演结果的稳定性以及它的应用均受到了一定程度的制约，AVO分析是在具有不同炮检距道集上进行分析，充分应用了叠前各种信息。

因此，它有相对好的应用前景。

目前叠前AVO反演方法主要有以下几种：(1)基于Powell算法的AVO非线性反演采用朱向阳和熊有伦提出的改进的Powell共扼方向算法,以Aki-Richard近似式为基础, 充分利用叠前地震数据丰富的振幅和旅行时信息,模拟平面波在层状弹性半空间传播时形成的地面反射记录,并使其与实际数据间的差异最小,从而获得地层的密度、纵波速度和横波速度分布。

(2)基于贝叶斯理论的AVO非线性反演基于贝叶斯理论, 结合似然函数与先验地质信息反演纵横波阻抗及密度。

先验模型参数的分布采用的是Huber分布。

Huber分布对于小的模型参数值进行一致性加权, 对于大的模型参数值采用拉普拉斯分布产生的权函数进行加权, 使之更能准确地反映模型参数的分布规律。

(3)点约束稀疏脉冲叠前反演基于贝叶斯参数估计的理论,假设似然函数服从高斯分布,待反演的参数服从改进的Cauchy分布,从而得到稀疏的反射稀疏序列,然后用已知点的纵波阻抗、横波阻抗和密度对反演结果进行点约束,从而使反演的结果更加准确可靠。

6 AVO 技术AVO 技术是利用反射系数随入射角转变的原理，在叠前道集上分析振幅随偏移距转变的规律，估求岩石的弹性参数、研究岩性、检测油气的重要技术。

AVO 是振幅随偏移距转变(Amplitude Variation with Offset)的英文缩写或振幅与随偏移距关系(Amplitude Versus Offset) 的英文缩写，AVA 是振幅随入射角转变(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文缩写。

在地震勘探中，共中心点道集记录的偏移距能够等价地用入射角表示，故AVO 与AVA 等价。

该技术自20世纪80年代提出以来，在油气勘探中不断进展，并取得迅速推行和普遍应用。

尤其是在天然气勘探中指导寻觅天然气藏发挥了重要作用，对提高天然气勘探成功率受到了专门好的成效。

从近几年的技术进展情形看，P 波方位AVO 已作为一种预测油气藏各向异性的有效方式而受到青睐。

AVO 技术的理论基础依照地震波动力学中反射和透射的相关理论，反射系数(或振幅)随入射角的转变与分界面双侧介质的地质参数有关。

这一事实包括两层意思：一是不同的岩性参数组合，反射系数(或振幅)随入射角转变的特性不同，称为AVO 正演方式；二是反射系数(或振幅)随入射角转变本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO 关系能够反演岩石的密度、纵波速度和横波速度，称为AVO 反演方式。

Zoeppritz 方程AVO 技术的理论基础确实是Zoeppritz 方程及其简化的思路。

设有两层水平各向同性介质，本地震纵波非垂直入射(即非零偏移距)时，在弹性分界面上会产生反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波，见图6—1。

各类波型之间的运动学关系服从斯奈尔定理22221111sin sin sin sin S P S P V V V V ϕθϕθ=== (6-1)图6—1 入射波、反射波和透射波的关系式中 1θ、1ϕ——纵波、横波的反射角；2θ、2ϕ——纵波、横波的透射角；1P V 、2P V ——反射界面上下介质的纵波速度；1S V 、2S V ——反射界面上下介质的横波速度。