地球物理正反演理论综述
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地球物理正反演理论综述
•早期的地球物理勘探和地球
物理方法从属于地质法：
地质学家预测一个构造，地球物理 学家用原始的勘探技术去验证这一构 造。
•60年代获得了二维数字记
录：
使得地球物理学家从野外回到了室 内，为从从数字记录中获得地下结构 的图像开始了精细的的数字处理于解 释的研究。
KL203
波动方程
射线追踪
绕射方法
单炮记录Biblioteka 法线入射垂直入射射线成像
模拟不同河道砂叠合 地质模型与地震响应的关系
模型地震响应 地质模型
BA2295合成记录
Isnotu Basup Basmed Basinf
Laguna Laginf B2X
AC
反射系数
合成道
地震道
火成岩顶 火成岩底
二迭系底
Tg2
X井合成记录标定结果
气 油
水
地质模型
碳酸盐岩 储层三相 流体介质 模型
6000
4000 气 5000 油
水
6000 速度模型(m/s)
5500
正极性剖面
强振幅 中振幅 弱振幅
气
下凹 强振幅 弱振幅
负极性剖面
油
水 下凹
构造振幅异常和亮点是深海勘探的主要目标
对构造圈闭和构造岩性复合圈闭应用AVO, DHI 技术提高探井成功率 墨西哥湾深水成功率 ~80% 非洲地区深水成功率 ~80% 第三纪地层，砂岩未固结，φ = 30%，k = 达西，砂泥岩波阻抗差大 (class III AVO) 地层圈闭和无AVO, DHI 的构造圈闭仍被认为是风险大的目标，探井成功率低 因为深海钻探费用大， 所以一般不作为勘探目标 （构造简单，圈闭面积大的例外）
地球物理学家通过使用地球物理的 数据采集技术、数字处理技术和可视 化技术看清三维地下地质构造。
地震勘探历程图
N
层面可视化成果图
相干体发现的曲流河
河道砂体地震正演模型
充填相
地震剖面上河道的反映
充填相
主河道
地质解释结果 LN 65
河道间沉积
N
决口扇
N
三角洲前缘朵叶
ISNOTU砂体平面分布
振幅异常和亮点的综合技术评估
综合技术评估振幅异常和亮点提高探井成功率 AVO ≠ hydrocarbon (油气) 用振幅异常和亮点不能唯一确定储层厚度 用振幅异常和亮点不能确定油或气 振幅异常和亮点的综合技术评估方法
-3
注入到砂岩石储层内流体的物理参数
注入流体 甲烷 二氧化碳 水 柴油 纵波速度 Vp(m/s) 430 259 1480 1385 密度ρ(g/cm3) 0．717×10-3 1．997×10-3 1．0 0．841 波阻抗 (106kg/sm2) 0．308×10-3 0．512×10-3 1．48 1．165
自动控制采集系统
大型精密定位系统
大型精密三维定位系统
物理模型
不同裂缝密度模型
油气储层模型
油气储层模型结构示意图
模型材料物理参数
模型材料 水 有机玻璃 砂岩 塑料 厚度 (mm) 20 43 48.4 39.5 纵波速度 Vp(m/s) 1480 2600 2100 2300 密度 ρ (g/cm3) 1 1.2 1.92 1.5 波阻抗 (106kg/sm2) 1.48 3.12 4.032 3.45 反射 系数 +0. 356 +0. 128 -0. 078 孔隙度 (%) 0 0 27.85 0 渗透率 (10 µm2) 0 0 957.85 0
KL201
KL2
KL204
气藏顶部
E
气藏底部
相干数据体平面断层解释
KL203 KL205 KL201 KL2 KL204
下第三系白云岩段顶面构造图
相干数据体技术
T6沿层相干切片
阿拉尔断裂 ш号断层
Ⅶ号断层
沿层相干数据解释切片
ⅤⅢ号断 层
ⅩⅢ号断层
•80年代，随着计算机工作
站的发展：
数字处理技术从二维向三维迅速发 展，可以清晰地看清地下结构的图 像，从而完成了从受地质学驱使到驱 动地质学发展的循环。
砂岩储层含10%、50%、100%甲烷时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%CO2时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%水时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%油时的记录剖面
250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
振幅
CH4
CO2
Oil
Water
砂岩储层顶面反射P波振幅与流体饱和度的关系
地震数学模型
按一定的假设条件设计一个地下地质体模 型（包括地质体的几何形态和物性参数）， 用计算机计算按一定的方式进行观测时由这 个地质体产生的地震响应。
主要优点：改变模型参数方便，选用计算方法 灵活，模型制作简单。 主要缺点：对实际地质体进行了简化，难以精 确地反映复杂地质体真实的情况。
•正演问题
物理模型和数学模型：
正演模型 （模拟） 输入 地质模型 处理 模型计算 输出 地震响应
反演模型 （反演）
地震响应 反演计算 地质模型
正演模型基本概念：利用计算机数值模拟方法来 获得已知 地质体的地震响应特征。从而指导地震 资料的构造与岩性解释。
z 地震物理模型
用一定的材料，按一定的比例，制造出与实际地质构造在形态、结构和物性 等主要特征相当的物理模型，并在实验室里对该物理模型按一定的模拟 相似比进行模拟地震记录，用以研究地震勘探的野外采集方法技术，地 震资料处理和解释的理论与实际问题的研究。 与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受 计算方法、假设条件的限制，因而地震物理模型受到国外各石油公司和 大学的普遍重视。 缺点：地震物理模型制作复杂，成本高，修改模型远不如数学模型方便。
z国内外地震物理模型实验室情况
1977年美国休斯敦大学地震声学实验室创建水槽地震物理模型。该实 验室受到美国30家石油公司和地球物理公司的支持和资助，至今仍是美国最 大的地球物理工业联合体之一。 1985年美国埃克森石油公司建立了固体地震物理模型观测系统。 1990至1993年，欧洲共同体勘探研究及发展计划中，特别加强地震物 理模型的研究，强调了“以地震物理模型弥补数值计算的不足。” 国内新星石油公司石油物探研究所（原地矿部）以及同济大学前后在１ ９８５年设计建立了大型水槽自动地震物理模型观测系统。 石油大学于1986年研究成功了固体地震物理模型方法，并且一开始就从 固体地震物理模型方法出发研制了一套大规模、高精度固体地震物理模型设 备。
•早期的地球物理勘探和地球
物理方法从属于地质法：
地质学家预测一个构造，地球物理 学家用原始的勘探技术去验证这一构 造。
•60年代获得了二维数字记
录：
使得地球物理学家从野外回到了室 内，为从从数字记录中获得地下结构 的图像开始了精细的的数字处理于解 释的研究。
KL203
波动方程
射线追踪
绕射方法
单炮记录Biblioteka 法线入射垂直入射射线成像
模拟不同河道砂叠合 地质模型与地震响应的关系
模型地震响应 地质模型
BA2295合成记录
Isnotu Basup Basmed Basinf
Laguna Laginf B2X
AC
反射系数
合成道
地震道
火成岩顶 火成岩底
二迭系底
Tg2
X井合成记录标定结果
气 油
水
地质模型
碳酸盐岩 储层三相 流体介质 模型
6000
4000 气 5000 油
水
6000 速度模型(m/s)
5500
正极性剖面
强振幅 中振幅 弱振幅
气
下凹 强振幅 弱振幅
负极性剖面
油
水 下凹
构造振幅异常和亮点是深海勘探的主要目标
对构造圈闭和构造岩性复合圈闭应用AVO, DHI 技术提高探井成功率 墨西哥湾深水成功率 ~80% 非洲地区深水成功率 ~80% 第三纪地层，砂岩未固结，φ = 30%，k = 达西，砂泥岩波阻抗差大 (class III AVO) 地层圈闭和无AVO, DHI 的构造圈闭仍被认为是风险大的目标，探井成功率低 因为深海钻探费用大， 所以一般不作为勘探目标 （构造简单，圈闭面积大的例外）
地球物理学家通过使用地球物理的 数据采集技术、数字处理技术和可视 化技术看清三维地下地质构造。
地震勘探历程图
N
层面可视化成果图
相干体发现的曲流河
河道砂体地震正演模型
充填相
地震剖面上河道的反映
充填相
主河道
地质解释结果 LN 65
河道间沉积
N
决口扇
N
三角洲前缘朵叶
ISNOTU砂体平面分布
振幅异常和亮点的综合技术评估
综合技术评估振幅异常和亮点提高探井成功率 AVO ≠ hydrocarbon (油气) 用振幅异常和亮点不能唯一确定储层厚度 用振幅异常和亮点不能确定油或气 振幅异常和亮点的综合技术评估方法
-3
注入到砂岩石储层内流体的物理参数
注入流体 甲烷 二氧化碳 水 柴油 纵波速度 Vp(m/s) 430 259 1480 1385 密度ρ(g/cm3) 0．717×10-3 1．997×10-3 1．0 0．841 波阻抗 (106kg/sm2) 0．308×10-3 0．512×10-3 1．48 1．165
自动控制采集系统
大型精密定位系统
大型精密三维定位系统
物理模型
不同裂缝密度模型
油气储层模型
油气储层模型结构示意图
模型材料物理参数
模型材料 水 有机玻璃 砂岩 塑料 厚度 (mm) 20 43 48.4 39.5 纵波速度 Vp(m/s) 1480 2600 2100 2300 密度 ρ (g/cm3) 1 1.2 1.92 1.5 波阻抗 (106kg/sm2) 1.48 3.12 4.032 3.45 反射 系数 +0. 356 +0. 128 -0. 078 孔隙度 (%) 0 0 27.85 0 渗透率 (10 µm2) 0 0 957.85 0
KL201
KL2
KL204
气藏顶部
E
气藏底部
相干数据体平面断层解释
KL203 KL205 KL201 KL2 KL204
下第三系白云岩段顶面构造图
相干数据体技术
T6沿层相干切片
阿拉尔断裂 ш号断层
Ⅶ号断层
沿层相干数据解释切片
ⅤⅢ号断 层
ⅩⅢ号断层
•80年代，随着计算机工作
站的发展：
数字处理技术从二维向三维迅速发 展，可以清晰地看清地下结构的图 像，从而完成了从受地质学驱使到驱 动地质学发展的循环。
砂岩储层含10%、50%、100%甲烷时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%CO2时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%水时的记录剖面
砂岩储层含10%、50%、100%油时的记录剖面
250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
振幅
CH4
CO2
Oil
Water
砂岩储层顶面反射P波振幅与流体饱和度的关系
地震数学模型
按一定的假设条件设计一个地下地质体模 型（包括地质体的几何形态和物性参数）， 用计算机计算按一定的方式进行观测时由这 个地质体产生的地震响应。
主要优点：改变模型参数方便，选用计算方法 灵活，模型制作简单。 主要缺点：对实际地质体进行了简化，难以精 确地反映复杂地质体真实的情况。
•正演问题
物理模型和数学模型：
正演模型 （模拟） 输入 地质模型 处理 模型计算 输出 地震响应
反演模型 （反演）
地震响应 反演计算 地质模型
正演模型基本概念：利用计算机数值模拟方法来 获得已知 地质体的地震响应特征。从而指导地震 资料的构造与岩性解释。
z 地震物理模型
用一定的材料，按一定的比例，制造出与实际地质构造在形态、结构和物性 等主要特征相当的物理模型，并在实验室里对该物理模型按一定的模拟 相似比进行模拟地震记录，用以研究地震勘探的野外采集方法技术，地 震资料处理和解释的理论与实际问题的研究。 与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受 计算方法、假设条件的限制，因而地震物理模型受到国外各石油公司和 大学的普遍重视。 缺点：地震物理模型制作复杂，成本高，修改模型远不如数学模型方便。
z国内外地震物理模型实验室情况
1977年美国休斯敦大学地震声学实验室创建水槽地震物理模型。该实 验室受到美国30家石油公司和地球物理公司的支持和资助，至今仍是美国最 大的地球物理工业联合体之一。 1985年美国埃克森石油公司建立了固体地震物理模型观测系统。 1990至1993年，欧洲共同体勘探研究及发展计划中，特别加强地震物 理模型的研究，强调了“以地震物理模型弥补数值计算的不足。” 国内新星石油公司石油物探研究所（原地矿部）以及同济大学前后在１ ９８５年设计建立了大型水槽自动地震物理模型观测系统。 石油大学于1986年研究成功了固体地震物理模型方法，并且一开始就从 固体地震物理模型方法出发研制了一套大规模、高精度固体地震物理模型设 备。
