基于模型测井约束地震反演

基于模型测井约束地震反演刘凤;张瑞香;张广旭【期刊名称】《内江科技》【年(卷),期】2017(038)011【总页数】3页(P35-37)【作者】刘凤;张瑞香;张广旭【作者单位】中国石油大学胜利学院;中国石油大学胜利学院;中国科学院海洋研究所【正文语种】中文地震数据的生成是建立在褶积原理上，但地震剖面绝不能直接用来当作地质剖面，直接将地震剖面当地质剖面来解释会产生许多错误，基于模型的测井约束反演就是建立在褶积模型基础上，应用波动理论进行地质建模运算，结合测井资料所具有的视高频以及甚低频信息，大幅提高地震资料频带宽度，通过不同的内插外推方法进行运算，可以最大限度的提取地震剖面里蕴含的地质细节，直接用于反映地下地层分布和岩相类型。

精确的基于模型测井约束地震反演可以有效的结合地震横向高分辨率、测井详细的纵向分辨率以及丰富完整的地质模型信息，在储层预测与地震资料综合解释上具有非常良好的应用前景。

随着油气勘探开发的深入，储层预测的难度进一步加大，尤其是在砂岩保护层和碳酸盐岩复杂储层预测方面，随着现阶段数字处理技术的发展，建立在地震与地质结合基础上的地震反演就应运而生了。

由Lindseth先生早在20多年首次提出地震反演技术以来，该项技术获得了长足的进展，新方法和新软件不断涌现。

地震反演技术是综合多种勘探地球物理资料（地震资料、测井资料以及岩性等资料）的一门综合处理分析技术，通过特定的处理手段完成多种资料的有机融合，解决复杂构造条件下的地层地质解释问题。

依靠地震资料的约束外推，结合测井资料详细的垂向信息，利用地震与测井数据的互补性质，以测井约束地震进行联合反演已成为目前“广泛”应用的地球物理技术。

此方法可以更好的处理解释薄层，为钻探之前更多地了解地下地层分布和岩相类型，综合地震地球物理数据以及地质岩心等数据，从而促进了地震与地质两大学科间的联合，推动了相关边缘学科的发展，拓展了储层预测与地震资料综合解释手段，丰富了地震地层学的研究方法。

地震反演从使用的地震资料来分，地震反演方法主要分两种：一种是叠前反演，主要有旅行时反演（Tomography）和振幅反演（波动方程、AVO反演、弹性波阻抗反演）；一种是叠后反演，叠后反演主要有振幅反演（波阻抗反演）和波场反演（构造成像）。

从应用的数学方法来分，可分为最优化拟合反演、模拟退火反演、蒙特卡罗反演、基于神经网络的反演、遗传算法反演以及统计随机反演等。

再者按照反演的结果来分，大致可分为：构造反演、波阻抗反演和地震属性的岩石物性多参数反演。

从反演方法上来分，地震反演又可以概括为基于波动理论方程的反演和基于地震褶积模型的间接反演。

目前已经发展较为成熟的是基于地震褶积模型的反演。

从地震波信息研究分析地震反演，叠前反演主要有旅行时反演和振幅反演，叠前应用价值高，但是基于成本等方面，在现场生产中并没有大规模应用；在叠后地震反演的振幅反演和波场反演中，目前应用作为广泛的波阻抗反演就基于叠后振幅反演，由于叠后地震发展程度高，理论方法较为成熟，运算成本低等优点，在储层地震学领域得到了广泛的应用。

本文就叠后反演中的基于模型反演为实例，分析地震反演过程中的重要参量及方法的局限性，以期为储层预测做出有效指示。

地震反演是建立在假定地震波垂直入射假设基础上，综合应用勘探地球物理数据进行的反问题处理，通过已知的测量数据进行实际地质模型反问题的处理，地震资料反演是一项十分复杂的理论与实际问题。

地震波的固有特性决定了所记录的地震波仅有近似的相对振幅信息，地震反演的对象是不完整的离散时间序列, 是一个多解的非线性问题。

叠后波阻抗反演技术发展多年已经成为一套完备可靠的储层预测的手段，并在薄层地质解释以及隐蔽油气藏勘探中发挥了重要作用。

反演是正演的反问题，由已知资料通过反演的算法与地质模型的选择，并将两者通过一定的系数比来匹配，匹配性有很大的主观性，且数学模型的最优化不等于实际地质情况的最优刻画，因此通过对数据进行的反演数学方法的提高只是反演运算的一部分，还要不过实际地质资料的输入进行地震资料多解性的限制，反演的结果就存在随机性、多解性。

地震反演问题的多解性的存在是必然的，通过反演得到的地震响应地质模型也不是唯一的，因此我们要解决地震反演的多解性问题需要利用其他的可以观测数据资料，比如通过测井获得的综合地层速度密度以及物性资料（孔隙度、渗透率、饱和度、孔隙压力等数据）并结合地质学认识（岩心资料、构造认识等等），通过多参数的输入可以相对有效的解决反演的多解性问题，使得反演的解决尽量的接近实际地质问题。

基于模型的测井约束地质反演就是这样一套方法，主要通过基于声波波动方程的地震资料（理论零炮检距叠后地震资料），并结合测井资料的高频信息，拓宽地震信息的频带宽度，使之部分达到井中约束资料的频率范围；综合利用了多种资料，通过合理的参数设置，使得多种资料有效融合，最终更精细的描述地下地层的沉积状况，帮助我们直接找油找气。

基于模型反演皆是建立在地震记录褶积模型基础上，地震子波与反射系数的褶积得到地震记录，地震反射波S等于反射系数R与地震子波W的褶积，而某界面的垂直反射系数R就等于该界面上下介质的波阻抗差与波阻抗和之比，地震波阻抗就是速度与密度的乘积。

其中：是s(t)为地震记录，r(t)为反射系数，w(t)为地震子波。

第i个界面的反射系数定义如下：基于模型的测井约束反演就是建立在褶积模型基础上的，地震数据的生成基于褶积原理，由于地下不同地层存在密度以及速度差，体现在这里就是波阻抗差异，当地震波传播到有波阻抗差的地层界面，就是发生反射形成地震反射波，形成地震剖面上的地震层位，地震剖面绝不能当作地质剖面来对待，如果把地震剖面直接当作地质剖面解释会产生许多错误，因此结合地震反演理论进行运算可以有效的解决地质解释中的假象以及隐藏的地质问题。

（1）地震数据要求。

作为反演的主体数据地震数据，要求必须要是高保真度的资料，不是通常用于解释的增益地震数据需是经过精细处理的零偏移距的叠后纯波数据，地震数据是经过偏移处理的没有多次波的数据，每道地震只与下方地层的反射序列相关，没有AVO变化，通常假设波阻抗反演输入的地震数据其振幅信息反映了地下波阻抗变化情况,地震剖面没有多次波和绕射波的噪声分量，或者说噪声是随机的与地震无关的白噪音。

在地震资料处理时就应该考虑反演的高保真数据的要求，在反褶积、噪声切除，尤其是多次波的处理方面，最终得到更加真实反映地质反射特征的真振幅剖面，尽量做到高分辨率、高信噪比，使得地震更加有效的反映地下波阻抗变化，输入地震资料的品质直接影响了基于模型地震反演的分辨率精度，对真实反映地层的精度影响最大，地震资料的有效频带范围基本确定了地震反演所能识别储层厚度的能力。

（2）测井数据要求（用于反演的测井数据处理和要求）。

用于基于模型测井约束反演的测井资料最主要的是声波测井资料，在进行反演时对输入的测井数据要求必须要进行归全区归一化或者统一标准处理，需要经过环境校正、深度校正等预处理，要去除测井资料在不同采集时期以及不同测井工具之间的系统误差，以及采集过程中的泥浆性质以及井眼状态等多方面因素的影响。

通过前期的预处理，有效的排除系统误差、人为因素以及其他非地质因素的影响，得到建立初始模型的基本测井资料，测井资料是反演高频信息输入最主要的影响因素，因此高分辨的高保真的测井数据是进行反演的最关键因素之一，有效的保证基于模型反演薄层解释准确性的关键，进一步保证了反演储层地质参数的可靠性。

基于模型测井约束地震反演的关键步骤可概括为：①地震解释层位及解释目的层的标定，建立初始地质模型；②提取子波,试验多种方法提取地震子波；③必要的特殊地震数据处理（剩余地震相位校正处理以及反褶积处理）；④建立单井波阻抗模型精化及取低频，结合地震解释成果建立整体反演初始模型；⑤多井数据输入以及参数设置，迭代运算；⑥加低频信息等输出反演成果。

其中最重要的关键步骤是初始地质模型的建立以及井震输入影响因子系数。

地质模型的建立是利用层序地层学解释完成的地质格架和利用不同插值方法（用克里金、平方反比等插值方法）等不断调整系数产生的井震联合响应模型，完成合成记录的建立，并与实际地震记录对比，反复调整以减小阻抗模型与实际地震反射的差距，最终完成数据反演运算，产生相应的高分辨率反演成果（波阻抗剖面等）。

首先基于模型测井约束地震反演最主体的数据是地震数据，地震的分辨率直接决定了反演的精度，如果地震的分辨率低，反演结果也不会无中生有大幅提高分辨率，尤其是复杂地层的薄互层沉积识别时，地震的分辨率是决定反演结果的最大影响因素。

另外通过结合新技术新数学方法，在地震数据分辨率一定的情况下，将地震与测井数据通过更合理先进的数据方法有机结合，可以从一定程度上大幅提高反演结果的分辨率，在复杂层状沉积地层中发挥重要作用，可用于指导油气，新方法新技术以及精确的测井资料输入也是影响反演的重要因素。

地震反射是通过s(t)与w(t)在时间域的褶积，就相当于他们在频率域中，反射系数相位谱r和子波相位谱w的乘积。

地震资料中主要包含相对丰富的低频信息，缺少视高频和更低频段的信息，通过基于模型测井约束地震反演，可以通过反演算法将测井的高频信息恢复到反演解释剖面上，恢复这些地震剖面丢失的信息。

无论多么成熟的反演方法均有其局限性。

因此利用高分辨率的地震资料、精确处理的测井数据，并输入多种因素控制的精细的地质模型是取得准确高分辨率反演结果的关键因素。

（1）获取高质量的地震数据。

基于模型地震反演的分辨率首先取决于地震资料本身的分辨率，提高反演结果的分辨率，首先考虑的是通过新技术新手段提高地震资料分辨率，可以采用一些新的采集方法及处理技术，如采用高分辨数据采集、分频或拓频处理、针对复杂地层进行的地震主频的处理技术等技术，以及采用一些新的采集手段提高资料的信噪比，更大的获取有效信号，采集更宽频带信号，以及更好的数据处理分析方法。

地震反演处理过程中无法对噪声部分进行衰减处理，因此用于反演的数据必须保证有较高的信噪比，这样才能保证数据反演结果的高质量，因此采集高质量的有效信号，采用先进的处理方法是获得高质量反演结果的基础。

（2）收集高质量的测井资料。

基于模型测井约束地震反演，高分辨率经过准确校正及归一化处理的测井资料也是反演的关键，测井资料可以提供地震资料本身所不具备的甚低频和视高频段的信息，拟补地震资料在低频以及高频方面的先天缺陷。

对进行反演所采用的测井资料要求参数完成齐全，数据质量要求较高，且最好首先保证有声波时差测井资料，如声波时差数据较差，可采用电阻率数据以及其他测井数据进行反演。

对于采用的反演井资料要进行归一化处理，保证所有数据可靠前提下，才可以应用到基于模型反演的运算中。