一種簡單的多參數地震反演方法
2023-09-11 09:34:00
專利名稱：一種簡單的多參數地震反演方法
技術領域：
本發明涉及石油地球物理勘探技術，是一種藉助於地震波彈性阻抗來提 高常規疊前地震反演的精度和可靠性，進而同時提取多種地層參數的簡單的 多參數地震反演方法。
技術背景地震勘探是通過人工激發地震波，在地表以一定的方式記錄地震波的傳 播行為，並研究它們在地層中的傳播規律，以査明地下的地質構造和巖性特 徵，進而尋找油氣田的地球物理勘探方法。地震勘探的最終目的是綜合利用地震波的運動學和動力學特徵來儘可能 的獲取地層全面的信息以及與油氣藏的構造部位有關的巖性信息。早先，由 於油氣勘探和開發還處於大規模的勘探階段，利用地震波在地球內部傳播的 旅行時信息就可以基本圈定構造的形態和位置。但是，隨著勘探精度和難度 的不斷提高，常規的地震成像理論往往不能滿足各種不同的地層條件，水平 疊加技術也掩蓋了反射振幅隨偏移距變化所反映的重要信息，僅利用地震波 的運動學特徵很難準確地實現油氣儲層預測。因此，從地震資料中提取介質 的彈性參數，並將這些參數與巖性和流體成分聯繫起來，在油藏描述和油氣 監測中發揮著重要作用。目前，利用地震信息提取巖性參數主要是通過地震 資料反演來實現的，這主要包括常規疊後波阻抗反演、疊前振幅隨入射角變化(AVO)反演、彈性波阻抗反演等。 1.波阻抗反演波阻抗反演是從反射振幅求取波阻抗(速度和密度的乘積)，進而得到波 阻抗剖面或速度剖面。假定地震剖面上的地震道是法向入射道，即入射射線與巖層分界面垂直，其法向入射的反射係數為formula see original document page 6其中，fi為地層的反射係數，p為地層密度，V為地層的縱波速度，已 知反射係數後，可由(1)式逐層遞推出地下各層的波阻抗formula see original document page 6當地層密度變化不大時，可近似看成常數，這樣便可直接得到速度剖面， 當密度變化較大時，也可以利用Gardner經驗關係式p^.3lv。25進一步求得速度 和密度剖面。由波阻抗反演的原理可知，疊後波阻抗反演方法是以地震波垂直入射為 假設前提的，只有當地下有波阻抗差異、且共中心點道集的炮檢距變化範圍 較小或者反演的目的層較深時才能夠取得比較好的地質效果。然而，實際的 疊後地震資料並非是自激自收的地震記錄，而是共反射點道集反射振幅疊加 平均的結果，尤其在炮檢距變化範圍較大時，垂直入射假設的反射係數就與 實際疊加道集的反射係數有很大不同，不能反映真實的疊加振幅信息。2. AVO反演AVO技術是利用疊前振幅隨入射角變化關係來估算巖石彈性參量的方 法。當入射角不太大且地層界面兩側巖性變化差異不大時，描述平面波反射 和透射的formula see original document page 6 (3)其中，R為實際地震記錄的反射振幅，A， B， C為要反演的地層參數或 AVO屬性，/(0)為與角度有關的權係數。理論上，對不同入射角的角度道集 進行曲線擬合就可以得到多種AVO屬性。由於AVO分析假設地震記錄是一次反射波振幅與地震子波的褶積。但是， 實際地震記錄同時記錄了模式轉換波、多次反射波及各種噪音，隨著偏移距 (入射角大於25。)的增大(Mallick， 2006)，用(3)描述實際地震記錄的振幅將會引起很大的誤差。另外，由於地震子波是時變和空變的，而且在處理過程中由於正常時差較正(NMO)拉伸畸變也會使得近、遠道的頻帶、子波形 狀不一致，因此，利用(3)式同時估計3個屬性是十分困難的，特別是當資 料的信噪比較低時，反演出高階項屬性將會完全扭曲真正的巖性信息所反映 的事實。目前，常規的AVO分析方法是提取截距和梯度屬性，然而，由於截 距和梯度兩個屬性使得縱波速度、橫波速度和地層密度三個彈性參數捆綁在 一起而無法分離，只能通過各種經驗關係得到一些地震屬性剖面。 3.彈性波阻抗反演設函數EI具有和波阻抗相似的性質，當平面波以任一角度入射時，反射 係數可以近似表示成與垂直入射時相似的波阻抗形式formula see original document page 7(4) 結合Zoeppritz方程的Aki & Richards(1980)近似公式，Connolly (1999)給出了第一個PP波彈性波阻抗公式formula see original document page 7 (5) 上式中，R為實際地震記錄的反射振幅，EI為彈性波阻抗，(x、 p、 p分別為地層的縱、橫波速度和密度 從理論上來看，利用聲波阻抗(AI)和大角度的彈性阻抗(EI)不僅可 以定性區分孔隙流體和巖性，而且還可以由一些特殊角度的彈性阻抗來構建 孔隙度、滲透率、泥質含量等儲層物性參數；從反演的實現過程來看，彈性 阻抗反演是通過對近、中、遠等多個部分角度疊加剖面來聯合反演出多個地 層參數， 一般需要3 — 5個部分角度疊加剖面來穩定反演的結果，而且同時考 慮了子波的空變特徵，這比常規AVO反演有著更好的應用前景；從表達形式 上看，非零偏移距的阻抗表達形式同時包含了縱、橫波速度、密度等信息， 而且對應於不同表述形式的反射係數近似公式，彈性波阻抗表達式也具有不formula see original document page 7，0為P波入射角,同的形式。因此，彈性波阻抗反演能較常規地震道反演獲得更多、更可靠的 流體、孔隙度和泥巖含量等信息，有助於解釋常規地震道反演和道積分剖面 中的假象，降低反演的多解性，提高儲層預測的精度。但是，由於彈性波阻抗是對反射係數近似公式形式的改造，與AVO反演 相類似，為了可靠的同時獲得多個巖性參數，必須要參與反演的角道集盡可 能的包含大角度(遠道)信息。首先，就目前的採集標準， 一般很難得到中、 深層大角度的地震資料，而淺層的大角度信息受NMO拉伸影響很嚴重，實際 上可用於反演的資料往往包含極為有限的遠道信息；其次，對較為複雜的地 層，入射角很可能比較大甚至會超過臨界角，這時反射係數近似公式已經不 再成立，再用彈性阻抗來描述反射振幅的變化就會帶來更大的誤差；再次， 與AVO技術相類似，彈性波阻抗技術也是用一次反射波振幅與地震子波的褶 積來描述實際地震振幅的變化特徵，但當入射角比較大時，地震記錄上遠偏 移距的模式轉換波、多次反射波與有效波互相干涉，使得地震記錄上的實際 振幅與彈性波阻抗描述的振幅具有很大差異，另外，隨著偏移距的增大，入射角估計引起的誤差也越來越大(遠道誤差可達7—10。， Barens， 2006)，加 上由於資料處理引起的振幅也越來越不保真，而且遠道地震資料的信噪比較 低，反演中過多的應用遠道信息反而會降低反演結果的可靠性(Mallick， 2001， 2006)。 發明內容本發明目的是提供一種僅需要近、中角度的地震數據，反演結果可靠穩 定的簡單的多參數地震反演方法。本發明提供以下技術方案 本發明具體步驟包括(1)利用全波列測井進行縱、橫波、密度測井記錄測井資料； 所述的測井資料利用已有的常規聲波、密度測井得到聲波和密度測井資料。所述的測井資料中的橫波記錄，可以通過全波列測井得到或由已知巖石 物理學關係確定。(2)利用密度、縱波和橫波資料確定聲波阻抗AI和彈性波阻抗EI，用 於步驟(4)中地震數據反演的低頻模型約束；所述的聲波阻抗AI和彈性波阻抗EI通過下面公式得到formula see original document page 9(6)formula see original document page 9(7)上式中，a為縱波速度，)8為橫波速度，P為密度，0為縱波入射角， 同步驟(3)中中等角度疊加剖面的中心角。(3) 激發地震波並記錄地震波，按常規地震資料處理流程對記錄的地震 資料進行振幅保持處理，形成供振幅隨偏移距變化分析的正常時差校正後(NMO)的共中心點(CMP)道集；然後按常規疊前彈性反演數據處理方式 將CMP道集變換成角道集並進行部分角度疊加，首先，將角道集中入射角較 小的部分道集疊加形成用於步驟(4)中AI反演的小角度疊加數據，其次， 選擇以入射角e為中心角，將中等入射角的角道集疊加得到用於步驟(4)中EI反演的中等角度疊加數據；(4) 以步驟(2)中AI和EI為低頻約束，利用常規疊前彈性阻抗反演 流程分別對小角度疊加數據及中等入射角的部分疊加數據進行過井測線的AI和EI反演；(5) 採用下式對步驟(4)中反演得到的EI和AI數據進行道運算，得 到彈性密度比(8)(6) 將Rd歸一化到縱、橫波速度比的尺度上或利用下式得到速度比參數，formula see original document page 10(9)4sinW上式中，a為縱波速度，)8為橫波速度，Rd為彈性密度比，0為中等入射角度疊加剖面的中心角；(7)利用步驟(5)中得到的橫、縱波速度比)8/a和AI，用以下公式得到與儲層巖性變化和孔隙流體成分密切相關的地震屬性；formula see original document page 10
上式中SI為橫波阻抗，a泊松比，p為密度，X和p分別為拉梅常數和剪切模量；(8)確定儲層巖性及孔隙流體性質。所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是當彈性密度比Rd較低時，地層 巖石為孔隙中含氣或地層為孔隙度較大的疏鬆砂巖；所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是當彈性密度比Rd較高時，地層 為孔隙度較小的泥巖或孔隙中含水；所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是利用橫波阻抗SI、泊松比a、彈 性參數Ap、 w、 A/Ai地層參數進行拉梅常數油氣檢測。本發明有以下效果僅需要近、中角度的地震數據，可用於絕大多數採集條件獲得的地震數 據的疊前反演。僅對近、中角度的地震數據進行疊後反演，其它參數是由彈性密度比與聲波阻抗之間的關係通過道運算獲得，提高了計算效率。可以同時估計多種地層參數，利用估計的彈性密度比不僅可以得到地下 巖性和流體的變化特徵，而且還提供了多分量地震聯合反演、解釋的連接橋 梁。不需要大角度(遠道)的地震疊加數據，可以減小由於射角較大時反射係數近似公式不成立導致的反演結果的不確定性；降低由於入射角估計的偏差、NMO拉伸、處理中振幅不保真、遠道信噪 比低等引起的反演結果的不可靠性；改善由於遠道模式轉換波、多次反射波及有效波相互幹涉造成反演結果 的不穩定性。
圖1為實際縱、橫波及密度測井曲線；圖2.1為聲波阻抗與不同角度彈性阻抗的交會圖；圖2.2為聲波阻抗與不同角度彈性阻抗構建的彈性密度比的交會圖；圖3.1為不同角度彈性阻抗構建的彈性密度比與實際泊松比的對比；圖3.2為不同角度彈性阻抗構建的彈性密度比與實際縱橫波速度比的對比；圖4為用10。的彈性阻抗構建的彈性密度比與聲波阻抗提取的多種地層參 數與理論值的對比。
具體實施方式
本發明實施例具體實施方式
為(1) 利用測井所得的縱、橫波、密度測井資料計算聲波阻抗和中等入射 角的彈性阻抗；(2) 同常規疊前反演類似，對角道集數據進行部分角度疊加；(3) 分別對近、中角度疊加剖面實現過井聲阻抗和彈性阻抗反演；(4) 利用(8)式計算彈性密度比，利用公式(9)計算速度比，或直接 將彈性密度比歸 一化到縱橫波速度比的尺度上；(5) 利用(4)中所得的速度比參數與(3)中得到的聲波阻抗通過道運 算得到多種地層參數；(6) 利用(5)中所得的參數進行油氣檢測。 上述步驟還可得出地震屬性進行綜合儲層預測，首先，彈性密度比Rd和縱、橫波速度比成線性關係。由巖石物理學可知，速度比與地層巖性變化及 孔隙流體成分密切相關，當孔隙中含氣或地層為孔隙度較大的疏鬆砂巖時速 度比比較低，而地層為孔隙度較小的泥巖或空隙中含水時則具有較高的速度 比，因此彈性密度比Rd就直接反映了地層巖性變化和孔隙流體成分。其次，X主要與孔隙流體性質有關，而p與孔隙流體的性質無關僅與巖石 骨架有關，多種地層參數可以進行拉梅常數油氣檢測(Xp卞p-Vp，簡稱LMR， Goodway (1997))。從實施例圖1可見，聲波阻抗與彈性阻抗的交會圖很難區分巖性和孔隙 流體的變化，而彈性密度比與聲波阻抗的交會圖則很容易反映這一變化，即 使在小角度時也能完全區分。圖3中實線為實際地層參數，虛線為估計值，可以看出，彈性密度比與 泊松比及速度比吻合的非常好，相關係數達到0.99。圖4中實線為實際地層參數，虛線為估計值，很明顯，用本發明方法估 計的彈性參數與對應的實際地層參數匹配的很好。
權利要求
1、一種簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步驟包括(1)利用全波列測井進行縱、橫波、密度測井記錄測井資料；(2)利用密度、縱波和橫波資料確定聲波阻抗AI和彈性波阻抗EI，用於步驟4中地震數據反演的低頻模型約束；(3)激發地震波並記錄地震波，按常規地震資料處理流程對記錄的地震資料進行振幅保持處理，形成供振幅隨偏移距變化分析的正常時差校正後的共中心點道集；然後按常規疊前彈性反演數據處理方式將CMP道集變換成角道集並進行部分角度疊加，首先，將角道集中入射角較小的部分道集疊加形成用於步驟4中AI反演的小角度疊加數據，其次，選擇以入射角θ為中心角，將中等入射角的角道集疊加得到用於步驟4中EI反演的中等角度疊加數據；(4)以步驟2中AI和EI為低頻約束，利用常規疊前彈性阻抗反演流程分別對小角度疊加數據及中等入射角的部分疊加數據進行過井測線的AI和EI反演；(5)採用下式對步驟(4)中反演得到的EI和AI數據進行道運算，得到彈性密度比Rd＝EI/AI (8)(6)將Rd歸一化到縱、橫波速度比的尺度上或利用下式得到速度比參數，<![CDATA[ ( ) 2 1- R dcos 4 sin 2 --- ( 9 ) ]]> top= "187" left = "32"/>上式中，α為縱波速度，β為橫波速度，Rd為彈性密度比，θ為中等入射角度疊加剖面的中心角；(7)利用步驟(5)中得到的橫、縱波速度比β/α和AI，用以下公式得到與儲層巖性變化和孔隙流體成分密切相關的地震屬性；SI＝βρ＝(β/α)αρ(10.1)<![CDATA[ = 0.5 (/) 2-1 (/) 2-1 --- ( 10.2 ) ]]>λρ＝(αρ)2-2(βρ)2＝AI2-2SI2(10.3)μρ＝(βρ)2＝SI2 (10.4)<![CDATA[ /= = ( ) 2-2--- ( 10.5 ) ]]>上式中SI為橫波阻抗，σ泊松比，ρ為密度，λ和μ分別為拉梅常數和剪切模量；(8)確定儲層巖性及孔隙流體性質。
2、 根據權利要求1所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步 驟1所述的測井資料利用己有的常規聲波、密度測井得到聲波和密度測井資 料。
3、 根據權利要求1所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步 驟1所述的測井資料中的橫波記錄，通過全波列測井得到或由已知巖石物理 學關係確定。
4、 根據權利要求1所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於歩驟2所述的聲波阻抗AI和彈性波阻抗EI通過下面公式得到formula see original document page 3上式中，a為縱波速度，/3為橫波速度，P為密度，0為縱波入射角， 同步驟3)中中等角度疊加剖面的中心角。
5、根據權利要求1所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步 驟8所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是當彈性密度比Rd較低時，地層巖石為孔隙中含氣或地層為孔隙度較大的疏鬆砂巖。
6、 根據權利要求1所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步 驟8所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是當彈性密度比Rd較高時，地層 為孔隙度較小的泥巖或孔隙中含水。
7、 根據權利要求l所述的簡單的多參數地震反演方法，其特徵在於步 驟8所述的確定儲層巖性及孔隙流體性質是利用橫波阻抗SI、泊松比CJ、彈 性參數Ap、 w、 AAu地層參數進行拉梅常數油氣檢測。
全文摘要
本發明是一種藉助於地震波彈性阻抗來提高常規疊前地震反演的精度和可靠性，進而同時提取多種地層參數的簡單的多參數地震反演方法。步驟是利用全波測井資料；確定聲波阻抗AI和彈性波阻抗EI；將CMP道集變換成角道集並進行部分角度疊加；利用常規疊前彈性阻抗反演流程分別對小角度疊加數據及中等入射角的部分疊加數據進行過井測線的AI和EI反演；對反演得到的EI和AI數據進行道運算，得到彈性密度比和層巖性變化和孔隙流體成分密切相關的地震屬性；確定儲層巖性及孔隙流體性質。本發明僅需要近、中角度的地震數據，其它參數是由彈性密度比與聲波阻抗之間的關係通過道運算獲得，提高了計算效率，可用於絕大多數採集條件獲得的地震數據的疊前反演。
文檔編號G01V1/02GK101329405SQ20071011909
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者孫鵬遠, 李彥鵬 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司