基于Zoeppritz方程的叠前和叠后混合多参数非线性地震反演

目前通过Shuey近似式或Gray近似式及基追踪理论反演泊松比,或依据叠前反演获得的纵、横波速度计算纵横波速度比,但不可避免地降低了参数反演精度。为此,尝试通过精确的Zoeppritz方程直接反演纵横波速度比或泊松比。基于垂直入射反射系数和精确Zoeppritz方程的褶积模型,结合边界保护正则化建立叠前和叠后地震反演的目标函数,以降低反演不适定性的不利影响,并使用快速模拟退火算法进行全局非线性优化。由于多参数之间的量级差异以及多参数同步随机搜索增大了不确定性,在反演时通过在改进Fatti方程中引入密度与纵波速度、横波速度与纵波速度两个拟合式提高反演精度与稳定性。实际资料反演结果表明：精确Zoeppritz方程直接反演纵横波速度比的精度明显高于间接反演,各参数反演结果与测井数据基本吻合;叠后反演获得的纵波速度和密度精度较高,叠前反演获得的纵横波速度比的精度高于叠后反演,18°~24°角度道集的反演效果好于3°~9°和33°~39°角度道集。     

黏弹性介质叠前地震反演方法

前人只是从理论上分析了黏弹性介质中各种波的传播特征和衰减特征,并未对黏弹性介质精确的Zoeppritz方程进行近似,无法用于实际反演;沈章洪等以完全弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似方程,由于该近似方程的实部为完全弹性项,虚部为黏弹性项,因此也无法用于实际资料。为此,本文以黏弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似公式,以此为基础,基于贝叶斯理论的叠前地震反演,将纵横波速度、密度的反演推广到纵横波速度、密度和地层品质因子(Q值)的联合反演,建立了黏弹性介质近似方程,再根据贝叶斯理论建立反演方程,最终利用共轭梯度法对方程进行求解,得到纵横波速度、密度和地层Q值。模型试算与实例分析结果表明,根据联合反演所得的纵横波速度、密度和Q值进行储层描述,可提高储层预测精度。     

横向约束分步叠前弹性参数反演

针对部分实际地震资料信噪比分辨率不高、PP波反演结果不稳定、反演过程不适定等问题,提出了横向约束分步叠前弹性参数反演方法。首先利用Stewart的PP波和PS波反射系数近似式得到纵、横波速度信息;然后将获得的纵、横波速度作为已知背景项代入传统的Aki-Richards PP波三参数反射系数近似式,并在卡尔曼横向约束下进行AVO反演获得密度信息。理论分析及模型测试结果表明,横向约束分步叠前弹性参数反演改善了三参数AVO反演不稳定的问题,在一定程度上压制了噪声,提高了密度等参数的反演精度。实际资料测试结果表明,在纵、横波角道集同相轴匹配一致的前提下,横向约束分步叠前弹性参数反演能获得较好的应用效果,反演的密度和纵波速度剖面很好地反映了储层特征。     

多波叠前联合反演方法

叠前参数较好地弥补了叠后参数信息模糊和多解性强的弱点,若同时对转换波的叠前信息进行解释,将增强解释成果的可靠性。多波叠前联合反演同时使用纵波和横波数据的AVO信息,通过近似处理,将反问题简化为线性问题,进行纵横波速度、密度和阻抗比值参数反演。对常用的3种方法进行了对比分析,归纳了其适用条件,通过实验,数值上验证了纵波信息比横波信息反演精度更高,密度信息误差最大;大角度的AVO观测数据、大的上下层差异更有利于反演;指出了Fatti近似公式能稳定地获取阻抗信息。实际资料试算表明方法是可行的。     

基于逆算子估计的高阶AVO非线性反演

Zoeppritz方程线性近似式已被广泛应用于AVO反演方法研究中,但在界面差异明显时线性近似式难以满足精度要求,而高阶非线性近似式有助于解决此类问题。鉴于大多数优化算法并不太适用于求解非线性反演问题,本文提出一种新的AVO非线性反演方法：利用逆算子估计算法求解AVO反演问题,其直接求逆的思路有别于传统优化类反演算法的搜索方式,多解性显著减弱;应用Zoeppritz方程高阶近似式建立反演目标函数,提高了界面两侧差异明显时线性近似精度,还兼顾了纵横波速度比对AVO反演的影响。模型试算得知反演结果与模型值相符;实际应用结果表明,三参数反演结果与地震、测井信息吻合较好。这套基于逆算子估计的AVO反演方法具有较强的稳定性和可靠性,运用高阶近似式及选取合适的纵横波速度比是确保反演结果具有高精度的关键。     

各向异性介质三维纵横波联合叠前反演方法及应用

 为了提高储层预测精度,本文利用三维三分量资料及前期处理结果,以各向异性(TI)介质弹性波传播理论为基础,研究了多波精确振幅特征方程,进而推出三维各向异性介质纵横波联合叠前岩性参数反演方法。该方法利用叠前NMO道集,将5个岩性参数在同一方程联合求解,可同时获得5个反演参数。为保持反演参数的独立性,可直接反演地层纵波速度、横波速度、密度及另两个各向异性系数,进而计算出地层的弹性参数、弹性阻抗(EI)及弹性阻抗梯度(EIG)等共13个岩性、弹性参数,用于对岩性及流体的识别和描述。文中采用的纵横波联合叠前反演方法可提高反演的可靠性和精度,经实际三维多波地震数据处理证明了方法的适用性。     

时移地震AVO反演在油藏定量解释中的应用

时移地震叠前资料包含重要的振幅随偏移距变化(AVO)信息,能用于区分不同油藏参数变化及进行油藏定量解释。依据油田实际情况,确定适合计算疏松砂岩纵、横波速度和密度的岩石物理模型,并依据该模型通过求解精确Zoeppritz方程来正演模拟油藏含油饱和度与有效压力变化时的地震AVO响应,分析了利用时移地震AVO反演区分油藏参数变化、实现油藏定量解释的可行性。根据Aki和Richards的简化AVO方程,详细推导了利用岩石物性与地震属性的近似关系进行时移地震AVO反演的计算公式。试验结果表明,在S油田进行时移地震AVO反演是可行的,推导的时移地震AVO反演计算方法能有效地分离油藏含油饱和度和有效压力的变化,真正实现对油藏的定量解释。     

应用Lp拟范数稀疏约束的纵横波速比直接反演

纵横波速比(v_P/v_S)是识别气藏、描述储层特征和判别岩性的重要解释工具。目前主要是通过反射系数近似方程反演得到纵、横波速度,再进一步计算纵横波速比,但是这种间接计算方法会产生累积误差。为了直接从叠前地震数据反演纵横波速比,文中提出了一种新的广义弹性阻抗方程,再进一步推导出一个与纵横波速比、纵波速度、密度相关的纵波反射系数近似方程。为了得到精度较高的反演结果,基于推导出的反射系数近似方程,提出一种基于L_p拟范数稀疏约束的叠前地震反演方法,并通过交替方向乘子算法求解。将提出的直接反演方法应用于理论模型和实际数据,并与间接反演方法相对比,结果表明该直接反演方法的反演结果精度较高,对含气储层的边界刻画更清晰。     

多波联合反演研究进展

纵波和横波虽然同为地震弹性波,但是动力学特征差异显著。与地震纵波相比,地震横波对地下介质的横波速度和密度更为敏感,因此联合反演地震纵波和横波有助于更好地估算速度和密度参数,提高储层描述和流体检测的精度。回顾了多波联合反演的发展历程,其中纵横波旅行时反演具有较高的计算效率,但由于反演结果精度有限,难以直接用于油气检测;多波AVO反演利用地震波振幅信息反演多个弹性参数,有效提升了横波速度、横波阻抗、密度等参数的反演精度。大量实际应用结果表明,多波联合反演为提高储层定量化预测精度提供了有效途径,而多波数据匹配是保证多波联合反演结果可靠性的重要基础。继续发展深度域反演技术、智能化反演算法将有助于推动多波联合反演的应用。近年来横波可控震源技术的快速发展,极大地提升了纯横波地震数据的品质。最新现场试验结果表明,纯横波地震数据已具备与纵波地震数据相当的品质,并在实际生产中显示出较好的应用前景:SH-SH波可用于疏松砂岩气云区的高精度成像,SV-SV波可用于准确、可靠的高分辨率密度反演。因此基于横波震源的九分量地震勘探将是未来多波勘探技术的重要发展方向,需要进一步提升和完善对地震横波响应特征的认识,明确横波与纵波的动力学特征差异,为地震纵、横波油气直接检测提供重要的理论依据和方法支持。     

基于横纵波速度比值迭代的纵横波联合反演方法

在利用弹性阻抗EI反演纵、横波速度和密度时,若无速度信息,通常设定横纵波速度比k为常数,从而与真实的k值存在误差,将导致反演结果不准确。进一步研究发现,当缺乏大入射角信息时单独基于EI反演纵、横波速度和密度,反演结果易受噪声影响而很不稳定。为此,利用参数分辨矩阵分析了k值对反演结果的影响,发现纵波速度和密度几乎不受k值误差的影响,横波速度对k值的变化十分敏感。基于此提出了非线性k值迭代方法,通过逐次迭代求取准确的k值,相应得到准确的横波速度,进而基于Aki-Richards转换横波反射系数近似方程推导了转换横波弹性阻抗(SEI)方程,提出了基于k值迭代的纵横波联合反演方法。利用层状模型和Marmous 2的部分模型测试了上述方法,结果表明该方法能使k值较快地收敛到真实值,可更加稳定地反演纵、横波速度和密度。     

层状介质AVO叠前反演

本文基于贝叶斯理论的框架,联合应用似然函数及先验随机约束信息进行AVO地震参数反演,所获取的反演参数是后验概率分布函数(PPDF)的最可能解。在反演中,假定噪声及模型参数是高斯分布的,采用岩石物理的研究方法及结果建立模型参数协方差矩阵以约束反演。反演采用非线性迭代的方法,不依赖初始模型的选择,反演的速度较快,适合于叠前AVO反演。在忽略了地震数据的带限特性所引起的动校正拉伸及调谐效应的影响后,对合成记录及实际资料进行AVO反演,得到了P波阻抗反射系数、S波阻抗反射系数及密度反射系数,进而计算其他岩性参数,为识别孔隙流体性质提供了新的手段。     

Zoeppritz-based AVO inversion using an improved Markov chain Monte Carlo method

The conventional Markov chain Monte Carlo (MCMC) method is limited to the selected shape and size of proposal distribution and is not easy to start when the initial proposal distribution is far away from the target distribution. To overcome these drawbacks of the conventional MCMC method, two useful improvements in MCMC method, adaptive Metropolis (AM) algorithm and delayed rejection (DR) algorithm, are attempted to be combined. The AM algorithm aims at adapting the proposal distribution by using the generated estimators, and the DR algorithm aims at enhancing the efficiency of the improved MCMC method. Based on the improved MCMC method, a Bayesian amplitude versus offset (AVO) inversion method on the basis of the exact Zoeppritz equation has been developed, with which the P- and S-wave velocities and the density can be obtained directly, and the uncertainty of AVO inversion results has been estimated as well. The study based on the logging data and the seismic data demonstrates the feasibility and robustness of the method and shows that all three parameters are well retrieved. So the exact Zoeppritz-based nonlinear inversion method by using the improved MCMC is not only suitable for reservoirs with strong-contrast interfaces and longoffset ranges but also it is more stable, accurate and antinoise.     

叠前联合反演P波阻抗和S波阻抗的研究及应用

隐蔽油气藏勘探越来越引起业界的广泛重视，地震资料叠前数据的分析应用成为热点。本文在AVO分析和地震波阻抗反演研究的基础上，分析了Fatti—AVO方程和稀疏尖脉冲反演的原理，对叠前多个角道集数据体实施联合约束稀疏尖脉冲反演，可同时得到P波阻抗、S波阻抗和密度三个数据体。与P波阻抗相比，S波阻抗更能反映岩性和流体。在此基础上提取岩石弹性组合属性参数，再结合AVO属性参数联合用于精细储层描述，可提高识别岩性和流体的精度。在鄂尔多斯地区的实际应用表明，该方法可为识别隐蔽性岩性油气藏提供技术支持。     

混合概率模型驱动的叠前地震反演方法

叠前地震反演是获取复杂油气储层弹性参数、岩性及含流体性质的主要途径。常规的叠前地震反演往往将“弹性参数”、“离散岩性”和“流体因子”三者独立预测,通常忽视了储层岩性差异对弹性参数的影响,由此引入的先验信息误差会严重影响弹性参数、离散岩性及流体指示因子预测的精度。为此,考虑待反演模型参数的先验概率服从混合型概率密度分布,基于贝叶斯框架推导了由时域、频域地震、低频整合先验信息及已知模型数据点四类数据集协同约束的后验混合概率分布的显式解,将非线性边界约束算法引入叠前地震弹性参数反演中,缓解了模型反演出现不稳定解的问题;利用序贯模拟算法对后验概率密度函数随机采样,且对不同后验概率分量的模拟结果进行分类,发展了对地层连续“弹性参数”、“离散岩性”及储层“流体因子”的叠前地震同步预测方法。理论测试和实际应用验证了该方法在岩性预测和储层孔隙流体识别中的有效性和实用性。     

基于纵横波同步联合的孔隙模量三参数AVO反演方法

等效流体体积模量是一种较为敏感的流体指示因子,在复杂储层的含油气识别中具有重要意义,但仅利用纵波资料AVO反演Gassmann流体因子进行流体识别时存在精度低、多解性强,边界刻画不清晰等问题,制约了其在流体识别中的应用。依据双相介质岩石物理模型,首先推导了新的由等效流体体积模量、岩石骨架剪切模量和孔隙度组成的PP波和PS波Zoeppritz线性近似方程,然后结合PP波和PS波数据,在贝叶斯理论和柯西先验分布约束下进行同步联合反演。Marmousi2油藏模型测试结果表明：与仅利用PP波的反演方法相比,基于独立PP波与PS波的同步联合反演方法更加稳定,反演精度更高,地质体边界特征刻画也更清晰,A油田实例工区应用进一步证明了该方法的可行性与鲁棒性。本文提出的纵横波同步联合反演方法对提高储层流体识别有一定的可借鉴性。     

层状半空间地震数据的弹性波方程反演

由于叠前地震数据同时含有丰富的纵波和横波信息，而且这些信息与岩性密切相关，因此根据叠前数据的反演可以得到比常规叠后波阻抗反演更丰富、更有效的岩性信息。由于层状弹性半空间的地震波传播规律具备模拟AVO分析的条件，所以可采用一种基于弹性波波动方程的方法来合成叠前记录。文中推导了球面波在层状半空间形成的反射公式，此式包含了波前扩散效应、层状地层的横波反射及自由表面的反射，以此正演模拟算法为基础，建立了一套叠前弹性波方程反演方法，其中反演问题的求解用遗传算法完成。为了能有效地搜索到最佳地层参数，遗传算法的具体实现完全依照叠前反演这一特定的多参数非线性优化问题而设计。由叠前弹性波反演得到的纵横波速度和密度可用来计算泊松比、弹性模量等岩石物性参数，为识别储层孔隙中的流体性质提供了新手段。     

双平方根方程谐波分解法提取角度道集及AVO反演

AVO反演的精度取决于所用振幅是否准确．叠前偏移可以使振幅归位同时校正非均质地层引起的振幅畸变,通过叠前偏移改善AVO反演的精度已成为新的研究热点。研究综合了保幅偏移、角度道集提取以及AVO反演等前人的工作。对基于双平方根方程的谐波分解法进行了改善,获得了更高精度的角度道集。通过模型数据与实际数据试算验证了方法的可行性。     

基于佐普里兹方程的高精度叠前反演方法

本文利用佐普里兹方程及其近似公式计算了四类具典型AVO特征地层模型的反射系数曲线,计算结果表明:在小角度(小于30°)入射时,利用Aki-Richards、Shuey近似公式计算的反射系数精度较高,与佐普里兹方程计算的反射系数非常接近;当入射角大于30°时,利用近似公式计算的反射系数与佐普里兹方程计算的反射系数的差别较大。为此,本文提出了直接利用佐普里兹方程进行叠前反演,并通过引入广义线性反演理论和贝叶斯方法详细推导了叠前反演算法。理论模型试算结果表明,基于佐普里兹方程的叠前反演能够获得精度较高的反演结果。     

浅层河流相天然气藏预测技术

本文针对浅层亮点及非亮点天然气藏,从形成机理出发,进行了岩石物理分析、频谱衰减、叠前AVO技术及叠前敏感参数反演等预测技术研究。结果表明:1对于浅层储层与围岩波阻抗差异较大的亮点气藏,单纯应用亮点技术识别具有多解性,需要结合分频技术、吸收衰减及叠前AVO等技术剔除水层、火成岩等造成的假亮点,可提高亮点气藏的识别精度。2非亮点气藏储层孔隙度较低,与围岩为互层结构时,受常规地震资料分辨率的限制及调谐干涉的影响,在叠后地震资料上难以分辨;通过岩石物理分析优选出流体体积压缩系数等敏感参数,应用叠前弹性参数反演技术进行识别具有较好的效果。     

叠前同时反演方法在流体识别中的应用

基于多角度道集和多尺度信息约束的叠前同时反演方法是利用多个角度的叠加数据体,将叠后波阻抗和叠前AVO属性整合到反演流程中,并将地震、测井、地质(包括构造倾角)等多尺度信息作为软约束条件参与反演的方法。应用迭代算法,同时反演出与岩性和含油气性相关的纵波阻抗、横波阻抗和密度等多种弹性参数,综合判别储层物性和含油气性,降低单纯利用纵波弹性阻抗反演的非唯一性,增强反演结果的稳定性和可靠性。综合利用颜色编码交会分析和三维可视化技术对众多叠前同时反演属性三维数据体在剖面和空间上进行解释,提高了对弹性反演属性的解释能力。将该反演方法和技术思路应用于新疆某油田M地区,优选Xu-White模型估算S波时差曲线,对4个不同角度的叠加数据体进行了叠前同时反演,使用AVO颜色编码交会分析技术预测了工区中砂岩和含油气性分布。结果表明,利用该方法能有效识别储层和流体。