全波形反演正则化方法对比

正则化是缓解反演不适定性、约束解特征的重要方式.Tikhonov正则化、全变分(TV)正则化是全波形反演中常用的两种正则化方法,分别具有压制高波数和保护地层边缘的特点.双参数整形正则化、混合双参数正则化和稀疏结构约束正则化是在二者的基础上发展而来,并具备各 自优势.为系统论证不同正则化方法特点,对五种正则化方法的全波形...     

一种稳健的弹性阻抗反演方法

利用弹性阻抗分解,从弹性阻抗体中可以直接提取与储层性质更为密切的弹性参数体。常规弹性阻抗分解算法是基于最小二乘原理,通过求取弹性阻抗分解矩阵的广义逆提取弹性参数,由于该分解矩阵的条件数较大,导致在含噪声的情况下无法获取稳定的弹性参数。结合贝叶斯定理,引入弹性参数的先验分布,构建弹性阻抗分解的正则化项,从而有效提高了弹性阻抗分解的稳定性;考虑到弹性阻抗分解是个带限过程,并且同一时间采样点的弹性参数之间并非独立不相关,因此引入多变量高斯分布描述弹性参数的自然对数更为合理;最后结合基于低频软约束的叠后反演形成一套弹性阻抗反演的流程。模型试算和实际数据测试验证了该弹性阻抗反演流程具有较强的稳定性和较高的精度。     

大地电磁测深阶段式自适应正则化反演

如何合理确定正则化因子一直是地球物理反演的研究热点和难点。从提高反演稳定性的角度对正则化因子的选择进行考量,是确定正则化因子取值的新思路。此外,以往的正则化反演研究对非线性优化算法的随机性考虑不足。基于此,以Zhdanov提出的自适应算法为框架,提出了一种新的自适应正则化算法,即阶段式自适应算法,按照“阶段”自适应地调整正则化因子。将此方法分别应用于大地电磁测深（MT）的共轭梯度和差分进化算法（DE）反演。模型试验表明该算法可以提高反演的稳定性,在一定程度上降低衰减因子的影响,而且该算法具有同时适用于线性和非线性优化算法的特点。     

大地电磁非线性共轭梯度一维反演

非线性共轭梯度(nonlinear conjugate gradient,NLCG)反演法具有较好的稳定性和反演精度,在二维反演中得到了广泛的应用,但是正则化因子选取困难以及计算量较大等问题限制了其在一维反演中的应用。针对上述问题,结合一维反演实际,提出了一种改进的NLCG优化算法。该算法以Bostick反演结果为初始模型,采用正则化因子自适应迭代调整方案,每次迭代时根据目标函数自动调整正则化因子,无需再对正则化因子进行不断尝试反演;简化了预处理因子和最优步长的计算,用单步线性搜索法代替迭代法求最优步长;对反演结果进行优化并做二次NLCG反演,进一步提高了反演精度,使非线性共轭梯度一维反演算法更高效。通过几个模型算例分析了优化算法的有效性。实际大地电磁数据NLCG反演结果与钻井资料吻合好、精度高;与Occam反演结果相比分层更加清晰,未出现异常高阻层,对地下电性结构的划分更加可靠。     

快速位场反演的双次滤波技术

为了提高位场反演精度，改善解的性质，本文在Ｐａｒｄｅｒ（１９７３）位场反演方法的基础上，发展了一种双次滤波的技术。其中第一次滤波是为了选择正则化滤波器及最佳截止频率，以便保证最大限度压制高频干扰，使反演收敛，并且尽可能保留足够的高频信息。使用第二次滤波主要是改善解的特性。应用此法对民和盆地的一条重力剖面进行界面反演和一条磁力剖面进行视磁化强度反演，并对反演解的性质进行了评价，效果均比较好。     

非均质HTI介质裂缝弱度参数地震散射反演

长波长假设下各向同性地层中发育的垂直排列裂缝可构成等效的具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质。裂缝弱度是重要的非均质各向异性介质特征参数,弹性逆散射理论是非均质介质参数反演的有效途径。基于地震散射理论,首先推导了非均质HTI介质中含裂缝弱度参数的纵波散射系数方程,并通过裂缝弱度的参数组合,提出了一种新颖的HTI介质方位弹性阻抗(AEI)参数化方法。为了提高反演的稳定性和横向连续性,改进了贝叶斯框架下的HTI介质各向异性方位弹性阻抗反演方法,同时考虑了柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化,最终运用非线性迭代重加权最小二乘策略实现了裂缝弱度参数的稳定估算。模型和实际资料处理表明,反演结果与测井解释数据相吻合,证明利用该方法能稳定可靠地从方位地震资料中反演得到裂缝弱度参数。     

基于L1-2正则化的地震波阻抗“块”反演

波阻抗反演技术已经相当成熟,但仍然存在反问题的不适定性、反演的分辨率低以及对地层边界刻画不清晰等问题。为此,提出基于L_1-2正则化的地震波阻抗“块”反演方法。在前人的基础上,将L_1-2正则化引入基于模型的波阻抗反演,通过借鉴全变分正则化的思想,利用叠后地震数据直接获得波阻抗反演结果。首先,推导线性化的波阻抗正演近似公式并分析精度;然后,基于贝叶斯理论,引入L_1-2正则化构建波阻抗反演的目标函数,利用迭代重加权最小二乘算法求解目标函数,获得波阻抗反演结果。由于波阻抗反演为单道反演算法,反演多道数据时道与道之间会产生空间不连续现象,因此对反演结果执行f-x域空间预测滤波改善由噪声和单道反演算法带来的空间不连续性。相关系数的定量对比证明了基于L_1-2范数的反演结果优于基于L₁范数和L₂范数。合成数据和实际资料反演验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于双项约束的弹性阻抗分解方法研究

当存在噪声时,常规弹性阻抗分解算法不稳定,借助贝叶斯理论引入模型参数的先验分布作为弹性参数提取过程的正则化项,可以有效降低其不适定性。联合一阶差分矩阵和三变量柯西分布构建更为合理的稀疏约束项,使得三参数反射率"尖脉冲化",提高了层分界面的识别能力;与此同时,引入低频软约束项,可以有效降低弹性参数剖面的"门帘"现象,提高了其横向连续性和光滑度。模型试算和实际数据测试验证了基于双项约束的弹性阻抗分解方法具有较好的稳定性和精度。     

基于蚁群算法的Tikhonov正则参数优化计算

正则化方法是求解不适定问题的最有效方法之一,在科学和工程技术领域被广泛应用,而正则参数的选取是实施这一方法的关键。在分析了Tikhonov正则化原理的基础上,研究了Tikhonov正则化方法中的正则参数求解问题,分别以广义交叉准则(GCV)、L曲线准则和Engl误差极小化准则来构建目标函数,把正则参数的求解问题转化为非线性优化问题,并采用鲁棒性强、收敛速度快的蚁群算法对目标函数在解空间进行全局寻优,以最大的概率获得正则参数的最优值。以第一类Fredholm积分方程为例进行了数值试验,数值模拟结果表明该方法是寻求最优正则解的一条有效途径。     

基于支持向量机的非线性弹性阻抗反演方法

常规弹性阻抗反演是由Zoeppritz方程近似式组建线性方程组并求解,但是弹性阻抗与弹性参数是一种完全非线性关系。本文把支持向量机方法引入弹性阻抗反演过程中,提出一种新的非线性弹性阻抗反演方法：①在基于精确Zoeppritz方程正演角道集基础上生成部分叠加剖面并求取弹性阻抗;②运用支持向量机方法训练弹性阻抗与弹性参数的非线性关系;③由此非线性关系反演弹性参数。将该方法用于模型数据和实际资料,反演结果表明支持向量机的非线性弹性阻抗反演保持了常规弹性阻抗反演稳定性的同时提高了弹性参数的反演精度,且克服了常规波阻抗反演解决不了的远炮检距数据或弹性参数纵向变化大等缺陷。     

玛湖凹陷风城组页岩油地质工程甜点地震预测方法及应用

为了进一步加快准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组页岩油勘探开发进程,寻找页岩油赋存的甜点区。在明确地质甜点以岩性为主控因素,工程甜点以脆性指数和水平主应力差为主控因素的基础上,建立了基于叠前同时反演的地质工程甜点地震预测方法。在地质甜点方面,通过岩心、实验、钻井、测井等资料,明确了页岩油甜点优势岩性为白云质粉砂岩,优选出优势岩性敏感弹性参数,利用叠前同时反演和岩相概率分析技术,预测白云质粉砂岩的分布范围;在工程甜点方面,将叠前同时反演获得的杨氏模量和泊松比,通过Rickman脆性指数法和组合弹簧模型分别得到研究区脆性指数体和地应力体。预测结果与钻井实测结果相吻合,证实了地质工程甜点预测的准确性,可供其他地区页岩油气勘探参考。     

波形驱动下多参数约束高分辨率反演方法——以四川盆地渝西地区龙马溪组页岩气为例

基于叠后地震波形指示反演在薄储层预测方面的优势，以及叠前弹性参数较叠后弹性参数信息更丰富、对储层的敏感性更高的特点，根据岩石物理资料，应用地震驱动+储层构型约束的高精度叠前随机反演方法，探寻定量表征优质薄页岩的技术，以期为深层页岩气地质甜点预测提供技术支撑。首先，基于道集波形相似性、AVO特征和空间距离的三变量优选方法提取结构相似的井数据作为空间估值样本，然后建立待判别道集初始模型；其次，以统计的弹性阻抗作为先验信息，应用“基于叠前道集特征指示的马尔科夫链-蒙特卡洛随机模拟算法”进行叠前地震波形指示反演，最终得到高精度的叠前弹性参数反演成果。实际应用表明，应用所提方法有效预测了龙一段一亚段1-2小层优质页岩厚度，基于特征参数的井震高频模拟精确模拟了龙一段一亚段1-2小层地质甜点参数，为页岩气勘探提供了技术支撑。     

致密地层岩石脆性指数的测井优化建模

脆性评价是页岩油气、致密油气等非常规油气藏的大型压裂、开发等储层改造工程中的关键工作。根据岩石力学、动态弹性参数和岩石物理、X-射线衍射、地球化学等资料,分析了国内外几种常用脆性指数之间的相互关系,研究了弹性参数法脆性指数与岩石矿物组分及含量的关系,明确了矿物及组分对脆性的影响并应用多元回归法建立了基于权重矿物组分的脆性指数模型。构建新的岩石物理体积模型,应用最优化测井方法得到岩石的矿物和孔隙含量,实现了基于常规测井资料的脆性指数精确计算。研究表明:岩石脆性指数与矿物组分及含量有关,不同区块、不同地层的矿物具有不同的脆性特征;该工区方解石是使岩石脆性增强和裂缝产生的主要矿物,有机碳、黏土、石英和斜长石是降低脆性的重要矿物;基于常规测井资料的优化计算所得岩石组分及含量与实验数据一致性高;将处理结果与矿物组分模型相结合得到的脆性指数与弹性参数法脆性指数基本一致,为无横波资料井的岩石脆性评价奠定了基础。     

Seismic fluid identification using a nonlinear elastic impedance inversion method based on a fast Markov chain Monte Carlo method

Elastic impedance inversion with high efficiency and high stability has become one of the main directions of seismic pre-stack inversion. The nonlinear elastic impedance inversion method based on a fast Markov chain Monte Carlo (MCMC) method is proposed in this paper, combining conventional MCMC method based on global optimization with a preconditioned conjugate gradient (PCG) algorithm based on local optimization, so this method does not depend strongly on the initial model. It converges to the global optimum quickly and efficiently on the condition that efficiency and stability of inversion are both taken into consideration at the same time. The test data verify the feasibility and robustness of the method, and based on this method, we extract the effective pore-fluid bulk modulus, which is applied to reservoir fluid identification and detection, and consequently, a better result has been achieved.     

涪陵页岩气田焦石坝区块页岩脆性指数地震定量预测

为了确定四川盆地涪陵页岩气田焦石坝地区页岩储层相对高脆性层段及压裂有利区,研发了适应于复杂构造应力环境的多参量页岩脆性指数的地震定量预测技术。首先通过对构造、岩石矿物组分、岩心裂缝发育程度、测井、地震等资料的综合分析,明确了构造挤压应力对岩石脆性特征的影响作用;然后在Rickman公式的基础上,引入反映横向剪切应力—应变作用的剪切模量,构建了基于杨氏模量、泊松比、剪切模量×密度的新脆性指数预测模型;最后结合基于矿物组分的弹性岩矿脆性指数法可精确计算全井段脆性指数的优势,形成了适应复杂构造应力环境的多参量页岩脆性指数定量预测技术。应用效果表明:(1)利用该技术预测的结果与未参与建模探井的脆性指数计算结果吻合较好,相对误差在4%以内,证明该技术是可靠的;(2)焦石坝地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组优质页岩的脆性指数具有自上而下逐渐增高的趋势且横向上分布稳定,其中五峰组—龙马溪组一段一亚段的脆性指数为最高,是水平井穿行与压裂的最有利层段。     

四川盆地元坝地区大安寨段页岩气“甜点”地震预测

页岩储层的埋深、厚度、有机碳含量、脆性、裂缝发育带等是评价页岩气"甜点"的主要地质指标。为此,以四川盆地元坝地区下侏罗统大安寨段二亚段为研究对象,根据页岩气地质评价标准,在地震资料特殊处理及多种资料综合分析的基础上,提出了一套页岩气"甜点"的地震预测技术。首先,通过合成记录精细标定页岩储层位置,确定优质泥页岩的测井及地震响应特征,结合地震相分析,落实泥页岩的宏观展布;然后,利用地震波阻抗反演和GR反演技术去"灰、砂找泥",在有机碳含量等敏感参数统计分析的基础上,通过铀曲线反演技术进行页岩储层有机碳含量及优质泥页岩厚度的定量预测;再利用裂缝预测技术预测优质页岩储层高产富集区;最后利用叠前纵、横波阻抗联合反演技术预测高脆性指数发育区,开展优质页岩储层压裂品质区的预测。通过以上地震预测技术,落实了元坝地区大安寨段二亚段页岩气"甜点"的勘探区域,为优化页岩气定向水平钻井和储层压裂改造的部署提供了依据。     

川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征

脆性是页岩气储层地质评价的重要内容。以露头和钻井资料为基础,提出基于“石英、白云石和黄铁矿”3种矿物的脆性指数计算方法,并结合弹性参数脆性指数法对川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征进行了定量评价;在此基础上着重分析了脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性;应用“矿物三端元+沉积微相”法,在有利岩相研究的基础上,综合页岩脆性特征对研究区“甜点层”进行了进一步的优选。结果表明：研究区五峰组—龙马溪组底部厚度约30~40m的页岩段脆性最好,矿物脆性指数达50%~75%,杨氏模量平均为37.84GPa,泊松比平均为0.19,弹性参数脆性指数平均为61%,且自下而上脆性变差;脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性显著,反映了沉积环境对页岩脆性特征的重要影响;长宁地区的“甜点层”为深水陆棚发育的硅质页岩相和钙质硅质混合页岩相,平均脆性指数大于50%,平均有机碳含量大于3%,分布于五峰组至鲁丹阶中下部,累计厚度约为42m。     

带约束的一维时频电磁联合反演研究

利用时频电磁资料可同时获取时间域及频率域电磁信息。相比单一时间域或频率域电磁信号,综合利用时频电磁信息可明显提高电性反演精度。为获得精细地电模型,基于正则化反演方法,融合数据约束、模型约束及步长约束,提出一种一维自适应时频电磁联合反演算法。该算法对时间域和频率域数据平衡因子及正则化因子采用自适应调整方案,同时将模型参数搜索范围约束与WOLFE准则相结合,在限制参数搜索范围的同时约束迭代步长,确保反演的稳定性和精度。使用经典层状模型、含噪声的页岩气地电模型及实测数据对该反演方法进行测试与分析,结果表明带约束的时频电磁联合反演方法可有效提高复杂模型电阻率反演的分辨率,对提高时频电磁方法油气藏识别精度具有实际意义。     

页岩力学参数测试及脆性各向异性研究

天然页岩层理结构发育,不同方向力学特征差异显著,并且不同方向断裂前出现的弹性变形及破坏特征也有明显不同,使得页岩的脆性表现出各向异性特征。文中通过声波各向异性试验标定了天然岩心的水平主应力方向,开展不同取样方向页岩岩样的力学参数测试,对比不同层理角度以及不同主应力方向页岩力学参数的差异,分析了不同方向页岩的脆性破坏特征;推导了各向异性脆性指数B_(1θ)的理论公式,通过分析对比理论计算的B_(1θ)与试验测试的脆性指数B_1,证实天然页岩脆性特征具有显著各向异性;以强度参数计算了不同方向脆性指数B_2,与岩样破坏特征进行对比分析,表明以往研究应用拉压比直接表征页岩脆性具有一定的局限性。文中计算页岩不同方向脆性指数的方法,为改进现有页岩脆性评价方法提供了新的思路。