叠前地震反演技术(西南石油学院)

2
4 5
叠前属性反演 弹性阻抗反演
一、叠前反演技术研究现状
Aki近似(1980) (1980)； 1. Aki-Richards 近似(1980)； －密度与速度 近似(1985),首次提出了反射系数的 2. Shuey近似(1985),首次提出了反射系数的AVO 截距、梯 Shuey近似(1985),首次提出了反射系数的AVO 截距、 度的概念， 其研究奠定了AVO处理的基础，并使AVO技术 度的概念， 其研究奠定了AVO处理的基础，并使AVO技术 AVO处理的基础 AVO 开始成为一项实用的地震技术; 开始成为一项实用的地震技术; －泊松比 Smith和Gidlow(1987)提出的CMP道集的加权叠加AVO反演 提出的CMP道集的加权叠加AVO 3. Smith和Gidlow(1987)提出的CMP道集的加权叠加AVO反演 方法，引入流体因子概念，提出近似公式; 方法，引入流体因子概念，提出近似公式; Mallick(1993)提出用射线参数表示反射系数的近似 提出用射线参数表示反射系数的近似； 4. Mallick(1993)提出用射线参数表示反射系数的近似； 郑晓东、杨绍国(1991 1994)幂级数展开法近似 (1991\ 幂级数展开法近似； 5. 郑晓东、杨绍国(1991\1994)幂级数展开法近似； Fatti(1994)提出相对波阻抗近似 6. Fatti(1994)提出相对波阻抗近似 ; Goodway(1997)拉梅常数(λμ/λρ)分析 拉梅常数(λμ/λρ)分析， 7. Goodway(1997)拉梅常数(λμ/λρ)分析，突出了弹性 参量对碳烃化合物的敏感程度 。
泊松比(σ) ——
介质横向应变与纵向应变之比(与纵横波速度比有关 ； 介质横向应变与纵向应变之比 与纵横波速度比有关)； 与纵横波速度比有关
拉梅系数(λµ) 、体积模量(k) ——
λ—抗压缩性，µ—刚性 (剪切模量 ；k—抗压缩性 抗压缩性， 剪切模量) 抗压缩性 刚性 剪切模量 抗压缩性
密度(ρ) ——
反映岩性与流体的基本性质； 反映岩性与流体的基本性质；
叠后
波阻抗 动 运 振幅属性 力 动 频率属性 相干属性
学 学
储 层 预 测
构 造 解 释
叠加 方式
弹性阻抗
性 石 泊松比 参 物 拉梅系数 数 理 体积模量 密度 性
岩 纵、弹 横波速度
流 体 检 测
岩 性 解 释
叠前
……
1
叠前反演技术研究现状 AVO技术 AVO技术 3 叠前纵横波联合反演
二、AVO分析技术 分析技术
AVO分析技术
——振幅随偏移距变化 振幅随偏移距变化(Amplitude Versus Offset，AVO)。 振幅随偏移距变化 ， 。
R(θ ) = A+ Bsin2 θ +Csin
2
θ tan2 θ
AVO
Time
Offset
AVO
+A
+B sin2θ
-A
AVO
-B
R(θ ) = RP +Gsin2 θ +Csin2 θ tan2 θ
1 ∆VP ∆ρ where : RP = + , 2 VP ρ
G= V ∆VS V ∆ρ 1 ∆VP − 4 S − 2 S 2 VP VP VS VP ρ
2 2
•
•
1 ∆VP C= . 2 VP
AVO - 含气砂岩 (模型 B)顶部
0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0
AVO - 含气砂岩 (模型 B)底部
AVO
10 15 20 25 30 35 40 45 Angle (degrees) R (All three terms) R (First two terms)
二、AVO分析技术 分析技术
AVO分析技术
AVO AVO AVO
(a) 模型 的P波、密度测井曲线和合成记录 模型B的 波
(b) 模型 的S波、密度测井曲线和合成记录 模型B的 波
二、AVO分析技术 分析技术
AVO分析技术
Amplitude
Amplitude
AVO
0.000 -0.050 -0.100 -0.150 -0.200 -0.250 0 5
• 第一项是零偏移距反射 系数的线性项 ，因此只 是密度和 P 波速度的函 数。 第二项是梯度乘以 sin2θ ，作为偏移距的 函数对振幅变化有最大 函数对振幅变化有最大 的影响。 的影响。它依赖于 P 波 速度、 速度、S 波速度和密度 的变化。 的变化。 第三项称为曲率项， 第三项称为曲率项，只 波速度变化有关。 与 P 波速度变化有关。 它以 tan2 θ*sin2θ 作为 乘积因子， 乘积因子，因此对低于 30度角的振幅影响很小。 度角的振幅影响很小。 度角的振幅影响很小
叠加方式波阻抗振幅属性频率属性相干属性弹性阻抗纵横波速度泊松比拉梅系数体积模量密度叠前纵横波联合反演叠前纵横波联合反演avoavo技术技术弹性阻抗反演弹性阻抗反演叠前属性反演叠前属性反演叠前反演技术研究现状叠前反演技术研究现状1akirichards近似1980
彭真明 zmpeng@
电子科技大学 二○○六年四月十四日 ○○六年四月十四日
1.叠前与叠后:
炸药震源 检波器
中心点（ 中心点（CMP） ）
2.正演与反演: —— 正演理论是根据某一些一般原理或模型，以及一系列与所 正演理论是根据某一些一般原理或模型，
处理的问题有关的已知具体条件来预测观测结果（预测数据）的方法。 处理的问题有关的已知具体条件来预测观测结果（预测数据）的方法。
一、叠前反演技术研究现状
Ostrander(1984)首次利用实际资料 首次利用实际资料建立含油气 1. Ostrander(1984)首次利用实际资料建立含油气 砂岩与页岩AVO模型； AVO模型 砂岩与页岩AVO模型； Smith和Gidlow(1987)引入流体因子; 引入流体因子 2. Smith和Gidlow(1987)引入流体因子; Hilterman(1980s中期 提出AVO交会图分析； 中期) AVO交会图分析 3. Hilterman(1980s中期)提出AVO交会图分析； Rutherford/Williams(1989)建立含气砂岩模型 建立含气砂岩模型， 4. Rutherford/Williams(1989)建立含气砂岩模型， 并把AVO异常分为3 AVO异常分为 并把AVO异常分为3类; Castagna , Smith(1994) 增加一类； 增加一类； Fatti(1994)提出 提出相对波阻抗近似 5. Fatti(1994)提出相对波阻抗近似 ; LMR分析 Goodway(1997)LMR分析， 6. Goodway(1997)LMR分析，突出了弹性参量对反射 振幅的影响 ; Connolly(1999)弹性波阻抗(EI)概念 弹性波阻抗(EI)概念。 7. Connolly(1999)弹性波阻抗(EI)概念。
——波动方程模型 波动方程模型
（1）声波波动方程理论 ） （2）弹性波动方程理论 ） （3）粘弹性波动方程理论 ）
地震反演:
—— 在地震反演中，观测数据一般是指原始地震资料，模型参 在地震反演中，观测数据一般是指原始地震资料，
数一般是指构造或岩性特征，诸如波阻抗、速度、密度、泊松比、 数一般是指构造或岩性特征，诸如波阻抗、速度、密度、泊松比、孔 隙度、地层压力、储层厚度等以及地震资料处理中的一些待求参数。 隙度、地层压力、储层厚度等以及地震资料处理中的一些待求参数。
5
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Angle (degrees) R (All three terms)
AVO
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R (First two terms)
二、AVO分析技术 分析技术
交会图分析技术
AVO 交会图就是利用截距和梯度交会寻找异 常。交会图的理论是由 Castagna el al (TLE, 1997, Geophysics, 1998) 和 Verm 及 Hilterman (TLE, 1995) 基于两个思路发展的： 基于两个思路发展的： (1) Rutherford/Williams 分类策略； 分类策略； (2) 泥岩线。 泥岩线。
—— 反演理论，粗略地讲，就是处理相反的问题，即从数据及 反演理论，粗略地讲，就是处理相反的问题，
某些一般原理或模型出发来确定模型参数的估计值 。 正 演(唯一性)
模型参 数
模型
反 演(多解性)
观测数 据
地震正演:
—— 射线模型
定律， （1）SNELL定律，确定地震波传播的反射和透射路径和角度； ） 定律 确定地震波传播的反射和透射路径和角度； （2）费马原理，确定地震波传播时间最短的路径就是其射线路径； ）费马原理，确定地震波传播时间最短的路径就是其射线路径； （3）惠更斯原理，介质中波所传到的各点都可以看成新的波源。 ）惠更斯原理，介质中波所传到的各点都可以看成新的波源。
第1类：高波阻抗差 第2类： 接近零的波阻抗差 第2p类：与第2类相同，极性改变 第3类：低波阻抗差砂岩 第4类：很低的波阻抗差
AVO
AVO
AVO
二、AVO分析技术 分析技术
泥岩线
泥岩线是Castagna et al (1985) 导出的 V 泥岩线是 AVO 之间的线性关系。 与 V 之间的线性关系。 AVO m/s V = 1.16 V + 1360 AVO
地震反演——波阻抗反演（叠后） Байду номын сангаас阻抗反演（叠后）
——地震记录只是利用了岩石的声学特征来确定岩性分界面，而 地震记录只是利用了岩石的声学特征来确定岩性分界面，
不是地层储集特征的直接反映。 不是地层储集特征的直接反映。如果利用这些数字化的地震记录信息 反推目的层的岩性特征和储集层参数， 反推目的层的岩性特征和储集层参数，就是地震反演过程 。
二、AVO分析技术 分析技术
入射P波的模式转换
入射P波 反射S波
如果 θ > 0o，入射 P 波产生 P 波、S 波反射和透射波。 这种现象称为模式 转换。 VP1 , VS1 , ρ1 VP2 , VS2 , ρ2
反射P波 = RP
φr θi θr θt φt
透射P波 透射S波
二、AVO分析技术 分析技术
反演中的一般正演模型
常用反演方法： 常用反演方法： （1）递归反演； 递归反演； （2）基于模型的反演； 基于模型的反演； （3）稀疏脉冲反演。 稀疏脉冲反演。
基于模型的反演
Synthetic Seismic
岩性与流体敏感属性
纵、横波速度 ——
VP跟岩石骨架和充填流体有关；VS只跟岩石骨架有关； 跟岩石骨架和充填流体有关； 只跟岩石骨架有关；
P S P S
二、AVO分析技术 分析技术
截距 / 梯度交绘图实例
AVO AVO AVO
二、AVO分析技术 分析技术
角道集形成
−sin θ1 RP cos θ1 R S = sin 2θ 1 TP TS −cos 2φ 1 −cos φ1 −sin φ1 sin θ2 cos θ2 ρ2VS 2VP1 cos 2φ2 2 ρ1VS1 ρ2VS2 − sin 2φ2 ρ1VP1 cos φ2 −sin φ2
反射和透射振幅——Zoeppritz方程
—— 反射波和透射波的振幅作为角度的函数最先由 Zoeppritz
年导出。 在1919年导出。 Zoeppritz 利用地层边界两侧的应力和位移守恒的原 年导出 则导出了反射和透射波的振幅，它给出了含有四个未知数的四个方程。 则导出了反射和透射波的振幅，它给出了含有四个未知数的四个方程。 方程组， 解矩阵形式的 Zoeppritz 方程组，我们得到作为角度的函数的准确的 振幅值： 振幅值：
AVO
AVO
AVO
二、AVO分析技术 分析技术
Rutherford/Williams 分类
Rutherford 和 Williams (1989) 导出了以下 AVO 异常分类策略，由 Ross 和 Kinman 异常分类策略， (1995) 及 Castagna (1997) 后续的改进： 后续的改进：
−1
ρ2VS2VP1 VP1 2 cos 2φ1 cos 2φ1 2 VS1 ρ1VS1VP2
VS1 sin 2φ1 VP1
ρ2VP2 cos 2φ2 ρ1VP1
sin θ1 cos θ 1 sin 2θ1 cos 2φ1
二、AVO分析技术 分析技术
AkiAki-Richards 方程