STRATA地震反演培训-理论和练习

Time (ms)
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输入地震
颜色反演 结果非常类似 于递归反演. 其中一个区别是颜色反 演的结果是相对声阻抗, 既有正值也有负值.
颜色反演
+3000
0
-3000
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12000 递归反演 绝对 AI 8300
4600 颜色反演 +3000
0
相对 AI
-3000
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反演中的一般正演模型
所有反演方法中共同的正演模型:
子波
阻抗
纵波 横波 弹性波
反射系数
地震道
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反演模型
反演试图反推得到这个正演模型:
反演 子波
地震道
反射系数
波阻抗
纵波、横波、弹性阻抗
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阻抗
反射系数
I i 1 I i Ri I i 1 I i
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地震反演基础
反演：从地震数据中提取它所包含的潜在地质信息的过程.
传统上，反演是在叠后地震数据上进行,目的是提取声波阻抗体.
近年来，反演已经被扩展到叠前数据体,目的是既提取声波阻抗又 提取横波阻抗体，从而可以推得孔隙流体。 另外，最新的发展认为可以利用反演结果直接预测岩性参数如孔 隙度和含水饱和度。
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注意, 对于零偏移距:
1 VP 1 AI R 0 A 2 VP 2 AI
通过类推, Connolly 定义了一种新阻抗类型:
1 EI 1 R 源自文库 ln EI 2 EI 2
通过数学处理,最终:
EI ( ) V
AVO 反演
基本褶积模型反演假定的是零偏移距地震数据. 褶积反演法不能运用到带有AVO响应的地震数据, 因为褶积反演法没有明 确地考虑 VP/VS 的变化. 将反演方法延伸到叠前AVO 地震数据的处理, 目前这些算法主要运用于:
(1) 弹性阻抗反演 (2) Lambda-Mu-Rho (LMR)反演 (3) 联合反演
Z2 = 1500
Z1 = 1000
Z1 = 1000 Z2 = 818 Z3 = 1227 Z4 = 1004
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输入地震数据
递归反演获得 的结果与输入 的地震数据频 带一样.
从图中可以看 出,与测井比较 反演结果损失 了高频细节.
递归反演数据
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步骤1:
练习5：Blackfoot – 基于模型反演----------------------241
其它反演参数------------------------------------------------ 256 练习6：Blackfoot – 其它反演方法----------------------271
纵波阻 抗
横波阻抗 弹性阻抗
I
纵波阻抗 或 横波阻抗 或 弹性阻抗
=
= =
VP
VS
复杂公式 (后面介绍)
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反射系数
地震道
S W * R Noise
注释 (1) (2) (3) (4) 不存在模型化的多次波. 没考虑传播损失和几何扩散. 没考虑频率吸收. 子波可能是时变的.
递归反演 的初始背景模型是通过对井阻抗滤 波获得:
10-Hz 高截滤波
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步骤 2: 对地震道运用递归运算. (注释: 这几乎等同于在相位域进 行-90 度转换):
Zi 1 Zi *
1 ri 1- ri
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步骤 3:
滤波后的模型加上比例化反演道集就得到了最终结果:
测井曲线时深对比-----------------------------------------------118 练习3：Erskine 3D – 测井曲线时深对比-------------------131 测井曲线层间插值建模---------------------------------------------156 子波提取----------------------------------------------------174 <二> 练习4：Blackfoot – 子波提取---------------------------198 基于模型反演参数-------------------------------------------- 225
(2) 它试图利用地震数据获得最简单的可能模型；
(3) 通常得到的结果比地质本身实际的同相轴少； (4) 它比基于模型反演更少的依赖于初始猜测模型。
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颜色反演
颜色反演 是对递归反演的修改, 最早是由BP公司的 Lancaster and Whitcombe 在2000 年SEG年会上提出来的. 这种反演过程, 寻找一个简单操作因子 O, 对地震道进行直接转换求得反演 结果:
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基于模型反演的几个要点:
(1) 由于已经知道子波,在计算过程中它的影响从地震数据中排除了.也就是 说地震数据没有必要是零相位,而只要子波与地震数据等相位就可以.
(2) 估算的子波若有误差,将导致反演结果出差错.
(3) 地震有效分辨率得到提高. (4) 反演结果可能在很大程度上依赖原始猜测初始模型.解决的方法是对初始
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带限 (递归) 反演
递归反演, 也称为带限反演是最简单和最早一种反演方法.
从定义反射系数开始:
Zi 1 - Zi ri Zi 1 Zi
1 ri Zi 1 Zi * 1- ri
1 ri Zn Z 1 * 1- ri
(1 tan 2 ) ( 8 K sin 2 ) P S
+
=
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递归反演中几个要点:
(1) 不考虑子波. 这意味输入的地震数据必须是零相位. 如果有
提取子波可行Strata 软件可以自动地对地震数据 “去相位”. (2) 即使地震数据是零相位, 实际子波的旁瓣在递归算法中也会 被解释为岩性的变化. (3) 反演的结果其频带与地震数据频带一样.
I O*S
作者在频率域确定简单操作因子, O . 通过比较地震数据和实际反演结果，认为简单操作因子的相位是-90度。
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简单操作因子震幅谱用这种方式来求取:
声阻抗震幅谱
通过理论预测,我们可以 拟合一条直线来 代表“ 理想” 输出阻抗谱.
Log(Impedance)
利用工区的一组井, 所 有井的声阻抗的振幅谱 做交汇图.
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步骤 1:
基于模型反演 的初始背景模型是通过对井阻抗分段形 成的:
用户用毫秒(MS)来定义层分块大小.
所有的层分段开始时都被设成一样 大小(用毫秒).
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步骤 2:
利用层状模型和已知的子波计算人工合成地震道.
Synthetic
Seismic
这是与实际地震道的比较. 通过分析人工合成地震记录 与实际地震道的误差，每层( 分段)的厚度和震幅值都进行 修改以减少误差. 这个步骤通过一系列递归不 断重复.
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弹性阻抗
弹性阻抗概念最初由Connolly 先生提出(The Leading Edge, 18, no. 4, 438-452 (1999)). 他利用Aki-Richards 方程,将反射震幅与入射角联系起来:
R A B sin 2 C sin 2 tan 2
模型进行滤波.
(5) 与其它反演方法一样,存在多解性问题.
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稀疏脉冲反演
稀疏脉冲反演 假定实际 反射可以认为是由一系 列大脉冲里夹杂有小脉 冲背景.
稀疏脉冲反演假定 只有 大脉冲有意义.该方法通 过检查地震道来寻找大脉 冲的位置.
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稀疏脉冲反演 每次建 立一个脉冲反射序列， 通过增加脉冲直到地震 道被足够准确地反演完 成。 阻抗块的振幅值是由基 于模型反演算法来确定
(4) 对地震数据的加权值(与反射系数匹配)决定了递归反演的结
果阻抗值范围是否合适.
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基于模型的反演
基于模型反演 是从褶积模型方程式开始的:
S W * R Noise
假定地震道S,和子波 W, 是已知的. 假定噪音是随机的并与地震信号不相关. 求解反射系数, R, 以满足这个等式. 这是一个非线性问题,所 以求解过程是迭代进行的.
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输入地震
稀疏脉冲反演 生成一个宽带 高频反演结果.
稀疏脉冲反演
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基于模型反演
稀疏脉冲反演 结果与基于模 型反演结果类 似.
主要区别是缺 少非常薄层的 细节.
稀疏脉冲反演
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稀疏脉冲反演几个要点:
(1) 只有当地震数据有脉冲，稀疏脉冲反演才得到同相轴；
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理论和练习
STRATA 课程大纲
<一> 地震反演基础----------------------------------------------------- 3 练习1：楔型模型简单练习（递推、模型）-------------------- 61
练习2：Erskine 3D – 数据加载---------------------------- 99
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反演中“多解性”问题
所有反演算法都有多解性问题. 存在多于一种地质模型可以与地震数据 相一致，要在这些可能的模型中决定一 个模型，就需要去选择地震数据以外的 的一些信息。 通常用以下两种方法来使用地震以外的 信息： • 初始猜测模型的建立 • 对最终结果与初始猜测模型背离 幅度进行约束 最后反演结果既依赖于 “其它信息”也取 决于地震数据.
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颜色反演几点小结
(1) 除了定义整体阻抗趋势外,与初始模型基本无关. (2) 运算非常快. (3) 用户所需要定义的参数非常少. (4) 假定地震数据是零相位的. (5) 在最初实施中，该方法可以获得相对阻抗体，虽然我们 可以选择添加低频阻抗背景趋势。
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ith +1 层的阻抗可以从上一层 ith 确定:
从第一层开始, 可以用这个公式递推后 续每层的阻抗. :
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带限反演
在这个简单的实例中可知: (a) 告诉我们如果给出一个脉冲， 那么我们就可以恢复阻抗的真实值 , 但是 (b) 中看到如果我们用一个子波与 脉冲进行褶积，那就无法恢复阻抗 的真实值。
地震道 = 子波与反射系数的褶积+噪音.
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反射系数与子波褶积 的结果是移除了大量 高频细节:
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在时间域中的褶积就是频率 域中的乘积.
从这些图中可以看出,子波的 作用是将地震频谱中高频和 低频都消除了. 理论上讲,反演就是试图将这 些失去的频率区域进行恢复.
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几种不同反演方法
在STRATA软件中提供以下这些反演方法(六种方法七个模块):
递归法: 颜色反演:
传统带限反演 递归反演的改进
稀疏脉冲法(两个不同算法): 约束以获得尽可能少的同相轴 基于模型法: 弹性波阻抗: LMR: 联合反演： 迭代更新层状初始模型 对AVO数据的改进 对AVO数据的改进 对AVO数据的改进
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输入地震数据
基于模型反演 获得了宽频的结 果.
问题是高频成分 可能来自于初始 猜测模型而不是 来自地震数据.
基于模型反演
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递归反演
这是递归反演和基 于模型反演的比较. 通常基于模型反演 可以获得更细致信 息,但这个结果实际 上相当类似.
基于模型反演
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Log(Frequency)
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地震谱
然后, 利用井旁一组地震道, 求 取平均地震谱.
从以上两个频谱,求取操作因子谱. 使得地震谱形状在地震频带内转换 为阻抗谱.
操作因子谱
Frequency (Hz)
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颜色反演操作因子
将获得的震幅谱做-90 度相移就生成了颜色反 演操作因子. 将它与所有地震道褶积.
VS VS VS 1 VP 1 VP where : A , B 4 2 2 VP 2 VP VP VS VP
2 2
and : C
1 VP . 2 VP
注释:在常规反演理论中假定 B=C=0, 而没 有考虑VP/VS 的变化.