AVO及叠前反演讲解
AVO原理
叠前反演技术介绍宋长青 帕拉代姆北京办事处内容提要一、 反演的技术思路 二、地震资料识别岩性技术的理论基础 三、AVO技术介绍2反演的技术思路3反演工作中面临的问题基础数据的质量分析 反演算法的选择 反演结果的质量监控 反演属性定量分析 当某一项目涉及多项技术的综合，如岩石物理技术、 AVO技术、振幅反演技术、地震模拟技术和其它辅助技 术，如地震相分类，往往使研究者望而生畏。
4帕拉代姆解决方案使油藏描述的数据转换、数据分析和数据解释等多项 工作在交互的环境下同步实现。
Interpretation岩石到流体解释技术Rock & Fluid Interpretationd ui Fl & g ck gin Ro ImaRock & Fluid CharacterizationPetrophysicsGeophysicsConnecting Disciplines5反演及分析解释技术• • • • • • 基于井资料的岩石物性分析技术 – 地层评价 属性建模技术 – 背景模型 AVO 反演, 正演和解释技术 – AVO 属性 AI/EI 反演, 模型建立与解释技术 – AI/EI, 波松比, 密度, 拉枚常数, 剪切摸量 基于神经网络油藏物性反演技术 – 空隙度, 泥质含量, 饱和度 反演属性的标定及解释 – 油藏属性空间解释6结论• 关键技术Petrophysics GeologVolum interpretation 3D CanvasAI/EI VanguardFacies Classification StratimagicVisualization& Interpretation VoxelGeoAVO Probe7地震资料识别岩性技术的理论基础k + 3P-wave Velocity:Vp =Vs =ρμ ρμ 4ρ: Density, Mass per unit Volume.k: Bulk Modulus, IncompressibilityS-wave Velocity:μ: Shear Modulus, Rigidity⎛Vp ⎜ ⎜V ⎝ s⎞ K 4 ⎟ = + ⎟ μ 3 ⎠2岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度，岩石的弹性模量 又首先决定于岩石的矿物成分，其次是孔隙度、孔隙流体性质以及 压力、温度等环境因素，而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影 响岩石的弹性模量和密度而影响速度的，所以决定岩石速度的最重 要因素是岩石成分，因此我们自然想到用速度来判别岩性。
AVO叠前地震反演
1、含气砂岩的振幅大小形态与含 水砂岩相似，但是幅值更小。 2、 从I型到III型AVO，含气砂岩 和含水砂岩的振幅曲线差异增加。 3、从I型到III型AVO，振幅曲线 变得更平缓。 4、利用以上特点进行孔隙流体识 别。 (引自Hilterman,2001)
zeopprize公式
AVO分析的基础理论公式：zeoppritz公式
， 2 Vp2，Vs2
透射纵波
透射横波
由此导出Zoeppritz 方程：
sin RPP cos RPS sin TPP cos TPS sin , cos R TPS cos , PP sin RPS cos TPP sin VS 1 2VP 2 cos 2 R sin 2 R cos 2 TPP PP PS VP1 1VS 2 2VP 2 sin 2 TPS cos 2 , 1VS 2 VS22 2VS22 sin 2 RPP VS 1 cos 2 RPS sin 2 TPP 1VP 2 VP1 2VS 2 VS2 1 cos 2TPS sin 2 1 VP1
2 2 2 2 2 P 2 2
式中：
i
i 1
2
i
i 1
叠前叠后联合反演
S-Wave Impedance Reflectivity
S波阻抗变化率 P波速度变化率：Δ Vp/Vp
Is Vs Is Vs
P-Wave Velocity Reflectivity
S-Wave Velocity Reflectivity
AV0反演工作流程及质量控制方法
Vision for Energy
汇报提纲
一、叠前数据的质量控制 二、AVO叠前反演工作流程 三、叠前-叠后联合反演
2
汇报所涉及关键技术
叠前道集质量控制（Fastvel）
叠前道集AVO反演（Probe） 叠前/叠后弹性波阻抗联合反演技术（Vanguard-IFP） 井资料解释、岩石物理分析技术（Geolog） 三维可视化体解释技术（voxelgeo）
观测系统
17
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
覆盖次数平面图
Near offset
Mid offset
Far offset
18
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
不同偏移距覆盖次数
19
一、叠前数据的质量控制
振幅恢复问题
振幅恢复是否合理？？？ Migrated Gather Synthetic Gather
第I类:P>0,G<0,
第II类:P±0,属“暗点”型
第III类,P<<0,属“亮点”型, 第IV类:P<<0,G>0,
IV
I III
I I
AVO叠前反演工作流程
输入数据
分析测井曲线
测井数据
CRP数据 AVO可行性分析
计算泥岩基线
叠前反演技术
叠前反演技术，与叠前弹性反演技术、叠前地震反演技术和定量AVO都是指同一概念。
该技术是利用叠前CRP道集数据（或部分叠加数据）、速度数据(一般为偏移速度)和井数据（横波速度、纵波速度、密度及其他弹性参数资料），通过使用不同的近似式反演求解得到与岩性、含油气性相关的多种弹性参数并进一步，用来预测储层岩性、储层物性及含油气性。
为什么要进行地震资料的叠前反演呢？首先，由于地震资料野外采集是多炮多道的观测系统，每个CDP点或CMP点记录的不同道具有不同的炮检距，每道上的反射振幅随炮检距不同而变化。
叠后反演基于常规处理的水平叠加数据，以自激自收为假设条件，即每个CDP或CMP道集经动校正后，把不同炮检距的记录道动校正为零炮检距位置，之后进行水平叠加。
这样，叠加剖面无法反应野外采集所记录的振幅随炮检距变化的特性，并损失了与炮检距关系密切的大量横波信息。
其次是叠后波阻抗反演是不随入射角发生变化，仅与纵波速度、密度有关，而叠前反演的弹性阻抗与入射角密切相关并与纵波、横波速度、密度4项参数有关。
由于同时利用了纵横波速度，其计算产生的弹性参数远较叠后反演丰富，可区别岩性与含油气性，为钻探提供更丰富、更准确的依据。
技术人员在研究中发现：进行叠前反演时，要注意资料条件及处理解释的结合。
一是地震资料的采集必须针对目的层深度，有足够大的炮检距来记录大量信息，并在处理中，对振幅进行补偿，严格保持相对振幅关系，避免虚假振幅信息的产生。
二是在地震资料道集进行部分叠加时，炮检距或角度范围的选择要针对目的层深度，使不同炮检距范围能明显反应用振幅的变化。
三是至少需要3个以上的子波，子波振幅谱对应于不同炮检距部分叠加数据。
四是在纵横波资料分析中，当岩石中含有油气时，纵波速度会降低，有时会出现含油气砂岩的速度接近泥岩速度，在声阻抗上无法区分岩性，但横波阻抗受油气影响很少，因此，两者的交汇图分析对划分岩性及含油气意义深远。
五是弹性参数综合分析，其物理意义不同，有的反应弹性模量，有的反应剪断模量，必须综合分析，才能做出合理解释。
叠前反演1(AVO)
纵横波转换经验公式
• 1、Castagna经验公式：
• VP=1.360+1.16 VS • 2、Smith经验公式： • VP=1.425 VS +0.79 • 3.甘利灯经验公式: • VP=0.937+1.35 VS • 4.李庆忠经验公式: • VP=0.0874 VS 2+0.094 VS +1.25
P波剖面
G波剖面
图4-3 原始CRP道集
图4-4 主测线377超道集
图4-6 主测线377角道集
近
远
图4-8 主测线409近、远 偏移距剖面的对比
近
远
图4-9 沿层近、远偏移距切片的对比
图4-10 主测线409截距剖面
图4-16 沿层潜在烃指示切片
1、AVO技术利用叠前振幅信息来识别气层，能够 对油气藏进行定性或半定量描述。
VP 2 K43Vs
, = Lamé 系数 = 密度
K= λ + 2/3 岩石体积模量
密度
• 密度影响可以用以下方程表示：
ρsat ρm(1 ) ρwSw ρhc(1 Sw )
这里：ρ 密度，
孔隙度
Sw 含水饱和度 sat,m,hc, w 含水饱和度、骨架、碳氢、水的下标
子波主频越高合成记录上AVO现象越明显，但是大多数情况下实际的地震记 录上子波主频并不是很高，所以只能看到由于目的层薄而引起的调谐后的结果。
三、AVO处理技术研究
• 1、AVO分析的基本理论 • 2、地震数据的叠前保幅处理 • 3、正演模拟及目的层流体替换 • 4、CMP道集处理（超道集、 • 角道集、部分叠加） • 5、AVO反演
AVO叠前地震反演
AVO的地质意义 AVO的地质意义：
（1） AVO应用的基础是泊松比的变化，而泊松比的变化是不同岩性和不同孔 隙流体介质之间存在差异的客观事实。所以，AVO技术的地质基础在于不同岩石 以及含有不同流体的同类岩石之间泊松比存在差别。 （2）Domenico（1977）研究了含气、含油、含水砂岩的泊松比随埋藏深 度的变化规律，结果发现含不同流体砂岩的泊松比随深度的变化特征是不同的： A.含气砂岩的泊松比随着深度的增加而增加，但泊松比的值总是小于 含油和含水砂岩的泊松比值； B.含水砂岩的泊松比随着深度的增加而减小，但泊松比的值总是大于 含油和含气砂岩的泊松比值； C.含油砂岩的泊松比也随着深度的增加而减小，泊松比的值总是介于 含水和含气砂岩泊松比值之间。
如果储层有气顶存在，则砂岩速度会降低，利用低速度标志可以圈定气藏的边界。
基于Zoeppritz方程的AVO反演
AVO技术特点：
AVO技术以弹性波理论为基础，利用叠前CRP道集对地震反射振幅随 炮检距的变化特征进行研究、分析，得到反射系数与入射角的关系，用 以分析反射界面上下的岩性特征及物性参数，进行预测和判断油气储层 流体性质、储层岩性等。主要有以下特点[6,7]：
叠前反演技术是油气勘探领域中的一项新技术，它是 指利用经过偏移的叠前不同炮检距道集数据所记录的振幅、 频率、相位等信息以及横波、纵波、密度等测井资料，联合 反演出与岩性、含油气性相关的多种弹性参数，来综合判别 储层物性及含油气性[4]。
地震反演技术
为什么要进行叠前反演？
（1）叠后反演基于常规处理的水平叠加数据，以自激自收 为假设条件，叠加剖面无法反应野外采集所记录的振幅随炮 检距变化的特性，并损失了与炮检距关系密切的大量横波信 息[5]。
AVO理论模型及响应：
AVO叠前反演
AVO技术特点 技术特点
AVO技术以弹性波理论为基础，利用叠前CDP道集对地震反射振幅随 技术以弹性波理论为基础，利用叠前 技术以弹性波理论为基础 道集对地震反射振幅随 炮检距的变化特征进行研究、分析，得到反射系数与入射角的关系， 炮检距的变化特征进行研究、分析，得到反射系数与入射角的关系，用以 分析反射界面上下的岩性特征及物性参数， 分析反射界面上下的岩性特征及物性参数，进而预测和判断油气储层流体 性质、储层岩性等。主要有以下特点： 性质、储层岩性等。主要有以下特点： 特点 ⒈利用叠前CDP资料直接分析，充分利用了多次覆盖的原始信息； 资料直接分析， 利用叠前 资料直接分析 充分利用了多次覆盖的原始信息； ⒉利用了振幅随入射角的变化特点，解释岩性和储层流体性质更可靠； 利用了振幅随入射角的变化特点，解释岩性和储层流体性质更可靠； 方程的AVO反演的在预测岩性方面有重要意义； 反演的在预测岩性方面有重要意义 ⒊基于Zeoppritz方程的 基于 方程的 反演的在预测岩性方面有重要意义； 研究岩性和含油气性， 地质、 ⒋用AVO研究岩性和含油气性，需要地质、测井和钻井资料配合； 研究岩性和含油气性 需要地质 测井和钻井资料配合； 波降速效应， 在气藏检测方面有明显的优势； ⒌由于含气储层的P波降速效应，AVO在气藏检测检测方面有明显的优势 是基于严格的知识表达、 ⒍AVO是基于严格的知识表达、有明确地质含义的地球物理方法。 是基于严格的知识表达 有明确地质含义的地球物理方法。
提 纲
引言 AVO技术的基本分析方法 技术的基本分析方法 PP波AVO叠前反演 波 叠前反演 PSV波AVO叠前反演 波 叠前反演 AVO叠前联合反演 叠前联合反演 小结
如何理解AVO技术 技术 如何理解
AVO技术的应用前提： 技术的应用前提 技术的应用前提： ⑴反射振幅强弱与反射系数大小成正比； 反射振幅强弱与反射系数大小成正比； ⑵反射系数大小主要取决于界面上下岩石弹性参数的变化。 反射系数大小主要取决于界面上下岩石弹性参数的变化。 理解AVO技术必须要理解 个过程： 技术必须要理解5个过程 理解 技术必须要理解 个过程： ⑴岩石的岩性参数是如何影响弹性参数的； 岩石的岩性参数是如何影响弹性参数的； ⑵岩石弹性参数的变化是如何影响地震反射的； 岩石弹性参数的变化是如何影响地震反射的； ⑶如何处理才能使反射振幅与反射系数成正比； 如何处理才能使反射振幅与反射系数成正比； 分析的基本方法； ⑷AVO分析的基本方法； 分析的基本方法 分析结果。 ⑸如何解释AVO分析结果。 如何解释 分析结果
叠前反演
一引言岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度，岩石的弹性模量又首先决定于岩石的矿物成分，其次是孔隙度、孔隙流体性质以及压力、温度等环境因素，而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影响岩石的弹性模量和密度而影响速度的，所以决定岩石速度的最重要因素是岩石成分，因此我们自然想到用速度来判别岩性。
然而，各种岩石的速度范围太宽，互相重叠，我们很难仅仅根据速度来作岩性判别。
因此利用AVO和叠前弹性反演进行岩性预测越来越引起人们的重视。
二叠前反演方法原理（一）AVO的方法原理AVO分析技术是利用地震反射振幅与炮检距变化的关系 (Amplitude—Versus Offset,简称AVO)，即:通过分析CDP道集中不同炮检距的地震反射,来识别岩性及检测含气性的一种地震技术。
其物理意义是:在两种不同岩层之间的界面上,当一种岩层的纵、横波速度之比Vp/Vs与另一种岩层的速度之比明显不同时，其反射系数随入射角（炮检距）而变化。
AVO反演主要利用不同岩性泊松比差异所形成的AVO特征响应，来区分波阻抗相近的储层与非储层。
当地震纵波P1非垂直入射到两种介质分界面上时，会产生反射波和透射波，其中反射波包括反射纵波P2和反射横波S1，透射波包括透射纵波P3和透射横波S2（图1-1图1-1纵波倾斜入射到界面产生的反射波和透射波示意图纵波非垂直入射，反射系数和透射系数满足Zeoppritz方程：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------11112112222122111122111222221112221112221122112cos 2sin cos sin 2sin 2cos 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin sin cos sin cos cos sin cos sin φθθθφρρφρρφφφρρθρρφθφθφθφθφθPS PP PS PP P S P P P S S P S P S P S S P T T R R V V V V V V V V V V V V V V V （1-1）其中介质1表示入射波和反射波所在的介质，介质2表示透射波所在的介质，VP1、VS1分别表示介质1中纵、横波的速度；VP2和VS2分别表示介质2中纵、横波的速度；ρ1和ρ2分别表示介质1和介质2的密度；θ1表示纵波的入射角和反射角；φ1表示横波的反射角，θ2和φ2分别表示透射纵波、横波的透射角；RPP 、RPS 、TPP 、TPS 分别表示P 波反射系数、SV 波反射系数、P 波透射系数和SV 波透射系数。
AVO地震参数反演方法概述
叠前AVO地震反演方法概述(刘文劼 095211068)AVO是一项利用振幅随偏移距变化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。
理论分析表明:振幅系数随入射角变化与分界面两侧岩石的弹性参数有关，它是通过非常复杂的非线性关系与介质的密度p1和p2、纵波速度a1和a2、横波速度b1和b2及入射角联系起来。
振幅系数随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO关系可以直接反演岩石的密度p、纵波速度a和横波速度b，定量进行地震油藏描述。
波阻抗反演是零炮检距数据模型反演，那么AVO分析就是非零炮检距数据反演。
由于通过叠加得到零炮检距剖面，一方面丢失与炮检距有关的信息，另一方面叠加道又不是真正的零炮检距道，致使反演结果的稳定性以及它的应用均受到了一定程度的制约，AVO分析是在具有不同炮检距道集上进行分析，充分应用了叠前各种信息。
因此，它有相对好的应用前景。
目前叠前AVO反演方法主要有以下几种：(1)基于Powell算法的AVO非线性反演采用朱向阳和熊有伦提出的改进的Powell共扼方向算法,以Aki-Richard近似式为基础, 充分利用叠前地震数据丰富的振幅和旅行时信息,模拟平面波在层状弹性半空间传播时形成的地面反射记录,并使其与实际数据间的差异最小,从而获得地层的密度、纵波速度和横波速度分布。
(2)基于贝叶斯理论的AVO非线性反演基于贝叶斯理论, 结合似然函数与先验地质信息反演纵横波阻抗及密度。
先验模型参数的分布采用的是Huber分布。
Huber分布对于小的模型参数值进行一致性加权, 对于大的模型参数值采用拉普拉斯分布产生的权函数进行加权, 使之更能准确地反映模型参数的分布规律。
(3)点约束稀疏脉冲叠前反演基于贝叶斯参数估计的理论,假设似然函数服从高斯分布,待反演的参数服从改进的Cauchy分布,从而得到稀疏的反射稀疏序列,然后用已知点的纵波阻抗、横波阻抗和密度对反演结果进行点约束,从而使反演的结果更加准确可靠。
AVO技术详解
第6章 AVO技术详解AVO技术是利用反射系数随入射角变化的原理，在叠前道集上分析振幅随偏移距变化的规律，估求岩石的弹性参数、研究岩性、检测油气的重要技术。
AVO是振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset)的英文缩写或振幅与随偏移距关系(Amplitude Versus Offset) 的英文缩写，AVA 是振幅随入射角变化(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文缩写。
在地震勘探中，共中心点道集记录的偏移距可以等价地用入射角表示，故AVO与AVA等价。
该技术自20世纪80年代提出以来，在油气勘探中不断发展，并得到迅速推广与广泛应用。
尤其是在天然气勘探中指导寻找天然气藏发挥了重要作用，对提高天然气勘探成功率受到了很好的效果。
从近几年的技术发展情况看，P波方位AVO已作为一种预测油气藏各向异性的有效方法而受到青睐。
6.1 AVO技术的理论基础根据地震波动力学中反射与透射的相关理论，反射系数(或振幅)随入射角的变化与分界面两侧介质的地质参数有关。
这一事实包含两层意思：一是不同的岩性参数组合，反射系数(或振幅)随入射角变化的特性不同，称为AVO正演方法；二是反射系数(或振幅)随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO 关系可以反演岩石的密度、纵波速度与横波速度，称为AVO 反演方法。
6.1.1 Zoeppritz 方程AVO 技术的理论基础就是Zoeppritz 方程及其简化的思路。
设有两层水平各向同性介质，当地震纵波非垂直入射(即非零偏移距)时，在弹性分界面上会产生反射纵波、反射横波、透射纵波与透射横波，见图6—1。
各种波型之间的运动学关系服从斯奈尔定理22221111sin sin sin sin S P S P V V V V ϕθϕθ=== (6-1)图6—1 入射波、反射波与透射波的关系式中 1θ、1ϕ——纵波、横波的反射角；2θ、2ϕ——纵波、横波的透射角；1P V 、2P V ——反射界面上下介质的纵波速度；1S V 、2S V ——反射界面上下介质的横波速度。
基于叠前深度偏移的avo反演及解释
基于叠前深度偏移的avo反演及解释近年来，由于气象观测数据和地震影像学建模技术的发展，地震反演技术取得了巨大进展。
AVO（属性体积反演）是地震反演技术中的一种重要方法。
AVO技术可用于发现属性体积的结构和流体属性，从而对油气藏的探寻过程产生重要影响。
然而，由于大量地震模拟数据的产生，AVO技术终于可以运用在现实的油气勘探过程中。
AVO反演是指从物理模型的角度通过计算地震模拟数据来反演特征属性体积的技术，主要目的是通过测量棱镜结构、孔隙度和介电性等属性体积来发现油气源层。
AVO反演具有较高的精度，能够有效提高油气藏的定位精度。
但是，在AVO反演过程中，由于深度的不确定性，很难有效地判断深度的影响，而且如何考虑深度变化对反演结果的影响也成为一个重要的问题。
为了解决这一问题，科学家基于叠前深度偏移（Pre-Stack Depth Migration，PSDM）技术，提出了一种新的AVO反演方法。
该方法使用PSDM技术，将原始AVO曲线中的深度不确定性和深度变化分解出来，从而有效地考虑了深度因素对反演结果的影响。
首先，该方法使用PSDM技术，将AVO数据中的深度不确定性和深度变化分离出来。
然后，对叠前深度偏移的AVO数据进行反演，以改善反演结果的精确性及可靠性。
最后，基于解释数据的深度变化，对AVO反演结果进行解释，以确定油气源层的位置。
该方法也可以用于更加准确地解释深度方面的单一或复杂地质问题。
例如，对于水淹源的地区，该方法可以有效地解决深度影响的问题，以更准确地解释地质结构。
此外，基于叠前深度偏移的AVO反演技术还能有效地将各类地球物理技术，如S-型重力结构或回归方程，应用到AVO反演中，从而更加精确地分析和解释油气源层。
综上所述，使用基于叠前深度偏移的AVO反演技术，可以有效地分解出深度不确定性和深度变化，有效改善AVO反演结果的精确性及可靠性。
通过其他地球物理技术和解释方法，可以更加准确地探测油气藏。
AVO及叠前反演讲解
第一节 叠前流体检测技术近几年，随着地震采集处理技术的进步，尤其叠前偏移技术的发展和推广应用，使得研究人员可以得到来自地下真实反射点的叠前道集（CRP 道集），为叠前烃类检测技术的发展奠定了资料基础。
目前基于叠前道集的直接烃类检测方法主要有两种：一种是在岩石物理建模的基础上进行叠前道集A VO 响应特征分析；一种是利用多个限角叠加数据体进行叠前弹性参数反演，利用纵横波波阻抗、纵横波速度比、泊松比、拉梅系数等敏感属性反映含油气性。
一. AVO 分析技术1、 AVO 理论简介A VO （Amplitude Variation with Offset ），早先也称为Amplitude Versus Offset ，译为振幅随炮检距变化。
由此而衍生的有振幅随入射角变化A VO （Amplitude Variation with Angle ），振幅随方位角变化A V A （Amplitude Variation with Azimuth ），振幅随炮检距和方位角变化AVOA （Amplitude Variation with Offset and Azimuth ）等。
A VO 作为一种含气砂岩的异常地球物理现象，最早在20世纪80年代初被Ostrander 发现。
这一现象表现为：当储层砂岩含气后，地震反射振幅随炮检距会发生明显的加大（基于SEG 标准极性）。
因为A VO 现象与含气砂岩的对应关系，从而引起勘探地球物理界广泛的重视。
后续的研究表明：这种异常现象并非一种特殊的形式，而是遵循Zoepprittz 早先所提出的地震反射波动力学方程式，从而对A VO 现象的解释有了完整的理论基础。
针对A VO 现象继而出现的A VO 技术是继亮点之后又一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的技术手段。
A VO 技术具有以下特点：A 、直接利用CDP 道集资料进行分析，这就充分利用的多次覆盖得到的丰富的原始信息；B 、利用振幅随炮检距（入射角）的变化的特点，即利用整条曲线的特点。
叠前地震数据储层AVO参数反演及应用研究
叠前地震数据储层AVO参数反演及应用研究地震反射波振幅随炮检距变化(简称AVO技术)是最近几十年发展起来的一项新的直接寻找油气的地震勘探技术。
其基本原理是反射系数随入射角度的变化而变化，即反射系数是入射角度的函数，理论基础是Zoeppritz方程及其近似式。
AVO参数反演可以分为单波AVO和多波AVO反演。
单波AVO反演主要是利用单一的纵波反射波或纵波转换波进行参数反演；而多波AVO主要是指结合pp波、p-sv波或其他类型的波来进行联合参数反演。
在实际反演过程中，主要步骤是进行AVO正演模拟并利用测井资料作为约束条件，对实际AVO角度道集进行约束反演，定量提取岩石物性参数，进而直接预测油气。
本文是在AVO正演模拟的基础上，利用测井资料约束进行单波AVO反演，来提取实际资料对应的泊松比剖面。
本文首先阐述了AVO反演的地球物理基础，其中包括完全形式的Zoeppritz 方程及其简化形式，并对各种简化形式的特点及其使用条件进行了说明。
然后阐述了三类含油气岩石的AVO特性，并利用Zoeppritz近似方程来计算反射系数，进而合成AVO正演地震记录。
接着介绍了本文进行AVO反演的算法混沌模拟退火的基本原理及其特点和应用效果。
最后利用混沌模拟退火算法，结合AVO正演模拟、将CDP道集转换成角度道集并从中提取子波进行了模拟地震数据和实际地震资料的反演。
从反演的效果来看，利用上述算法进行反演的速度较快而且效果较好，说明该方法是有效可行的。
地震叠前反演AVO原理
VoxelGeo
2
Reflection at the interface:
P S
Vp1; Vs1; r1 Vp2; Vs2; r2
ＳＴ
ＰＴ
3
Zoeppritz Equations in matrix form
`PP `PS Q `P`P `P` S
SP ` SS ` S`P ` S` S `
叠前反演技术介绍
叠前AVO技术
AVO是一种通过分析CDP道集中反射系数随入射角 (炮检距)而变化来研究地下岩性的地震方法。
借助于Zoeppritz方程或近似式，对CDP道集反射 振幅的变化作最小平方拟合，直到理论与观测值很好 的拟合为止。最终可以导出泊松比、拉梅常数、体积
模量、切变模量和杨氏模量等弹性参数，进而进行岩
4
O and R are the matrices:
sin 1 cos 1 sin 2 cos 2 cos1 sin 1 cos 2 sin 2 o 2 r1Vs1 sin 1 cos1 r1VS1 (1 2 sin 2 1 ) 2 r 2Vs 2 sin 2 cos 2 r 2VS 2 (1 2 sin 2 2 ) 2 r V (1 2 sin 2 ) r1VS1 sin 21 r 2V p 2 (1 2 sin 2 ) r 2VS 2 sin 2 2 1 1 p1
5
Notice that:
1 2 1 2
= Angle of incidence – P-wave = Angle of transmission – P-wave
= Angle of incidence – S-wave
基于叠前深度偏移的AVO反演及解释
基 于 叠 前 深 度 偏 移 的 ＡＶＯ 反 演 及 解 释
刘洪林 ， 朱秋 影
廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ７ ） （ １ ．大 庆 石油 学 院地 球 科 学 学 院 ， 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ； ２ ． 中 石 油 勘探 开 发研 究 院廊 坊 分 院 ，
摘
要
本 文 针 对 复 杂构 造 地 区 ＡＶ Ｏ技 术应 用的难 点， 在 详 细 阐 明 了偏 移 对 改善 ＡＶ Ｏ 分 析 效 果 的 重 要 意 义 前 提
法的可行性．
关 键 词 叠 前 深 度 偏 移 ， Ａ Ｖ０ 反 演 ， Ａ Ｖ０ 属 性 ， ＡＶ ０异 常 中图分类号 Ｐ ６ ３ １ 文 献 标 识 码 Ａ 文 章 编 号 ｌ ０ ０ ４ — ２ ９ ０ ３ （ ２ ０ ０ ７ ） ０ ３ — ０ ９ ０ ５ — ０ ８
（ １ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＥ ａ ｒ ｔ ｈ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇ １ ６ ３ ３ １ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｌ ａ ｎ ｇ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ， Ｌ ａ ｎ ｇ ｆ ａ ｎ ｇ ０ ６ ５ ０ ０ ７ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
下， 为 实现 在 复 杂构 造 地 区有 效地 进 行 Ａ ＶＯ 研 究 ， 将 叠 前 深 度 偏 移 引入 到 ＡＶＯ 处 理 中， 通 过 偏 移 来 改善 资 料 的 质 量． 在 此 基 础 上 进 行 了揭 示岩 性 及 流 体 变化 特 征 的 多种 参 数 的 ＡＶ Ｏ 反演 ， 并 探 讨 了利 用 多 种 ＡＶ Ｏ 属 性 的 综 合 分 析 来确 定 和 解释 ＡＶ Ｏ 异 常 的 方 法． 利 用本 文提 出 的 复 杂 构 造 ＡＶ Ｏ 研 究 思 路 对 实 际 资料 进 行 了 分 析 ， 结 果 说 明 了该 方
基于叠前深度偏移的avo反演及解释
基于叠前深度偏移的avo反演及解释
Avo反演及解释是一种基于叠前深度偏移的测井解释方法，可以通过分析叠前深度偏移和时间偏移信号，确定油气层物性信息，从而对油气层对测井信号的影响，识别和解释油气层特征。
一、AVO反演的基本原理
AVO反演的基本原理是：在叠前深度偏移技术的基础上，利用白噪声加权技术，增强尾线薄湾的可视性，通过采集叠前深度偏移和尾线薄湾的变化，以及尾线薄湾时间偏移的大小，根据inverted-reverse method反演技术得出油气层和烃气性质的变化，推导出瓦斯和油气层层厚信息，从而确定油气层特征。
二、AVO反演具体流程
1.加权优化：通过调节时间help move功能，提高峰谷细节，增强尾线薄湾信号；
2.识别湾脉变化：通过采用inverted-reverse method技术，识别湾脉变化；
3.提取湾脉信号：采集叠前深度偏移和尾线薄湾的变化，提取湾脉信
号；
4.提取AVO反演参数：根据识别到的湾脉信号及其时间偏移，提取AVO反演参数；
5.确定油气层特征：根据提取的AVO反演参数，确定油气层厚度，瓦斯压力，孔隙度等油气层特征信息。
三、AVO反演的优势
1.简便实用：相比其他较为复杂的测井解释技术，AVO反演技术只需要几步就可以完成反演工作，操作简单方便；
2.优质信息：AVO反演不仅可以反演油气层的厚度，还可以得到瓦斯压力和孔隙度等物性信息，可以为后续的钻井和开发行业提供更加详细、优质的油气层信息；
3.应用更多：AVO反演适用于任何含有大量相同物性的层位，如碳酸盐岩等，可以在各种不同油气藏和各种不同的沉积环境中得到准确的油气物性参数。
叠前反演1(AVO)
(1) 直射线：
tan X X ,
2d Vt0 这里 : X 偏移距,
d 深度 VRMSt0 , 2
t0 双程时间, VRMS 均方根速度。
(2) 射线参数：
sin
XVINT tVR2MS
,
这里 :VINT 间隔速度,
t 总旅行时
基本的岩石物理概念
• AVO 响应依赖于有孔隙的含油气岩石中的 P波速 度(VP)、 S波速度 (VS) 和密度 () 的特性。
截距/梯度分析
道集
AVO 分析
截距
梯度
综合分析
AVO属性剖面
P波剖面和G波剖面
依据Aki和Richard以及Shuey的结果，在一定的假设条件下即△ ρ 、△ VP 、△ VS分别相对于ρ、VP、VS比较小，且VP/VS=2，于是得到
如果我们把ρVP定义为纵波波阻抗，把△㏑（ ρVP ）定义为纵波的反 射系数；把ρVS定义为横波波阻抗，把△㏑（ ρVS ）定义为横波的反射系 数。那么，在法线入射情况下，代表纵波反射振幅的截距P等于纵波波阻抗 自然对数的一半或纵波反射系数的一半。斜率G等于1/2纵波反射系数与横 波反射系数之差。
2、Shuey近似公式
Shuey公式的物理意义
P为截距，反映垂直入射时的反射振幅， G为梯度，反映振幅随入射角的变化率。
四个单层模型
(a) 、VP、和 都增加
(b) 、 VP 增加、 减小
(c) 、 VP 减小、 增加
(d) 、 VP、和 都减小
四类AVO异常
这是摘自 Castagna et al (1998) 文章里 的图7，更详细地说 明了4类异常的概念
输入为含水饱和度为50% 输出为含水饱和度为50%
基于叠前深度偏移的avo反演及解释
基于叠前深度偏移的avo反演及解释
最近，自然界中的地震活动越来越多，表示我们必须加强对地震活动的监测和分析，从而及时发现危险情况并采取积极措施，降低灾害。
地震反演是地震学研究和应用中一个重要的技术课题，是由观测到的地震记录信号推出发震源和结构的方式，可以建立地质模型，帮助更好地理解地质结构，有助于预测地震活动。
本文重点讨论基于叠前深度偏移的AVO反演及其解释。
首先，讨论叠前深度偏移。
叠前深度偏移是利用地震测深仪及其传感器所测量的地震数据，利用叠前处理技术，来进行深度偏移的技术。
叠前处理的技术可以帮助我们分析出空间上的地质变化，从而更好地探查地质结构，识别发震源的位置。
接下来，讨论AVO反演。
AVO反演就是基于AVO（amplitude versus offset）理论的地震反演技术，它结合了叠前处理法和叠后处理法，利用接收几何的物理机制，将接收信号和发射信号进行叠加和叠后处理，从而得出反射系数，并由此建立地质模型，推导发震源和走向。
最后，讨论基于AVO反演及解释。
基于AVO反演及解释，利用叠前深度偏移法确定地质结构特征，利用AVO反演得出反射系数，利用反射系数建立邻近的地质模型。
有了地质模型，通过对比不同的模型参数及其对应的反射系数，就可以对地质模型进行解释，找出地震活动的发震源和走向，从而实现精细地震反演。
本文介绍了基于叠前深度偏移的AVO反演及其解释。
叠前处理可以帮助我们分析出地质变化，AVO反演可以推出发震源和结构，而基
于AVO反演及解释可以找出地震活动的发震源和走向，实现精细地震反演。
本文的研究可以为我们更好的预测和防治地震灾害提供更好的技术支持。
叠前反演(AVO)处理技术
一个共识
在AVO振幅恢复中应减少单道的道均衡，以免
引起虚假的AVO现象。AVO处理和分析的关键 是叠前信息的保持、提取、显示和解释。充分 考虑补偿与炮检距有关的振幅衰减，消除非岩 性因素引起的振幅变化，这是进行AVO分析的 关键。
处理的目的就是要最大限度地消除
这些因素对振幅的影响，恢复和保 持振幅相对变化与反射系数大小单 一因素的关系
叠前反演(AVO) 经常 要将炮检距道集转 换成角道集的形式 （ a ）为共中心点道 集，不同地震道， 反射点相同，对于 同一地震道，地震 信息来自相同的激 化和接收点； （ b ）为共角度道集 ，不同地震道，入 射角相同，对于同 一地震道，地震信 息来自不同的激化 和接收点
反射振幅的恢复和保持
数据处理与AVO分析效果之间的关系，有好的
积极的一面，也有负的消极的一面，这完全取 决于AVO分析数据的前期处理是否得当，当数 据信噪比很低时，是不能用于AVO分析处理的 ；这时只有进行叠前压噪处理，提高叠前数据 的信噪比以后，才能用于AVO分析。 应用的叠前压噪手段必须保持有效信号的原始 振幅相对关系，如果破坏了这种关系，即使信 噪比提高了，对于AVO分析而言也是失败的。 因此，叠前压噪方法必须是高保真的。我们知 道，信号的保真涉及三个重要参数，即振幅、 频率和相位，在这里我们更加注重的是振幅相 对关系的保真
影响地震数据振幅改变的因素 -----大地滤波系统
球面扩散 地层吸收 界面透射损失
层间多次反射
薄层振幅调谐 波的相位转换 介质各向异性 地质构造因素
影响地震数据振幅改变的因素 -------数据采集系统
激发与接收条件的变化 震源和检波器的耦合状况变化 风化层性质横向变化
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个参数是以两个参数的比值，例如V p1V p211等形式出现。
这样就可以把V p1 £1等分别看作一第一节叠前流体检测技术近几年，随着地震采集处理技术的进步，尤其叠前偏移技术的发展和推广应用，使得研究人员可以得到来自地下真实反射点的叠前道集(CRP道集)，为叠前烃类检测技术的发展奠定了资料基础。
目前基于叠前道集的直接烃类检测方法主要有两种：一种是在岩石物理建模的基础上进行叠前道集 AVO响应特征分析；一种是利用多个限角叠加数据体进行叠前弹性参数反演，利用纵横波波阻抗、纵横波速度比、泊松比、拉梅系数等敏感属性反映含油气性。
一.AVO分析技术1、 AVO理论简介AVO ( Amplitude Variation with Offset )，早先也称为 Amplitude Versus Offset，译为振幅随炮检距变化。
由此而衍生的有振幅随入射角变化 AVO( Amplitude Variation with Angle )，振幅随方位角变化 AVA( Amplitude Variation with Azimuth )，振幅随炮检距和方位角变化 AVOA( Amplitude Variation with Offset and Azimuth )等。
AVO作为一种含气砂岩的异常地球物理现象，最早在 20世纪80年代初被Ostrander发现。
这一现象表现为：当储层砂岩含气后，地震反射振幅随炮检距会发生明显的加大(基于SEG标准极性)。
因为AVO现象与含气砂岩的对应关系，从而引起勘探地球物理界广泛的重视。
后续的研究表明：这种异常现象并非一种特殊的形式，而是遵循Zoepprittz早先所提出的地震反射波动力学方程式，从而对AVO现象的解释有了完整的理论基础。
针对AVO现象继而出现的 AVO技术是继亮点之后又一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的技术手段。
AVO技术具有以下特点：A、直接利用CDP道集资料进行分析，这就充分利用的多次覆盖得到的丰富的原始信息；B、禾U用振幅随炮检距(入射角)的变化的特点，即利用整条曲线的特点。
而亮点技术只是利用了这一特殊情况下曲线的一个数值。
所以，AVO技术对岩性的分析比亮点技术更为可靠。
C、这几年波动方程对地震剖面的成像有了更大的成果，是对地下构造形态的反演。
AVO技术从严格意义上说算不上是利用波动方程进行岩性反演分析的方法，但是其理论和思路是对波动方程得到的结果的比较精确的利用。
D、 AVO技术是一种研究岩性的比较细致的方法，并且需要有测井资料的配合。
2、 AVO技术的理论基础振幅随炮检距的变化来自于所谓的“能量分区”。
当地震波入射到地层界面时，一部分能量反射，一部分能量透射。
如果入射角不等于零度，纵波( P波)能量一部分反射，一部分转化成透射P波和S波。
反射和透射波的振幅能量取决于地层边界的物理性质差异。
纵波速度Vp、横波速度Vs和密度p是非常重要的。
同时，需要注意反射振幅也依赖于入射波的入射角(图5-3-1 )。
因此，当一个平面纵波非垂直入射到两种介质的分界面上，就要产生反射纵、横波和透射纵、横波。
在界面上，根据应力连续性和位移连续性，依据边界条件并引入反射系数、透射系数，就可以得出四个相应波的位移振幅应当满足的方程叫做Zoeprritz方程，这个方程是 Zoeprritz在1919年解出的。
这个方程组比较复杂，不能解出新产生的波的振幅与有关参数明确的函数关系。
但是从方程组可以看出，一般反射纵波的反射系数Rpp是入射角界面上部介质的密度p,纵波速度Vp1，横波速度VS1以及界面以下的介质密度 p 2,纵波速度VP2，横波速度VS2等七个参数的函数，可以简单的表示为Rpp ( &, VP1, VS1, p 1, Vp2, VS2, p 2),虽然不能直接从方程中解出Rpp与七个参数的具体关系，但是可以假设以物质的六个物性参数为参变量，以&为变量，仔细分析可以得到，六图5-3-1 :入射到地层边界的地震波示意图通过对地层弹性参数的研究，得到泊松比 6是一个对岩性和含油气情况反应比较敏感，参数，所以就要对方程进行适当的化简， 得出以泊松比6为参数的以6为变量的简单的近似关系，即Rpp=f(&,6,这样通过反算 6来达到对储层的参数测定和检测。
由于Zoeppritz 方程过于复杂，因此有许多学者尝试对其进行简化或近似，其中比较著名和实用 的主要有： 1) Koefoed 的试算Koefoed 在1955年第一个给出了用 Zoeppritz 方程，以R 为参数计算出的 Rpp 〜&曲线。
他用 17组纵横波速度、密度和泊松比参数，较为详细地研究了泊松比对两个各向同性介质之间反射和折 射面所产生的反射系数的影响，最大的入射角达到30°。
他的研究结果被公认为Koefoed 五原则。
虽然Koefoed 的结论说明了利用Rpp 〜&曲线是可以反算出泊松比6的，但是用未简化的 Zoeppritz方程进行计算太复杂，因此反求弹性参数也是很复杂的。
2) AkiKI 和RichardsPG 的纵波近似公式1980年AkiKI 和RichardsPG 给出了一个纵波反射振幅的一个近似表达式：2 2 ■ 21 “ Ns • 2T拧 sec 二 Vp ,V s • 2TV s 、=(1-42 sin 4 2 sin )2 V p2;2 V p V p 2 Vs这个公式是有适用条件的，就是界面两边的弹性介质性质的百分比变化小，式中的参数有： A/p=V p2-V p1、△Vs=V s2-V s1、Vp=(V p2+V p1)/2、Vs=(V s2+V s1)/2、Ap = p2- p 1、p = (p 2+p 1) /2、0= ( 0+ 02) /2, 0是入射角，0是按斯奈尔定理计算的透射角。
这个式子虽然对 Zoeppritz 方程进行了化简，但是用了 Vs 做参数而未用 6作参数。
3) Bortfeld 近似式 1961年，Bortfeld 提出近似式个参数，再加上在同一种介质中，纵波速度 v p ，横波速度V S,以及泊松比 6之间又有关系，如:于是有关系式:Rpp=f (&,，卫,这样来达到减少参数的目的。
从V p 2P 2理论上说，在实际地震记录上得到某个界面的反射波的振幅与入射角的变化关系曲线，并且又知道 某些参数，就可以利用曲线族作为量板来估算地层参数。
R ( 0) (5-3-1)4) Hilterman 近似式V p2T 2COS 円一V p1C cos * V p2 ?2 COSK V p1 q cos —'si n d) 一 Vs2R — V s2P 21+ k Ws1 -V s2 3(V s1—V s2)+2 s2 1 s2 2(5-3-3)I Vp1 丿-M + 12」5) Shuey 简化公式1985年Shuey 利用上面的式子进行了简化，用 代替Vs,修改得：R (e)=R o + |A o R o+—”2"sin 2。
+l^yP(tan 2 日— sin 2日) (5-3-4)(1 —<! ) 一 2 Vp.c - c - c 1、厂-「2.「 2 。
1 ^A Vp 也 P "垂直入射时的反射振幅 R 。
= ----------- +—— ,d 、(2分别为入射介质和透射介质的泊松比。
2JVp P 丿其中，界面两侧泊松比的差△(是一个至关重要的因素，这就是振幅与炮检距关系研究的物理基础。
Shuey 近似式的特点就是其三项都有明确的物理意义： 第一，垂直入射时，01= 62=0=0, R ( 0) =R,即R 0是垂直入射时的反射振幅。
第二，在中等入射的情况 (0〈 0〈 30°),有近似tan 銓sin 0,于是有：r ( “ 、2 1只(日)=巳 1+ A 0+ ---------- 3— bin 2日」(5-3-5)L v (1-丿此时，反射振幅与A 有关，前两项起作用。
这时的反射系数与介质的泊松比有密切关系， 因此,利用此式更能突出油气特征。
第三，对于大角度入射情况，反射振幅与速度变化有关中的第三项起主要作用。
6) Simth 和Gidlow 加权叠加方法1987年Smith 和Gidlow 根据Gardner 等人给出的水饱和岩石的密度与速度的 4次方根成正比的假设，将 Aki 和Richards (1980)提出的Zoeppritz 方程进行了修改化简：△V pzR pr …B i 匕 Ci s(5-3-6 )V pVsRpp=1ln(V p 2认却2 V pi A cos 日2Vp i--V s22) 2 +Rpp =其中:Vs 2 =Vp 2— —2(1 )△Vp Vp• : Vp Vp - - A 二 B 一2 1 B 上2r1 _aP(5-3-2)纵横波速度，B 、C 为常数。
因此，尽管表示反射系数的简化式有很多，但其最终目的都是为了求得一个最简表达式来表示 反射系数随入射角的变化。
而上、下介质的泊松比又对反射系数随入射角的变化起重要作用，因此， 需要在表达式中包含标志油气特征的参数。
Hilterman 的简化方程与Shuey 的简化方程满足了以上要求,且适用于各种层状模型的 AVO 模拟，因此得到了广泛的应用。
在应用中最常见的一种简化公式 为：2RU ） =P Gsin 2 二（5-3-7 ）式中：R 为反射系数、B 为入射角；P 为近似为零偏移距下的纵波的反射振幅，也称 AVO 截距， 其大小决定于上下层之间的纵波波阻抗差异；G 为纵波反射振幅随入射角的变化梯度，也称AVO 斜率，其大小取决于泊松比的变化。
这个方程不能很好处理入射角较大的情况，但是简单易懂，至今 仍然非常实用。
对 NMO （正常时差校正）道集中每一个时间采样点作 sin20 （ B 为入射角）和振幅交汇图（图5-3-2），截距描述了正常入射角时的 P 波反射率（NIP ），同时斜率就是梯度（振幅随入射角怎么变化）。
式（5-3-7）表明，在入射角小于中等角度（一般为 30°）时，纵波反射系数近似与入射角正弦 值的平方成线性关系。
基于该方程的叠前反演可以获得AVO 属性参数P 与G 及其各种转换属性参数,对这些属性参数的解释是：a 、由AVO 截距组成的P 剖面是一个真正的法线入射零炮检距剖面。
b 、由AVO 斜率组成的G 剖面反映的是岩层弹性参数的综合特征。
c 、在横波剖面上，当纵、横波速度比近似等于2时，P-G 可以反映出横波波阻抗的特征。
d 、在泊松比剖面上，当纵、横波速度比近似等于2时，P+G 反映的是泊松比的特征。