地震资料反演

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反演概念
反演理论是从一个物理系统（或物理世界）上的控 反演理论是从一个物理系统（或物理世界）
制观测值来恢复这个系统的有用信息的一套数学和 统计技术（微积分、矩阵代数、 统计技术（微积分、矩阵代数、统计估算和推断 ）。有的学者将工程中的反问题分为四类 综合、 有的学者将工程中的反问题分为四类： 等）。有的学者将工程中的反问题分为四类：综合、 控制、识别与联合输入、系统参数识别。 控制、识别与联合输入、系统参数识别。也有学者 分别从时间与空间的角度来界定反问题。 分别从时间与空间的角度来界定反问题。
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低频
测井资料中所包含的频带范围
高频
地震资料中所包含的频带范围
测井资料和地震资料频带范围对比
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为什么要进行地震反演？ 为什么要进行地震反演？
可以看出，地震资料中明显缺少测井曲线中包含 可以看出，
的低频及高频信息。 的低频及高频信息。低频成分提供了地层的基本速 度结构，高频成分提供了地层的纵向分辨率。 度结构，高频成分提供了地层的纵向分辨率。地震 资料提供了稳定的中频信息和可靠的横向分辨能力。 资料提供了稳定的中频信息和可靠的横向分辨能力。 因此， 因此，需要通过测井约束的波阻抗反演来提高其分 辨率。 辨率。 李庆忠院士指出：“波阻抗反演是高分辨率地震 李庆忠院士指出： 资料处理的最终表达方式” 资料处理的最终表达方式”，说明了波阻抗反演在 地震技术中的特殊地位
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地震反演技术发展概况
近期发展 ： 80 年代非线性反演研究日益广泛 ， 从 近期发展： 80年代非线性反演研究日益广泛 年代非线性反演研究日益广泛，
Tarantola给出的声波波动方程反演的一般方法到 Tarantola 给出的声波波动方程反演的一般方法到 Mora的 P.Mora 的 2D 非线性弹性波反演和非线性迭代反演理 成果不可谓不丰。 论，成果不可谓不丰。 地震反演的研究在80年代取得了突破性进展，从反 地震反演的研究在80年代取得了突破性进展， 80年代取得了突破性进展 褶积跃进为广义线性和非线性反演和波动方程系数 项反演问题的研究。 项反演问题的研究 。 线性和拟线性地震反演的理论 已经接近成熟， 已经接近成熟 ， 以非线性最优化为基础的非线性波 动方程反演方法也取得一定进展， 动方程反演方法也取得一定进展 ， 但离实际应用尚 有相当距离。 有相当距离。
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地震反演的定义
地震反演是利用地表观测地震资料，以已知地质 规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和 物理性质进行成像(求解)的过程。
反演
地震波信息 转化为岩石 信息
转换过 岩石信息转 程
化为地震波 信息
地质模型
正演
地震响应
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各类反演方法的综合信息
地质 测井 低频
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地震反演技术发展概况
Wiggins和Jackson等于1972年先后提出了离散模型 Wiggins和Jackson等于1972年先后提出了离散模型 等于1972
的反演，即广义反演。BG反演理论的一个不足之处 的反演，即广义反演。BG反演理论的一个不足之处 在于未能直接从运动方程和本构方程出发来研究反 问题。随着偏微分方程理论的进展， 问题。随着偏微分方程理论的进展，引起了对变系 数波动方程中层析成像理论的兴起为代表。 层析成像理论的兴起为代表。当前对偏微分方程反 问题的研究多着眼于解的存在性、 问题的研究多着眼于解的存在性、数值解法以及数 值解法的稳定性与收敛性等方面。 值解法的稳定性与收敛性等方面。
实际地震勘探数据是不完全的、限带宽的。由这样 实际地震勘探数据是不完全的、限带宽的。
不完整的并存在随机噪音的信息来求取地下介质物 性参数的变化， 其过程必然是不适定的、 性参数的变化 ， 其过程必然是不适定的 、 会造成病 态方程。 这类方程的解常常不连续依赖于观测数据。 态方程 。 这类方程的解常常不连续依赖于观测数据 。 人们试图增加约束来降低个适定性。 人们试图增加约束来降低个适定性。 地震数据量非常巨大，由此带来实际地震资料处理 地震数据量非常巨大， 中的许多问题， 中的许多问题 ， 在很大程度上妨碍了某些理论先进 的算法的实用化。 在有些情况下， 的算法的实用化 。 在有些情况下 ， 把问题做大幅度 简化并统合地质人员的经验可能反而更有效。 简化并统合地质人员的经验可能反而更有效 。 在这 样一种背景下， 地震反演除了考虑方法的先进性外， 样一种背景下 ， 地震反演除了考虑方法的先进性外 ， 应分外重视其合理性和实用性。 应分外重视其合理性和实用性。
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地球物理反演的研究对象
地球物理反演研究的是地球物理领域中反演问题共
同的数学物理性质和解估计的构成和评价方法， 同的数学物理性质和解估计的构成和评价方法，即： 利用地球表面观测到的物理现象推测地球内部介质 物理状态的空间变化及物性结构。 物理状态的空间变化及物性结构。地震反演则是地 球物理反演的一个分支。 球物理反演的一个分支。
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地震反演的基本目的
利用地震波在地下介质中的传播规律，通过数据采 利用地震波在地下介质中的传播规律，
集、处理与解释等流程，来推测地下岩层结构和物 处理与解释等流程， 件参数的空间分布，为勘探开发提供重要依据。 件参数的空间分布，为勘探开发提供重要依据。
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地震反演的存在问题
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波阻抗反演技术发展概况
BP Amoco公司的Connolly在1999年的The Leading Edge杂志 Amoco公司的Connolly在1999年的 公司的Connolly 年的The Edge杂志
上正式发表了弹性波阻抗（ 上正式发表了弹性波阻抗（Elastic Impedance，EI）反演的 Impedance，EI） 方法论文，该方法最早是在1993 1994年由 1993/ 年由BP Amoco公司发展 方法论文，该方法最早是在1993/1994年由BP Amoco公司发展 起来，随后在2000年的SEG年会上同时出现了4篇论文对EI 2000年的SEG年会上同时出现了 EI进 起来， 随后在 2000 年的SEG 年会上同时出现了 4 篇论文对 EI 进 行了研究，ARCO公司介绍了他们申请了专利的弹性波阻抗反 行了研究 ， ARCO 公司介绍了他们申请了专利的弹性波阻抗反 演方法，认为在求取的反射系数的稳定性方面要好于 Connolly方法 而且计算的EI AI数值在同一个尺度下 方法， EI和 数值在同一个尺度下； Connolly方法，而且计算的EI和AI数值在同一个尺度下；CGG 公司发表论文认为EI反演效果要好于AVO反演，因为EI EI反演效果要好于AVO反演 EI在抗噪 公司发表论文认为EI反演效果要好于AVO反演，因为EI在抗噪 能力方面比AVO方法具有优势；同时BP Amoco公司在会上又提 AVO方法具有优势 能力方面比AVO方法具有优势；同时BP Amoco公司在会上又提 出了扩充弹性波阻抗方法，可以用于流体和岩性预测。此外， 出了扩充弹性波阻抗方法， 可以用于流体和岩性预测。 此外 ， Paradigm公司在其商业软件 Vanguard的 2001年最新版本中也 公司在其商业软件Vanguard Paradigm 公司在其商业软件 Vanguard 的 2001 年最新版本中也 有有关弹性波阻抗反演的功能出现。 有有关弹性波阻抗反演的功能出现。 这些进展说明弹性波阻 抗已经成为波阻抗反演进一步发展的方向之一， 抗已经成为波阻抗反演进一步发展的方向之一 ，地震反演的 发展正在走向AI EI相结合 AI和AVO相结合的道路 AI和 相结合、 相结合的道路。 发展正在走向AI和EI相结合、AI和AVO相结合的道路。
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波阻抗反演技术发展概况
波阻抗（Acoustic Impedance，AI）反演是利用 波阻抗（ Impedance，AI）
地震资料反演地层波阻抗（或速度） 地震资料反演地层波阻抗（或速度）的地震特殊处 理解释技术，该项技术在20世纪70年代开始出现， 20世纪70年代开始出现 理解释技术，该项技术在20世纪70年代开始出现， 80年代得到了蓬勃发展 90年代至今达到了颠峰 年代得到了蓬勃发展， 年代至今达到了颠峰， 80年代得到了蓬勃发展，90年代至今达到了颠峰， 围绕1D 1D波阻抗反演的各类算法以及应用成果层出不 围绕1D波阻抗反演的各类算法以及应用成果层出不 穷，热门之余在1997年左右开始出现了一些反思文 热门之余在1997 1997年左右开始出现了一些反思文 指出了波阻抗反演中存在的一些陷阱， 章，指出了波阻抗反演中存在的一些陷阱，也提出 了一些解决方案。 了一些解决方案。
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地震反演的方法分类
目前常用的反演手段是基于正演的反演，正演方法 目前常用的反演手段是基于正演的反演，
主要包括褶积模型法和反射率法两大类，计算手段 主要包括褶积模型法和反射率法两大类， 包括射线追踪、高斯束法、有限差分法、 包括射线追踪、高斯束法、有限差分法、有限单元 法等等。反演问题所面临的两大难题： 法等等。反演问题所面临的两大难题：一是局部极 二是计算成本。 值，二是计算成本。这是由反演的非线性和不适定 性所引起的。为克服地球物理反演的局部极值， 性所引起的。为克服地球物理反演的局部极值，研 究人员应用或发展了多种数学优化算法。 究人员应用或发展了多种数学优化算法。目前国内 外地震反演的方法根据利用地震资料的特点可以归 纳为叠前反演与叠后反演两大类
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地震反演技术发展概况
1967～1970年期间出现了Backus－Gilbert反演理论， 1967～1970年期间出现了Backus－Gilbert反演理论，
目前的大部分反演研究依然遵循着这种思路。BG反演 目前的大部分反演研究依然遵循着这种思路。BG反演 理论的出现为建立统一的地球物理反演理论和方法奠 定了基础， 定了基础，其贡献在于： （1）指出地球物理数据集是有限的、不精确的， 指出地球物理数据集是有限的、不精确的， 由此带来反演问题的高度非唯一性， 由此带来反演问题的高度非唯一性 ， 即古典解一 般不存在； （2）将反演问题归结为泛函极值点，可用优化方 法迭代求出满足一定准则的广义解。对解估计的 评价应是在分辨率和精度之间权衡，而非实测值 和计算值之间拟合差的最小。BG反演理论针对的 和计算值之间拟合差的最小。BG反演理论针对的 是连续模型的情况。
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地震反演技术发展概况
在50年代以前由于计算工具的限制， 反演技术仅限 50年代以前由于计算工具的限制 年代以前由于计算工具的限制，
于地震走时曲线或位场曲线的特征法（ 曲线斜率、 于地震走时曲线或位场曲线的特征法 （ 曲线斜率 、 特征点等） 与正演结果对比的选择法和量板法， 特征点等 ） 、 与正演结果对比的选择法和量板法 ， 以及用观测信号能量来推测场源参数的积分法等。 以及用观测信号能量来推测场源参数的积分法等。 到60年代逐步实现借助于计算机的自动拟合或最优 60年代逐步实现借助于计算机的自动拟合或最优 化选择法。 该阶段反演理论的一个重要特点在于： 化选择法 。 该阶段反演理论的一个重要特点在于 ： 地球物理数据被认为是无限的、 完整的、 地球物理数据被认为是无限的 、 完整的 、 精确的或 者只含可忽略的噪音， 者只含可忽略的噪音 ， 在大多数情况下把它与根据 假定模型正演计算取得的人工合成数据等同起来。 假定模型正演计算取得的人工合成数据等同起来。
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波阻抗反演
由于波阻抗信息是联系地质和地球物理的一座桥
梁，在叠后计算数据量相对要小，在实际生产中应 在叠后计算数据量相对要小， 用方便而且效果明显， 用方便而且效果明显，因此波阻抗反演在地震反演 中具有特殊的地位， 中具有特殊的地位，狭义的地震反演概念指的就是 波阻抗反演， 波阻抗反演，而如何正确应用波阻抗反演结果显得 更为重要。 更为重要。
技术特点
软件 Seislog InverTrace ISIS Strata Mprp InterWell
递推反演
忠实地震 分辨率低
模型反演 多参数反演
1、勘探后期及开发阶段， 适合多井地区 2、薄、互层研究 1、适合多井地区 2、岩性、物性预测
分辨率高 模型影响结果 分辨率高 方法灵活
Emerge InverMod
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地震反演与储层预测
方法选择 参数优选 储层解释
了解各种反演方法 的特点和试用性 理解各种反演方法 的关键参数 掌握合理、准确的 储层解释方法
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地震记录的形成和反演原理
地震道可以用下面的模型表示
seismic = wavelet * reflectivity + noise
地震
中频
测井
高频
递推反演 模型反演 多参数反演
（DT、Density) 、
及岩性) （DT、Density及岩性 、 及岩性
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各类反演方法的特点
附 加 信 息 模型 反演 递推 反演 多参数 反演
勘探程度
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各类反演方法的适用性
方法分类 适用性
1、勘探初期， 少井或无井 2、大套地层或特殊岩性研 究