改进的贝叶斯迭代反演方法及其在白云岩致密储层识别的应用

doi:10.11720/wtyht.2019.1354

改进的贝叶斯迭代反演方法及其在白云岩致密储层识别的应用

马琦琦, 孙赞东, 杨柳鑫

中国石油大学(北京) 地球物理与信息工程学院, 北京 102246

Modified Bayesian iterative inversion method and its application to dolomite tight oil reservoirs prediction

MA Qi-Qi, SUN Zan-Dong, YANG Liu-Xin

College of Geophysics and Information Engineering,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102246,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2018-09-27 修回日期: 2019-01-16 网络出版日期: 2019-04-20

基金资助:

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”课题“致密气有效储层预测技术”之“致密储层地震响应模式研究”子课题. 2016ZX05047-002-001

Received: 2018-09-27 Revised: 2019-01-16 Online: 2019-04-20

Fund supported:

. 2016ZX05047-002-001

作者简介 About authors

马琦琦(1990-),女,中国石油大学(北京)在读博士,主要从事叠前反演、储层预测研究工作。Email:ma_qi_qi@163.com 。

摘要

由于低孔隙度和低渗透率的白云岩致密油储集层的纵波阻抗与其围岩差异非常小,利用叠后反演技术难以有效预测储层,而可以提取丰富弹性信息的叠前反演是解决此问题的有效手段,但是由于噪声等问题,叠前反演方程有较强的不适定性,笔者在贝叶斯框架下引入了改进的多变量柯西分布和改进的低频约束因子,重新推导了反演方程,获得了新的目标函数,有效地减少了反演的不适定性,从而提高了反演的稳定性,并结合迭代的思想来不断更新反演求解过程中的背景纵横波速度比值,从而增加了反演结果的精度。模型数据测试和实际资料应用都证明了该方法的稳定性和适用性。统计表明,利用提出的反演方法,目的层段内优质储层厚度预测吻合率高达 89.75%。因此,此方法对类似硅质致密储层的勘探有重要的借鉴意义。

关键词： 贝叶斯反演 ; 致密油储集层 ; 改进的约束 ; 横波数据优化 ; 储层识别

Abstract

It is difficult to accurately predict the dolomite tight oil reservoir which has the characteristics of low porosity and low permeability by using the post-stack inversion,due to the small difference in acoustic impedance between the reservoir and its surrounding rock.Therefore,more abundant elastic information is needed.AVO inversion is an effective means to extract elastic information from pre-stack data.However,due to the noise and other factors,the pre-stack inversion equation has a strong ill-posed problem.Bayesian theory allows the construction of a regularization term by introducing a priori information about the model parameters,thereby effectively reducing the ill-posed problem of the inversion.Therefore,the modified Trivariate Cauchy constraint and the modified low-frequency constraint factor is introduced into the objective function,which can improve the ill-posed problem of the inversion,thus upgrading the accuracy of the inversion results.The iterative idea is used to address the non-linear nature of the proposed inverse operator.The P and S-wave velocity is updated in the iterations,which leads to more reliable results when applied to real data.Both the model data tests and the field data applications prove the validity and stability of the proposed method.Statistics show that,by using the proposed inversion method,the prediction accuracy rate of the reservoir thickness is as high as 89.5%.Therefore,this method has important reference significance for the exploration of similar siliceous reservoirs.

Keywords： Bayesian inversion ; tight oil reservoir ; modified constraints ; S-wave data optimization ; reservoirs identification

PDF (5003KB) 元数据多维度评价相关文章导出 EndNote| Ris| Bibtex 收藏本文

本文引用格式

马琦琦, 孙赞东, 杨柳鑫. 改进的贝叶斯迭代反演方法及其在白云岩致密储层识别的应用. 物探与化探[J], 2019, 43(2): 234-243 doi:10.11720/wtyht.2019.1354

MA Qi-Qi, SUN Zan-Dong, YANG Liu-Xin. Modified Bayesian iterative inversion method and its application to dolomite tight oil reservoirs prediction. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(2): 234-243 doi:10.11720/wtyht.2019.1354

0 引言

随着常规油气资源的勘探程度不断提高,常规油气勘探难度也在不断增加^[1]。近年来,非常规油气勘探开发陆续在国内外取得了许多重大成果,非常规油气已成为全球油气资源的重要组成部分,拥有着巨大的开采潜力^[2,3,4]。其中,致密油是页岩气后非常规油气领域的研究热点^[5]。而致密油储集层大多不受构造控制,并且其储层与围岩的声阻抗差异小,致密油藏的识别一直是地震勘探的难题^[6]。

叠前数据包含丰富的地下介质信息,叠前反演技术是提取隐藏在叠前地震数据中的岩层信息的重要方法^[7]。自叠前反演概念出现以来,国内外众多学者对其进行了广泛而深入的研究。Aki和Richards^[8]在假设弹性界面两侧参数微弱变化的条件下简化了Zoeppritz方程,并定义反射系数为纵、横波速度、密度反射系数和入射角度的函数;在此基础上,Smith和Gidlow^[9]引入了速度与密度的关系式,并获得了纵、横波速度反射系数的近似式;Goodway等^[10]阐述了拉梅参数和密度的乘积以及拉梅参数的组合可以有效地识别储层和流体;Russell等^[11]提出了含有Gassmann流体项的反射系数近似公式;宗兆云等^[12]重新推导Zoeppritz近似式,得到了基于杨氏模量和泊松比的近似式。以上学者的研究内容主要集中在近似公式的推导,而储层识别的精度还依赖于提取弹性参数方法的可靠性。实践中,由于地震资料品质不高、无法提取准确的子波等问题,叠前反演本身就存在较强的不适定性^[13]。Buland和Omre^[14]将贝叶斯理论引入了叠前反演方法,降低了反演的不适定性,得到了高分辨率的反演结果;Alemie和Sacchi^[15]提出了基于多变量柯西约束的叠前反演方法,并证明了柯西约束相较高斯约束能获得分辨率更高的反演结果,同时证明了柯西约束有较高的抗噪性。

然而,现阶段叠前反演方法仍然存在一些问题,柯西约束虽然能得到稀疏的结果,但是抑制了弱反射,降低了弱反射层的识别效果,限制了反演结果分辨率的提升^[7];由于低频采集成本巨大,大部分的地震数据低频信息缺失^[16],需要在反演过程中补充低频信息,传统的低频约束方法人为因素影响较大,在反演过程中可能会引入累积误差,导致反演结果精度下降;反演方程是非线性的,传统做法是假定背景纵横波速度比为常数,但是此方法不适用于横波资料缺乏或不足的地区,这样的做法会导致反演精度不高,稳定性不好^[17]。笔者针对以上叠前反演存在的问题,基于贝叶斯理论引入了改进的两项约束方法,在此基础上推导得到了新的目标函数,并且在求解目标函数时结合迭代的思想,不断更新背景值,降低了反演的不适定性,提高了反演结果的精度和稳定性,从而起到了提高储层预测精度的目的。

1 基于改进的约束项反演方法原理

常规的地震解释分析工作主要依靠全叠加数据完成的^[18],而实际情况中,叠加数据得到的反射系数与零偏移距的反射系数有着显著差异^[19]。而反射系数的差异,会从根本上影响反演结果的准确程度,从而影响储层预测,因此,为了获得高精度的预测结果,势必要通过叠前反演的方法。

叠前AVO反演的理论基础是Zoeppritz方程,它描述了反射纵波、反射横波、透射纵波、透射横波与弹性界面两侧弹性参数的关系,但是由于该方程表达式复杂,不便于应用,Aki和Richards推导了Zoeppritz方程简化公式

(1)

\begin{array}{l} R_{pp} (θ) = \frac{1}{2} (1 + ta n^{2} θ) R_{p} - \frac{4 si n^{2} θ}{γ^{2}} R_{s} \\ + \frac{1}{2} (4 \frac{si n^{2} θ}{γ^{2}} - ta n^{2} θ) R_{ρ}, \end{array}

式中,θ为纵波反射角和透射角的平均角度;γ为上下层介质纵横波速度比的平均值;R_p,R_s,R_ρ分别代表纵波阻抗反射系数、横波阻抗反射系数和密度反射系数,具体表达式为:

$R_{p} = Δ I_{p} / I_{p}, R_{s} = Δ I_{s} / I_{s}, R_{ρ} = Δ ρ / ρ 。$

其中,I_p、I_s和ρ分别是上下层介质纵波阻抗、横波阻抗和密度的平均值;ΔI_p、ΔI_s和Δρ分别为上下层介质纵波阻抗、横波阻抗和密度的差;求解式(1)时需要基于叠前数据联立L(L为大于2的整数)个方程,其中每个入射角θ_i(i=1,2,…,L)对应一个方程,假设每道有L个入射角度,N个采样点,则式(1)可以写作:

(2)

[\begin{array}{l} A (θ_{1}) & B (θ_{1}) & C (θ_{1}) \\ A (θ_{2}) & B (θ_{2}) & C (θ_{2}) \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ A (θ_{L}) & B (θ_{L}) & C (θ_{L}) \end{array}] [\begin{array}{l} R_{p} \\ R_{s} \\ R_{ρ} \end{array}] = [\begin{array}{l} R_{pp} (θ_{1}) \\ R_{pp} (θ_{2}) \\ ⋮ \\ R_{pp} (θ_{L}) \end{array}],

其中,

$\begin{array}{l} A (θ_{i}) = {[\begin{array}{l} \frac{1}{2} (1 + ta n^{2} θ_{i}) & 0 \\ ⋱ \\ 0 & \frac{1}{2} (1 + ta n^{2} θ_{i}) \end{array}]}_{N \times N}, \\ B (θ_{i}) = {[\begin{array}{l} \frac{4 si n^{2} θ_{i}}{γ_{1}^{2}} & 0 \\ ⋱ \\ 0 & \frac{4 si n^{2} θ_{i}}{γ_{1}^{2}} \end{array}]}_{N \times N}, \\ C (θ_{i}) = [\begin{array}{l} \frac{1}{2} (4 \frac{si n^{2} θ}{γ^{2}} - ta n^{2} θ) & 0 \\ ⋱ \\ 0 & \frac{1}{2} (4 \frac{si n^{2} θ}{γ^{2}} - ta n^{2} θ) \end{array}], \end{array}$

为了表达简便,式(2)可以写为:

(3)

Gm = d,

其中,

$\begin{array}{l} G = [\begin{array}{l} A (θ_{1}) & B (θ_{1}) & C (θ_{1}) \\ A (θ_{2}) & B (θ_{2}) & C (θ_{2}) \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ A (θ_{L}) & B (θ_{L}) & C (θ_{L}) \end{array}], \\ m = [R_{p} R_{s} R_{ρ}]^{T}, \\ d = [R_{pp} (θ_{1}) R_{pp} (θ_{2}) \dots R_{pp} (θ_{L} {)]}^{T} 。 \end{array}$

考虑到实际情况中存在噪声的干扰,因此在求解式(3)的过程中要构建正则化项来减小方程的不适定性。贝叶斯理论是通过引入模型参数的先验信息来构建正则化项,从而减小反演方程的不适定性^[20]。根据贝叶斯理论,模型参数的后验概率密度分布P(m|d)与模型参数的先验分布P(m)以及道集数据的噪声分布P(d|m)的关系可表示为:

(4)

P (m | d) \propto P (m) P (d | m) 。

Alemie 和 Sacchi^[15]论证了柯西分布作为模型参数的先验信息相较高斯分布可以获得强反射产生稀疏效果,并且具有更好的抗噪性,但是柯西约束抑制了弱反射,这与提高反演数据的分辨率是矛盾的,因此文中引入了改进的柯西约束作为模型参数的先验约束。柯西分布f(x)和改进的柯西分布f(x)_m表达式分别为式(5)、(6)。图1为两种统计分布的比较,从图中可以看出,改进的柯西分布相较柯西分布保护了弱反射,也就是说改进的柯西约束兼顾了反演的稀疏性和保护弱反射的特征,考虑到对称性,图中仅显示了一半的分布。

(5)

\begin{array}{l} f (x) = \overset{n}{\sum_{i = 1}} \ln (1 + 0.5 x_{i}^{2}), \end{array}

(6)

f {(x)}_{m} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} x_{i}^{2} / (1 + x_{i}^{2}) 。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1 柯西分布和改进的柯西分布约束对比

Fig.1 Comparison of Cauchy distribution constraint and modified Cauchy distribution constraint

模型参数的先验分布可以分为单变量和多变量的,考虑到文中同时提取的三个参数的相关性,多变量分布可以降低由于三参数之间的相关性造成的反演不适定性问题。因此,文中采用改进的多变量柯西分布作为模型参数的先验分布,具体公式为:

(7)

\begin{array}{l} p (m) = \frac{1}{π^{2 N} | ψ |^{N / 2}} \exp \overset{N}{\prod_{j = 1}} (- \frac{{(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}{1 + {(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}), \\ Φ_{j} = {D^{T}}_{j} ψ^{- 1} D_{j} 。 \end{array}

其中,ψ为相关矩阵,可以通过最大期望估计法得到;μ为模型参数的平均值,可以在初始模型中计算得到。D_j为3N×3N的矩阵,其表达式为:

(8)

[D_{j}]_{xy} = \{\begin{array}{l} 1 如果 x = 1 且 y = j \\ 1 如果 x = 2 且 y = j + N \\ 1 如果 x = 3 且 y = j + 2 N \\ 0 其它 \end{array} 。

假设叠前道集中的噪声为高斯白噪,服从均值为0,协方差为C_n= $σ_{n}^{2}$ I的多变量高斯分布,其中 $σ_{n}^{2}$ 为噪声均方差,I为单位矩阵,则噪声的似然函数可以写为:

(9)

\begin{array}{l} P (d | m) = [{(2 π)}^{LN} | C_{n} {|]}^{- 1 / 2} \\ \cdot \exp [- \frac{1}{2} {(d - Gm)}^{T} C_{n}^{- 1} (d - Gm)], \end{array}

把式(7)、(9)代入到式(4)中去,经过整理,可以得到后验概率密度表达式:

(10)

\begin{array}{l} P (m | d) \propto \exp \overset{N}{\prod_{j = 1}} [- \frac{{(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}{1 + {(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}] \\ \cdot \exp [- \frac{1}{2} {(d - Gm)}^{T} C_{np}^{- 1} (d - Gm)], \end{array}

通过一系列的数学转化得到的目标函数为:

(11)

\begin{array}{l} F (m) = {(d - Gm)}^{T} (d - Gm) \\ + μ \overset{N}{\sum_{j = 1}} (\frac{{(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}{1 + {(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}), \end{array}

其中,μ=4 $σ_{n}^{2}$ 控制了模型参数的先验约束项,用来调整反演结果的稀疏性。

由于输入地震数据的带宽限制,地震反演的相对阻抗必须通过合并可靠的低频模型信息进一步转化为绝对阻抗。常规方法一般采用平滑正则约束项来补充反演的低频信息,该约束的具体表达式如下:

(12)

\begin{array}{l} S = λ_{p} (P_{p} m - L_{p})^{T} (P_{p} m - L_{p}) \\ + λ_{s} (P_{s} m - L_{p})^{T} (P_{s} m - L_{p}) \\ + λ_{d} (P_{ρ} m - L_{ρ})^{T} (P_{ρ} m - L_{ρ}), \end{array}

式中,P_p,P_s,P_ρ为积分矩阵,L_p,L_s,L_ρ分别为真实的纵波阻抗、横波阻抗和密度的低频成分,可以由初始模型进行低通滤波得到;λ_p,λ_s,λ_ρ分别为纵波阻抗、横波阻抗和密度正则项的权系数。以纵波阻抗为例,

$\begin{array}{l} P_{p} = {[\begin{array}{l} 1 & 0 & \dots & 0 & 0 & \dots & 0 \\ 1 & 1 & \dots & 0 & 0 & \dots & 0 \\ ⋮ & ⋮ & \dots & ⋮ & ⋮ & \dots & ⋮ \\ 1 & 1 & \dots & 1 & 0 & \dots & 0 \end{array}]}_{N \times 3 N}, \\ L_{p} = {[\ln \frac{I_{p_{2}}}{I_{p_{1}}} \ln \frac{I_{p_{3}}}{I_{p_{1}}} \dots \ln \frac{I_{p_{N} + 1}}{I_{p_{1}}}]}^{T}_{1 \times N}, \end{array}$

通过式(12)可知,平滑正则约束是用模型的低频成分来控制反演结果,来补充反演结果的低频信息,在这里,权重系数将会影响反演结果。权重系数过大,会使反演结果过于平滑,降低了反演结果的分辨率;而权重系数过小,反演结果无法获得正确的低频信息。但往往在实际操作中权系数的选择主要依靠研究人员主观选择,而不恰当的选择就会影响反演结果的精度^[21]。

为了解决以上问题,文中在低频约束中引入了低通滤波因子H,得到了改进的低频约束项,使得模型的低频成分来控制反演结果的低频成分来保证反演结果的低频信息的准确性,其表达式为:

(13)

\begin{array}{l} S = λ_{p} (H_{p} P_{p} m - L_{p})^{T} (H_{p} P_{p} m - L_{p}) \\ + λ_{s} (H_{s} P_{s} m - L_{s})^{T} (H_{s} P_{s} m - L_{s}) \\ + λ_{ρ} (H_{ρ} P_{ρ} m - L_{ρ})^{T} (H_{ρ} P_{ρ} m - L_{ρ}), \end{array}

式中:H_p,H_s,H_ρ分别为纵波阻抗、横波阻抗和密度的低通滤波矩阵,用来得到待求参数的低频成分。因此,改进的低频约束项不仅改善了反演的不适定性,而且能够极大程度地减小人为因素带来的误差,可以在不影响反演结果的中、高频信息基础上对反演结果补充正确的低频信息,从而提高反演结果的精度。将改进的低频约束项添加到目标函数中以获得新的目标函数表达式:

(14)

\begin{array}{l} F (m) = {(d - Gm)}^{T} (d - Gm) \\ + μ \overset{N}{\sum_{j = 1}} (\frac{{(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}{1 + {(m - μ)}^{T} Φ_{j} (m - μ)}) + S, \end{array}

由于式(1)中背景值γ是未知的,因此得到的目标函数为非线性的,常规做法是利用井插值得到一个常数数据体,但是针对井资料缺乏或者类似本文研究区横向变化较大的地区并不适用。因此笔者采用迭代的思想,在求解过程中不断迭代更新背景值,从而得到高精度的反射系数。通过式(1)可知,背景值相较纵波阻抗来说对横波阻抗的影响更大,因此上述方法对横波阻抗的求取具有重要的意义。图2为利用研究区内某口实测井数据算得的横波阻抗反射系数与不同迭代次数后得到的结果对比,图中可见通过不断更新背景值,反演得到的反射系数与理论值的误差逐渐减小。最后,得到高精度的反射系数后,利用道积分即可得到纵波阻抗、横波阻抗和密度的绝对量。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2 不同迭代过程中反演得到的横波阻抗反射系数(R_s)与理论值的对比

a—理论R_s;b—第一次迭代反演得到的R_s;c—第一次迭代反演得到的R_s与理论值之差;d—第二次迭代反演得到的R_s;e—第二次迭代反演得到的R_s与理论值之差;f—第三次迭代反演得到的R_s;g—第三次迭代反演得到的R_s与理论值之差

Fig.2 Comparison of inverted results of R_s in different iterations and theoretical data

a—theory R_s;b—R_s obtained from the first iteration;c—the difference between the R_s obtained from the first iteration and the theoretical value;d—R_s obtained from the second iteration;e—the difference between the R_s obtained from the second iteration and the theoretical value;f—R_s obtained from the third iteration;g—the difference between the R_s obtained from the second iteration and the theoretical value

2 模型数据测试

为了验证文中提出的反演方法的适用性和抗噪性,在此我们选取了研究区内实测井数据利用精确的Zoeppritz以及35 Hz的雷克子波合成正演记录(图3),并针对文中提出的叠前反演方法与传统方法进行了比较。这里的传统方法指利用柯西约束和常规低频约束得到的反演结果。两种方法均用相同的初始值,迭代次数为5次。图4中的红色实线为经过Backus平均^[22]和时深转换处理后得到的实测井数据,蓝色实线为初始模型,是通过实测数据平滑得到的,绿色虚线为文中提出的方法得到的反演结果,黑色实线为常规方法得到的反演结果。其中,图4a~4c为无噪声的情况下得到的反演结果,通过对比可以看出,文中提出的方法可以获得比传统方法更高精度的反演结果。为了验证本文提出的弹性阻抗提取方法的抗噪性,文中对比了道集信噪比为2时的反演结果,如图4d~4f所示。从图中看到即使在加入了噪声的情况下,文中提出的方法仍能够得到与理论值近似的反演结果,证明了该方法具有一定的抗噪性,比传统方法得到的反演结果更稳定。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3 合成记录

a—无噪声;b—信噪比为2

Fig.3 Synthetic gathers

a—Noise-free;b—S/N=2

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4 实测井曲线与反演结果对比

a—无噪声反演纵波阻抗;b—无噪声反演横波阻抗;c—无噪声反演密度;d—信噪比为2时反演纵波阻抗;e—信噪比为2时反演横波阻抗;f—信噪比为2时反演密度

Fig.4 Comparison of inversion results with real logging data

a—inverted P-impedance results (noise free);b—inverted S-impedance results (noise free);c—inverted density results;d—inverted P-impedance results (S/N=2);e—inverted S-impedance results (S/N=2);f—inverted density results (S/N=2)

为了更加直观地看到新方法的优越性,文中计算了两种方法在不同信噪比情况下得到的反演结果与真实值的相关系数,其中相关系数越高说明与真实值越接近,从表中也能看到新方法得到的反演结果与真实值更加接近(见表1)。

表1 反演结果的相关系数统计

Table 1 Comparison of the correlation coefficients of inversion results

	方法	纵波阻抗相关系数	横波阻抗相关系数	密度相关系数
无噪声	新方法	0.9993	0.9987	0.9937
	常规方法	0.9988	0.9970	0.9851
有噪声	新方法	0.9903	0.9742	0.8684
	常规方法	0.9766	0.9433	0.7873

新窗口打开| 下载CSV

3 实际资料应用

本文研究区为白云岩致密油储层,湖相沉积,源储一体,有效烃源岩与储层相互叠置发育,形成源内型油藏。该套白云岩储层岩性复杂,多为过渡岩类,岩性横向变化快;研究区目的层段物性较差,孔隙度2.3%~13.6%,平均渗透率小于0.1 mD,自然产能低,属于典型致密油藏;储集空间类型主要是晶间孔、粒间孔、裂缝和溶孔,含油气层主要集中在白云岩内,受岩性类型及岩层厚度控制作用明显,因此,研究区储层识别的关键是高精度白云岩岩性预测。

岩石物理分析技术可以提供储层预测的依据和标准。首先,为了明确岩性敏感参数,在测井数据预处理和标准化处理的基础上开展多井弹性参数交会分析。利用研究区内多口井的纵波速度、横波速度和密度数据计算得到相应的纵波阻抗和横波阻抗。图5为根据测井数据计算的纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s交汇图,图中粉色样点表示白云岩储层,绿色样点表示非储层,其中横坐标表示纵波阻抗值,纵坐标表示横波阻抗值。从图中横坐标对应的样点分布可知白云岩储层相较非储层纵波阻抗主要集中在偏高值区,但是样点叠置的现象较为严重,因此,低孔隙度的白云岩储层与围岩的纵波阻抗差异小,仅利用纵波阻抗数据会降低储层预测的精度^[23];由图中纵坐标对应的样点分布可知,横波阻抗对于研究区的储层识别较为敏感,且白云岩储层相较非储层的横波阻抗主要集中在高值区。因此,联合纵波阻抗和横波阻抗信息进行储层预测可以有效地提高预测精度,同时结合岩石物理特征分析可知相对较高的弹性阻抗可以指示储层发育区,接下来将此为依据进行研究区段的白云岩致密油储层预测。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5 白云岩致密油层段纵波阻抗与横波阻抗交会

Fig.5 Cross-plot of P-impedance versus S-impedance of dolomite tight oil reservoirs

首先,本文根据研究区内多口井的AVO变化特征,利用高保幅的叠前道集数据得到了三个分角度叠加数据体(3°~14°,14°~25°,25°~36°)。其次,基于精确的层位和断层解释,进行地质模型的搭建,进而利用搭建好的地质模型和测井曲线得到求取低频模型的基础数据。最后,分别采用本文提出的方法以及常规方法进行纵波阻抗以及横波阻抗数据的提取,并选取了Well 7井作为验证井(图6a的黑色虚线处),此井不参与反演。

图6为发育有多套典型的储层(图中黄色箭头处)剖面,从图中可见,本文提出的新方法的反演结果在储层段的中部细节更加丰富,纵向上看提高了储层的分辨率,横向看增加了反演结果的连续性,提高了反演结果的稳定性。对比纵波阻抗和横波阻抗反演结果,可以看到横波阻抗数据更加聚焦储层,对比常规方法和新方法得到的结果,可以看到虽然常规方法一定程度上满足了储层识别分辨率的要求,但是在某些局部模糊了储层的界限(图6的黑色方框内部),从而导致储层识别的精度下降。

为了更加清晰地对比两种方法的反演结果,本文在验证井点处分别提取了反演结果的伪井曲线。图7为两种方法得到的反演结果与验证井的对比,其中,验证井经过了Backus平均处理。图7中红色曲线为理论值,蓝色曲线为利用本文提出的方法反演得到的结果,黑色曲线为常规方法反演得到的结果,从图中可见两种方法得到的反演结果在细节上有所差别,总的来说新方法得到的结果与井数据更为一致。可见本文提出的反演方法提高了目的层相关弹性参数的预测精度,从而提高白云岩致密油储层预测精度。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6 研究层段反演结果对比

a—常规方法反演纵波阻抗;b—常规方法反演横波阻抗;c—新方法反演纵波阻抗; d—新方法反演横波阻抗

Fig.6 Comparison of inverted results of target layer

a—inverted I_p by conventional method;b—inverted I_s by conventional method;c—inverted I_p by new method;d—inverted I_s by new method

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7 井旁道反演结果与实测井曲线的对比

a—纵波阻抗;b—横波阻抗

Fig.7 Comparison of inverted results of pseudo and well-logging data

a—P-impedance;b—S-impedance

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8 储层厚度预测流程

Fig.8 Flow chart of reservoir thickness prediction

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9 目的层段预测优质白云岩储层厚度

Fig.9 The prediction thickness of high-quality reservoirs of target layer

最后,在岩石物理分析的指导下,利用通过本文提出的方法提取的弹性参数进行研究区的优质储层的识别。为了验证储层识别的精度,我们制作了研究层段优质白云岩厚度图(图9),并使之与井数据进行对比验证。储层厚度的求取步骤包括以下几个方面:首先,对预处理和标准化处理后的井数据进行岩性敏感参数的分析,并确定优质储层在相关敏感参数控制下的分布范围;然后,以第一步的岩性敏感参数分析结果为约束,对反演得到的弹性数据体进行时间域的优质储层三维雕刻;最后,利用速度体对第二步得到的优质储层分布体进行时深转换,便可得到深度域的储层厚度图。具体的储层厚度求取流程图如图8所示。对比实际井数据,预测得到的优质储层厚度与真实值吻合率高达89.75%(表2)。

表2 研究区内实际钻遇优质白云岩厚度与预测厚度吻合率统计

Table 2 Statistics of actual dolomite thickness and predicted thickness in the study area

井名	实际厚度/m	预测厚度/m	吻合率/%	井名	实际厚度/m	预测厚度/m	吻合率/%
Well 1	59.56	50	84	Well 9	87	92	94
Well 2	9.79	11	88	Well 10	53.54	54	99
Well 3	72.5	71	98	Well 11	42.56	36	85
Well 4	47.3	48.5	95	Well 12	92.5	79.19	86
Well 5	62.87	54	86	Well 15	71.31	57	80
Well 6	49	49.8	98	Well 16	24.97	27	92
Well 7	65.1	80.9	76	Well 18	55.5	57.2	97
Well 8	54.02	51.05	95	Well 22	80	94	83
	总吻合率/%				89.75

新窗口打开| 下载CSV

4 结论

1)当单一的声阻抗不能更好地反映地下岩性信息时,采用包含横波信息的叠前弹性参数反演进行多参数联合约束可以有效地提高储层预测的精度。

2)储层预测的精度不仅与敏感参数的选择有关,还决定于叠前反演方法的选择。反演得到的弹性参数的精度决定了储层预测的精度,因此反演方法的选择是提高储层预测精度的关键,本文提出的基于改进的多变量柯西分布和改进的低频约束贝叶斯反演提高了反演的抗噪性,并且获取更准确的反演结果,从而降低了后续储层预测的不确定性。

3)文中提出的反演方法在致密白云岩储层预测中取得了较好的效果,为进一步的勘探开发提供了具有参考意义的重要数据支持,证明了该套方案的有效性和适用性,对类似储层的勘探提供了一定的借鉴意义。

致谢:感谢专家提出的审稿意见和编辑部的大力支持!

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

贾承造, 郑民, 张永峰 , 等.

中国非常规油气资源与勘探开发前景

[J]. 石油勘探与开发, 2012,39(2):129-136.

URL [本文引用: 1]

结合非常规油气特点,评价中国非常规油气资源潜力,总结中国非常规油气勘探开发技术进展,阐述中国非常规油气勘探开发前景与未来的发展战略。研究表明,中国非常规油气资源丰富,发展潜力大,其中致密气可采资源量为8.8×1012～12.1×1012m3,页岩气可采资源量为15×1012～25×1012m3,煤层气可采资源量为10.9×1012m3,致密油可采资源量为13×108～14×108t,可回收页岩油资源量为160×108t,油砂也具有一定资源潜力。目前已形成了全数字地震勘探技术、低渗低阻气层识别技术等一系列关键技术,且应用效果显著。致密气和致密油是中国目前最为现实的待开发非常规油气资源,煤层气与页岩气的开发利用正在起步。未来10～20年,中国非常规油气产量将显著增长,在弥补常规油气产量短缺中扮演日益重要的角色。

Jia C

, Zheng

, Zhang Y

, et al.

Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of exploration and development

[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012,39(2):129-136.

[本文引用: 1]

[2]

邹才能, 杨智, 朱如凯 , 等.

中国非常规油气勘探开发与理论技术发展

[J]. 地质学报, 2015,89(6):979-1007.

DOI:10.3969/j.issn.0001-5717.2015.06.001 URL [本文引用: 1]

新世纪非常规油气获战略突破,微纳米孔喉页岩系统油气成为油气资源接替的重要新领域,非常规油气资源在能源格局中的地位愈发重要。致密气、煤层气、重油、沥青砂等已成为勘探开发的重点领域,致密油成为亮点领域,页岩气成为热点领域。中国在致密气、页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源勘探开发获重要突破,油页岩、天然气水合物、重油、油砂矿等获重要进展,初步评价中国非常规石油资源量(223~263)×10~8t,天然气资源量(890~1260)×10~(12)m~3。中国非常规油气研究取得重大进展,细粒沉积学在陆相敞流湖盆大型浅水三角洲砂体、湖盆中心砂质碎屑流沉积、海陆相细粒沉积等研究新进展,提供了盆地中心储集体形成和分布的理论依据;非常规储层地质学在研究方法技术、多尺度数据融合、地层条件物理模拟等方面取得重大进展,多方法多尺度整体表征非常规储层已成为研究热点,推动了非常规油气地质学地质理论和方法技术快速发展;创新发展了连续型油气聚集理论,构建了非常规油气地质学理论体系框架,明确了非常规油气地质研究的内涵、地质特征、形成机理、分布规律和核心技术,为大面积非常规油气规模勘探开发奠定了理论基础;非常规油气勘探开发技术方法快速发展,涌现了烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性评价等"六特性"、"甜点区"地质一工程综合评价等核心评价方法,微地震监测、水平井钻完井、"工厂化"生产、"人工油气藏"等开发工程核心理念和技术,推动非常规油气"革命性发展"。非常规油气的突破,带来了坚持理论创新、坚持核心技术进步等4点重要启示,对延长石油工业生命周期、推动理论技术升级换代、改变能源格局具有深远意义。

Zou C

, Yang

, Zhu R

, et al.

Progress in China’s unconventional oil and gas exploration and development and theoretical technologies

[J]. Acta Geologica sinica, 2015,89(6):979-1007.

[本文引用: 1]

[3]

田忠斌, 申有义, 王建青 , 等.

非常规气地震勘探采集技术——以沁水煤田中东部煤系为例

[J]. 物探与化探, 2016,40(1):167-173.

DOI:10.11720/wtyht.2016.1.30 URL Magsci [本文引用: 1]

沁水煤田中东部位于沁水块坳的东部,地形起伏剧烈,地表岩性变化较大,浅地表不均匀性对煤层气、页岩气的地震勘探有效探测带来较大的影响,选择有效的激发、接收参数成为采集阶段的主要难点。文中提出采用微测井和折射相遇法相结合的方法,实现对浅表层结构的精细调查。即根据微测井数据,确定合理激发层位,保证药柱在基岩或者致密粘土层中激发;通过对激发、接收条件进行系统的试验,得出了针对不同激发岩性选用不同井深、药量、组合的激发参数;通过对试验数据分析,选择多个低频检波器最佳组合,建立高覆盖次数观测系统。采集成果证明,所选择的激发和接收参数较好地压制了面波、多次折射等干扰波,解决了山区、特别是黄土地区信噪比低的问题,为今后类似地区进行非常规天然气勘探开发提供了有益借鉴。

Tian Z

, Shen Y

, Wang J

, et al.

Unconventional gas seismic exploration acquisition technology:A case study of the middle east Qinshui coalfield

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(1):167-173.

Magsci [本文引用: 1]

[4]

杜江民, 张小莉, 钟高润 , 等.

致密油烃源岩有机碳含量测井评价方法优选及应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段烃源岩为例

[J]. 地球物理学进展, 2017,31(6):2526-2533.

URL [本文引用: 1]

致密油勘探初期存在烃源岩取心少、实测样品分布不连续等问题;利用测井资料可定量评价烃源岩.烃源岩富含有机质,在测井曲线上常以高伽马、低密度、高声波时差、高电阻率、高中子孔隙度等特征呈现.论文系统介绍了ΔLogR法和多元回归法两种基于测井资料的烃源岩定量评价方法,并建立了相应的预测模型.通过建立的模型对鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长7段烃源岩有机碳含量进行预测,并对计算出的TOC数据（TOC_（计算））与实测TOC数据（TOC_（实测））进行了对比和分析.研究结果表明,研究区ΔLogR法与多元回归法中的双参数模型为较好的预测方法,且ΔLogR法预测结果明显优于多元回归法,优选ΔLogR法为最佳评价方法;并对出现这种情况的原因进行了分析.

Du J

, Zhang X

, Zhong G

, et al.

Analysis on the optimization and application of well logs indentification methods for organic carbon content in source rocks of the tight oil-illustrated by the example of the source rocks of Chang 7 member of Yanchang Formation in Ordos Basin

[J]. Progress in Geophysics, 2017,31(6):2526-2533.

[本文引用: 1]

[5]

王社教, 蔚远江, 郭秋麟 , 等.

致密油资源评价新进展

[J]. 石油学报, 2014,35(6):1095-1105.

DOI:10.7623/syxb201406007 URL [本文引用: 1]

致密油是继页岩气之后当下非常规油气领域的热点,全球致密油可采资源量达到473×108t。近年,北美地区致密油勘探开发技术进步显著,产量增加迅速,中国在致密油勘探也取得了明显成效。在致密油资源评价方面,国外已形成相对成熟的评价技术,总体以类比法和统计法为主,各有其优缺点和适用条件;国内,完善资源评价技术已成为致密油增储上产的当务之急。重点探讨了致密油资源评价方法及资源富集特点,初步形成了类比法、统计法、成因法3大类7种评价方法及评价参数体系,并采用新建立的分级资源丰度类比法、EUR类比法、小面元容积法,在四川、鄂尔多斯、松辽、准噶尔、渤海湾等致密油盆地进行了具体应用。初步评价结果表明,中国致密油资源潜力大,地质资源量达200×108t,具备规模化发展的资源基础。

Wang S

, Wei Y

, Guo Q

, et al.

New advance in resources evaluation of tight oil

[J]. Acta Petrolei sinica, 2014,35(6):1095-1105.

[本文引用: 1]

[6]

章雄, 张本健, 梁虹 , 等.

波形指示叠前地震反演方法在致密含油薄砂层预测中的应用

[J]. 物探与化探, 2018,42(3):545-554.

DOI:10.11720/wtyht.2018.1050 URL [本文引用: 1]

岩石物理研究的实践表明,叠前弹性参数及其多参数交会对储层和烃类更为敏感,以此为基础的叠前地震反演是定量预测含油气储层的有效方法。对于致密砂岩薄储层及其含油性预测而言,因其地震响应极其隐蔽、地震信号分辨率不足,目前普遍采用基于变差函数理论的高分辨率叠前随机反演方法,但其反演结果的高频成分随机性较强、可靠性降低,对预测结果的精度和可靠性造成较大的影响。为解决上述问题,以四川盆地中北部地区侏罗系沙溪庙组致密含油薄砂层的预测为例,在储层及含油性敏感弹性参数分析的基础上,开展了波形指示叠前地震高分辨率反演方法的应用研究。该方法利用叠前地震波形相似性代替传统变差函数优选测井样本,并以此进行随机模拟建立各弹性参数的初始模型;在贝叶斯框架下,联合初始模型、测井弹性参数先验概率分布和叠前同时反演弹性参数结果建立后验概率分布,对其进行Metropolis-Hastings采样得到收敛的平稳分布即为一个反演实现。实际应用效果表明,波形指示叠前地震反演方法能够从叠前地震资料中获取地层各项弹性参数的高分辨率宽频结果,且其高频成分的确定性增强,提高了致密砂岩薄储层及含油性的预测精度和可靠性。该项技术是陆相致密碎屑岩储层及含油气性高精度预测的有效方法,具有广阔的应用前景。

Xiong

, Zhang B

, Hong

, et al.

The application of pre-stack inversion based on seismic waveform indicator to the prediction of compact and thin oil-bearing sand layer

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2018,42(3):545-554.

[本文引用: 1]

[7]

Zhou

, Li

, Chen

, et al.

Pre-stack AVA inversion of exact Zoeppritz equations based on modified trivariate Cauchy distribution

[J]. Journal of Applied Geophysics, 2017,138:80-90.

DOI:10.1016/j.jappgeo.2017.01.009 URL [本文引用: 2]

Obtaining interlayer weak reflection information that helps identify properties and accurate density information from complex and elusive reservoirs is particularly important for reservoir characterization and detection. However, conventional prestack amplitude variation with incidence angle inversion method is strongly influenced by the accuracy of the approximate Zoeppritz equations, which suppresses weak reflections coming from the commonly used prior distribution. In this paper, we address these problems by using exact Zoeppritz equations. First, the objective function of the inverse problem was constructed and the modified Cauchy distribution was introduced as the prior information by utilizing Bayes' theorem. In the complicated objective function, the forward operators are the sophisticated and nonlinear Zoeppritz equations with respect to estimate parameters. We then combined the idea of generalized linear inversion with iterative reweighed least-squares algorithm in order to solve the problem. Generalized linear inversion was used to solve the objective function, from which a nonlinear solution of the model parameters' perturbations can be calculated. The iterative reweighed least-squares algorithm was applied to solve the nonlinear expression in an attempt to obtain an updated iterative formula of the model parameters. Therefore the prestack amplitude variation with incidence angle inversion was able to be performed in order to better characterize a reservoir. Both synthetic and field data examples show that the new method can not only directly inverse P-wave velocity, S-wave velocity and density, but also provides accurate estimation results, particularly for density. The introduction of the modified Trivariate Cauchy prior constraints effectively estimated and inverted elastic parameters of weak reflections. Both examples demonstrated the feasibility and effectiveness of the proposed method.

[8]

Aki

, Richards

Quantitative Seismology

[M]. New York:W. H. Freeman & Co, 1980.

[本文引用: 1]

[9]

Smith G

, Gidlow P

Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas

[J]. Geophysical Prospecting, 1987,35:993-1014.

DOI:10.1111/j.1365-2478.1987.tb00856.x URL [本文引用: 1]

Amplitude versus offset concepts can be used to generate weighted stacking schemes (here called geo-stack) which can be used in an otherwise standard seismic data processing sequence to display information about rock properties. The Zoeppritz equations can be simplified and several different approximations appear in the literature. They describe the variation of P-wave reflection coefficients with the angle of incidence of a P-wave as a function of the P-wave velocities, the S-wave velocities and the densities above and below an interface. Using a smooth, representative interval velocity model (from boreholes or velocity analyses) and assuming no dip, the angle of incidence can be found as a function of time and offset by iterative ray tracing. In particular, the angle of incidence can be computed for each sample in a normal moveout corrected CMP gather. The approximated Zoeppritz equation can then be fitted to the amplitudes of all the traces at each time sample of the gather, and certain rock properties can be estimated. The estimation of the rock properties is achieved by the application of time- and offset-variant weights to the data samples before stacking. The properties which can be displayed by geo-stack are: P-wave reflectivity (or true zero-offset reflectivity), S-wave reflectivity, and the reflectivity of P-wave velocity divided by S-wave velocity (or 'pseudo-Poisson's ratio reflectivity'). If assumptions are made about the relation between P-wave velocity and S-wave velocity for water-bearing clastic silicate rocks, then it is possible to create a display which highlights the presence of gas.

[10]

Goodway

, Chen T

, Downton

Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lame petrophysical parameters:”λρ”,”μρ”, &”λ/μ fluid stack,from P and S inversions

[C]//Expanded Abstracts of the 67 ^th Annual SEG Meeting,Society of Exploration Geophysicists , 1997,16:183-186.

[本文引用: 1]

[11]

Russell B

, Gray

, Hampson D

Linearized AVO inversion and poroelasticity

[J]. Geophysics, 2011,76(3):19-29.

[本文引用: 1]

[12]

宗兆云, 印兴耀, 张峰 , 等.

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演

[J]. 地球物理学报, 2012,55(11):3786-3794.

DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.11.025 URL Magsci [本文引用: 1]

杨氏模量和泊松比等岩石弹性参数是表征页岩气储集体岩石脆性、评价储层含气特征的重要特征参数,而叠前地震反演是从地震资料中获取此类参数的有效途径.地震波反射系数方程是叠前反演的基础.首先,在平面波入射等假设条件下推导了基于杨氏模量(Y)、泊松比(σ)和密度(D)的纵波反射系数线性近似方程(YPD反射系数近似方程),该方程建立了地震纵波反射系数与杨氏模量反射系数、泊松比反射系数和密度反射系数的线性关系;其次,对该方程的精度和适用条件进行了分析,模型分析表明,在入射角为40°时,该方程具有较高的计算精度;最后,建立了一种稳定获取杨氏模量和泊松比的叠前地震直接反演方法.模型试算和实际资料试处理表明,基于新方程的反演方法能够稳定合理的直接从叠前地震资料中获取杨氏模量和泊松比参数,提供了一种高可靠性的页岩气"甜点"地震识别方法.

Zong Z

, Yin X

, Zhang

, et al.

Reflection coefficient equotion and pre-stack seismic inversion with Young’s modulus and Possion ratio

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2012,55(11):3786-3794.

Magsci [本文引用: 1]

[13]

王彦飞, 唐静, 耿伟峰 , 等.

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

[J]. 地球物理学报, 2018,61(3):1169-1177.

DOI:10.6038/cjg2018L0331 URL [本文引用: 1]

随着地震勘探目标从构造型油气藏向岩性油气藏的转变,地震勘探难度日益增大,这就要求从地震数据中获得更多可靠且具有明确地质含义的属性信息,并充分利用这些属性信息来对储层的岩性、岩相进行分析.AVO三参数反演能够从振幅随炮检距的变化信息中直接提取纵波速度、横波速度以及密度来估计岩石和流体的性质,进而对储层进行预测.然而,AVO反演本身是一个不适定的问题,加上地震纵波反射系数对横波速度和密度的不敏感,会造成单纯利用纵波地震数据进行反演的结果误差大.随着地震接收和数据处理技术的发展,越来越多的学者对PP-PS联合反演方法进行了研究并在实际资料中得以运用.融合转换横波地震数据的联合反演在一定程度上提高了反演的精度,降低了解的不稳定性.但是在信噪比较低的情况下,联合反演的效果受到了限制.本文从优化理论出发,提出了基于粒子滤波提供先验知识的l1范数约束极小化问题的稀疏解算法.并将上述方法运用到了不同的模型中,通过比较分析,证实了该方法在不同信噪比资料中的有效性和在信噪比较低情况下的优势.

Wang Y

, Tang

, Geng W

, et al.

Sparse solution of PP-PS joint inversion with constraint of particle filtering

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2018,61(3):1169-1177.

[本文引用: 1]

[14]

Buland

, Omre

Bayesian linearised AVO inversion

[J]. Geophysics, 2003,68:185-198.

DOI:10.1190/1.1543206 URL [本文引用: 1]

[15]

Alemie

, Sacchi M

High-resolution three-term AVO inversion by means of a trivariate Cauchy probability distribution

[J]. Geophysics, 2011,76:43-55.

URL [本文引用: 2]

[16]

Zhang J

, Zhang B

, Zhang Z

, et al.

Low-frequency data analysis and expansion

[J]. Applied Geophysics, 2015,12(2):212-220.

DOI:10.1007/s11770-015-0484-2 URL [本文引用: 1]

The use of low-frequency seismic data improves the seismic resolution, and the imaging and inversion quality. Furthermore, low-frequency data are applied in hydrocarbon exploration; thus, we need to better use low-frequency data. In seismic wavelets, the loss of low-frequency data decreases the main lobe amplitude and increases the first side lobe amplitude and results in the periodic shocking attenuation of the secondary side lobe. The loss of low frequencies likely produces pseudo-events and the false appearance of higher resolution. We use models to examine the removal of low-frequency data in seismic data processing. The results suggest that the removal of low frequencies create distortions, especially for steep structures and thin layers. We also perform low-frequency expansion using compressed sensing and sparse constraints and develop the corresponding module. Finally, we apply the proposed method to real common image point gathers with good results.

[17]

Fang

, Zhang F

, Wnag Y

Generalized linear joint PP-PS inversion based on two constraints

[J]. Applied Geophysics, 2016,13(1):103-115.

DOI:10.1007/s11770-016-0527-3 URL [本文引用: 1]

Conventional joint PP-PS inversion is based on approximations of the Zoeppritz equations and assumes constant VP/VS;therefore,the inversion precision and stability cannot satisfy current exploration requirements.We propose a joint PP-PS inversion method based on the exact Zoeppritz equations that combines Bayesian statistics and generalized linear inversion.A forward model based on the exact Zoeppritz equations is built to minimize the error of the approximations in the large-angle data,the prior distribution of the model parameters is added as a regularization item to decrease the ill-posed nature of the inversion,low-frequency constraints are introduced to stabilize the low-frequency data and improve robustness,and a fast algorithm is used to solve the objective function while minimizing the computational load.The proposed method has superior antinoising properties and well reproduces real data.

[18]

贾凌霄, 王彦春, 菅笑飞 , 等.

叠后地震反演面临的问题与进展

[J]. 地球物理学进展, 2016,31(5):2108-2115.

URL [本文引用: 1]

叠后地震反演技术自提出以来,在储层预测和评价、油藏特征描述等方面得到了广泛的应用.叠后地震反演可以相对快速地将地震波形信息转换为具有地质意义的波阻抗等信息,指导储层的识别与刻画.因此叠后地震反演技术在油气勘探中发挥了十分重要的作用.本文首先就叠后地震反演技术的起源、分类做了简要介绍;然后对影响反演结果的因素进行了归纳,总结出叠后地震反演结果主要受地震频带宽度、子波、地质层位和井信息这4种因素的影响,并系统梳理总结了每种影响因素在叠后地震反演中发挥的作用和目前在优化反演结果中所用的方法和技术;接着分析了反演过程中构建的低频和高频分量是造成叠后地震反演多解性的主要原因,介绍了相关研究成果;最后点明了现阶段叠后地震反演技术存在的问题并展望了其发展趋势.

Jia L

, Wang Y

, Jian X

, et al.

Problems and progress in post-stack seismic inversion

[J]. Progress in Geophysics, 2016,31(5):2108-2115.

[本文引用: 1]

[19]

Ma Q

, SUN Z

Fluid identification of secondary carbonate reservoir based on iterative AVO inversion

[C]//Expanded Abstracts of the 86 ^th Annual SEG Meeting,Society of Exploration Geophysicists , 2016: 602-606.

[本文引用: 1]

[20]

Bortfeld

Approximation to the reflection and transmission coefficients of plane longitudinal and transverse waves

[J]. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 1978,53:467-496.

DOI:10.1111/j.1365-246X.1978.tb03754.x URL [本文引用: 1]

summary . A new technique is presented for modelling the elastic constants of cracked structures with application to systems with weak concentrations of parallel cracks, and of simple biplanar and triplanar cracks. The velocities and V p /V s ratios of these anisotropic structures are used to provide quantitative models for some earthquake precursors. These results indicate the great importance of crack geometry to the behaviour of precursors. The velocities of saturated cracks appear to favour the dilatancy-diffusion model of precursory phenomena. Synthetic seismograms are calculated for propagation through possible dilatancy zones. The seismograms show some characteristic features which may be useful for the investigation of earthquake dilatancy.

[21]

张丰麒, 金之钧, 盛秀杰 , 等.

贝叶斯三参数低频软约束同步反演

[J]. 石油地球物理勘探, 2016,51(5):965-975.

DOI:10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2016.05.017 URL [本文引用: 1]

贝叶斯叠前反演通过引入三参数反射率的先验分布,可以提高三参数反射率反演的稀疏性和垂向分辨率,进而达到高分辨率反演的效果。然而在对实际资料进行试算时,由于随机噪声的存在,单一的稀疏约束项并不足以保证反演结果的稳定性。通过引入低频软约束项,即反演结果的低频和模型的低频之差的L_2范数达到最小,可以提高反演结果的鲁棒性,使贝叶斯三参数同步反演在实际资料的适用性增强。与平滑正则约束三参数反演相比,本文方法既能获取稳定的低频信息,同时也不会降低纵横波速度比反演结果的垂向分辨率。

Zhang F

, Jin Z

, Sheng X

, et al.

Bayesian pre-stack three-term inversion with soft low-frequency constraint

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2016,51(5):965-975.

[本文引用: 1]

[22]

Backs G

, Gibert

The resolving power of gross earth data

[J]. Geophysical Journal International, 1968,16:169-205.

DOI:10.1111/j.1365-246X.1968.tb00216.x URL [本文引用: 1]

A gross Earth datum is a single measurable number describing some property of the whole Earth, such as mass, moment of interia, or the frequency of oscillation of some identified elastic-gravitational normal mode. We show how to determine whether a given finite set of gross Earth data can be used to specify an Earth structure uniquely except for fine-scale detail; and how to determine the shortest length scale which the given data can resolve at any particular depth. We apply the general theory to the linear problem of finding the depth-variation of a frequency-independent local Q from the observed quality factors Q of a finite number of normal modes. We also apply the theory to the non-linear problem of finding density vs depth from the total mass, moment, and normal-mode frequencies, in case the compressional and shear velocities are known.

[23]

黄捍东, 汪佳蓓, 郭飞 .

敏感参数分析在叠前反演流体识别中的应用

[J]. 物探与化探, 2012,36(6):941-946.

DOI:10.11720/wtyht.2012.6.10 URL Magsci [本文引用: 1]

单一的岩性或物性参数均无法很好的满足复杂油气藏流体检测的需要。从测井岩石物理参数统计入手,找出与油气特征关联程度高的多个敏感参数进行交会分析,优选出流体敏感参数。基于叠前弹性参数反演成果,探索了井—震联合进行流体检测的方法。通过实际应用,明显的改善了叠后反演的多解性问题,取得了较好的应用效果。

Huang H

, Wang J

, Guo

Thev application of sensitive parameters analysis to fluid identification based on pre-stack inversion

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2012,36(6):941-946.

Magsci [本文引用: 1]

中国非常规油气资源与勘探开发前景

2012

... 随着常规油气资源的勘探程度不断提高,常规油气勘探难度也在不断增加^[1].近年来,非常规油气勘探开发陆续在国内外取得了许多重大成果,非常规油气已成为全球油气资源的重要组成部分,拥有着巨大的开采潜力^[2,3,4].其中,致密油是页岩气后非常规油气领域的研究热点^[5].而致密油储集层大多不受构造控制,并且其储层与围岩的声阻抗差异小,致密油藏的识别一直是地震勘探的难题^[6]. ...

中国非常规油气资源与勘探开发前景

2012

中国非常规油气勘探开发与理论技术发展

2015

中国非常规油气勘探开发与理论技术发展

2015

非常规气地震勘探采集技术——以沁水煤田中东部煤系为例

2016

非常规气地震勘探采集技术——以沁水煤田中东部煤系为例

2016

致密油烃源岩有机碳含量测井评价方法优选及应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段烃源岩为例

2017

致密油烃源岩有机碳含量测井评价方法优选及应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段烃源岩为例

2017

致密油资源评价新进展

2014

致密油资源评价新进展

2014

波形指示叠前地震反演方法在致密含油薄砂层预测中的应用

2018

波形指示叠前地震反演方法在致密含油薄砂层预测中的应用

2018

Pre-stack AVA inversion of exact Zoeppritz equations based on modified trivariate Cauchy distribution

2017

... 叠前数据包含丰富的地下介质信息,叠前反演技术是提取隐藏在叠前地震数据中的岩层信息的重要方法^[7].自叠前反演概念出现以来,国内外众多学者对其进行了广泛而深入的研究.Aki和Richards^[8]在假设弹性界面两侧参数微弱变化的条件下简化了Zoeppritz方程,并定义反射系数为纵、横波速度、密度反射系数和入射角度的函数;在此基础上,Smith和Gidlow^[9]引入了速度与密度的关系式,并获得了纵、横波速度反射系数的近似式;Goodway等^[10]阐述了拉梅参数和密度的乘积以及拉梅参数的组合可以有效地识别储层和流体;Russell等^[11]提出了含有Gassmann流体项的反射系数近似公式;宗兆云等^[12]重新推导Zoeppritz近似式,得到了基于杨氏模量和泊松比的近似式.以上学者的研究内容主要集中在近似公式的推导,而储层识别的精度还依赖于提取弹性参数方法的可靠性.实践中,由于地震资料品质不高、无法提取准确的子波等问题,叠前反演本身就存在较强的不适定性^[13].Buland和Omre^[14]将贝叶斯理论引入了叠前反演方法,降低了反演的不适定性,得到了高分辨率的反演结果;Alemie和Sacchi^[15]提出了基于多变量柯西约束的叠前反演方法,并证明了柯西约束相较高斯约束能获得分辨率更高的反演结果,同时证明了柯西约束有较高的抗噪性. ...

... 然而,现阶段叠前反演方法仍然存在一些问题,柯西约束虽然能得到稀疏的结果,但是抑制了弱反射,降低了弱反射层的识别效果,限制了反演结果分辨率的提升^[7];由于低频采集成本巨大,大部分的地震数据低频信息缺失^[16],需要在反演过程中补充低频信息,传统的低频约束方法人为因素影响较大,在反演过程中可能会引入累积误差,导致反演结果精度下降;反演方程是非线性的,传统做法是假定背景纵横波速度比为常数,但是此方法不适用于横波资料缺乏或不足的地区,这样的做法会导致反演精度不高,稳定性不好^[17].笔者针对以上叠前反演存在的问题,基于贝叶斯理论引入了改进的两项约束方法,在此基础上推导得到了新的目标函数,并且在求解目标函数时结合迭代的思想,不断更新背景值,降低了反演的不适定性,提高了反演结果的精度和稳定性,从而起到了提高储层预测精度的目的. ...

Quantitative Seismology

1980

Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas

1987

Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lame petrophysical parameters:”λρ”,”μρ”, &”λ/μ fluid stack,from P and S inversions

1997

Linearized AVO inversion and poroelasticity

2011

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演

2012

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演

2012

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

2018

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

2018

Bayesian linearised AVO inversion

2003

High-resolution three-term AVO inversion by means of a trivariate Cauchy probability distribution

2011

... Alemie 和 Sacchi^[15]论证了柯西分布作为模型参数的先验信息相较高斯分布可以获得强反射产生稀疏效果,并且具有更好的抗噪性,但是柯西约束抑制了弱反射,这与提高反演数据的分辨率是矛盾的,因此文中引入了改进的柯西约束作为模型参数的先验约束.柯西分布f(x)和改进的柯西分布f(x)_m表达式分别为式(5)、(6).图1为两种统计分布的比较,从图中可以看出,改进的柯西分布相较柯西分布保护了弱反射,也就是说改进的柯西约束兼顾了反演的稀疏性和保护弱反射的特征,考虑到对称性,图中仅显示了一半的分布. ...

Low-frequency data analysis and expansion

2015

Generalized linear joint PP-PS inversion based on two constraints

2016

叠后地震反演面临的问题与进展

2016

... 常规的地震解释分析工作主要依靠全叠加数据完成的^[18],而实际情况中,叠加数据得到的反射系数与零偏移距的反射系数有着显著差异^[19].而反射系数的差异,会从根本上影响反演结果的准确程度,从而影响储层预测,因此,为了获得高精度的预测结果,势必要通过叠前反演的方法. ...

叠后地震反演面临的问题与进展

2016

Fluid identification of secondary carbonate reservoir based on iterative AVO inversion

2016

Approximation to the reflection and transmission coefficients of plane longitudinal and transverse waves

1978

... 考虑到实际情况中存在噪声的干扰,因此在求解式(3)的过程中要构建正则化项来减小方程的不适定性.贝叶斯理论是通过引入模型参数的先验信息来构建正则化项,从而减小反演方程的不适定性^[20].根据贝叶斯理论,模型参数的后验概率密度分布P(m|d)与模型参数的先验分布P(m)以及道集数据的噪声分布P(d|m)的关系可表示为: ...

贝叶斯三参数低频软约束同步反演

2016

... 通过式(12)可知,平滑正则约束是用模型的低频成分来控制反演结果,来补充反演结果的低频信息,在这里,权重系数将会影响反演结果.权重系数过大,会使反演结果过于平滑,降低了反演结果的分辨率;而权重系数过小,反演结果无法获得正确的低频信息.但往往在实际操作中权系数的选择主要依靠研究人员主观选择,而不恰当的选择就会影响反演结果的精度^[21]. ...

贝叶斯三参数低频软约束同步反演

2016

The resolving power of gross earth data

1968

... 为了验证文中提出的反演方法的适用性和抗噪性,在此我们选取了研究区内实测井数据利用精确的Zoeppritz以及35 Hz的雷克子波合成正演记录(图3),并针对文中提出的叠前反演方法与传统方法进行了比较.这里的传统方法指利用柯西约束和常规低频约束得到的反演结果.两种方法均用相同的初始值,迭代次数为5次.图4中的红色实线为经过Backus平均^[22]和时深转换处理后得到的实测井数据,蓝色实线为初始模型,是通过实测数据平滑得到的,绿色虚线为文中提出的方法得到的反演结果,黑色实线为常规方法得到的反演结果.其中,图4a~4c为无噪声的情况下得到的反演结果,通过对比可以看出,文中提出的方法可以获得比传统方法更高精度的反演结果.为了验证本文提出的弹性阻抗提取方法的抗噪性,文中对比了道集信噪比为2时的反演结果,如图4d~4f所示.从图中看到即使在加入了噪声的情况下,文中提出的方法仍能够得到与理论值近似的反演结果,证明了该方法具有一定的抗噪性,比传统方法得到的反演结果更稳定. ...

敏感参数分析在叠前反演流体识别中的应用

2012

... 岩石物理分析技术可以提供储层预测的依据和标准.首先,为了明确岩性敏感参数,在测井数据预处理和标准化处理的基础上开展多井弹性参数交会分析.利用研究区内多口井的纵波速度、横波速度和密度数据计算得到相应的纵波阻抗和横波阻抗.图5为根据测井数据计算的纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s交汇图,图中粉色样点表示白云岩储层,绿色样点表示非储层,其中横坐标表示纵波阻抗值,纵坐标表示横波阻抗值.从图中横坐标对应的样点分布可知白云岩储层相较非储层纵波阻抗主要集中在偏高值区,但是样点叠置的现象较为严重,因此,低孔隙度的白云岩储层与围岩的纵波阻抗差异小,仅利用纵波阻抗数据会降低储层预测的精度^[23];由图中纵坐标对应的样点分布可知,横波阻抗对于研究区的储层识别较为敏感,且白云岩储层相较非储层的横波阻抗主要集中在高值区.因此,联合纵波阻抗和横波阻抗信息进行储层预测可以有效地提高预测精度,同时结合岩石物理特征分析可知相对较高的弹性阻抗可以指示储层发育区,接下来将此为依据进行研究区段的白云岩致密油储层预测. ...

敏感参数分析在叠前反演流体识别中的应用

2012

〈

〉