带先验约束的碎屑岩储层物性参数反演方法

对弹性参数进行转换而获取物性参数的方法,适用范围有限且预测精度不高.本文基于岩石物理理论,提出一种带先验约束的碎屑岩储层物性参数预测方法,为储层预测、流体识别、储层描述、储量估计、烃类开发方案设计提供重要参数.应用岩石物理理论和物性参数先验信息建立了带先验约束的目标函数;并利用最优化方法对反演目标函数进行优化求解,对储层的物性及孔隙度和泥质含量进行同步迭代反演.经过正演数据及实际地震资料的测试应用,其结果表明本文方法反演得到的孔隙度和泥质含量为储层综合预测提供了愈加丰富的评价指标,同时孔隙度和泥质含量数据的联合应用对减小储层预测的多解性和降低勘探开发的风险有重要意义.     

岩石物理驱动的正交各向异性方位叠前地震反演方法

基于长波长近似假设,周期性薄互层中发育一组平行排列的垂直裂缝则可视为等效的正交各向异性介质.岩石物理是构建裂缝参数与地震响应之间联系的基础,地震散射理论是各向异性介质参数反演的有效途径.文章提出了一种利用方位叠前地震数据实现正交各向异性裂缝储层Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数可靠预测的方法.首先,综合考虑矿物基质、孔隙、裂缝及各向异性岩石中流体替换的影响,通过构建正交各向异性裂缝岩石物理等效模型,实现正交各向异性刚度系数的估测,进而预测储层测井数据的弹性参数、Thomsen弱各向异性参数及裂缝弱度参数,为后续地震反演提供初始模型约束;然后,基于地震散射理论,推导了面向Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数反演的正交各向异性介质纵波反射系数方程,为后续地震反演奠定了理论基础;最后,发展了贝叶斯框架下的正交各向异性裂缝储层Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数AVAZ反演方法,同时考虑柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化约束,使用非线性的迭代重加权最小二乘策略实现正交各向异性特征参数的稳定估算.模型和实际资料处理表明,该方法能够稳定可靠地从方位叠前地震资料中获取正交各向异性特征参数,为正交各向异性介质的特征参数预测提供了一种高可靠性的地震反演方法.     

基于多射线联合反演的速度无关叠前地震数据Q值估计

描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性.     

非均匀正交各向异性特征参数地震散射反演方法研究

在长波长假设条件下,水平层状地层中发育一组垂直排列的裂缝构成了等效正交各向异性介质.各向异性参数与裂缝弱度参数的估算有助于非均匀各向异性介质的各向异性特征描述,而弹性逆散射理论是非均匀介质参数反演的有效途径.基于地震散射理论,我们首先推导了非均匀正交介质中纵波散射系数方程,并通过引入正交各向异性特征参数,提出了一种新颖的正交各向异性方位弹性阻抗参数化方法.为了提高反演的稳定性与横向连续性,我们发展了贝叶斯框架下的正交各向异性方位弹性阻抗反演方法,同时考虑了柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化,最终使用非线性的迭代重加权最小二乘策略实现了各向异性特征参数的稳定估算.模型和实际资料处理表明,反演结果与测井解释数据相吻合,证明了该方法能够稳定可靠地从方位叠前地震资料中获取各向异性特征参数,减小参数估算的不确定性,为非均匀正交介质的各向异性预测提供了一种高可靠性的地震反演方法.     

多测线变偏移距VSP地震各向异性反演

本文从一般弱各向异性介质参数反演中得到了使用两条相互正交的变偏VSP测线计算弱各向异性(WA)参数的反演公式. 如果仅仅使用qP波, 则可以确定9个独立的WA参数, 这9个WA参数可以完全地描述井中接收点在两个剖面内介质的各向异性性质. 通过对走时曲线进行最小二乘条件下的三次样条光滑, 可以获得慢度矢量的垂直分量和水平分量. 如果介质是横向非均匀介质, 则水平分量仅仅被用作反演时的约束条件. 为了获得偏振矢量, 本文引入质心计算方法, 该方法计算简单、 稳定, 而且不存在解的奇异问题. 在寻找与一般各向异性介质最接近的高对称性正交各向异性介质和TTI各向异性介质时, 使用qP波各向异性坐标变换方法和最小二乘求解方法, 得到了与一般各向异性介质最接近的正交各向异性和TTI各向异性参数及其对称轴方向参数的计算公式. 使用这些方法, 对瓜哇海地区布设的两条相互正交的变偏VSP测线数据进行各向异性反演, 获得了井中10个接收点处介质的WA参数. 数值计算和实际资料反演表明, 本文所使用的反演方法能够准确地得到VSP井中接收点处介质的WA参数, 这是地震勘探中研究地壳介质各向异性性质最直接和最可靠的方法.      

基于叠前弹性反演的含气储层预测技术

叠前弹性反演是目前岩性气藏储层预测的主要技术,仅仅使用纵波阻抗反演预测储层在理论和准确性方面都存在着一些不足,反演的多解性更是其致命的缺陷.本文从横波测井资料不同岩性、流体的岩石物理参数分析入手,优选能够区分岩性和流体的最佳敏感弹性参数,通过叠前反演获得反映储层岩性和含气性的弹性参数体,最后进行地震弹性参数交汇解释预测储层和识别流体.将纵向分辨率较高的测井岩石物理参数分析和横向分辨率较高的地震叠前反演结合起来,应用多个弹性参数,明显提高了储层预测的精度.地震数据中的AVO信息得到了充分的应用,采用纵波独立变量求解Zoeppritz方程.为有效储层预测和流体识别探索出了新途径.在靶区利用叠前弹性纵横波速比的属性,刻画出五级层序单砂体,在此基础上确定建议的水平井井位及其轨迹,通过叠前弹性反演比P波数据独立反演钻井成功率提高了10%以上.     

基于walkaway VSP下行P波的TTI各向异性参数反演

本文基于弱各向异性（WA）介质的正反演公式和qP波的坐标变换,推导了利用qP波反演任意倾斜对称轴的横向各向同性（TTI）介质的各向异性参数和对称轴方向的公式.理论和数值实验表明,利用2个相互正交的变井源距垂直地震剖面（walkaway VSP）可以完全确定钻井中TTI介质qP波的3个WA参数和对称轴的2个方向参数.我们完成了几个由不同数量剖面组成的walkaway VSP模拟实验,使用TTI模型和一般各向异性模型对模拟数据进行了反演,证明了反演公式的正确性和可靠性.使用这些公式,对来自Java Sea的由3条剖面组成的walkaway VSP观测数据进行了各向异性反演,获得了钻井中接收点处介质的WA参数.     

零偏VSP反演Q值CFS方法及影响因素研究

当地震波在地层中传播时,能量的衰减是传播介质非弹性性质的反映.这种介质所固有的衰减特性通常用品质因子(Quality Factor, Q)来描述.本文基于地震波在传播过程中主频降低的衰减特性,利用质心频率偏移法(Centroid Frequency Shift,简称 CFS)对零偏VSP正演模型进行Q值计算,分析薄层、上下行波场、频带宽度、反演波速、震源位置等因素的影响.模型结果显示:CFS法比频谱比法、振幅衰减法能更加准确识别薄层界面,可准确反演出厚度10m的地层;上行波场的加入降低反演结果准确度,尤其对高Q值层;当有效波频带增宽时,高频部分衰减明显,Q值反演结果接近理论值;反演波速误差对反演准确性影响很大.最后,利用CFS对实际井旁地面地震资料进行Q值反演,反Q滤波后其主频由25Hz提高到35Hz,分辨率得到改善,证明了CFS方法的实用性.     

各向异性介质中的弹性阻抗及其反演

地震反演已成为油藏描述中的重要组成部分.绝大多数的常规地震反演是叠后地震数据体上进行,很少考虑各向异性存在的情况.随着勘探开发的发展,地震各向异性和叠前地震波阻抗反演引起了人们极大关注.本文在各向同性介质中弹性阻抗研究基础上,推导出了各向异性介质中的弹性阻抗方程,提出了地震各向异性介质中用弹性阻抗进行储层参数描述的技术路线和框架,并对反演过程中存在的问题进行了有益探讨.     

基于等效各向异性和流体替换的地下裂缝地震预测方法

地下裂缝是油气聚集和运移的重要通道,而裂缝岩石物理是裂缝参数与地震响应之间联系的桥梁.从裂缝岩石物理出发,探索利用地震数据预测地下裂缝的方法.首先通过构建裂缝岩石物理等效模型,弥补测井横波的缺失,并且实现裂缝岩石物理参数的预测;然后推导了裂缝岩石物理参数与地震响应之间的近似关系式,同时探索裂缝岩石弹性参数和岩石物理参数的地震直接反演方法;最后分别利用测井数据和实际工区地震数据对裂缝岩石物理等效模型的可靠性以及裂缝岩石物理参数直接反演方法的精度进行了验证.结果表明,构建的裂缝岩石物理等效模型可以实现裂缝岩石纵横波速度及岩石物理参数的可靠估测,而且裂缝岩石物理参数地震直接反演方法具有较高的抗噪性,在实际目标工区弹性参数和裂缝岩石物理参数的估算中具有较好的应用结果.     

非零偏VSP技术在油田复杂断块开发中的应用

非零VSP是一种地面激发,井中接收的地震观测技术.其信号能量强,频带宽,波场信息丰富.能够获得“三高”的地震反射信息.针对复杂断块油田开发后期的精细描述,非零VSP是一项有效的开发地震技术手段.多年来,在三维地震资料品质较差情况下,VSP是对三维地震信息的一种补充,解决了辽河油田复杂断块开发中存在的小断层、薄砂体认识不清的许多地质问题.为油田复杂断块开发提供了一种有效的技术手段.     

Interval anisotropic parameter estimation from walkaway vertical seismic profiling data

This paper presents a new explicit method for the estimation of layered vertical transverse isotropic (VTI) anisotropic parameters from walkaway VSP data. This method is based on Dix‐type normal moveout (NMO) inversion. To estimate interval anisotropic parameters above a receiver array, the method uses time arrivals of surface‐related double‐reflected downgoing waves. A three‐term NMO approximation function is used to estimate NMO velocity and a non‐hyperbolic parameter. Assuming the vertical velocity is known from zero‐offset VSP data, Dix‐type inversion is applied to estimate the layered Thomsen anisotropic parameters ?, δ above the receivers array. Model results show reasonable accuracy for estimates through Dix‐type inversion. Results also show that in many cases we can neglect the influence of the velocity gradient on anisotropy estimates. First breaks are used to estimate anisotropic parameters within the walkaway receiver interval. Analytical uncertainty analysis is performed to NMO parameter estimates. Its conclusions are confirmed by modelling.     

Monte-Carlo Bayesian look-ahead inversion of walkaway vertical seismic profiles

We describe a method to invert a walkaway vertical seismic profile (VSP) and predict elastic properties (P‐wave velocity, S‐wave velocity and density) in a layered model looking ahead of the deepest receiver. Starting from Bayes's rule, we define a posterior distribution of layered models that combines prior information (on the overall variability of and correlations among the elastic properties observed in well logs) with information provided by the VSP data. This posterior distribution of layered models is sampled by a Monte‐Carlo method. The sampled layered models agree with prior information and fit the VSP data, and their overall variability defines the uncertainty in the predicted elastic properties. We apply this technique first to a zero‐offset VSP data set, and show that uncertainty in the long‐wavelength P‐wave velocity structure results in a sizable uncertainty in the predicted elastic properties. We then use walkaway VSP data, which contain information on the long‐wavelength P‐wave velocity (in the reflection moveout) and on S‐wave velocity and density contrasts (in the change of reflectivity with offset). The uncertainty of the look‐ahead prediction is considerably decreased compared with the zero‐offset VSP, and the predicted elastic properties are in good agreement with well‐log measurements.     

基于自适应优化有限差分方法的全波VSP逆时偏移

与地面地震资料相比,VSP资料具有分辨率高、环境噪声小及能更好地反映井旁信息等优点.常规VSP偏移主要对上行反射波进行成像,存在照明度低、成像范围受限等问题.为了增加照明度、拓宽成像范围、提高成像精度,本文采用直达波除外的所有声波波场数据(全波),包括一次反射波、多次反射波等进行叠前逆时偏移成像.针对逆时偏移中的四个关键问题,即波场延拓、吸收边界条件、成像条件及低频噪声的压制,本文分别采用自适应变空间差分算子长度的优化有限差分方法(自适应优化有限差分方法)求解二维声波波动方程以实现高精度、高效率的波场延拓,采用混合吸收边界条件压制因计算区域有限所引起的人工边界反射,采用震源归一化零延迟互相关成像条件进行成像,采用拉普拉斯滤波方法压制逆时偏移中产生的低频噪声.本文对VSP模型数据的逆时偏移成像进行了分析,结果表明:自适应优化有限差分方法比传统有限差分方法具有更高的模拟精度与计算效率,适用于VSP逆时偏移成像;全波场VSP逆时偏移成像比上行波VSP逆时偏移的成像范围大、成像效果好;相对于反褶积成像条件,震源归一化零延迟互相关成像条件具有稳定性好、计算效率高等优点.将本文方法应用于某实际VSP资料的逆时偏移成像,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

大陆架科学钻探CSDP-2井的垂直地震剖面测量

南黄海海相地层的地震波场特征和层位标定一直是困扰地震勘探的重要问题.为了近距离、高精度和高分辨率地观测井周围构造特征和岩石性质引起的波场变化,为地震资料的采集、处理与解释提供地震波衰减规律、速度与层位标定等信息,对大陆架科学钻探CSDP-2井实施了近零偏移距垂直地震剖面（VSP）观测.针对海相地层顶部强反射界面地震波穿透难的问题,采用了大容量气枪震源并设计了气枪阵列组合方式,提高了激发地震波的能量,获得了强反射界面之下清晰的PP、PS下行波和上行波信号.采用了三分量偏振合成、组合滤波和波场分离等处理方法,对VSP观测数据进行处理,获得了海相三叠系—志留系的精细的纵波、横波速度结构和地层吸收因子等物性数据,建立了钻井地层、测井、VSP上行波和多道地震剖面对应关系,实现了不同尺度的地质和地球物理属性资料的有效衔接,标定了钻井地质剖面上各深度地质体的地震反射特性,厘定了过井地震剖面上反射同相轴的地质属性.此次观测取得的纵波、横波速度信息,成为建立南黄海海相地层速度模型主要的资料来源,也是地震资料的岩性反演处理不可缺少的信息.     

带粒子滤波约束的PP-PS联合反演的稀疏解算法

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.     

基于贝叶斯理论的AVO三参数波形反演

在实际的AVO反演问题中，叠前数据体中的噪声或其他因素严重影响了AVO反演问题的适定性，而采用先验地质信息作为AVO反演问题的约束条件是解决AVO反演问题不适定的一种可行方法. 文中的似然函数采用了[WTBX]ι[WTBX]p范数的解，并用Cauchy分布表示先验模型参数的分布. 以此为基础，在反演中建立了测井数据的参数协方差矩阵对反演过程进行约束，并采用了共轭梯度算法实现多参数非线性的反演过程. 同时，为了提高反演精度，避免动校正拉伸及依赖于炮检距的调谐效应对参数估计的影响，反演采用动校前地震数据进行参数估计. 从应用效果分析来看，即使叠前道集的信噪比不高，反演的结果也能较好地与实际情况相匹配，为识别储层流体性质提供了新的手段.     

非零偏VSP弹性波叠前逆时深度偏移技术探讨

非零偏VSP地震资料是一种多分量资料,处理非零偏VSP资料,弹性波叠前逆时深度偏移技术无疑是最适合的处理技术.本文从二维各向同性介质的弹性波波动方程出发,研究了对非零偏VSP资料进行叠前逆时深度偏移的偏移算法,讨论了逆时传播过程中的边值问题和数值频散问题及其相应的解决方案;采用求解程函方程计算得到地下各点的地震波初至时间作为成像时间,实现了非零偏VSP资料的叠前逆时深度偏移.最后进行了模型试算和非零偏VSP地震资料的试处理,结果表明该方法不受地层倾角限制,较适用于高陡构造地区或介质横向速度变化较大地区的非零偏VSP地震资料处理.     

富含煤层气储层的叠前地震反演预测方法研究——以山西晋东南测区为例

叠前地震反演技术能够将地震中振幅、偏移距和入射角等多种有效信息与油气的敏感参数结合起来,在有效识别油气藏"甜点"方面虽发挥了重要的作用,但对于煤层气的有效预测仍需研究.针对煤层气与石油天然气的赋存地质条件不同,本文以山西沁水盆地煤层气地震资料为例,借鉴叠前地震反演技术的多参数预测思想,通过模型正演和实测资料处理,得到纵波、横波速度和密度等不同的数据体,利用数据体和弹性参数关系式,采用AkiRichard近似公式与叠前宽角度反演联合的方法,寻找出富含煤层气储层的敏感参数.从而实现富含煤层气储层的有效预测.经与测井曲线结果对比,吻合率较高,说明了该方法具有可行性与实用性.