JASON約束稀疏脈沖反演在西南某地區(qū)的應(yīng)用

摘 要：地震波阻抗反演是地震勘探開發(fā)中的重要手段之一，在描述各類油氣儲(chǔ)層空間展布以及物性特征時(shí)被廣泛應(yīng)用。JASON反演軟件是使用的疊后地震數(shù)據(jù)反演軟件，提供有多種反演方法，文章介紹了軟件中約束稀疏脈沖反演（CSSI）的基本原理及其在軟件中實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。對西部某地區(qū)的實(shí)際地震資料進(jìn)行稀疏脈沖反演所得到的結(jié)果表明，應(yīng)用約束稀疏脈沖反演效果較好，反演結(jié)果能較清晰地展現(xiàn)儲(chǔ)層變化。

關(guān)鍵詞：波阻抗；JASON；CSSI； 儲(chǔ)層預(yù)測

1 概述

儲(chǔ)層預(yù)測是結(jié)合地震數(shù)據(jù)、測井資料等，以地震為主，定量預(yù)測儲(chǔ)層的空間幾何形態(tài)和物性參數(shù)的分布特征[1]。在現(xiàn)今常用方法中，聲波阻抗反演是疊后反射地震資料中得到的技術(shù)，它綜合分析地震數(shù)據(jù)和測井資料，利用地震橫向連續(xù)性強(qiáng)，測井縱向分辨率高的特點(diǎn)，得到的波阻抗剖面水平連續(xù)性好、垂直分辨率高，為儲(chǔ)層的預(yù)測研究提供相關(guān)的支持。

2 CSSI基本假設(shè)及原理

約束稀疏脈沖反演（CSSI）是一種遞推地震波阻抗反演方法，基于 范數(shù)反褶積和最大似然反褶積。其基石是假設(shè)地層的反射系數(shù)序列是由一系列稀疏且不連續(xù)的大反射系數(shù)和成高斯分布的小反射系數(shù)疊和所成。從地質(zhì)角度解釋，大反射系數(shù)代表地下不連續(xù)界面、巖性分界面[2]。

首先由約束稀疏脈沖的基本假設(shè)，得到目標(biāo)函數(shù)：

R2為反射系數(shù)均方值，N2為和噪音均方值；第K個(gè)采樣點(diǎn)的反射系數(shù)為r（K），n（K）為噪音；M為反射層數(shù)；L為總采樣數(shù)；？姿為既定反射系數(shù)似然值。可經(jīng)迭代計(jì)算出反射系數(shù)。

其次用最大似然反褶積反演得到的反射系數(shù)，采用遞推算法，結(jié)合初始波阻抗趨勢，得到波阻抗模型：

Z（i）為第i層的波阻抗值；R（i）為第i層的反射系數(shù)。

最后約束稀疏脈沖反演依據(jù)目標(biāo)函數(shù)逐一對地震道計(jì)算出的初始波阻抗進(jìn)行調(diào)整，并調(diào)整反射系數(shù)。得到目標(biāo)函數(shù)：

F=Lp（r）+？姿Lq（s-d）+a-1L1？駐Z （3）

r是反射系數(shù)，？駐Z是阻抗趨勢差；d是地震道；s是合成地震道；？姿是殘差權(quán)重因子；a為趨勢權(quán)重因子，p，q是L模因子。式（3）右邊分別是反射系數(shù)的絕對值和，合成聲波記錄與原始地震數(shù)據(jù)的差值，趨勢約束項(xiàng)。

約束稀疏脈沖反演基于地震數(shù)據(jù)，用波阻抗趨勢進(jìn)行約束，以期用最少的反射系數(shù)脈沖，對合成記錄與地震道進(jìn)行最佳匹配[3]。

3 CSSI反演流程

JASON中Inver Trace plus流程（圖1），先對地震數(shù)據(jù)細(xì)致處理并提取子波；對地震層位精細(xì)解釋，建立合理地質(zhì)地層模型；關(guān)鍵是對測井資料做標(biāo)準(zhǔn)化分析，結(jié)合地震子波做合成記錄，以保證時(shí)間-深度域準(zhǔn)確對應(yīng)。結(jié)合地層框架模型和合成記錄，以三維疊后地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用地震子波以及初始趨勢模型，進(jìn)行波阻抗反演，最終得到精細(xì)反演結(jié)果。

Inver Trace plus是JASON疊后反演的核心模塊，是CSSI反演算法的一種實(shí)現(xiàn)形式。它把地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為成波阻抗來反映波阻抗趨勢。其使用具有地質(zhì)意義的框架模型，作為其約束條件，將低頻趨勢模型和高頻地震成份進(jìn)行合并以增大地震數(shù)據(jù)本身的權(quán)重，多道同時(shí)反演降低隨機(jī)噪音對反演結(jié)果的影響。在儲(chǔ)層預(yù)測過程中，既要依據(jù)地震數(shù)據(jù)又要服從測井?dāng)?shù)據(jù)約束，生成橫向連續(xù)、垂向精細(xì)且更具地質(zhì)意義的反演數(shù)據(jù)體，使得生成儲(chǔ)層特性參數(shù)在空間上的分布狀態(tài)更加合理。

4 應(yīng)用實(shí)例

約束稀疏脈沖反演實(shí)際就是地震——測井聯(lián)合反演。測井資料具有豐富的高頻信息和完整的低頻成分，這可以彌補(bǔ)地震有限帶寬的不足[4]，用已知地質(zhì)信息和測井資料作為約束條件，反演得到高分辨率地層波阻抗。由于測井的時(shí)間、環(huán)境（鉆井液性質(zhì)，泥漿入侵、井徑差異，井壁垮塌等）、設(shè)備儀器的不同，存在隨機(jī)和系統(tǒng)誤差；為得到可靠的地震波阻抗反演結(jié)果，對測井資料進(jìn)行校正處理以及標(biāo)準(zhǔn)化是必須的。在此地區(qū)碳酸鹽巖環(huán)境影響不明顯，目的層附近曲線異常和畸變基本沒有。

4.1 子波估算和井震標(biāo)定

地震子波合適與否關(guān)乎波阻抗反演的效果好壞。提取子波過程主要依據(jù)子波形態(tài)，主頻帶，相位，長度等來判定子波是否可用。井震標(biāo)定主要目的是確定準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系（地震時(shí)間域-測井深度域）。提供可靠子波用于反演是最為核心的環(huán)節(jié)。先用雷克子波進(jìn)行初始標(biāo)定，確定大體時(shí)深對應(yīng)關(guān)系，之后用測井反射系數(shù)、井旁地震道反復(fù)估算調(diào)整子波，子波提取和井震標(biāo)定是相互迭代的過程，最終得到逼近原始地震道的最佳反射系數(shù)序列（圖2）。

圖2 子波提取及其合成記錄

由于聲波測井和地震資料由于所用頻率相差較大，必然存在有速度頻散導(dǎo)致的差異，使得聲波估算的時(shí)深關(guān)系存在一定的偏差，在標(biāo)定過程中務(wù)必要尋找多套標(biāo)志層判斷偏差大小，確保標(biāo)定合理，時(shí)深準(zhǔn)確。

4.2 初始低頻模型建立與約束反演

稀疏脈沖反演是在地震數(shù)據(jù)頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行的反演，結(jié)果中同樣缺少低頻信息，為補(bǔ)償?shù)卣鸱囱葜腥鄙俚牡皖l信息建立低頻模型，最終得到一個(gè)全頻帶的絕對波阻抗體[5]。

選擇合適的反演參數(shù)，對反演結(jié)果有很大影響。反射系數(shù)的稀疏和合成記錄與原始地震道殘差的大小決定了反演結(jié)果，這兩者相互矛盾。迭代次數(shù) 值越小，反射系數(shù)越稀疏，殘差越大，剖面缺乏細(xì)節(jié)，分辨率低；反之強(qiáng)調(diào)地震殘差小，使合成記錄與原始地震道相吻合，會(huì)忽略波阻抗變化的低頻背景。因此選取收斂的？姿值，既可拓寬反演頻譜，又會(huì)提高分辨率[6]。針對不同地區(qū)地質(zhì)情況的差異，選取合適的反演參數(shù)，做好的質(zhì)量監(jiān)控，強(qiáng)化對反演情況的反饋處理，以提高反演結(jié)果的可靠性。

原始資料主頻在25Hz左右。過井剖面反演結(jié)果（圖3）中有高波阻抗帶，和低波阻抗帶，儲(chǔ)層分布在高波阻抗背景下色條帶上。目的層段與實(shí)際鉆進(jìn)資料基本吻合，可見反演結(jié)果可靠，橫向預(yù)測也復(fù)合實(shí)際情況。

5 結(jié)束語

（1）約束稀疏脈沖波阻抗反演，屬基于模型的確定性方法，適用于井較少地區(qū)，其主要優(yōu)點(diǎn)是能獲得寬頻帶的反射系數(shù)，較好的處理地震記錄衍生多解性問題。其假設(shè)地層強(qiáng)反射系數(shù)是離散稀疏的，通過反褶積，以地震資料為基礎(chǔ)，加以測井資料、地質(zhì)框架模型的約束，逐道遞推子波、反射系數(shù)，進(jìn)而反演出波阻抗等數(shù)據(jù)。（2）要得到合理的反演結(jié)果，不僅要對測井、地震資料做相關(guān)處理，還要進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換以及提取合適子波做合成記錄，此外還要建立符合地質(zhì)情況的地層框架模型，在反演過程中要不斷調(diào)試質(zhì)量控制等參數(shù)，以期得到最佳反演結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]M. Huuse， D.A. Feary. Seismic inversion for acoustic impedance and porosity of Cenozoic cool-water carbonates on the upper continental slope of the Great Australian Bight[J].Marine Geology， 2005，（3/4）：123-134.

[2]何麗娟，熊冉，等.約束稀疏脈沖反演在大慶茂興地區(qū)泉四段儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用[J].沉積于特提斯地質(zhì)，2009，29（1）：92-95.

[3]鄒義，李強(qiáng)，楊洋，等.約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開發(fā)中的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2015，29（1）：101-104.

[4]龔偉，胡小菊，等.Jason反演在塔中順西地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2014，11（5）：590-598.

[5]郭朝斌，楊小波，等.約束稀疏脈沖反演在儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油物探，2006，45（4）：397-400.

[6]王權(quán)鋒，郭科.約束稀疏脈沖反演在儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用[J].測井技術(shù)，2008，32（1）：33-36.

作者簡介：張衛(wèi)東（1988-），男，成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院在讀碩士研究生，固體地球物理，主要研究方向?yàn)榈厍蛭锢矸囱荨?/p>