一种基于测井数据约束的全波形反演方法及系统与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，具体地说，涉及一种基于测井数据约束的全波形反演方法及系统。

背景技术：

全波形反演作为一种高精度的建模手段成为近年来全球研究的热点，其理论基础发展已相对完善，但其实用化仍面临着许多的挑战，尤其是陆地资料限制了全波形反演的实用化进程。

常规陆地资料为反射波勘探数据，缺少全波形反演所要求的低频信息，加之陆地资料品质较差且噪音干扰严重，使得有效低频信息的获取更具挑战。低频信息是全波形反演的基础，低频的缺失，在很大程度上限制了全波形反演的实用化进程。

目前，解决全波形反演耦合问题主要有两种方法。一种是在数据方面通过频率扩展获取伪低频信息，但通过该方法获取的低频信息可靠性较低，在使用过程中可能造成全波形反演的错误收敛；另一种方法是在模型方面利用一些常规建模方法获得初始模型，如采用走时层析、网格层析以及拉普拉斯域波形反演等方法获得初始模型，但这样获得的初始模型往往都不能满足全波形反演对初始模型高精度的要求，尤其在复杂构造，低速异常发育的地块。

因此，目前国际上全波形反演的应用还受到很大限制，还没有出现陆地资料的成功应用案例。为了克服陆地资料的局限性，其应用方向逐渐退化成初至波、反射波等特征波形的反演策略。尽管这些方法可以实现波形反演的建模，但损失了全波形反演高精度建模的优势。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于测井数据约束的全波形反演方法及系统，用以在陆上资料缺失低频信息的情况下，提高全波形反演建模的精度。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于测井数据约束的全波形反演方法，包括：

利用陆上地震资料建立地震剖面的初始速度场；

根据已知的测井资料建立基于测井信息的测井模型；

基于所述初始速度场和所述测井模型建立地震剖面的综合插值模型；

对所述综合插值模型进行反演计算，根据计算数据与陆上地震资料的数据残差更新所述综合插值模型，以确定在所述初始速度场中低频信息缺失情况下的全波形反演模型。

根据本发明的一个实施例，建立所述测井模型的步骤进一步包括：

任意选取地震剖面中两口井的测井信息来进行第一插值处理，以获取粗插值模型；

基于地震剖面中除进行所述第一插值处理的两口井外的其他井的测井信息，对所述粗插值模型进行第二插值处理，以获取精细插值模型；

对所述精细插值模型进行平滑处理，以获取所述测井模型。

根据本发明的一个实施例，所述第二插值处理的步骤进一步包括：

确定地震剖面中位置u处的已知测井速度在位置i处的高斯权重值G(i)；

基于所述高斯权重值G(i)和已知的测井资料对所述粗插值模型进行处理，以获取所述精细插值模型。

根据本发明的一个实施例，地震剖面中位置u处的测井速度在位置i处的高斯权重值G(i)为：

$G\left(i\right)=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(i-u)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}].i=1...n_x,u=1...n_x;$

其中，u为已知井在地震剖面中的横坐标，i为地震剖面中的横坐标，σ²为方差，n_x为横向采样点数。

根据本发明的一个实施例，所述精细插值模型为：

$m_{\mathrm{accurace}}(i,j)=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}^k\left(i\right)m_{\log }^k\left(j\right)+[1-\frac{1}{n}{G}^k\left(i\right)]m_{\mathrm{robust}}(i,j),i=1...n_x,j=1...n_z$

其中，m_accurace(i,j)为校正后的插值模型，为已知的第k个井的测井数据，G^k(i)为第k个井的高斯权重值，n为井数，n_x为横向采样点数，n_z为纵向采样点数，i为地震剖面中的横坐标，j为地震剖面中的纵坐标，m_robust(i,j)为第一插值处理后的粗插值模型。

根据本发明的一个实施例，所述综合插值模型为：

m(i,j)＝λm_accurace(i,j)+(1-λ)m_bg(i,j)

其中，m(i,j)为综合插值模型，m_bg(i,j)为初始速度场，λ为权重系数。

根据本发明的一个实施例，所述第一插值处理采用线性插值模型得到所述粗插值模型，所述粗插值模型为：

m_robust(i,j)＝αm₁(i,j)+(1-α)m₂(i,j)

其中，m_robust(i,j)为粗插值模型，m₁(i,j)、m₂(i,j)分别为两口井的测井数据，α为插值系数。

根据本发明的一个实施例，所述平滑处理为高斯平滑处理。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于测井数据约束的全波形反演系统，包括：

初始速度场计算模块，利用陆上地震资料建立地震剖面的初始速度场；

测井模型建立模块，根据已知的测井资料建立基于测井信息地震剖面中的测井模型；

综合插值模型计算模块，基于所述初始速度场和所述测井模型建立地震剖面的综合插值模型；

综合插值模型更新模块，对所述综合插值模型进行反演计算，根据计算数据与陆上地震资料的数据残差更新所述综合插值模型，以确定在所述初始速度场中低频信息缺失情况下的全波形反演模型。

根据本发明的一个实施例，所述测井模型建立模块进一步包括：

粗插值模型计算单元，任意选取地震剖面中两口井的测井信息来进行第一插值处理，以获取粗插值模型；

精细插值模型计算单元，基于地震剖面中除进行所述第一插值处理的两口井外的其他井的测井信息，对所述粗插值模型进行第二插值处理，以获取精细插值模型；

平滑处理单元，对所述精细插值模型进行平滑处理，以获取所述测井模型。

本发明的有益效果：

本发明通过综合插值建模的方法将测井数据所包含的低频信息融入到初始速度场中，提高了全波形反演建模的精度，使资料的最低可用频率与初始模型达到很好的耦合，降低了全波形反演对地震低频数据的依赖，完成在陆上最低可用 频段资料的全波形反演流程。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的算法流程图；

图3是根据本发明的一个实施例的粗插值模型示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的精细插值模型示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的综合插值模型示意图；

图6是采用现有的常规建模方法反演得到的模型示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的反演的模型示意图；以及

图8是图6和图7对应的真实地质模型示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，如图2所示为根据本发明的一个实施例的算法流程图，以下参考图1和图2来对本发明进行详细说明。

首先，在步骤S110中，基于陆上地震资料建立地震剖面的初始速度场。初始速度场可通过以下步骤得到，首先，在步骤S1101中，通过野外地质勘探获取目标工作区的陆地资料(即陆地地震资料)。然后，在步骤S1102中，利用常规的射线层析反演方法、偏移速度分析方法或者菲涅尔带层析方法等从陆上地震资料中获得地震剖面的初始速度场。在本实施例中，优选采用射线层析成像反演方法。该方法具有计算简单，对起伏地表适应强等优势，是常规地震速度分析中最 常使用的方法之一。

接下来，在步骤S120中，根据已知的测井资料建立基于测井信息的测井模型。其中，可以通过以下几个步骤建立该测井模型。

首先，在步骤S1201中，获取已知井的测井信息。在该步骤中，通过现有的电磁测井、声波测井、核测井、生产测井等方法，获取工作区中已知井与地层参数相关的各种测井信息，较常用的是使用声波测井方法得到的声波测井速度。

接下来，在步骤S1202中，选取地震剖面中任意两口井的测井信息，并对这两口井的测井信息进行第一插值处理，以获取粗插值模型。其中，在选取进行插值处理的两口井时，可优选地震剖面中水平距离最远的两井。这样选取的两口井测井信息一般相差最大，获得的插值模型涉及的范围最大。

在该步骤中，可以基于线性插值原理对工作区内的地震剖面中两口井的测井信息进行线性插值得到粗插值模型，插值可利用下式进行：

m_robust(i,j)＝αm₁(i,j)+(1-α)m₂(i,j) (1)

其中，m_robust(i,j)为粗插值模型；m₁(i,j)、m₂(i,j)分别为两口井的测井数据，α为插值系数，可根据两口井的测井速度精度灵活选择，i为地震剖面中的横坐标，j为地震剖面中的纵坐标。

在地下介质界面较平缓的情况下，利用此插值方法获得的插值模型能够很好的保留介质层位信息，利用较少的测井数据也能得到较为准确的结果。但在地下介质界面复杂时就需要利用更多的测井数据对其进行精细调整才能获得较为准确的插值模型。

所以，接下来，在步骤S1203中，基于地震剖面中除第一插值处理的两口井外的其他井的测井信息，对粗插值模型进行第二插值处理，以获取精细插值模型。在该步骤中，首先确定地震剖面中位置u处的测井速度在位置i处的高斯权重值G(i)，其中，地震剖面中位置u处的测井速度可通过测井数据得到，根据高斯分布的假设，模型其他任意处i的相对于测量点u的相关性的大小为：

$G\left(i\right)=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(i-u)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}].i=1...n_x,u=1...n_x;---\left(2\right)$

其中，u为已知井在地震剖面中的横坐标；i为地震剖面中的横坐标；n_x为地震剖面中的横向采样点数；σ²为方差，是高斯平滑参数，其控制了该函数的作用范围。在地震剖面中，对两口井的测井数据进行线性插值获得插值模型，随后 利用其它井的测井数据进行精细调整，那么校正后的测井模型可表示为：

$m_{\mathrm{accurace}}(i,j)=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}^k\left(i\right)m_{\log }^k\left(j\right)+[1-\frac{1}{n}{G}^k\left(i\right)]m_{\mathrm{robust}}(i,j),i=1...n_x,j=1...n_z---\left(3\right)$

其中，m_accurace(i,j)为经G^k(i)校正m_robust(i,j)之后的插值模型，为已知的第k个井的测井数据，G^k(i)为第k个井的高斯权重值，n为井数，n_x为横向采样点数，n_z为纵向采样点数，i为地震剖面中的横坐标，j为地震剖面中的纵坐标，m_robust(i,j)为第一插值处理后的粗插值模型。

最后，在步骤S1204中，对精细插值模型进行高斯平滑处理，以建立所需的测井模型。在该步骤中，建立一高斯滤波器来对精细插值模型进行平滑处理，滤除到其中的高斯噪声，以得到所需频段的消除噪声的测井模型，即低频模型。

接下来，在步骤S130中，基于初始速度场和测井模型建立地震剖面的综合插值模型。在该步骤中，在得到测井模型后，再与初始速度场进行加权合并，从而得到综合插值模型：

m(i,j)＝λm_accurace(i,j)+(1-λ)m_bg(i,j) (4)

其中，m(i,j)为综合建模模型，即全波形反演的初始模型，m_bg(i,j)为背景速度场(初始速度场)，一般通过初至走时、反射波层析、网格层析等方法得到。λ为权重系数，0＜λ＜1，用来调节测井插值模型数据与初始速度场的权重。权重系数λ可根据初始速度场精度和工区地质情况进行灵活选择。例如，在地质构造简单、初始速度场较为准确的情况下可降低该系数，反之则增大该系数，以提高测井信息所占权重。

最后，在步骤S140中，对综合插值模型进行反演计算，根据计算数据与陆上地震资料的数据残差更新综合插值模型，以确定在初始速度场中低频信息缺失情况下的全波形反演模型。

在该步骤中，判断初始速度模型是否满足精度要求，若不能满足精度要求，则根据计算数据与陆上地震资料的数据残差更新综合插值模型；若满足精度要求，将更新后的综合插值模型确定为反演模型。

具体来说，可采用L1-范数或者L2-范数表示目标函数，判断目标函数是否满足预设要求。预先设定目标泛函收敛阈值，如果观测数据与计算数据的L1或者L2范数误差达到预设阈值，则停止迭代，确定反演模型。如果达不到预设阈值则继续更新迭代模型。

本实施例提供的方法中，在步骤S130中得到的综合插值模型具有较高纵向分辨率，并且能够反应低频信息。经过步骤S140中反复迭代计算，可在低频缺失的情况下得到高精度的反演模型，可以减小全波形反演对低频数据的依赖。

以下结合附图说明通过本发明得到的全波形反演结果。

图3为在步骤S1201中得到的粗插值模型，即线性插值模型，由该模型可得到工作区内的大致层位信息。图4为精细插值模型，可以看出通过精细调整后的速度界面的变化。图5是综合插值建模获得的模型。图6是仅使用常规建模方法得到的反演结果.图7是使用相同的资料、相同背景速度和反演策略，使用本发明方法获取的反演结果。图8是图6和图7对应的真实地质模型。

对比图6和图7可以看出，真实地质模型中的主要构造信息在图7中均得到重建，尤其是断裂带，深部层位、尖灭点等细节信息，如图6和图7中标识所示，在常规手段下无法恢复的信息都得到了准确归位。

因此，本实施例的方法能够综合应用测井信息，提高初始模型精度，使初始模型与陆地资料可用最低频率达到很好的耦合，从而得到精确的反演结果。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于测井数据约束的全波形反演系统，该系统包括初始速度场计算模块、测井模型建立模块、综合插值模型计算模块和综合插值模型更新模块。

其中，初始速度场计算模块，利用陆上地震资料建立地震剖面的初始速度场。测井模型建立模块，根据已知的测井资料建立基于测井信息地震剖面中的测井模型。综合插值模型计算模块，基于初始速度场和测井模型建立地震剖面的综合插值模型。综合插值模型更新模块，对综合插值模型进行反演计算，根据计算数据与陆上地震资料的数据残差更新综合插值模型，以确定在初始速度场中低频信息缺失情况下的全波形反演模型。

其中，测井模型建立模块进一步包括粗插值模型计算单元、精细插值模型计算单元和平滑处理单元。粗插值模型计算单元，任意选取地震剖面中两口井的测井信息来进行第一插值处理，以获取粗插值模型。精细插值模型计算单元，基于地震剖面中除进行第一插值处理的两口井外的其他井的测井信息，对粗插值模型进行第二插值处理，以获取精细插值模型。平滑处理单元，用于对精细插值模型进行平滑处理，以获取测井模型。

其中，在粗插值模型计算单元中，第一插值处理为线性插值模型如式(1) 所示。在精细插值模型计算单元中，第二插值处理可以通过以下步骤实现。首先确定地震剖面中位置u处的已知测井速度在位置i处的高斯权重值G(i)；基于所述权重值G(i)和已知的测井资料对所述粗插值模型进行处理，以获取精细插值模型。其中，地震剖面中位置u处的测井速度在位置i处的高斯权重值G(i)可通过式(2)计算得到。最后得到的精细插值模型如式(3)所示。在平滑处理单元中，采用高斯平滑处理。在综合插值模型计算模块中，得到的综合插值模型如式(4)所示。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。