一种块状介质的宽频反演方法与流程

本发明涉及石油勘探领域，特别是一种块状介质的宽频反演方法。

背景技术：

受目前地震资料的采集与处理技术与控制的制约，地震资料的频带范围一般局限在几到几十hz。目前，针对高频成分的补偿方法研究较多，而有关低频保护与补偿的研究较少。地球物理学家注意到地震数据低频信息很有意义。由于低频信号要比高频信号传播远得多,因而所携带的内容更加丰富。随着浅层石油开发殆尽,必然要进行深部勘探,低频信息就突显出它的重要性。尤其对于新兴的全波形反演,低于10hz的频率内容也有这相当重要的地位。倘若拥有高保真低频信息就会对初始模型的要求大大降低，继而得到更出色的反演结果。但是种种原因导致所需的低频信息不仅少而且信噪比也低，因而恢复低频频带在现今的地震勘探领域具有现实意义。

当前地震反演技术在储层预测中应用较为广泛。其类型有递推反演、测井约束地震反演等多种，地震反演的小波变换与遗传算法和神经网络算法都是非线性的。如：1997年雍学善等提出了逐道遗传外推的反演方法，2004年孟宪军等提出地震反演的精度与地震资料的品质、层位和断层解释的精度以及地层沉积模式与地层接触关系等都紧密相关，2008～2009年neauaudrey和崔岩提出了初始模型建立对提高储层预测的效果非常重要。

但是上述地震波阻抗反演存在一些问题：储层边界的轮廓容易被插值建模的所破坏，基于地震的反演方法的反演结果低频受模型影响，边界模糊，难以确定储层有效范围。因此地震数据的低频缺失以及块体建模的问题直接影响到块状介质的反演结果。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种块状介质的宽频反演方法，基于压缩感知拓频获得的全频带的反射系数结果进行多重积分，获得各个频带的相对阻抗信息，逐步逼近测井阻抗频谱，保证了低频信息的完整性，有效解决块状介质的厚层边界刻画。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种块状介质的宽频反演方法，包括以下步骤：

步骤1：分析地震频带范围，根据地震数据的频带提取实际子波用于压缩感知的拓频；

步骤2：利用压缩感知理论建立地震的褶积模型，利用压缩感知理论进行拓频获得地震信号中全频带的反射系数，地震数据表示为反地震子波和地下反射系数的褶积，利用快速阈值迭代方法计算地震全频带反射系数；

步骤3：地震道积分是通过地震反射系数的积分求和，实现地震数据转换为地震相对阻抗剖面，采用多重积分技术对拓低频的反射系数进行奇数次多重积分，获得不同主频的相对阻抗体；

步骤4：扫描奇数次多重积分的主频，同时扫描测井阻抗频谱在积分剖面主频下的振幅相对关系；

步骤5：以测井阻抗的不同主频下的相对振幅关系为准则，计算奇数次多重积分的加权系数，利用加权相加方式重构获得地震相对阻抗反演体。

进一步，所述步骤2中，地震数据用s表示，反地震子波用w表示，地下反射系数用r表示，地震数据s表示为反地震子波w和地下反射系数r的褶积s＝w*r+n，频率域表示为s＝wr＝wfr，f是fourier变换矩阵，利用压缩感知理论，通过非线性重构来重建信号，令a＝wf,y＝s,x＝r，获得成本函数如下式：

并使成本函数的值最小，利用快速阈值迭代方法计算地震反射系数，其中||.||2和||.||1分别为l2范数和l1范数，是l2范数和l1范数权重的调节因子，即越大，l1范数占的权重就越大。

进一步，所述步骤3中，地震道积分的公式如下：

其中s(t)为地震反射系数，m为积分重数，sm(t)为积分结果，在上式中，n为数据总样点数，n为当前位置计算时间样点数，δt为采样间隔，k为正整数。

作为本发明的优选技术方案，所述奇数次多重积分为一重积分、三重积分、五重积分、七重积分。

本发明的原理为：由于地震波阻抗反演需要拓展频带，增补低频段来提高地震波阻抗反演的分辨率和精度。当缺少低频的阻抗反演，厚层阻抗畸变，薄层旁瓣假反射出现。尤其对于块体厚层(砂砾岩体、扇体、碳酸盐岩礁滩体、火成岩体、重力流等)，要求地震数据必须有足够的低频特征。利用压缩感知理论，恢复地震信号中全频带的反射系数，为后续的多重积分服务。压缩感知技术利用信号的稀疏特征，可以把高维空间的信号通过测量矩阵投影到一个低维的空间中，通过非线性重构来完美重建信号。首先通过理论推导构造基于压缩感知原理的求解地震反射系数的目标函数，然后采用快速迭代软阈值算法进行求解，最后求解获得全频带反射系数。积分作用将反射系数转换为地层波阻抗特征，奇数次多重积分相当于获得不同频带下的波阻抗特征，积分次数越多，主频越低。主频高预测储层厚度薄，主频低预测地层厚度大。将不同频带下波阻抗剖面按照测井波阻抗的特征进行重构即可获得反演的波阻抗剖面。本发明完全反演结果依赖于地震数据，获得的是相对波阻抗体，不同于用测井数据、初始模型进行波阻抗反演，是一种简便有效，同时能够保持地震构形特征的反演方法，解决了无井或少井地区无法进行阻抗反演的难题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

具有如下的优点和有益效果：

1、本发明是针对块体介质的宽频阻抗反演方法，利用多重积分方法获得不同频带的波阻抗特征，通过加权重组获得阻抗反演结果；

2、本发明是针对块体介质的宽频阻抗反演方法，常规反演受插值建模影响，破坏块体边界，本发明完全基于地震数据，不依赖于井插值的初始模型，能够有效的保持地震构形特征，有效解决厚层边界刻画问题；

3、本发明是针对块体介质的宽频阻抗反演方法，最终反演结果保持了地震构形特征，有利于直接反映沉积厚度变化情况，更有利于地震沉积学切片分析技术在石油勘探领域的推广。

附图说明

图1为本发明一种实施例的步骤2所获得宽频地震模型。

图2为本发明一种实施例的步骤3中获得的一重积分剖面。

图3为本发明一种实施例的步骤3中获得的三重积分剖面。

图4为本发明一种实施例的步骤3中获得的五重积分剖面。

图5为本发明一种实施例的步骤3中获得的七重积分剖面。

图6为本发明一种实施例的反演结果及与常规波阻抗反演方法、分频波阻抗反演方法效果对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1-图6，本实施例的一种块状介质的宽频反演方法，以楔形模型为算例，具体步骤如下：

步骤1：分析地震频带范围，根据地震数据的频带提取实际子波用于压缩感知的拓频，如图6最上方的波阻抗模型，给定厚度从0～60ms的一个楔形模型，给定主频为30hz的雷克子波；

步骤2：利用压缩感知理论建立地震的褶积模型，利用压缩感知理论进行拓频获得地震信号中全频带的反射系数，拓频获得的宽频地震模型如图1所示，地震数据表示为反地震子波和地下反射系数的褶积，地震数据用s表示，反地震子波用w表示，地下反射系数用r表示，地震数据s表示为反地震子波w和地下反射系数r的褶积s＝w*r+n，频率域表示为s＝wr＝wfr，f是fourier变换矩阵，利用压缩感知理论，通过非线性重构来重建信号，令a＝wf,y＝s,x＝r，获得成本函数如下式：

并使成本函数的值最小，利用快速阈值迭代方法计算地震反射系数，其中||.||2和||.||1分别为l2范数和l1范数，是l2范数和l1范数权重的调节因子，即越大，l1范数占的权重就越大。

步骤3：地震道积分是通过地震反射系数的积分求和，实现地震数据转换为地震相对阻抗剖面，地震道积分的公式如下：

其中s(t)为地震反射系数，m为积分重数，sm(t)为积分结果，在上式中，n为数据总样点数，n为当前位置计算时间样点数，δt为采样间隔，k为正整数；采用多重积分技术对拓低频的反射系数进行一重积分、三重积分、五重积分、七重积分剖面，如图2-图5分别为一重积分、三重积分、五重积分、七重积分剖面图，获得不同主频的相对阻抗体；

步骤4：扫描一重积分、三重积分、五重积分、七重积分的主频分别为30hz、20hz、10hz、5hz，同时扫描测井阻抗频谱在积分剖面主频下的振幅相对关系；

步骤5：以测井阻抗的不同主频下的相对振幅关系为准则，计算一重积分、三重积分、五重积分、七重积分的加权系数，利用加权相加方式重构一重积分、三重积分、五重积分、七重积分剖面，获得最终波阻抗反演结果，如图6所示，与常规波阻抗反演结果及分频反演结果对比，多重积分重构对于厚层的表征更为精确。

从图6可以看出，本发明完全反演结果依赖于地震数据，获得的是相对波阻抗体，不同于用测井数据、初始模型进行波阻抗反演，是一种简便有效，同时能够保持地震构形特征的反演方法，解决了无井或少井地区无法进行阻抗反演的难题。针对块体介质的宽频阻抗反演方法，常规反演受插值建模影响，破坏块体边界，本发明完全基于地震数据，不依赖于井插值的初始模型，能够有效的保持地震构形特征，有效解决厚层边界刻画问题；针对块体介质的宽频阻抗反演方法，最终反演结果保持了地震构形特征，有利于直接反映沉积厚度变化情况，更有利于地震沉积学切片分析技术在石油勘探领域的推广。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。