一种改进的高精度AVO弹性参数快速反演方法与流程

本发明涉及一种用反射地震振幅随入射角变化(avo)探测地下油气储层的方法，具体是涉及一种改进的高精度线性avo弹性参数快速反演方法。

背景技术：

油气地震勘探的目的是为了探明地下介质的几何形态、岩性和物性分布，进而寻找有利的油气圈闭。由于地下介质的复杂性，地震波在地下的传播过程非常复杂，所以在实际应用中，我们一般建立一个联系地下弹性参数与观测数据之间的物理模型，利用这个模型来反演地下的弹性参数，从而进行油气储层的刻画。avo(amplitudeversusoffset)或ava(amplitudeversusincident-angle)是一种快速有效的叠前地震反演方法，在油气勘探的岩性与流体识别、压力预测与油藏开发动态监测等方面获得了广泛应用。

目前，基于zoeppritz方程线性近似的avo反演方法，如aki-richards线性avo近似公式要求地震数据入射角度较小，通常在30度以内，但小入射角地震振幅对密度信息变化敏感度较差，精确反演密度信息通常需要入射角大于30度的大偏移距地震记录数据(buland和omre，2003；russell，2011；lehochi，2015)。因此，基于zoeppritz方程线性近似公式的反演方法限制了叠前反演精度的提高，尤其是密度信息，这为后续的岩性与流体识别乃至饱和度与孔隙度计算带来很大的不确定。为了克服这一问题，许多学者提出了基于精确zoeppritz方程的非线性avo反演方法，然而，此类方法计算量较大，且计算过程较为复杂(zhu和mcmechan，2012；zhi，2013)。本发明就是提出一种适应大入射角的快速而精确的线性avo反演方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改进的高精度线性avo弹性参数快速反演方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改进的高精度avo弹性参数快速反演方法，包括以下步骤：

步骤1：利用纵波、横波和密度测井数据，改进钻井位置处avo正演算子，获得适应大入射角度的线性avo算子；

步骤2：利用地震偏移成像数据对适应大入射角度的线性avo算子进行空间插值，获得对应于整个地震剖面的改进后的线性avo正演算子；

步骤3：利用步骤2中的对应于整个地震剖面的改进后的线性avo正演算子，对纵波速度、横波速度和密度三个弹性参数进行快速反演。

进一步地，所述的步骤1包括以下分步骤：

步骤11：基于zoeppritz方程，计算获取井点处pp波反射系数；

步骤12：根据aki-richards线性avo近似公式计算近似pp波反射系数；

步骤13：利用zoeppritz方程、aki-richards线性avo近似公式计算得到的pp波反射系数以及钻井位置处实际测量的纵波、横波和密度三个真实弹性参数，计算出aki-richards线性avo近似公式正演算子的修正量，得出适应大入射角度的线性avo算子。

进一步地，所述步骤12中的aki-richards近似公式为：

式中，c(t,θ)为随入射角变化的pp波反射系数，α(t)、β(t)和ρ(t)分别为纵波速度、横波速度和密度，t为双程旅行时，θ为入射角，aα、aβ和aρ分别为aki-richards线性avo近似公式中的三个系数。

进一步地，所述aki-richards线性avo近似公式的三个系数的具体计算公式为：

aα＝(1+tan²θ)/2

aβ＝-4(β(t)/α(t))²sin²θ

aρ＝(1-4(β(t)/α(t))²sin²θ)/2

a＝[aα,aβ,aρ]

式中，a为aki-richards线性avo近似公式所表示的正演算子。

进一步地，所述步骤13中的正演算子修正量的具体计算公式为：

δc＝mδa

式中，δc为zoeppritz方程计算得到的反射pp波系数与aki-richards线性avo近似公式计算得到的pp波反射系数之间的差，m为钻井位置处测井获得的真实弹性参数，δa为aki-richards近似公式所表示的正演算子a的修正量，

因而，改进的所述线性avo算子的具体计算公式为：

an＝a+δa

式中，an为适应大入射角度的线性avo算子。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过对线性近似avo算子进行改进，引入适应大入射角度的线性avo算子，从而获得高精度的avo弹性参数反演结果。

(2)由于改进的反演算子仍然是线性的，因而计算速度与原来的线性近似公式计算速度相当，保持了线性反演快速的优点。

附图说明

图1为本发明一种改进的高精度avo弹性参数快速反演方法的整体流程示意图；

图2为本发明avo正演算子改正前后的对比图，虚线为改正前的算子，实线为改正后的算子，其中图2(a)为系数aα的对比图，图2(b)为系数aβ的对比图，图2(c)为系数aρ的对比图；

图3为基于aki-richards线性avo近似公式获得的模拟数据弹性参数反演曲线图，黑实线为测井数据，灰实线为初始模型，灰虚线为反演结果，其中图3(a)为纵波速度反演曲线图，图3(b)为横波速度反演曲线图，图3(c)为密度反演曲线图；

图4为本发明基于改进的avo正演算子的模拟数据弹性参数反演曲线图，黑实线为测井数据，灰实线为初始模型，灰虚线为反演结果，其中图4(a)为纵波速度反演曲线图，图4(b)为横波速度反演曲线图，图4(c)为密度反演曲线图；

图5为基于aki-richards线性avo近似公式的模拟数据弹性参数反演剖面图，其中图5(a)为纵波速度反演剖面图，图5(b)为横波速度反演剖面图，图5(c)为密度反演剖面图；

图6为本发明基于改进的avo正演算子的模拟数据弹性参数反演剖面图，其中图6(a)为纵波速度反演剖面图，图6(b)为横波速度反演剖面图，图6(c)为密度反演剖面图；

图7为基于aki-richards线性avo近似公式的模拟数弹性参数反演误差比较图，其中图7(a)为纵波速度参数误差比较图，图7(b)为横波速度参数误差比较图，图7(c)为密度参数误差比较图；

图8为本发明基于改进的avo正演算子的模拟数据弹性参数误差比较图，其中图8(a)为纵波速度参数误差比较图，图8(b)为横波速度参数误差比较图，图8(c)为密度参数误差比较图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

在实施avo弹性参数反演之前，需要对叠前地震资料进行一系列处理，消除采集因素(如震源与检波器的方向特性、检波器耦合情况、观测孔径与采集脚印等)和传播因素(多次波、几何扩散、非弹性衰减、透射损失等)引起的振幅畸变，尽量准确地恢复反射界面上振幅随偏移距或入射角的变化关系。通常采用偏移距-入射角变换将nmo校正后的cmp道集或叠前偏移后的偏移距域共成像点道集映射到角度域。获得可靠的地震角道集后，按照本发明技术方案实现高精度avo弹性参数反演，提高储层及其含油气性预测的精度，提高油气勘探开发的成功率。

如图1所示为本发明一种改进的高精度avo弹性参数快速反演方法的整体流程示意图，获得了在大入射角处具有更高近似精度与计算效率的线性avo正演算子，从而提高了avo弹性参数反演的精度。本实施例的技术方案包括以下三个步骤：

1、基于aki-richards线性avo近似关系，利用测井获得纵波速度、横波速度和密度数据，改进井点处线性avo正演算子，获得适应大入射角度的线性avo算子，在测井位置处，真实弹性参数是已知的；

2、在地震成像数据引导下，对改进的线性avo算子进行空间插值，获得对应于整个地震剖面改进后的线性avo正演算子,当获得井点处改进的线性avo正演算子后，将其沿地震构造方向进行插值，进而得到对应于整个地震剖面的改进avo正演算子。相比于aki-richards线性avo近似公式所表示的正演算子，改进后的线性avo正演算子在大入射角处具有更高的近似精度；

3、基于贝叶斯线性avo反演方法，利用改进后的线性avo正演算子，对纵波速度、横波速度和密度三个弹性参数进行快速反演，由于在反演过程中我们利用了更高精度的avo正演算子，因此弹性参数的反演结果也更准确。

本实施例中的步骤1为本发明的核心技术步骤，其具体包括以下分步骤：

步骤01：基于zoeppritz方程，获取井点处pp波反射系数；

步骤02：根据aki-richards线性avo近似公式计算近似的pp波反射系数；

步骤03：获取zoeppritz方程与aki-richards线性avo近似公式计算的pp波反射系数之间的差；

步骤04：根据井点处测井获得纵波、横波与密度数据以及步骤03得到的反射系数的差，获得aki-richards线性avo近似公式正演算子的修正量；

步骤05：由aki-richards线性avo近似公式所表示的avo正演算子和步骤04所得的正演算子的修正量得到改进后的线性avo正演算子。

本实施例中，zoeppritz方程描述了半无限介质分界面处平面波的反射和透射，精确地反映了反射系数、透射系数与入射角以及介质参数之间的关系，在各向同性的弹性介质中，pp波反射系数可以用aki-richards线性avo近似公式来表示：

式中，c(t,θ)为随入射角变化的pp波反射系数，α(t)、β(t)和ρ(t)分别为纵波速度、横波速度和密度，t为双程旅行时，θ为入射角，aα、aβ和aρ分别为aki-richards线性avo近似公式中的三个系数。

三个系数的具体公式为：

aα＝(1+tan²θ)/2

aβ＝-4(β(t)/α(t))²sin²θ

aρ＝(1-4(β(t)/α(t))²sin²θ)/2

以上三个系数的公式，构成了aki-richards线性avo近似公式的avo正演算子a：

a＝[aα,aβ,aρ]

并且弹性参数模型m1，其具体公式为：

因此，公式(1)可以表示为：

c＝am1(2)

式中，c表示为pp波反射系数集。

公式(2)所描述的avo关系只有在弱反差、小入射角的情况下是准确的，随着入射角的增大，由公式(2)所计算的反射系数与zoeppritz方程计算的反射系数相差越来越大，这个残差可以表示为：

δc＝mδa

式中，δc为用zoeppritz方程计算的pp波反射系数与用aki-richards线性avo近似公式计算的pp波反射系数之间的残差，m为钻井位置处测井获得的真实弹性参数，δa为aki-richards线性avo近似公式所表示的正演算子a的修正量，即aki-richards线性avo近似公式所表示的正演算子a与精确avo正演算子之间的差。

因此，最终步骤05中的适应大入射角度的线性avo算子的具体计算公式为：

an＝a+δa

式中，an为适应大入射角度的线性avo算子。

根据图1所示的本发明技术流程，首先，由井位置处的真实弹性参数估计出井点处改进的avo正演算子an(图2中实线)，与aki-richards线性avo近似公式所表示的正演算子a(图2中虚线)相比，改进的avo正演算子揭示了地下介质的复杂性；其次，对上一步得到的井点处改进后的avo线性正演算子沿地震构造方向进行插值，获得了对应于整个地震剖面的改进后的avo线性正演算子；最后，基于贝叶斯线性avo反演方法完成弹性参数反演，图3和图5为基于aki-richards线性avo近似公式获得的弹性参数反演曲线以及剖面图，图4和图6为基于改进的avo线性正演算子获得的弹性参数反演曲线以及剖面图，图中粗实线为测井真实值，细实线为低频模型，虚线为反演值，对比图3和图4及图5和图6可以看出，使用本发明能够获得更准确的弹性参数反演结果，尤其是密度的反演精度提升较大，如图7和图8所示，基于aki-richards线性avo近似公式与改进的avo线性正演算子获得的弹性参数误差比较，可以看出改进的avo线性正演算子获得的弹性参数有利于后续的岩性识别和储层预测研究。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。