一种地震频带内频变阻抗反演方法和装置与流程

本发明涉及地球物理勘探，特别涉及一种地震频带内频变阻抗反演方法和装置。

背景技术：

1、深层非常规油气藏是重要的勘探开发领域，由于其在地下埋藏深、隐蔽性强、“低孔低渗、厚度薄”，导致储量落实程度不高，增加了勘探成本。深层非常规储层地震预测方面目前面临着“非均质强、孔隙结构多样、气水关系复杂、孔渗关系复杂”等诸多挑战：一方面，深层地震波垂直传播距离长，与中浅层相比，有效信号的入射角范围窄，往往缺少大角度地震信号，常规的储层预测技术应用受到严重制约；另一方面，深层非常规储层的孔隙结构与气水关系非常复杂，基于稳态假设的地震反演理论应用于这类储层预测时往往精度较低，难以准确预测高产富集带，钻探成本高。因此，研发适用于非均质储层预测的非稳态信号地震反演方法对于满足深层复杂油气藏勘探开发生产需求具有十分重要的意义，应用前景广阔。

2、地震波阻抗反演是地震解释的关键核心技术，它是利用地球物理反演方法基于褶积模型或波动方程把界面型反射地震记录转换为可与测井资料对比的岩层型剖面。常见的地震波阻抗反演方法可分为叠后反演和叠前反演，叠后反演是从自激自收的零炮检距地震道中反演得到纵波阻抗，叠前反演是从叠前振幅随偏移距变化(amplitude variationwith offset，avo)道集中反演出纵、横波速度以及密度等弹性数据(russell，1988)。这两项技术在服务油气勘探开发的地震储层预测中发挥了积极作用。但是，无论是叠后反演还是叠前反演都是基于均匀弹性介质理论，假设纵波阻抗或纵、横波速度与频率是无关的，来自地下得反射地震信号是稳态的，在实际地下介质与假设条件严重不符时反演得到的波阻抗抑或弹性参数就会与实际岩石相差很大，从而给地震储层预测带来很大误差。另一方面，由于是基于均匀弹性介质不考虑流体流动性带来的频率对弹性参数的影响，由这些参数反演储层参数时往往只能得到孔隙度、饱和度和泥质含量等参数(avseth等，2005；mavko等，2009)，从而限制了地震储层预测的发展。

3、由于传统的基于均匀弹性介质理论的波阻抗反演具有其局限性，近年来出现了孔隙弹性介观尺度理论，孔隙弹性介观尺度理论揭示地下传播的地震波如果遇到的非均匀体的尺寸小于地震波波长又大于孔隙尺度时，那么在地震频带内会产生较强的速度频散与衰减，导致测井频带测量的纵波速度与地震频带内地震波传播速度存在显著的不同，而速度频散和衰减程度与孔隙中的流体饱和度、渗透率、粘度以及孔隙几何形状参数相关(white，1975；dutta等，1979；chapman等，2002；pride等，2004)。因此，在进行地震反演或储层预测时，如果不考虑频散效应，直接把测井弹性参数资料用于反演过程中的模型约束或解释工作中的横向地震预测，不可避免地给反演结果或储层定量预测带来误差。而现有的频散分析技术是把经典的avo近似公式与速度频散公式结合，利用时频分析方法从地震低频信息中提取纵波反射率相对于频率的变化梯度或流体流度属性指示流体(wilson等，2009；silin和goloshubin,2010)，这些方法只是刻画反射地震波振幅的衰减特性，是一种定性的分析方法，并不能真正定量评估地震尺度范围内速度频散与衰减。

技术实现思路

1、本技术发明人发现，经典的波阻抗或弹性参数反演技术基于弹性介质理论，认为来自地下得反射地震信号是稳态的，即在传播过程中其信号能量不发生衰减和吸收。因而，在反演中，把反射地震信号作为一个整体考虑用于反演算法的输入，这样所得到的波阻抗反映的是全频带的综合信息，无法在地震频带范围内刻画速度随频率变化或衰减情况。

2、而基于孔隙弹性介观尺度理论的频变阻抗反演技术还处于探索研究阶段，一方面孔隙弹性理论本身还不够成熟，另一方面缺乏反演理论支撑，因此，并不能基于孔隙弹性介观尺度理论的对储层进行定量预测。经典的频变avo分析技术虽然引入了介观尺度理论，但只是简单地采用时频谱分解方法来定性刻画反射界面处地震波形的衰减特性，并不能真正定量评估地震尺度范围内地层速度的频散与衰减，而且其结果强烈受所用谱分解算法的分辨率和“子波叠印”影响，更不能对储层参数和流体流动性进行定量预测，因此，目前的地震尺度频散及衰减分析技术缺乏定量的评价方法。

3、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种地震频带内频变阻抗反演方法和装置。

4、本发明实施例提供一种地震频带内频变阻抗反演方法，包括：

5、获取研究区域的岩心资料、测井资料和地震资料；

6、基于所述地震资料，反演生成反映地震振幅随频率变化规律的avf频率道集；

7、根据所述岩心资料和测井资料进行岩石物理模量反演，确定研究区域的岩石物理模型基础数据；基于所述测井资料和岩石物理模型基础数据，使用多重孔隙等效介质理论模型和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型构建震频带内与频率相关的纵波阻抗频率道集剖面；

8、以所述纵波阻抗频率道集剖面作为波阻抗初始模型，对所述avf频率道集逐频道开展基于模型约束的波阻抗反演，得到所述研究区域的反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集。

9、在一些可选地实施例中，所述获取研究区域的岩心资料、测井资料和地震资料，包括：

10、获取研究区域内实验测量的岩心速度频散数据，测井测量的高频纵波速度和密度、孔隙度、渗透率和饱和度数据，以及地震数据。

11、在一些可选地实施例中，所述基于所述岩心资料和测井资料进行岩石物理模量反演，确定研究区域的岩石物理模型基础数据，包括：

12、基于岩心资料中的岩心速度频散数据和测井数据，开展基于多重孔隙等效介质理论模型和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型的非线性岩石物理反演，确定研究区域的岩石基质弹性模量、岩石的等效孔隙纵横比和干岩石骨架模型。

13、在一些可选地实施例中，基于所述测井资料和岩石物理模型基础数据，使用多重孔隙等效介质理论模型和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型构建震频带内与频率相关的纵波阻抗频率道集剖面，包括：

14、根据测井资料中的高频测井数据和得到的岩石物理模型基础数据，基于多重孔隙等效介质理论模型和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型，从反演得到岩石的等效孔隙纵横比，以及确定岩石的体积模量；

15、基于岩石的等效孔隙纵横比、体积模量、以及测井数据中的恒波剪切模量和密度，在地震频带内构建频率相关的纵波阻抗频率道集剖面。

16、在一些可选地实施例中，所述非线性岩石物理反演的目标函数为：

17、

18、式中：f1(km，gm,ξ)为岩石物理反演目标函数；

19、vp、vs、ρ分别为实际测量的部分饱和岩石的纵波速度、横波速度和密度；

20、为部分饱和孔隙岩石的复数体积模量；

21、re表示取复数的实部；

22、km和gm分别为待求的岩石基质的体积模量和剪切模量；

23、ξ为等效孔隙纵横比；

24、其中：

25、所采用的多重孔隙等效介质理论模型为

26、

27、和

28、

29、式中：km和gm分别为岩石基质的体积模量和剪切模量；

30、kdry和gdry分别为干岩石骨架的体积模量和剪切模量；

31、ξ为岩石的等效孔隙纵横比；

32、φ为岩石的孔隙度；

33、a和b满足：p*i-q*i＝a+bk*(y)/g*(y)，p*i和q*i是干岩石骨架的极化因子，k*(y)和g*(y)为岩石等效体积模量和剪切模量；

34、其中：

35、所采用的孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型为：

36、

37、式中：为部分饱和孔隙岩石的复数体积模量；

38、k∞为高频极限时饱和岩石的体积模量；

39、r1、r2、q1、q2为常数，与饱和岩石弹性模量和干岩石骨架模量等参数有关；z1、z2为阻抗，r为斑状饱和球体的外半径，rg为斑状饱和球体中心所含气体的内半径，ω为角频率，i为虚数单位。

40、在一些可选地实施例中，对所述avf频率道集逐频道开展基于模型约束的波阻抗反演时，模型约束的波阻抗反演目标函数如下：

41、

42、其中，f2(m)为波阻抗反演目标函数，s为实际地震记录，w为子波矩阵，d为差分算子矩阵，m为反演的波阻抗，m0为波阻抗初始模型，λ为阻尼因子。

43、在一些可选地实施例中，上述方法还包括：根据所述反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集制作所述研究区域的交会图，所述交会图反应研究区域中波阻抗或速度随频率的变化情况。

44、在一些可选地实施例中，上述方法还包括：

45、根据所述交会图分析储层中目的层段地震波阻抗随频率的变化特征；或

46、根据所述反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集中提取储层中目的层段的零频率阻抗和梯度，根据所述零频率阻抗和梯度评价储层中目的层段的含油气性和衰减特征。

47、本发明实施例提供一种地震频带内频变阻抗反演装置，包括：

48、获取模块，用于获取研究区域的岩心资料、测井资料和地震资料；

49、第一反演模块，用于基于所述地震资料，反演生成反映地震振幅随频率变化规律的avf频率道集；

50、剖面构建模块，用于根据所述岩心资料和测井资料进行岩石物理模量反演，确定研究区域的岩石物理模型基础数据；基于所述测井资料和岩石物理模型基础数据，使用多重孔隙等效介质理论模型和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型构建震频带内与频率相关的纵波阻抗频率道集剖面；

51、第二反演模块，用于以所述纵波阻抗频率道集剖面作为波阻抗初始模型，对所述avf频率道集逐频道开展基于模型约束的波阻抗反演，得到所述研究区域的反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集。

52、在一些可选地实施例中，上述装置还包括下列模块中的至少一个：

53、图板生成模块，用于根据所述反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集制作所述研究区域的交会图，所述交会图反应研究区域中波阻抗或速度随频率的变化情况；

54、评价分析模块，用于根据所述交会图分析储层中目的层段地震波阻抗随频率的变化特征；或根据所述反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集中提取储层中目的层段的零频率阻抗和梯度，根据所述零频率阻抗和梯度评价储层中目的层段的含油气性和衰减特征。

55、本发明实施例提供一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现上述的地震频带内频变阻抗反演方法。

56、本发明实施例提供一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储于存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的地震频带内频变阻抗反演方法。

57、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

58、对获取的地震资料进行反演生成反映地震振幅随频率变化规律的avf频率道集；根据获取的岩心资料和测井资料进行岩石物理模量反演，确定研究区域的岩石物理模型基础数据，以构建震频带内与频率相关的纵波阻抗频率道集剖面；以纵波阻抗频率道集剖面作为波阻抗初始模型，对avf频率道集逐频道开展基于模型约束的波阻抗反演，得到研究区域的反演后的波阻抗频率道集或速度频率道集，在频带内逐频道反演，可以解决常规频变时频分析识别流体时存在的分辨率低，难以定量化分析的问题，实现了波阻抗地震反演分析从叠后域、叠前角道集域到频率道集域的跨越，能够分析出波阻抗随频率的变化情况，在频带内进行波阻抗反演，能够更准确的分析储层特征，进行储层预测，能够分频的研究波阻抗和速度特征，从而能够基于孔隙弹性理论定量预测储层参数和流体流动性，其应用范围广泛、对复杂储层的含油气性和衰减特征也可以进行定量评价。

59、本发明实施例提供的方法，基于多重孔隙等效介质理论和孔隙介质弹性波速度频散-衰减介观模型，从测井数据中反演岩石的等效孔隙纵横比并构建地震频带内与频率相关的纵波阻抗道集剖面；基于模型反演方法，建立由avf地震频率道集反演各个频率成分的波阻抗地震道，形成速度随频率变化的“频变阻抗道集”剖面，能够获得更准确的分析结果。

60、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所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

61、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。