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1、叠前地球物理反演物探技术资料2013年7月-2015年7月前言地震反演是把常规的地震反射剖面转换成测井剖面，将地震资料变成可以和测井资料直接对比的形式。它是利用地质和测井资料作为约束条件，求解地下岩层的物性结构和介质的空间变化。具体的说地震反演就是应用地震、地质和测井信息，反推地下介质的速度、密度和波阻抗等岩石地球物理参数，估算储层参数，从而预测储层分布的科学。更通俗的讲地震反演就是在已知的测井曲线和地质参数(各种地质分层、岩石组分等参数)约束下，把地震剖面转换成测井剖面，也可以说是把每个地震道数据都转换成测井曲线，例如把地震剖面转换成密度剖面、纵横波速度剖面、泊松比剖面等等，这时每个地震道都
2、可以看成是一口新井，在其位置上的各类地震反演曲线就构成了这口伪井的测井序列。地震反演作为反演的一个特例，它具有反演的基本特征，反演的第一个重要特征是时间滞后性，在事件发生后，才能应用反演过程推测事件的原始起因。例如警察办案，都是从人证、物证开始入手，反推出犯罪分子是谁。地震反演亦如此，先要采集地震数据，处理出地震剖面，结合已经测定好的测井曲线等资料，反演出地下岩层的物理属性，如速度、密度、孔隙度等。而这些地质属性在现实情况下是确定的，不可更改的，正因为地下有了这些地质情况，我们才能获得相应的地震数据，因此地震数据采集是个正演过程。所以反演之前必定是正演过程，首先犯罪才能抓罪犯。在时间序列中反演
3、处于时间线的下方，属于一个应用结果推测原因的过程。那么反演的前辈正演是什么呢？不通俗的说就是以现实为基础，推测未来。通俗的说法就是在已知地下地层的沉积状态（既地质模型下参数，包括构造、速度、密度等），计算地震响应(地震剖面)的过程。如一维正演模型就是常说的合成地震记录，二维正演模型就是常用的二维正演剖面，现在已经进化出了三维正演数据体。文王囚禁羑里而演周易，根据殷纣王的一贯德行，文王推演八卦得知其子被杀，自己被迫食子之肉，最后吐出一种小动物名曰“兔子”，这个残酷的故事是典型的正演，应用殷纣王残暴指数，推测出悲伤的未来，已知道事故的结局却无法改变，如同野外地下构造在亿万年前就已经产生，必然生成特
4、定的地震采集数据一样，不存在多解性。地震勘探中广义的反演包括地震资料处理、解释等。地震资料处理把获得的单炮数据经过一系列复杂变换，求取地下构造形态信息(地震剖面)和反射系数序列。解释是从地震记录和测井数据入手，反推地质构造(解释层位)、沉积相等地质信息。只不过地震解释人员更愿意把自己的工作看成是正演，这样自己的解释方案才能是确定无疑的，NB的如同真理，不容他人质疑。不过在资料复杂地区，往往会发现很多“真理”，这就是反演的不确定性。如果解释人员深刻认识到自己和处理人员是一条绳上的两只蚱蜢，问题就会简单多了，反演本身具有多解性，寻找最优化的方案才是关键。反演和正演都是建立在模型的基础上的，应用地震
5、和测井数据反演推测地质模型的过程存在大量的不确定性，各种误差累计的后果是反演结果存在多解性，要求解释人员去伪存真，选择合理的而不是头脑中内定的结果。从信息映射角度考虑，测井和地质信息来源仅仅是在井点上是精确的，是点信息，要把这些信息映射到整个三维空间上需要地震数据与之结合，在运算过程中存在多解性是无法避免的，所以反演的不确定性是其本质属性之一。下面结合HRS反演软件具体介绍一下反演的理论和实现方法。目录一、反演前准备工作1-4二、AVO理论介绍5-161、基本公式6-62、地震波的界面分解6-73、Zoeppritz方程正反演的关系7-74、Zoeppritz方程的简化8-16三、测井曲线17
6、-381、测井曲线简介17-252、测井曲线整理25-373、计算测井曲线过程中的单位转换37-38四、岩石物理参数的种类和意义39-551、泊松比 39-402、纵横波速度(VS、VP) 40-433、密度 43-434、 (LMR)参数44-445、流体替换(FRM)相关参数44-486、孔隙度、密度和含水饱和度48-487、流体替换实例49-548、岩石构成54-55五、地震数据56-1101、地震数据导入56-602、地震数据处理61-703、地震数据反演前特殊处理70-834、地震测井数据关联84-110六、AVO正演和反演111-1251、AVO正演111-1142、AVO反演11
7、4-1183、AVO属性剖面的意义118-1234、AVO属性图提取123-1235、AVO分类124-125七、同时反演和弹性反演126-1581、弹性反演127-1282、同时反演129-1513、反演属性提取分析152-1564、HRS脚本模块使用157-158八、叠后反演159-1641、带限反演159-1602、稀疏脉冲反演160-1613、模型为基础的反演161-164九、反演和正演理论和算法再认识165-1751、反演理论模型165-1712、反演中使用的算法171-1723、反演误差173-1743、地球物理反演综述174-175十、岩石物理分析工具176-178一、 反演前准
8、备工作1. 用户需要的背景知识在从事地震资料反演之前，需要一定的技术储备，包括对软件运行的操作系统基本常识和命令的了解，以及地震资料处理和解释相关的背景知识。操作系统是软件运行的基础环境，操作系统管理者软件的运行环境，包括软件的图形系统、文件系统以及各种后台服务等。二者结合的紧密程度往往决定这软件的运行效率和用户体验。石油物探行业的大型软件都是运行在在unix系统下的，linux只是它的一个变种罢了，所以用户要了解linux系统的基本命令，如cd、cp、mv、rm、mkdir、du、df、find、pwd等命令，能执行文件的拷贝、粘贴、移动、建立子目录、删除子目录和切换目录等等操作，必要的时候
9、还要会查看或杀死后台运行的进程。需要做到基本操作不求人。Linux是个多用户系统，系统为每个用户分配一定的内存空间、磁盘空间和运行任务的CPU资源等，多个任务可以同时执行，因此行业软件的数据管理往往是在后台数据库下运行的，在多个人同时查看、存储或编辑数据时，数据库能更好的锁定、共享、恢复数据等。HRS后台的数据库大概是oracle，它几乎管理着软件系统的所有数据，包括井数据、地震数据、层位和断层数据等等。数据库最大的优势是数据的分类和查询，地震勘探中使用的数据都是大剂量的，软件交互运行时往往是针对极小部分数据进行加工和处理的，这就要求用户能快速的锁定需求数据，这时数据库依赖其建立的快速索引和排
10、序结构，能迅速调出用户所需数据。例如叠前三维道集，可以从Inline和Xline两个方向定位，二者可能有数百万或几千万组数据，SEGY格式数据可能就有几个TB，这时快速定位只能依赖数据库。叠前和叠后反演都是采集、处理和解释的高级用户阶段，其使用的地震资料来自于资料采集、处理，使用的层位来自于构造解释和地质解释。其技术使用的数据源头都来自于前者，前期工作的流程和参数直接决定了反演输入数据的质量，因此必须对它们有一定的了解。采集工作可以大体了解，最好从事过1、2年处理和解释工作。如果你说我是认真听讲的好孩子，不需要基础物探知识，那你就错了，反演是处于数据加工的上游工种，绕不开基础理论，如果没有相关
11、的技术背景，你也顶多象老衲一样，成为一个熟练反演操作工人，进化成技术工人的机会不大，孵化为大师更不可能。那么需要那些必要的技术准备呢？俺胡乱的说一下，处理中包括观测系统、多次叠加、反射面元、偏移距、褶积、滤波、子波、正常时差校正、振幅补偿等理论和概念；解释中包括层位、相位、波组、波峰波谷、断层、时深转换等等。如果不懂上述概念，使用软件调整模块参数顶多知道是什么，至于为什么就很难回答了。强悍的用户可以说我是试错高手，我通过不断的实验验证参数的好坏，俺只能说这种野蛮粗暴的工作方式极其消耗时间，应付复杂多参数模块时很容易陷入死循环。一般来讲，对于多种技术融合产生的高级技术，向下兼容基础概念是再正常不
12、过的了，固本培元才有可能鹏程万里。2. HRS软件介绍HRS(Hampson-Russell software)软件现在是CGG公司出品的叠前叠后反演软件系统。软件运行在PC或liunx平台下，linux平台支持多用户、多线程，其界面友好，操作方便，这里有点打广告的嫌疑。评价一个软件界面是否友好，首先要看软件各部分功能的整合程度。HRR软件的数据管理、数据处理和用户操作都集中在一个平台下，既在一个程序窗口内，用户只需要点击2次鼠标就会找到自己需要的数据或者模块，实现了平面化操作，很方便。如同office下的word软件一样，所有的功能都集成在一个窗口，不会产生多个窗口使用户翻来翻去还没有找到需
13、要的东西。现在使用复杂窗口、弹出式窗口的软件一般都是版本较低的老软件，好的软件多采用平行窗口、参数统一分类的设计思路。2.1HRS软件的数据管理HRS软件的数据管理都是由数据库后台完成的，理论上用户可以只在数据输入时关心一下地震或测井数据的存放位置和格式即可，以后一个反演工程中的任何数据都可以通过软件平台管理。但实际上用户还是需要关心一下整个反演项目运行时磁盘空间的使用情况，以及数据在磁盘上存放位置。HRS把一个反演项目定义为一个工程项目(project)，启动软件则看到如下界面。工程名工程路径数据库名数据库路径用户名访问日期用户权限工程操作菜单：打开查找新建删除用户新建一个工程，则会在用户指
14、定的目录中产生2个子目录和一个文本文件，文本文件的扩展名是wcs，存放的仅仅是工程数据库的目录名字，不知道这是为什么？2个子目录分别存放工程数据和数据库文件，其中工程文件夹存放地震数据、速度场、地震切片、工作流程等多种数据，其扩展名为prj，projec缩写；而数据库文件夹主要存储的是测井曲线和子波数据，其扩展名为wdb，估计是well database缩写。注意，用户千万别认为后台数据库管理进程只管理数据库文件夹内容，实际上整个反演项目中涉及到检索和定位的数据，后台数据库都在管理，在主程序窗口中的help-Internal Data viewer(dbEditor)菜单下调用数据库查看程序，
15、你会看到数据库管理的数据除了扩展名是db的文件外，还包含反演模型文件mod、数据体文件vol、层位文件hdt、断层文件flt等。图1-1 数据库文件夹内容数据库文件夹名子波文件夹井文件夹6井文件夹1井数据历史某条测井曲线数据历史井上的分层某条测井曲线数据在井曲线数据库文件夹中，每口井数据又分属不同的文件夹，不过从文件夹名字上是不能判断具体那口井的。虽然采用了目录结构，但这种数据组织完全是为数据库操作便捷设置，用户层面探讨没太大意义。再观察一下工程文件夹中的内容，项目的各类数据依然被分门别类的存在在不同的子目录中，注意在其子目录中有2个lock开头的文件，这两个文件只在运行中产生，是防止多人同时对同一个工程进行操作而设定的，锁定工程从而排除多人使用一个工程而造成混乱。如果软件系统非正常退出，系统没有清理这个文件，下次启动这个工程时，会出现有人使用的假象，手动删除这两个文件即可。图1-2 工程文件夹内容工程文件夹信息工程文件夹是个杂货摊，其内部子目录是按照数
