JASON約束稀疏脈沖反演在西南某地區的應用

摘 要：地震波阻抗反演是地震勘探開發中的重要手段之一，在描述各類油氣儲層空間展布以及物性特征時被廣泛應用。JASON反演軟件是使用的疊后地震數據反演軟件，提供有多種反演方法，文章介紹了軟件中約束稀疏脈沖反演（CSSI）的基本原理及其在軟件中實現的關鍵技術。對西部某地區的實際地震資料進行稀疏脈沖反演所得到的結果表明，應用約束稀疏脈沖反演效果較好，反演結果能較清晰地展現儲層變化。

關鍵詞：波阻抗；JASON；CSSI； 儲層預測

1 概述

儲層預測是結合地震數據、測井資料等，以地震為主，定量預測儲層的空間幾何形態和物性參數的分布特征[1]。在現今常用方法中，聲波阻抗反演是疊后反射地震資料中得到的技術，它綜合分析地震數據和測井資料，利用地震橫向連續性強，測井縱向分辨率高的特點，得到的波阻抗剖面水平連續性好、垂直分辨率高，為儲層的預測研究提供相關的支持。

2 CSSI基本假設及原理

約束稀疏脈沖反演（CSSI）是一種遞推地震波阻抗反演方法，基于 范數反褶積和最大似然反褶積。其基石是假設地層的反射系數序列是由一系列稀疏且不連續的大反射系數和成高斯分布的小反射系數疊和所成。從地質角度解釋，大反射系數代表地下不連續界面、巖性分界面[2]。

首先由約束稀疏脈沖的基本假設，得到目標函數：

R2為反射系數均方值，N2為和噪音均方值；第K個采樣點的反射系數為r（K），n（K）為噪音；M為反射層數；L為總采樣數；？姿為既定反射系數似然值。可經迭代計算出反射系數。

其次用最大似然反褶積反演得到的反射系數，采用遞推算法，結合初始波阻抗趨勢，得到波阻抗模型：

Z（i）為第i層的波阻抗值；R（i）為第i層的反射系數。

最后約束稀疏脈沖反演依據目標函數逐一對地震道計算出的初始波阻抗進行調整，并調整反射系數。得到目標函數：

F=Lp（r）+？姿Lq（s-d）+a-1L1？駐Z （3）

r是反射系數，？駐Z是阻抗趨勢差；d是地震道；s是合成地震道；？姿是殘差權重因子；a為趨勢權重因子，p，q是L模因子。式（3）右邊分別是反射系數的絕對值和，合成聲波記錄與原始地震數據的差值，趨勢約束項。

約束稀疏脈沖反演基于地震數據，用波阻抗趨勢進行約束，以期用最少的反射系數脈沖，對合成記錄與地震道進行最佳匹配[3]。

3 CSSI反演流程

JASON中Inver Trace plus流程（圖1），先對地震數據細致處理并提取子波；對地震層位精細解釋，建立合理地質地層模型；關鍵是對測井資料做標準化分析，結合地震子波做合成記錄，以保證時間-深度域準確對應。結合地層框架模型和合成記錄，以三維疊后地震數據為基礎，利用地震子波以及初始趨勢模型，進行波阻抗反演，最終得到精細反演結果。

Inver Trace plus是JASON疊后反演的核心模塊，是CSSI反演算法的一種實現形式。它把地震數據轉換為成波阻抗來反映波阻抗趨勢。其使用具有地質意義的框架模型，作為其約束條件，將低頻趨勢模型和高頻地震成份進行合并以增大地震數據本身的權重，多道同時反演降低隨機噪音對反演結果的影響。在儲層預測過程中，既要依據地震數據又要服從測井數據約束，生成橫向連續、垂向精細且更具地質意義的反演數據體，使得生成儲層特性參數在空間上的分布狀態更加合理。

4 應用實例

約束稀疏脈沖反演實際就是地震——測井聯合反演。測井資料具有豐富的高頻信息和完整的低頻成分，這可以彌補地震有限帶寬的不足[4]，用已知地質信息和測井資料作為約束條件，反演得到高分辨率地層波阻抗。由于測井的時間、環境（鉆井液性質，泥漿入侵、井徑差異，井壁垮塌等）、設備儀器的不同，存在隨機和系統誤差；為得到可靠的地震波阻抗反演結果，對測井資料進行校正處理以及標準化是必須的。在此地區碳酸鹽巖環境影響不明顯，目的層附近曲線異常和畸變基本沒有。

4.1 子波估算和井震標定

地震子波合適與否關乎波阻抗反演的效果好壞。提取子波過程主要依據子波形態，主頻帶，相位，長度等來判定子波是否可用。井震標定主要目的是確定準確時深關系（地震時間域-測井深度域）。提供可靠子波用于反演是最為核心的環節。先用雷克子波進行初始標定，確定大體時深對應關系，之后用測井反射系數、井旁地震道反復估算調整子波，子波提取和井震標定是相互迭代的過程，最終得到逼近原始地震道的最佳反射系數序列（圖2）。

圖2 子波提取及其合成記錄

由于聲波測井和地震資料由于所用頻率相差較大，必然存在有速度頻散導致的差異，使得聲波估算的時深關系存在一定的偏差，在標定過程中務必要尋找多套標志層判斷偏差大小，確保標定合理，時深準確。

4.2 初始低頻模型建立與約束反演

稀疏脈沖反演是在地震數據頻帶范圍內進行的反演，結果中同樣缺少低頻信息，為補償地震反演中缺少的低頻信息建立低頻模型，最終得到一個全頻帶的絕對波阻抗體[5]。

選擇合適的反演參數，對反演結果有很大影響。反射系數的稀疏和合成記錄與原始地震道殘差的大小決定了反演結果，這兩者相互矛盾。迭代次數 值越小，反射系數越稀疏，殘差越大，剖面缺乏細節，分辨率低；反之強調地震殘差小，使合成記錄與原始地震道相吻合，會忽略波阻抗變化的低頻背景。因此選取收斂的？姿值，既可拓寬反演頻譜，又會提高分辨率[6]。針對不同地區地質情況的差異，選取合適的反演參數，做好的質量監控，強化對反演情況的反饋處理，以提高反演結果的可靠性。

原始資料主頻在25Hz左右。過井剖面反演結果（圖3）中有高波阻抗帶，和低波阻抗帶，儲層分布在高波阻抗背景下色條帶上。目的層段與實際鉆進資料基本吻合，可見反演結果可靠，橫向預測也復合實際情況。

5 結束語

（1）約束稀疏脈沖波阻抗反演，屬基于模型的確定性方法，適用于井較少地區，其主要優點是能獲得寬頻帶的反射系數，較好的處理地震記錄衍生多解性問題。其假設地層強反射系數是離散稀疏的，通過反褶積，以地震資料為基礎，加以測井資料、地質框架模型的約束，逐道遞推子波、反射系數，進而反演出波阻抗等數據。（2）要得到合理的反演結果，不僅要對測井、地震資料做相關處理，還要進行時深轉換以及提取合適子波做合成記錄，此外還要建立符合地質情況的地層框架模型，在反演過程中要不斷調試質量控制等參數，以期得到最佳反演結果。

參考文獻

[1]M. Huuse， D.A. Feary. Seismic inversion for acoustic impedance and porosity of Cenozoic cool-water carbonates on the upper continental slope of the Great Australian Bight[J].Marine Geology， 2005，（3/4）：123-134.

[2]何麗娟，熊冉，等.約束稀疏脈沖反演在大慶茂興地區泉四段儲層研究中的應用[J].沉積于特提斯地質，2009，29（1）：92-95.

[3]鄒義，李強，楊洋，等.約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開發中的應用[J].石油地質與工程，2015，29（1）：101-104.

[4]龔偉，胡小菊，等.Jason反演在塔中順西地區碳酸鹽巖儲層預測中的應用[J].工程地球物理學報，2014，11（5）：590-598.

[5]郭朝斌，楊小波，等.約束稀疏脈沖反演在儲層預測中的應用[J].石油物探，2006，45（4）：397-400.

[6]王權鋒，郭科.約束稀疏脈沖反演在儲層預測中的應用[J].測井技術，2008，32（1）：33-36.

作者簡介：張衛東（1988-），男，成都理工大學地球物理學院在讀碩士研究生，固體地球物理，主要研究方向為地球物理反演。