基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统技术方案

公开了一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统。该方法可以包括：步骤1：读取角度叠加数据和角度子波，建立角度子波褶积矩阵；步骤2：根据测井数据，建立岩石物理关系；步骤3：建立基于岩石物理关系约束的AVO近似公式；步骤4：建立AVO正演方程组；步骤5：构建反射系数奇偶分解矩阵；步骤6：根据AVO正演方程组与反射系数奇偶分解矩阵，建立反演目标函数；步骤7：计算弹性参数反演结果并进行低频补偿，获得最终的弹性参数反演结果。本发明专利技术通过计算纵波速度反射率、纵横波速度比反射率以及密度反射率，结合岩石物理关系约束与反射系数奇偶分解理论，实现了关于纵横波速度比的稀疏层反演。

【技术实现步骤摘要】
基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统
本专利技术涉及油气勘探领域，更具体地，涉及一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统。
技术介绍
叠前地震数据中包含了丰富的偏移距信息，振幅随偏移距/入射角的变化揭示了地下介质的岩性变化和孔隙内流体成分变化。因此利用叠前AVA同步反演可以从角度部分叠加地震数据中提取多种岩石弹性参数，其中纵横波速度比对储层岩性及孔隙内流体的变化更为敏感，是地震解释人员较常应用的“烃类指示因子”。然而常规叠前AVA同步反演无法直接获取纵横波速度比，弹性参数的间接转换通常会引入累计误差，另外纵横波速度比相对纵波阻抗\纵波速度有更大的不确定性，其反演精度对道集质量以及入射角范围也更为敏感。常规叠前AVA同步反演，其本质还是稀疏脉冲反演，因此垂向分辨率较低。前人对叠前地震反演问题进行了深入的研究。叠前AVA反演最早可追溯至Smith提出的加权叠加方法，该方法属于带限反演，未考虑到子波的带限效应，并且反演结果依然是弹性参数反射率。将贝叶斯理论引入到叠前地震反演中，通过假设地震数据的似然函数和模型参数的先验分布均服从多变量高斯分布，给出了模型参数后验分布的均值和方差的解析解，并指出了确定性反演的解为模型参数后验分布的期望；而随机反演的解，可以通过MCMC等技术从后验概率中抽样实现。提出“长尾巴”分布相对高斯分布可以进一步提高反演的垂向分辨率，并借助于参数协方差矩阵的去相关技术去除三参数的相关性，提高了叠前反演的不适定性，针对长尾巴分布中的Lp范数分布、单变量柯西分布和Huber分布分别实现了叠前二项和三项反演。通过引入岩石物理经验公式作为约束，进一步提高了叠前反演的稳定性，实现了基于角道集的叠前三参数同步反演算法，该算法为HRS软件的叠前反演模块的核心算法。进一步发展贝叶斯叠前反演，通过引入岩石物理关系约束以及点约束，提高了反演结果的鲁棒性。为了进一步提高反演结果的垂向分辨率，提出基于基追踪优化算法的稀疏层反演，并将稀疏层反演从叠后反演扩展至叠前反演，然而该方法并未考虑到由弹性参数相关而引入的不适定性。上述叠前反演算法并未考虑到由弹性参数间接转换而造成纵横波速度比存在累计误差，以及纵横波速度比反演的垂向分辨率较低等问题。因此，有必要开发一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法及系统，其能够通过计算纵波速度反射率、纵横波速度比反射率以及密度反射率，结合岩石物理关系约束与反射系数奇偶分解理论，实现了关于纵横波速度比的稀疏层反演。根据本专利技术的一方面，提出了一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法。所述方法可以包括：步骤1：读取角度叠加数据和角度子波，并根据所述角度子波建立角度子波褶积矩阵；步骤2：根据测井数据，建立岩石物理关系；步骤3：根据所述岩石物理关系与Aki-Richards近似式，建立基于岩石物理关系约束的AVO近似公式；步骤4：根据所述角度叠加数据、所述角度子波褶积矩阵以及所述AVO近似公式，建立AVO正演方程组；步骤5：确定目的层段的薄层最大时间厚度，根据反射系数奇偶分解理论，构建反射系数奇偶分解矩阵；步骤6：根据所述AVO正演方程组与所述反射系数奇偶分解矩阵，并在最小化弹性参数奇偶分量系数的1范数的约束下，建立反演目标函数；步骤7：根据所述反演目标函数，计算弹性参数反演结果并进行低频补偿，获得最终的弹性参数反演结果。优选地，所述步骤2包括：步骤21：根据测井数据，通过拟合纵波速度曲线与横波速度曲线的线性关系，获得Castagna经验公式的斜率Cαβ；步骤22：根据测井数据，通过拟合纵波速度曲线与密度曲线的指数关系，获得Gardnar经验公式的指数Cαρ；步骤23：根据所述Castagna经验公式的斜率，并结合弹性参数反射率之间的转换关系，利用公式(1)建立纵波速度反射率与纵横波速度比反射率之间的岩石物理关系：其中，Rα表示纵波速度反射率，Rγ表示纵横波速度比反射率，ΔRα表示纵波速度反射率的扰动量，表示背景纵横波速度比；步骤24：根据所Gardnar经验公式的指数与所述Castagna经验公式的斜率，并结合弹性参数反射率之间的转换关系，利用公式(2)建立密度反射率与纵横波速度比反射率之间的岩石物理关系：其中，Rρ表示纵波速度反射率，ΔRρ表示纵波速度反射率的扰动量。优选地，所述AVO近似公式为：Rpp(θ)＝A(θ)Rγ+B(θ)ΔRα+C(θ)ΔRρ(3)其中，Rpp(θ)表示入射角为θ的角度反射系数。优选地，所述AVO正演方程组为：d＝Gr(4)其中，d(θi)表示入射角为θi的角度叠加数据，其中i＝1,2,…K，K表示入射角的个数；Rγ、ΔRα和ΔRρ分别表示纵横波速度比反射率向量、纵波速度反射率扰动量向量和密度反射率扰动量向量；W(θi)表示入射角为θi的角度子波褶积矩阵，其中i＝1,2,…K；A(θi)、B(θi)、C(θi)均为对角阵，其中i＝1,2,…K；其对角阵元素为：其中，j＝1,2,…N，N表示反射系数的采样点个数。优选地，所述反射系数奇偶分解矩阵为：D＝[DeDo](5)其中，De表示反射系数偶分量矩阵，Do表示反射系数奇分量矩阵，其中，M表示薄层最大时间厚度对应的采样点个数。优选地，所述反演目标函数为：其中，x表示待反演参数，xγ、xα和xρ分别表示纵横波速度比反射率的奇偶分量系数、纵波速度反射率扰动量的奇偶分量系数以及密度反射率扰动量的奇偶分量系数；λ表示稀疏约束权重；上标T表示矩阵转置。优选地，所述步骤7包括：步骤71：根据所述反演目标函数，利用迭代重加权最小二乘算法进行求解，计算待反演参数；步骤72：根据所述待反演参数，计算弹性参数反射率；步骤73：根据弹性参数反射率，计算弹性参数，并进行低频补偿。优选地，所述步骤71中的所述迭代重加权最小二乘算法的计算步骤为：步骤711：设置待反演参数x的初始值为零向量；步骤712：计算非一致性加权矩阵Q，Q为对角矩阵，其对角线元素为：其中，ε表示稳定系数，xl表示x的第l个元素，l＝1,2,...,3N；步骤713：通过结合Cholesky分解和上下三角矩阵分解，求解线性方程组得到待反演参数x；步骤714：重复步骤712-步骤713，直至达到规定的迭代次数，输出待反演参数x。根据本专利技术的另一方面，提出了一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：步骤1：读取角度叠加数据和角度子波，并根据所述角度子波建立角度子波褶积矩阵；步骤2：根据测井数据，建立岩石物理关系；步骤3：根据所述岩石物理关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其特征在于，包括：/n步骤1：读取角度叠加数据和角度子波，并根据所述角度子波建立角度子波褶积矩阵；/n步骤2：根据测井数据，建立岩石物理关系；/n步骤3：根据所述岩石物理关系与Aki-Richards近似式，建立基于岩石物理关系约束的AVO近似公式；/n步骤4：根据所述角度叠加数据、所述角度子波褶积矩阵以及所述AVO近似公式，建立AVO正演方程组；/n步骤5：确定目的层段的薄层最大时间厚度，根据反射系数奇偶分解理论，构建反射系数奇偶分解矩阵；/n步骤6：根据所述AVO正演方程组与所述反射系数奇偶分解矩阵，并在最小化弹性参数奇偶分量系数的1范数的约束下，建立反演目标函数；/n步骤7：根据所述反演目标函数，计算弹性参数反演结果并进行低频补偿，获得最终的弹性参数反演结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其特征在于，包括：
步骤1：读取角度叠加数据和角度子波，并根据所述角度子波建立角度子波褶积矩阵；
步骤2：根据测井数据，建立岩石物理关系；
步骤3：根据所述岩石物理关系与Aki-Richards近似式，建立基于岩石物理关系约束的AVO近似公式；
步骤4：根据所述角度叠加数据、所述角度子波褶积矩阵以及所述AVO近似公式，建立AVO正演方程组；
步骤5：确定目的层段的薄层最大时间厚度，根据反射系数奇偶分解理论，构建反射系数奇偶分解矩阵；
步骤6：根据所述AVO正演方程组与所述反射系数奇偶分解矩阵，并在最小化弹性参数奇偶分量系数的1范数的约束下，建立反演目标函数；
步骤7：根据所述反演目标函数，计算弹性参数反演结果并进行低频补偿，获得最终的弹性参数反演结果。


2.根据权利要求1所述的基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其中，所述步骤2包括：
步骤21：根据测井数据，通过拟合纵波速度曲线与横波速度曲线的线性关系，获得Castagna经验公式的斜率Cαβ；
步骤22：根据测井数据，通过拟合纵波速度曲线与密度曲线的指数关系，获得Gardnar经验公式的指数Cαρ；
步骤23：根据所述Castagna经验公式的斜率，并结合弹性参数反射率之间的转换关系，利用公式(1)建立纵波速度反射率与纵横波速度比反射率之间的岩石物理关系：



其中，Rα表示纵波速度反射率，Rγ表示纵横波速度比反射率，ΔRα表示纵波速度反射率的扰动量，表示背景纵横波速度比；
步骤24：根据所Gardnar经验公式的指数与所述Castagna经验公式的斜率，并结合弹性参数反射率之间的转换关系，利用公式(2)建立密度反射率与纵横波速度比反射率之间的岩石物理关系：



其中，Rρ表示纵波速度反射率，ΔRρ表示纵波速度反射率的扰动量。


3.根据权利要求1所述的基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其中，所述AVO近似公式为：
Rpp(θ)＝A(θ)Rγ+B(θ)ΔRα+C(θ)ΔRρ(3)
其中，Rpp(θ)表示入射角为θ的角度反射系数。


4.根据权利要求1所述的基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其中，所述AVO正演方程组为：
d＝Gr(4)
其中，d(θi)表示入射角为θi的角度叠加数据，其中i＝1,2,…K，K表示入射角的个数；Rγ、ΔRα和ΔRρ分别表示纵横波速度比反射率向量、纵波速度反射率扰动量向量和密度反射率扰动量向量；W(θi)表示入射角为θi的角度子波褶积矩阵，其中i＝1,2,…K；A(θi)、B(θi)、C(θi)均为对角阵，其中i＝1,2,…K；其对角阵元素为：



其中，j＝1,2,…N，N表示反射系数的采样点个数。


5.根据权利要求1所述的基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其中，所述反射系数奇偶分解矩阵为：
D＝[DeDo](5)
其中，De表示反射系数偶分量矩阵，Do表示反射系数奇分量矩阵，其中，M表示薄层最大时间厚度对应的采样点个数。


6.根据权利要求1所述的基于岩石物理关系约束的叠前稀疏层反演方法，其中，所述反演目标函数为：

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【专利技术属性】
技术研发人员：张丰麒，刘俊州，刘兰峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11