倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法技术

本发明专利技术涉及油气勘探开发领域，具体公开了一种倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法。该方法包括：步骤一，构建倾斜正交各向异性介质(TOA)刚度矩阵；步骤二，利用地震反射系数解析方法及TOA刚度矩阵，构建TOA介质反射系数方程；步骤三，利用TOA介质反射系数方程，建立TOA介质时频域分步反演正演模型；步骤四，构建五维地震时频域分步反演目标泛函，实现TOA介质的多参数反演。本发明专利技术方法提出的TOA介质反射系数方程能够适用于TOA介质，更符合实际裂缝储层特征；本发明专利技术方法创新了在贝叶斯框架下TOA介质地震时频域分步反演方法，可以更好利用地震资料信息，提高多反演参数的可靠性，最终为复杂裂缝型储层预测提供理论和方法支撑。终为复杂裂缝型储层预测提供理论和方法支撑。终为复杂裂缝型储层预测提供理论和方法支撑。

【技术实现步骤摘要】
倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法


[0001]本专利技术涉及油气勘探开发领域，具体涉及倾斜正交各向异性介质的反演方法。

技术介绍

[0002]地球物理勘探和地质学研究表明，实际地下介质中的裂缝系统是一个非常复杂的系统，裂缝型储层中裂缝的组数及发育方向对实际生产具有意义。在地震油气勘探领域，建立裂缝介质参数与地震反射系数之间的关系对后期裂缝型储层预测和油气识别至关重要。然而受限生产成本及反演理论的限制，目前针对裂缝型储层的研究主要在假定地下存在单组裂缝下开展而来，亟需建立符合实际裂缝特征的地震反射系数方程。
[0003]研究表明，裂缝型储层的等效弹性性质可以分解为裂缝储层背景介质弹性参数和裂缝诱导的参数之和，背景介质可大致分为完全各向同性背景和发育水平层理的背景，在不同背景中发育不同分布状态的裂缝介质可等效为不同的各向异性介质。因此，在储层中发育单组裂缝假设前提下，学者们开展了针对单组裂缝介质的反射系数定量表征，建立的方程主要包括在完全各向同性背景中发育单组裂缝介质发育的等效横向各向同性介质(Transversely Isotropic Media，简称TI介质)，以及在水平层理中发育一组垂直裂缝的正交各向异性介质(Orthorombic Anisotropy,简称OA介质)，推导的方法主要包括两类方法，第一类是通过各向异性拟Zoeppritz方程推导精确方程，第二类是通过Bond变换、一阶散射弹性波稳相方法等推导建立近似反射系数方程，其中以后者为主。上述方程的建立为裂缝型储层研究将裂缝型储层相关的地震解释及预测基础理论方法研究推向新高度，随着裂缝型储层勘探开发的深入，需要综合考虑地下裂缝的多组特征，建立与地下储层实际情况更为接近的裂缝介质反射系数方程，并实现各向异性预测，否则会存在较大的误差，甚至会导致错误结果，无法满足实际生产的需要。
[0004]总之，现有技术的缺点是：
①
现有技术只是针对完全各向同性背景中发育两组垂直正交的裂缝的情况展开研究，构建的裂缝模型并未考虑倾斜正交裂缝发育时的情况，所以对实际裂缝描述不准确，
②
现有技术主要应用于OA型裂缝储层，更无法从理论上给出复杂裂缝的定量表征方法，进而无法实现对复杂裂缝的预测研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述缺点，本专利技术提出一种更便于在实际工程中应用的倾斜正交各向异性介质的反演方法，并通过案例分析验证了该方法预测倾斜正交各向异性特征的可行性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法，包括：
[0007]步骤一，构建倾斜正交各向异性介质刚度矩阵；
[0008]步骤二，利用地震反射系数解析方法及所述倾斜正交各向异性介质刚度矩阵，构建倾斜正交各向异性介质反射系数方程；
[0009]步骤三，利用所述倾斜正交各向异性介质反射系数方程，建立倾斜正交各向异性介质时频域分步反演正演模型；
[0010]步骤四，构建五维地震时频域分步反演目标泛函，反演得到倾斜正交各向异性介质的纵波模量、剪切模量、密度、水平裂缝法向弱度、水平裂缝切向弱度、垂直裂缝法向弱度和垂直裂缝切向弱度。
[0011]优选的，所述步骤一包括：
[0012]依据Schoenberg线性滑动模型，在弱各向异性近似下，将各向同性介质中发育一组水平裂缝和一组垂直裂缝等效的正交各向异性介质弹性刚度矩阵C
OA
表示为：
[0013][0014]公式(1)中，
[0015][0016][0017][0018][0019]δ
N1
和δ
T1
分别表示水平裂缝法向弱度和水平裂缝切向弱度，δ
N2
和δ
T2
分别表示垂直裂缝法向弱度和垂直裂缝切向弱度，M和μ分别为各向同性介质纵波模量和剪切模量，χ
b
＝(M
‑
2μ)/M；
[0020]设置倾斜正交各向异性介质是正交各向异性介质旋转θ0得到，基于Bond变换矩阵所述倾斜正交各向异性介质刚度矩阵C
TOA
(θ0)表示为：
[0021][0022][0023]公式(2)、(3)中，
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]表示C
TOA
(θ0)的矩阵参数，i,j＝1:6,λ＝M
‑
2μ为拉梅参数，θ0表示旋转的角度。
[0038]优选的，所述步骤二包括：
[0039]设置|ΔM/M0|＜＜1，|Δλ/λ0|＜＜1且|Δμ/μ0|＜＜1，δ
N1
,δ
T1
,δ
N2
,δ
T2
＜＜1，并忽略含ΔMδ
N1
、ΔMδ
T1
、ΔMδ
N2
、ΔMδ
T2
的项；
[0040]将公式(3)的扰动刚度矩阵参数表示为：
[0041][0042][0043][0044][0045]公式(4)、(5)、(6)、(7)中为地震波方位角，符号Δ表示反射界面两侧背景介质参数的差值；
[0046]利用基于扰动原理的地震反射系数解析方法，得到所述倾斜正交各向异性介质反射系数方程
[0047][0048]公式(8)中，
[0049][0050][0051][0052][0053][0054]ρ和Δρ分别表示介质密度参数及其在界面两侧的差值，θ和为地震波入射角和方位角，M0，μ0和ρ0分别为背景介质两侧的纵波模量均值、剪切模量均值及密度均值。
[0055]优选的，所述步骤三包括：
[0056]设置ΔM/M0≈Δ(lnM)，Δμ/μ0≈Δ(lnμ)，Δρ/ρ0≈Δ(lnρ)，Δ(lnM)≈d(lnM)，Δ(lnμ)≈d(lnμ)和Δ(lnρ)≈d(lnρ)，且Δδ
N
≈dδ
N
，Δδ
T
≈dδ
T
；
[0057]将公式(8)与时间域和频率域地震子波分别褶积，得到时间域和频率域的正演方程表示为：
[0058][0059][0060]公式(10)、(11)中，s(t)和S'(ω)分别是时间域和频率域地震记录，W(t)和W'(ω)分别为时间域和频率域子波，代表傅里叶算子，D是差分算子；
[0061]将公式(10)和公式(11)写成矩阵的形式：
[0062][0063]在贝叶斯框架下，建立倾斜正交各向异性介质时频域分步反演正演模型：对于入射角数量为Q，方位角数量为N，反射界面的数量为K的五维地震道集，时间域和频率域各向同性正演算子矩阵G
iso
(t)、G'
iso
(ω)，时间域和频率域各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法，其特征在于，包括：步骤一，构建倾斜正交各向异性介质刚度矩阵；步骤二，利用地震反射系数解析方法及所述倾斜正交各向异性介质刚度矩阵，构建倾斜正交各向异性介质反射系数方程；步骤三，利用所述倾斜正交各向异性介质反射系数方程，建立倾斜正交各向异性介质时频域分步反演正演模型；步骤四，构建五维地震时频域分步反演目标泛函，反演得到倾斜正交各向异性介质的纵波模量、剪切模量、密度、水平裂缝法向弱度、水平裂缝切向弱度、垂直裂缝法向弱度和垂直裂缝切向弱度。2.如权利要求1所述的倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法，其特征在于，所述步骤一包括：依据Schoenberg线性滑动模型，在弱各向异性近似下，将各向同性介质中发育一组水平裂缝和一组垂直裂缝等效的正交各向异性介质弹性刚度矩阵C
OA
表示为：公式(1)中，公式(1)中，公式(1)中，公式(1)中，δ
N1
和δ
T1
分别表示水平裂缝法向弱度和水平裂缝切向弱度，δ
N2
和δ
T2
分别表示垂直裂缝法向弱度和垂直裂缝切向弱度，M和μ分别为各向同性介质纵波模量和剪切模量，χ
b
＝(M
‑
2μ)/M；设置倾斜正交各向异性介质是正交各向异性介质旋转θ0得到，基于Bond变换矩阵所述倾斜正交各向异性介质刚度矩阵C
TOA
(θ0)表示为：
公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，公式(2)、(3)中，
表示C
TOA
(θ0)的矩阵参数，i,j＝1:6,λ＝M
‑
2μ为拉梅参数，θ0表示旋转的角度。3.如权利要求2所述的倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法，其特征在于，所述步骤二包括：设置|ΔM/M0|＜＜1，|Δλ/λ0|＜＜1且|Δμ/μ0|＜＜1，δ
N1
,δ
T1
,δ
N2
,δ
T2
＜＜1，并忽略含ΔMδ
N1
、ΔMδ
T1
、ΔMδ
N2
、ΔMδ
T2
的项；将公式(3)的扰动刚度矩阵参数表示为：
公式(4)、(5)、(6)、(7)中为地震波方位角，符号Δ表示反射界面两侧背景介质参数的差值；利用基于扰动原理的地震反射系数解析方法，得到所述倾斜正交各向异性介质反射系数方程数方程公式(8)中，
ρ和Δρ分别表示介质密度参数及其在界面两侧的差值，θ和为地震波入射角和方位角，M0，μ0和ρ0分别为背景介质两侧的纵波模量均值、剪切模量均值及密度均值。4.如权利要求3所述的倾斜正交各向异性介质五维地震反演方法，其特征在于，所述步
骤三包括：设置ΔM/M0≈Δ(ln M)，Δμ/μ0≈Δ(lnμ)，Δρ/ρ0≈Δ(lnρ)，Δ(ln M)≈d(ln M)，Δ(lnμ)≈d(lnμ)和Δ(lnρ)≈d(lnρ)，且Δδ
N
≈dδ
N
，Δδ
T
≈dδ
T
；将公式(8)与时间域和频率域地震子波分别褶积，得到时间域和频率域的正演方程表示为：示为：公式(10)、(11)中，s(t)和S'(ω)分别是时间域和频率域地震记录，W(t)和W'(ω)分别为时间域和频率域子波，代表傅里叶算子，D是差分算子；将公式(10)和公式(11)写成矩阵的形式：在贝叶斯框架下，建立倾斜正交各向异性介质时频域分步反演正演模型：对于入射角数量为Q，方位角数量为N，反射界面的数量为K的五维地震道集，时间域和频率域各向同性正演算子矩阵G
iso
(t)、G
′
iso
(ω)，时间域和频率域各向异性正演算子矩阵G
ani
(t)、G'
ani
(ω)，各向同性和各向异性模型参数矩阵m
iso
、m
ani
分别为：[G
iso
(t)]
QNK
×
3K
＝W(t)D[A
M
(θ) A
μ
(θ) A
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪学，印兴耀，李坤，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：