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
2、每个地震道都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
3、间序列中反演处于时间线的下方，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
4、生，必然生成特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
5、的基础上的，应用地震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、Zoe
6、ppritz 方程的简化 8-16三、测井曲线 .17-381、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(V S、V P) 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 .70-83
7、4、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 114-1183、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
8、-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 176-1781一、 反演前准备工作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
9、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
10、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
11、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
12、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。HR
13、R 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2HRS 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
14、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。用户新建一个工程，则会在用户指定的目录中产生 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
15、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，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。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
16、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。3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。工程文件夹中，数据体积最庞大的是地震数据，HRS 软件没有定义自己的
17、地震数据体格式，使用的是标准的 SEG-Y 格式文件，地震数据体是直接放在 seismic.dir 字目录下的，但反演软件在产生 Y 格式文件的同时建立了一个与之同名的文件夹，内部存储了反演软件针对这个数据体自身定义的观测系统、网格、数据库等文件。分析了 HRS 反演系统物理数据存储方式，可以看出其数据管理逻辑性还是比较强的，下面再研究一下软件的用户界面。2.2HRS 软件的用户窗口图 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据类型分类的，其内部的数据格式当然复杂多样了。但涉及到大数据索引和查询的，都采用的是数据库管理。锁文件自定义公式脚本数据切片共享数
18、据速度流程地震数据切除表井数据地震数据层位数据速度场子波反演模型数据切片工程管理器窗口，管理所有的工程数据、处理模块和处理流程。当选中工程数据时，左侧标签则显示出工程中所有的分类数据，选中其中的地震数据，则窗口中显示具体的地震数据体。窗体底部的菜单可以实现对应数据的输入、输出、新建和删除等对应的操作。工程数据 处理模块 反演流程标签显示窗口，当双击某类工程数据时，在这个窗体内产生或更新相应的标签窗口，调出这类数据的图形显示界面。例如选中数据浏览器中的地震数据，则列表显示地震数据体详细信息，同时右侧图形显示对应数据的观测系统、底图和数据产生历史等信息。在下方的 option 选项菜单中也提供了其
19、对应的操作命令。工程管理 数据浏览 地震数据显示 测井曲线显示 振幅谱 子波30)入射时的情形。该方法表明，在入射角较小，且 Vp/Vp 也比较小时，第三项可以忽略，反射系数与 sin2 呈线性关系，方程可以退化成两项截距和梯度方程：式中 P=R0 为真正法线入射的反射系数，称之为 AVO 截距；G 为岩石纵、横波速度和密度相关项，称之为 AVO 梯度，在叠前 CRP 道集上，对每个样点作振幅和 sin2 的线性拟合，即可获得截距和梯度剖面。但当入射角较大时，方程的线性关系不再成立，应使用三系数近似求解。下图显示了反射系数和 sin2 之间的线性关系，当梯度为正值时，反射波振幅随着入射角增大而
20、增大；当梯度为负值时，反射波振幅随入射角度增加而减小。理论方程显示 AVO 振幅随角度不是增大就是减少，实际数据常常观察到 AVO 振幅随着角度增加而减小，这时由于在实际数据下，大入射角度意味着大偏移距，长的射线路径，更严重的球面扩散，虽然在资料处理时已经通过偏移距或球面扩散补偿等模块予以振幅修正，但总体上振幅是随偏移距增大减小的，因为远偏移距数据信噪比很低，数据质量严重下降，在振幅补偿时如果把它的振幅补偿到与近偏移距数据同样的振幅水平，会降低叠加质量，次品代替良品肯定不行。出于数据质量的考虑，处理人员会压制大角度反射波振幅，2204()Rsin(tgsin) (5)P图 2-2 截距和梯度示
21、意图梯度 G=tan()既直线斜率RP()截距 P0 sin2异常正常042421PA()GB(1)pPpVR()sin P11这就形成了地震 CRP 道集上普遍的大角度低振幅的数据背景，在整体上振幅随入射角度衰减的背景上出现了振幅随入射角度加强的情况，这就是 AVO 异常。两项近似方程虽然符合大部地震数据 AVO 处理要求，但其在大角度 AVO 响应模拟的误差也不容忽视。比较气砂岩和湿砂岩 AVO 响应，图中使用了 2 项和 3 项系数方程，分别模拟了砂岩顶底的振幅曲线。模拟曲线显示，在 25角以后，才出现振幅差异。湿砂的 3项方程小于 2 项方程 AVO 振幅变化幅度( 比较 0角的振幅和
22、大角度振幅之间的差值) ；气砂则相反，3 项方程模拟的 AVO 振幅效应大于 2 项方程结果，因此 AVO 最为敏感的还是含气砂岩。可见方程的曲率项不一定都是增强 AVO 效应的，其作用是主要是修正 AVO 精度的。上图显示了 AVO 梯度响应对含气砂岩比较明显，为什么出现这种情况呢？梯度 G 的表达式不太直观，通过大量的统计和实际观测，发现各种岩石的 VP/VS 比值都近似等于 2。在这种情况下推导一下梯度的表达式，看看能发现什么。当 VP/VS=2 时，有：这就是传说的截距和梯度的和相当于缩放的泊松比的由来，其隐含条件是纵横波速度比等于 2。在一定的地下介质范围内，截距 P 剖面是很稳定的
23、，为什么？答案是 P 剖面就是常规的地震偏移剖面，在一定的地质区域范围有时候波形和波组特征是很稳定，所以这时梯度 G 的变化主要是由于泊松比的变化引起的。泊松比差对反射系数随着入射角的变化影响很大。 越大，振幅随着入射角的变化也越大，梯度也越大。当砂岩含气时，泊松比明显下降，从而导致上、下介质层的泊松比差增加，引起梯度异常。泊松比对地层岩性及所含流体时一个极其敏感的参数，应用它可以判定岩性和流体性质。Shuey 近似的最大贡献是证明了相对反射系数随炮检距的变化梯度主要是由于泊松比的变化决定的，其公式第一次赋予了 AVO 异常明确的地球物理意义解释，使 AVO 异常的识别从定性阶段进入到定量解释
24、阶段。2(/)13PS04044 4 402 21(*)R(R) 93(R)(9 )GGAA AA图 2-3 气砂和湿砂顶底 AVO 响应比较图(2 项和 3 项公式)顶部底部2 项3 项3 项2 项顶部底部 2 项3 项3 项2 项湿砂气砂124.3 Hilterman 近似方程此种近似给出了基于 的另一种近似方法，该方法可以不受约束的提取泊松比等有关岩性参数，识别流体的存在，但此种方法省略了 Shuey 公式中的第三项，所以不适合大角度的入射情况，方程如下：总之，各路大神纷纷对 Zoeppritz 方程操刀，提供了多种数学变换，并给出了合理的地震地质解释，其中包括 Smith 和 Gidl
25、ow 近似、Fatti 波阻抗近似、郑晓东幂级数展开公式等等，这些方法都是在一定的假设条件下得到的，都是原始方程的近似，都经历了严格的数学证明，都存在一定的误差，只是它们解决问题的侧重点不同而已。但在反演发展和应用史上，人们只记得 Aki-Richards 和 Shuey 近似方程，原因是只有这两种方法在软件上得以广泛应用。经过实践检验的东西才是真理，真理虽然掌握在少数人手中，但真理的推广却需要广大的劳苦大众接受和认可。反演方程的近似解析解已经给出，下面简单说一下它的具体实现，反演的输入参数如下。、Zoeppritz 方程在井点位置的三条输入参数曲线 Vp、 Vs、密度 ；、入射角 参数，认为
26、是已知的。求解方法是将经过正常时差校正的共反射点 CRP道集从时间-偏移距域转换到时间-入射角域。中间使用 P 波速度场构建的时深关系和偏移距信息；、纵波反射系数 Rp()= Rpp=反褶积后的地震记录，既输入的地震数据通过反褶积后消除了地震子波影响，相当于地震反射系数道集。这里的地震记录为共反射点 CRP 道集，子波通过 CRP 道集数据提取或分析数据后给定，这里使用的通用理论是地震数据是地震子波和地层的反射系数褶积结果。Zoeppritz 方程解决的是反射系数与三参数和角度之间的问题，反射系数和地震数据之间的链接是通过反褶积方程实现的。反演最终目的是求解整个工区的每个反射点上不同深度 Vp
27、、Vs 和密度 三个参数剖面，目前它只能使用常规地震反射波数据，理论上反射的转换 SV 波也可以用于计算，但转换波处理解释等经过多年的探索，还在摸石头过河阶段，没有做到商业化。所以目前商用软件都是建立在纵波反射系数求解的基础上的。220()cossin (1)RA134.4 AVO 合成记录与地震记录AVO 正演是在已知 Zoeppritz 方程三参数，求取反射系数，再与地震子波褶积形成 AVO合成记录，因为只有井上地震道的 VP、V S、 参数信息，所以 AVO 正演只能计算井点处的合成地震记录，也就是只是井口位置一个反射点的含有不同偏移距的一道地震记录，此时的偏移距等价于入射角 。反射系数
28、是角度的函数，自然从地震数据中提取子波也可以与角度相关，所以合成记录使用的子波可以是随偏移距空变的。地震记录是正演的结果，是在二维或三维地震工区范围内，在地下地质条件给定情况下，通过地表激发震源获得的，那么地震记录如何代替地下层位的反射系数的呢？看地震资料处理的基础理论模型：地震记录=子波 *反射系数+噪音，公式表达为 。现在明白了吧，()*()StWtRNt地震记录获得也不过是在子波和反射系数确定情况下的一个正演过程，而地震资料处理是消除子波 ，求取 的反演过程。()Wt()Rt地震资料处理都是基于褶积模型定制的模块，最终目标是获得地下层位的构造信息和振幅信息，振幅信息用反射系数表达，从纯数
29、学的角度看，是可以完全消灭子波 的，()Wt获得理论样式的反射系数序列。但实践上并没有办法完全剔除子波影响，这与褶积模型成立的先天条件有关，其成立需要的假设条件如下：、子波是稳定的、最小相位子波，它不随时间变化；、噪音是随机的白噪音，与地震道不相关；、反射系数为随机序列。那么 AVO 正演是否使用褶积模型吗？答案是肯定的，只不过此时的子波是井旁道提取的，也可以用户直接指定子波，我认为指定的零相位子波分辨率最高，且反射系数对应的波峰波谷位置不变，有时合成记录还好于提取的井旁道子波。至于是否加入噪音看用户心情。叠前正演一般使用 Zoeppritz 方程，或其衍生的 Aki-Richards 方，或
30、者是弹性波动方程。HRS 软件中前两种最为常用，因为只有这两种方程 AVO 效应比较明显，某口井的正演合成记录如下。从几种正演方程的效果上看，弹性波动方程合成记录的 AVO 效果没有前两者好，所以现在正演一般使用 Aki-Richard 方程，其正演数据与实际数据匹配度很高，更符合实际情况。Zoeppritz Aki-Richards 弹性波动方程图 2-4 AVO 正演合成角道集记录14在纵、横波速度和密度都整理完毕的情况下，AVO 正演是通过建立 AVO 合成地震数据(Create AVO Synthetics)模块完成的，点击工程管理器中的 Processes 按钮，在 AVO Mode
31、ling分类下选择模块，或者在 wells 标签的工具条上选择也可以，在标签窗口的右侧出现模块参数面板，注意参数面板是可以随便收缩到右侧参数栏中去的。注意， HRS 软件启动模块时每个模块都保存了上次使用这个模块时设定的参数，可以用 Reset 按钮复位缺省某些参数，启动时一般高级参数标签窗口是隐藏的。下图是一个地震和井数据相互认证的典型 AVO 响应实例。在 AVO 效应明显的反射层位置，P 波速度和变化不是很明显，密度微微降低，S 波速度则明显升高，最明显的是含气砂岩的泊松比大幅度降低，正演模拟和实际数据都显示出来强烈的 AVO 效应。小图效果整的挺好看，和教科书上的理论图有的一比。图 2
32、-6 AVO 响应实例正演结果 地震数据气层顶部气层底部图 2-5 AVO 合成地震记录模块参数基础参数 高级参数选择的井纵波曲线横波曲线密度曲线叠前合成记录 叠后合成记录算法，三种类型，偏移距或角度偏移距数目 最小偏移距最大偏移距模型细节计算区域使用的子波输出地震数据体名字输出模型的时窗设定起始时间截止时间合成地震记录类型模型选项：是否考虑几何扩散、各向异性等因素154.5 AVO 理论模型及响应AVO 技术描述的是地震记录的振幅随偏移距的变化过程，其理论不适合所有的岩性，它建立的经典地质模型如图 1-6，是一层夹在页岩之间的含气或者含水砂岩模型，三参数如下表。表中模型数据显示了具有代表性的
33、 P 波和 S 波速度差异：、S 波的速度远低于 P 波速度，统计多种岩性表明，Vp/Vs 速度比大体上接近 2。、理论上，流体和气体的剪切模量为 0，因此 S 波不受孔隙中的高压气体或流体影响，P 则相反。所以气砂的 S 波速度和页岩的 S 波速度接近，但含水湿砂 S 波速度还是升高了，这与岩石骨架等因素有关。含气和含水后，Vp/Vs 比值明显降低。岩性 VP(m/s) VS(m/s) (g/cm3)页岩 2000 1000 2.1湿砂 2333 1516.5 2.2气砂 1720 1046 2.0图 2-7 AVO 理论地质模型图 2-8 AVO 理论地质模型的振幅响应Offset ang
34、le(degrees)Amplitude 气层顶底振幅的绝对值都大于含水湿砂层16干砂比泥质砂岩对含气饱和度更为敏感。浅层未胶结的岩石 S 波速度明显偏低，因此Vp/Vs 在浅层较大，随着深度的增加而减小。如同 Vp/Vs 比，未胶结岩石比胶结岩石振幅随偏移距增加更大。这个比值是一个很好的岩性指示参数。针对上面的模型，模拟 AVO 振幅，含气砂岩和湿砂的 AVO 振幅变化幅度不同，前者明显大于后者，图中红线代表含气砂岩的 AVO 响应，在含气层顶部和底部，其 AVO 幅值的绝对值和变化幅度均大于湿砂，只是振幅极性不同而已。AVO 分析的核心是确定湿砂和含气砂岩 AVO 响应的区别。使用上面模型
35、中的 Vp、Vs和密度 参数，应用 2 项 AVO 简化方程，计算截距 A 和梯度 B，并绘制出交会图 1-8。上面的截距和梯度交会图来自于墨西哥湾，图上明显可以看到含气砂岩和湿砂所处的象限不一样。湿砂处于 1、3 象限，气砂位于 2、4 象限。当砂岩含气或含水时，Vp/Vs 等于比值都会降低，如含气砂岩其比值为 1.65。实例数据更为明显的显示出湿砂与气砂在象限上的分布倾向。交会图是把所有计算的截距和梯度投影到一个二维坐标系中，图上每个点代表着气层或砂层顶底界面实际计算的截距和梯度值，可以将它们分成图上的三个区域，分别代表着不同岩性和位置的 AVO 响应。墨西哥湾是个好地方，很多典型的数据都
36、来自于那方水土，理论模型需要与之最相近的现实数据支撑，墨西哥湾的地震数据就提供了这样的机会，所以基于此地的生产数据产生了很多高深理论成果，实际数据+理论原理+ 模型验证= 可应用的科研成果。总之，AVO 是反演体系中理论和实践都比较完备的一种方法，但任何理论都是在一定的初始条件下成立的，AVO 成立的客观条件就是含水或含气砂岩地质模型，过去用它来找气，现在亦如是。叠前反演的理论和实践都起源于 AVO 反演，在其基础上，出现了很多改进型算法，但都不是理论，很多介绍叠前反演的参考书不是很明确，看起来好像叠前反演有 N 种理论一样。真正和 AVO 理论平行的前沿技术是波动方程反演，但其应用还远远没有
37、成熟。下面以 HRS 软件为例，详解 AVO 流程，首先从基础工作测井曲线入手。图 2-9 AVO 理论地质模型截距和梯度交会图17三、 测井曲线1. 测井曲线简介野外井队测得的测井曲线是经过专业测井人员编辑整理过的，地震解释和处理人员没有真正参与到测井现场的施工流程，对现场各种井下情况对测井曲线的影响不一定有正确的理解。因此一般基于单井的测井曲线校正应该是专业测井解释人员完成的，例如测井曲线的环境校正，其中包括井径、泥浆密度、泥浆侵入带、地层温度与压力、围岩等多重校正。这些校正都是针对具体的某口井进行的操作，一般使用软件完成。后续解释人员默认单井曲线都是正确的，测井曲线不需要在单井上做曲线校
38、正，但如果在一个工区存在多口井，这些井使用的测井仪器、施工年代、采集参数都可能不同，这时则需要井间测井曲线标准化处理。有9 条最常用的测井曲线，把它们所携带的地质信息研究明白了，基本不需要考察其它的测井曲线了，多数解释人员一辈子也就是玩这几种曲线，其主要包括三类：、三条泥质指示曲线：自然电位(SP)、自然伽马(GR) 、井径 (CAL)；、三条电阻率曲线：浅、中、深电阻率(一般是组合的，如双侧向 -微球等) ；、三条孔隙度曲线：声波(ACDT)、密度(DEN) 、中子(CNLSNP)；空值以-9999.000 代替图 3-1 LAS 测井曲线数据举例版本信息块版本号 2.0 版每个深度只有一行
39、数据#开头行为注释信息，说明下面块中每个字段含义：单位 数据类型 描述起始测量深度 433 米终止测量深度 5130 米深度采样率 0.125 米井名字，唯一的，好像不能改地质分层信息参数信息块井口位置，经度表示，可以没有井口位置，纬度表示，可以没有井口 X 坐标，单位米井口 Y 坐标，单位米地质层位名、测量深度深度，单位米，所有测井曲线的索引自然电位中子密度密度，单位克/立方厘米井信息块测井曲线信息块，按顺序排布测井曲线值，ASC 数据块，顺寻与测井曲线信息块定义的顺序一致。倾角，也是作为一种测井曲线自然伽马，单位 GAPI方位角声波时差，单位 us/m孔隙度含水饱和度18测井曲线在数据结构
40、非常简单，一条测井曲线只有两列，深度和数值。深度作为索引，同一次测井数据在深度上的采样率是一样的。其格式都是文本文件，但不同的解释或者储层预测系统都希望有一种工业化的测井曲线格式，就如同地震数据的Y格式一样，于是有了斯伦贝谢公司通用的标准las格式测井曲线。它在测井数据的数据前加了很多说明行，类似性质的说明行构成一个数据块(Block)，以“”符号为每个数据块的起始行标志符，以 “#”注释说明行，指定了文本标识特定含义，例如DT代表声波时差、RHOB代表密度等。所以不同的软件公司只要开发相应的las文件解读器即可解读测井曲线，再次说明了一流企业制定标准。LAS文件结构如此简单，一般我们在没有L
41、AS 文件时，完全可以拷贝一个LAS文件头，修改相应的参数，然后再加上文本测井数据，保存成扩展名为las的文件，这样测井软件就可以解读了。实际上可以把一口井的所有数据都写入las文件，包括井的公共信息 (起始深度、终止深度、深度采样率、坐标等)，地质分层数据、测井曲线数据等，这样就不需要单独导入井位、井斜、分层等数据了，一次成型还是比较好。注意井斜和方位角也是一种测井曲线，不需要单独加载。俺制作las 文件时一般使用电子表格 Excel整理测井曲线数值，保存成竖列对齐的prn文件，使用ultraedit编辑头文件再合并，同时在其上也可以删除不要的列数据。选中工程数据标签，选择well数据，在最
42、下面的Import Well按钮菜单下选择Logs.Check Shots,Tops,Deviated Geometry form Files菜单，Import log模块参数窗口如下：测井曲线导入模块依次产生 4 个标签窗口：文件选择；井设置；测井曲线设置；时深表设置。后 3 个窗口的参数可以在数据管理器中更改。显示输入文件设置导入的测井曲线对应的井信息：目标井、坐标、测量单位等。设置导入测井曲线详细信息：类别、名称、单位、测量单位、描述等信息设置导入测井曲线使用的时深表，这个根本不必要，做合成记录时会产生并激活最终的时深表。19下面讨论几条常规测井曲线代表的岩石物理意义和主要用途。、井径曲
43、线(Caliper) ，其单位是英寸或者厘米。一般表示裸眼井的直径随着深度变化曲线，主要用于划分岩性和计算固井时水泥用量。划分岩性很容易理解，结构疏松的岩石容易在钻井泥浆侵泡和冲刷作用下易发生垮塌，井径扩大，例如泥岩，这时井径曲线可以用来做测井曲线后期的环境校正。在地下岩层存在裂缝情况下也有扩径的可能。当地层渗透性很好，泥浆会侵入井筒围岩中，在井壁上形成泥饼，使井径小于钻头直径，例如渗透率高的砂岩地层。井径曲线一般只能识别特定的岩性，它是三大岩性测井曲线之一，结合自然电位和自然伽马曲线可以划分岩性，确定泥质含量。尽管钻井时使用同一直径的钻头，由于钻井过程中泥浆的浸泡、冲刷和渗透等作用，不同岩性
44、井段的井直径并不相同。用井径仪连续测量井中不同深度的井径值即生产出井径曲线。其它的测井曲线都是沿着井深度方向使用仪器测定产生，井径则是测量仪器工作的三维空间，作为直接测定的物理参数，它用于修订其它测井曲线的空间异常。例如在测井曲线的质量分析时，使用井径曲线，当井径扩大，说明井壁垮塌，可能是泥岩段，一般扩径较为明显的井段的测井曲线不可靠，使用时应该注意，尤其是密度曲线，井径扩大对密度的影响比较大，密度值会明显降低。在叠前反演应用密度数据时，就要注意了，需要对井径进行校正。下图是灰岩工区的一口井的某段常规测井曲线，在2103m附近存在阔径，其原因是灰岩地层存在裂缝导致，这也导致了密度异常。、自然伽
45、马(GR)曲线，单位为APIGAPI，自然伽马测井是在井内测量岩层中自然存在放射性射线的强度。主要讲一下原理，自然界中的物质都是由原子构成，原子=原子核+电子，原子核=质子+中子，质子数目和电子数目相同，质子带正电荷，电子带负电荷，质子数决定了元素在元素周期表中的位置，一般一个原子是这样表示： ZXA，z 表示质子数，X 代表元素名称，A 表示原子量，原子量质子和中子之和。自然界中很多具有同样的质子数的元素不是同一物质，例如氢元素的同位素 1H1(氕)、 1H2( 氘) 、 1H3(氚)都都处于元素周期表的第一位，但却是三种物质。第一种氕是我们常说的氢，是宇宙中含量最多的元素，占 75%，在地
46、球上主要以水的形式存在；第二种氘俗称重氢，氧化物就是重水，制造终极武器核弹的重要材料；第三图 3-2 常规测井曲线20种氚则带有放射性，会发生 衰变。有些同位素是稳定的，在物理和化学变化中，它们的结构和能量都不会发生改变。有些则是不稳定的，它们能自发的改变结构，释放出射线，进而转变成其它元素。这种不稳定的同位素称之为放射性同位素。放射性同位素通过衰变释放出射线，从不稳定状态过渡到稳定状态，其衰变有 2 种方式， 衰变和 衰变。A、 衰变，原子核 ZXA 释放出 粒子(氦核 2He4)衰变为新元素 Z-2XA-4，B、 衰变，原子核 ZXA 释放出 粒子( 电子)衰变为新元素 Z+1XA。这两种
47、衰变都改变了元素在周期表中的位置，称之为核衰变。在放射性原子核发生核衰变后，产生的新原子核往往处于高能量级，要向低能级跃迁，这时辐射出高能电磁波 射线，因此伽马射线是赠送品，虽然是赠品，但其物理伤害值最高，其波长比 X 射线还短，具有比 X 射线还要强的穿透能力，核爆炸后的放射性尘埃里的放射源会产生大量的 射线，是核辐射的骨干分子。下表显示了三种射线的区别。射线 性质 特点 穿透岩石距离(cm) 射线 粒子流 带正电荷，高速运动的氦原子核。体积大，质量大，穿透能力弱。0.001 射线 电子束 带负电荷，飞行速度接近光速的电子流。质量轻，穿透能力中等。0.9 射线 光子流 波长很短的电磁波，穿透
48、能力强。 30分析上表，可见 射线具有强大的穿透能力，在岩石中尚且如此，如果在低密度的人体中，岂不是畅通无阻，一路上要破坏多少小细胞？所以必须远离这种放射源。岩石和矿物均不同程度地具有一定的放射性。在自然界存在的 65 种放射性元素中，大部分非常稀少。所以，岩石的放射性几乎全部是由放射性元素铀、钍、锕以及放射性同位素 19K40 衰变产生。所有这些放射性元素在衰变过程中，原子核中多余的能量都是以高能电磁波的形式辐射出去，即放射出伽马射线。放射性的计量单位是放射性强度，定义为单位时间内发生衰变的原子核数目，单位是居里，既每秒钟内有 3.7107 个原子核发生衰变。不同的元素放出的伽马射线的能量是
49、不同的，沉积岩的自然放射性既取决于其中所含这些放射性元素的数量和种类。自然伽马测井，是研究岩石放射性元素的相对含量，探测自然伽马射线总强度，区分岩石中放射性元素的类型及其实际含量。通常认为，放射性元素最初存在于火成岩中。除了钾盐外，沉积岩的自然放射性与岩石中的泥质含量有密切的关系。沉积岩的自然放射性一般有以下变化规律：随着泥质含量的增加而增加；随着有机物含量增加而增加。主要用它来划分岩性，泥岩的放射性一般较高，是其高值的基线，纯砂岩、石膏、盐岩的放射性很低，形成曲线的低值基线。岩石含泥质越多，自然放射性就越强。主要原因有两点，其一，构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的面积比，在沉积过程中能够吸附较多溶液中的放射性元素离子；其二，泥质颗粒沉积时间较长，有充分的时间同放射性元素接触和进行离子交换。这是利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行地层对比，以及定量估计岩石中泥质含量的依据。具体用途主要有三个方面：A、岩性识别，这是它的基本用途，一般说来，盐、硬石膏、石膏、煤等 GR 值很低；纯的碳
