JASON约束稀疏脉冲反演在西南某地区的应用

摘 要：地震波阻抗反演是地震勘探开发中的重要手段之一，在描述各类油气储层空间展布以及物性特征时被广泛应用。JASON反演软件是使用的叠后地震数据反演软件，提供有多种反演方法，文章介绍了软件中约束稀疏脉冲反演（CSSI）的基本原理及其在软件中实现的关键技术。对西部某地区的实际地震资料进行稀疏脉冲反演所得到的结果表明，应用约束稀疏脉冲反演效果较好，反演结果能较清晰地展现储层变化。

关键词：波阻抗；JASON；CSSI； 储层预测

1 概述

储层预测是结合地震数据、测井资料等，以地震为主，定量预测储层的空间几何形态和物性参数的分布特征[1]。在现今常用方法中，声波阻抗反演是叠后反射地震资料中得到的技术，它综合分析地震数据和测井资料，利用地震横向连续性强，测井纵向分辨率高的特点，得到的波阻抗剖面水平连续性好、垂直分辨率高，为储层的预测研究提供相关的支持。

2 CSSI基本假设及原理

约束稀疏脉冲反演（CSSI）是一种递推地震波阻抗反演方法，基于 范数反褶积和最大似然反褶积。其基石是假设地层的反射系数序列是由一系列稀疏且不连续的大反射系数和成高斯分布的小反射系数叠和所成。从地质角度解释，大反射系数代表地下不连续界面、岩性分界面[2]。

首先由约束稀疏脉冲的基本假设，得到目标函数：

R2为反射系数均方值，N2为和噪音均方值；第K个采样点的反射系数为r（K），n（K）为噪音；M为反射层数；L为总采样数；？姿为既定反射系数似然值。可经迭代计算出反射系数。

其次用最大似然反褶积反演得到的反射系数，采用递推算法，结合初始波阻抗趋势，得到波阻抗模型：

Z（i）为第i层的波阻抗值；R（i）为第i层的反射系数。

最后约束稀疏脉冲反演依据目标函数逐一对地震道计算出的初始波阻抗进行调整，并调整反射系数。得到目标函数：

F=Lp（r）+？姿Lq（s-d）+a-1L1？驻Z （3）

r是反射系数，？驻Z是阻抗趋势差；d是地震道；s是合成地震道；？姿是残差权重因子；a为趋势权重因子，p，q是L模因子。式（3）右边分别是反射系数的绝对值和，合成声波记录与原始地震数据的差值，趋势约束项。

约束稀疏脉冲反演基于地震数据，用波阻抗趋势进行约束，以期用最少的反射系数脉冲，对合成记录与地震道进行最佳匹配[3]。

3 CSSI反演流程

JASON中Inver Trace plus流程（图1），先对地震数据细致处理并提取子波；对地震层位精细解释，建立合理地质地层模型；关键是对测井资料做标准化分析，结合地震子波做合成记录，以保证时间-深度域准确对应。结合地层框架模型和合成记录，以三维叠后地震数据为基础，利用地震子波以及初始趋势模型，进行波阻抗反演，最终得到精细反演结果。

Inver Trace plus是JASON叠后反演的核心模块，是CSSI反演算法的一种实现形式。它把地震数据转换为成波阻抗来反映波阻抗趋势。其使用具有地质意义的框架模型，作为其约束条件，将低频趋势模型和高频地震成份进行合并以增大地震数据本身的权重，多道同时反演降低随机噪音对反演结果的影响。在储层预测过程中，既要依据地震数据又要服从测井数据约束，生成横向连续、垂向精细且更具地质意义的反演数据体，使得生成储层特性参数在空间上的分布状态更加合理。

4 应用实例

约束稀疏脉冲反演实际就是地震——测井联合反演。测井资料具有丰富的高频信息和完整的低频成分，这可以弥补地震有限带宽的不足[4]，用已知地质信息和测井资料作为约束条件，反演得到高分辨率地层波阻抗。由于测井的时间、环境（钻井液性质，泥浆入侵、井径差异，井壁垮塌等）、设备仪器的不同，存在随机和系统误差；为得到可靠的地震波阻抗反演结果，对测井资料进行校正处理以及标准化是必须的。在此地区碳酸盐岩环境影响不明显，目的层附近曲线异常和畸变基本没有。

4.1 子波估算和井震标定

地震子波合适与否关乎波阻抗反演的效果好坏。提取子波过程主要依据子波形态，主频带，相位，长度等来判定子波是否可用。井震标定主要目的是确定准确时深关系（地震时间域-测井深度域）。提供可靠子波用于反演是最为核心的环节。先用雷克子波进行初始标定，确定大体时深对应关系，之后用测井反射系数、井旁地震道反复估算调整子波，子波提取和井震标定是相互迭代的过程，最终得到逼近原始地震道的最佳反射系数序列（图2）。

图2 子波提取及其合成记录

由于声波测井和地震资料由于所用频率相差较大，必然存在有速度频散导致的差异，使得声波估算的时深关系存在一定的偏差，在标定过程中务必要寻找多套标志层判断偏差大小，确保标定合理，时深准确。

4.2 初始低频模型建立与约束反演

稀疏脉冲反演是在地震数据频带范围内进行的反演，结果中同样缺少低频信息，为补偿地震反演中缺少的低频信息建立低频模型，最终得到一个全频带的绝对波阻抗体[5]。

选择合适的反演参数，对反演结果有很大影响。反射系数的稀疏和合成记录与原始地震道残差的大小决定了反演结果，这两者相互矛盾。迭代次数 值越小，反射系数越稀疏，残差越大，剖面缺乏细节，分辨率低；反之强调地震残差小，使合成记录与原始地震道相吻合，会忽略波阻抗变化的低频背景。因此选取收敛的？姿值，既可拓宽反演频谱，又会提高分辨率[6]。针对不同地区地质情况的差异，选取合适的反演参数，做好的质量监控，强化对反演情况的反馈处理，以提高反演结果的可靠性。

原始资料主频在25Hz左右。过井剖面反演结果（图3）中有高波阻抗带，和低波阻抗带，储层分布在高波阻抗背景下色条带上。目的层段与实际钻进资料基本吻合，可见反演结果可靠，横向预测也复合实际情况。

5 结束语

（1）约束稀疏脉冲波阻抗反演，属基于模型的确定性方法，适用于井较少地区，其主要优点是能获得宽频带的反射系数，较好的处理地震记录衍生多解性问题。其假设地层强反射系数是离散稀疏的，通过反褶积，以地震资料为基础，加以测井资料、地质框架模型的约束，逐道递推子波、反射系数，进而反演出波阻抗等数据。（2）要得到合理的反演结果，不仅要对测井、地震资料做相关处理，还要进行时深转换以及提取合适子波做合成记录，此外还要建立符合地质情况的地层框架模型，在反演过程中要不断调试质量控制等参数，以期得到最佳反演结果。

参考文献

[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]何丽娟，熊冉，等.约束稀疏脉冲反演在大庆茂兴地区泉四段储层研究中的应用[J].沉积于特提斯地质，2009，29（1）：92-95.

[3]邹义，李强，杨洋，等.约束稀疏脉冲反演在哈得逊油田开发中的应用[J].石油地质与工程，2015，29（1）：101-104.

[4]龚伟，胡小菊，等.Jason反演在塔中顺西地区碳酸盐岩储层预测中的应用[J].工程地球物理学报，2014，11（5）：590-598.

[5]郭朝斌，杨小波，等.约束稀疏脉冲反演在储层预测中的应用[J].石油物探，2006，45（4）：397-400.

[6]王权锋，郭科.约束稀疏脉冲反演在储层预测中的应用[J].测井技术，2008，32（1）：33-36.

作者简介：张卫东（1988-），男，成都理工大学地球物理学院在读硕士研究生，固体地球物理，主要研究方向为地球物理反演。