一种拟声波曲线重构与稀疏脉冲联合反演方法技术领域
本发明属于储层预测研究领域，具体涉及一种拟声波曲线重构与稀疏脉冲
联合反演方法，联合拟声波曲线重构及稀疏脉冲反演技术开展储层预测工作，
从而提高储层预测精度。
背景技术
波阻抗反演方法起始于70年代末，至80年代广为流行。早期主要是普通
的递归法(如VELOG、SEISLOG等)和稀疏脉冲法(如MED、AR、MLD、BED等)。该
技术特点是直接从地震资料反演，测井资料主要用于标定，反演结果的分辨率
直接受地震资料频带宽度的限制，反演波阻抗分辨率相对较低，一般在20m-50m
之间，只能满足较厚储层研究的需要。80年代末至90年代初，出现了一种以地
震、测井、地质相结合，基于褶积模型和地质模型，采用线性和广义线性反演
的一种称之为“模型反演方法”，该技术的特点是，测井资料不仅用于标定，而
且加入到反演过程中，反演结果分辨率受地震分辨率和测井分辨率综合影响，
能反演出视分辨率(超出地震分辨率)5m-10m的绝对波阻抗，在一定程度上解决
了较薄储层问题。国内较早引进波阻抗反演的软件有DELOG、SEISLOG、SLIM、
PARM、BCI、ROVIM等，后来又引进ISIS、Jason、StrataVista、Vanguard等
软件。国内研制的有SOML、CCFY、CRIS、RICH、CONSEIS等软件。
自从Connolly(1999)发表了弹性波阻抗(EI)的论文，国内外地球物理
学界掀起了弹性波阻抗反演研究的热潮。弹性波阻抗反演属于叠前反演技术，
它包含了丰富的岩性以及流体信息。弹性阻抗的概念和理论也随着应用与地震
技术本身的发展而不断深入。Whitcombe(2002)等针对Connolly公式进行修
正，推导了扩展弹性阻抗(Extendedelasticimpedance，EEI)的方程，并可
直接用于岩性和流体预测。对弹性阻抗研究作出贡献的还有，Duffaut等(2000)
提出了针对P-SV转换波问题的横波弹性阻抗(SEI)的概念，Ezequiel(2003)
等推导了任意角度的转换波弹性阻抗(PSEI)的公式，并直接用于储层含微气
(fizzwater)与工业气流(commercialgas)的区域分布预测。从2003年开
始，我国地球物理学界马劲风、甘利灯、倪逸、王宝丽等也开始关注这方面的
研究工作，提出了射线弹性阻抗、广义弹性阻抗的概念，并对弹性阻抗的应用
潜力等做了大量的分析研究。
弹性波阻抗反演可以直接进行流体预测，但是该方法应用所需数据是叠加
道集前的地震数据且需要横波资料等，这一条件要求限制了该方法大范围的应
用，因此基于叠后地震资料的地震反演技术应用较为广泛。
随着岩性储层预测研究的深入，储层与非储层(围岩)参数差异不明显时，
利用常规地震反演技术难以较好地识别储层，因而测井曲线重构技术被提出来
应用于储层预测中，该方法可以有效提高岩性识别和储层预测的精度，减少多
解性。
利用地震反演技术进行储层预测是综合应用了地震资料横向一致性较好以
及测井资料纵向分辨率较高的优势进行储层的描述工作。但是，随着油气勘探
的不断深入，隐蔽油气藏、岩性油气藏、非常规油气藏等已经成为公众所关注
的重要油气藏，勘探预测难度也随之增大。目前，利用以往常规的基于模型、
迭代等反演方法开展储层预测工作已经不能满足需要。特别是声波测井资料受
井壁垮塌，泥浆浸泡等井孔环境的影响，同时还受测井周期、泥浆成份、储层
胶结程度以及孔隙度的影响，不能正确地反映出储层与围岩的差异，导致岩性
识别困难，反演剖面上波阻抗分辨率降低，即使通过对声波曲线进行校正处理，
在某些地区，由于差异压实及钙质含量等因素的影响，储层与围岩在声波测井
曲线上也无明显差异。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种拟声波曲线
重构与稀疏脉冲联合反演方法，提高储层预测的精确性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种拟声波曲线重构与稀疏脉冲联合反演方法，包括：
第一步，对声波曲线和自然伽马曲线进行交会分析，并根据交会分析统计
声波参数与自然伽马参数的数学关系式，如果两条曲线具有较好的一致性，则
认为利用自然伽马曲线进行油气储层预测是有效的，进入第二步；
第二步，利用小波多尺度变换和信息融合技术重构DT曲线(声波时差曲线)
得到拟声波曲线，该曲线既包含自然伽马特征又包含声波特征；
第三步，开展DT曲线约束下的稀疏脉冲地震反演，得到最终反演结果。
所述第二步包括：
(21)利用小波多尺度变换提取声波曲线的低频成分，得到去除中高频成
分的能反映地层背景的低频测井曲线，而去除低频后的曲线不具有声波的特点，
但却具有自然伽玛的特征(该曲线不在被利用，而在下一步中由包含高频信息
的自然伽马曲线与低频测井曲线融合生成拟声波曲线，该曲线既包含声波曲线
特征又包含自然伽马曲线特征。)；
(22)利用信息融合技术将步骤(21)中提取到的低频成份融入到包含高
频信息的自然伽马曲线中，最终得到既具有地层背景的低频信息又能反映地层
岩性变化的拟声波曲线。
所述第三步是这样实现的：
将第二步中得到的拟声波曲线作为原始声波曲线，通过公式v＝s/DT得到声
波速度，然后将公式z(i)＝υ(i)*ρ(i)代入波阻抗模型公式![]()
中完成
波阻抗模型的计算，依次计算从第一层地层的波阻抗到目的层的波阻抗，得到
最终反演结果；
其中，v为声波速度，s为声波传播距离，DT为声波时差，z(i)为第i层地
层界面的波阻抗，υ(i)为第i层地层中的声波速度(就是通过公式v＝s/DT得到)，
ρ(i)为第i层地层的密度，R(i)为第i层的反射系数：
R
(
i
)
=
υ
(
i
)
*
ρ
(
i
)
-
υ
(
i
-
1
)
*
ρ
(
i
-
1
)
υ
(
i
)
*
ρ
(
i
)
+
υ
(
i
-
1
)
*
ρ
(
i
-
1
)
.
]]>
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明综合应用拟声波曲线重构
技术与稀疏脉冲反演技术联合进行储层的预测研究，研究中首先通过测井曲线
交会统计分析声波曲线和自然伽马曲线的关系，得出声波参数与自然伽马参数
在选区具有较好的一致性，同时也表明了可以利用自然伽马参数进行有效的储
层预测；然后根据小波多尺度变换以及信息融合技术将声波曲线和自然伽马重
构一条既包含自然伽马特征(岩性的表征)又包含声波特征(地震波反射特征)
的曲线DT；最后开展DT曲线约束下的稀疏脉冲反演方法预测储层，预测效果精
确性较高。本发明创新性的将拟声波曲线重构技术与稀疏脉冲反演技术有效的
结合起来进行储层预测的理念具有先进性，该方法的应用有效的提高了油气储
层的预测准确度，具有建设性、实用性。
附图说明
图1是声波曲线与自然伽马曲线交会。
图2-1是原声波曲线。
图2-2是自然伽马曲线。
图2-3是重构DT曲线。
图3-1是常规波阻抗反演剖面。
图3-2是曲线重构与稀疏脉冲反演联合反演过井剖面。
图4是本方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
选择测井曲线重构技术可利用分辨率相对较高的测井曲线，重构出一条能
够更好地反映地下岩性特征的曲线，为模型约束地震反演提供一个合理的初始
模型，减少了反演的多解性，提高储层预测的精度。地震反演技术之所以能够
预测储层甚至是薄储层，这是因为反演方法能够有效利用测井分辨率高的特点，
在井约束条件下开展地震反演技术预测储层精确度较高，稀疏脉冲反演就是在
井约束条件下开展储层预测的有效方法，所以在本次研究中利用曲线重构技术
重构一条能够对岩性特别敏感的曲线，利用该曲线开展稀疏脉冲反演技术预测
储层的联合反演技术研究，具有广阔的应用前景。
(1)拟声波曲线重构
1)方法原理
该方法的实现是根据与储层特征响应特征相关的电测曲线和放射性曲线实
现的，通过曲线交会，合理选择表征反映储层特征的测井参数，重构反映储层
特征的新属性参数；本发明中是基于声波曲线和自然伽马曲线重新构建一条反
映储层特征的拟声波曲线，然后用于测井约束反演。储层特征曲线重构技术能
够为约束地震反演提供一个合理的初始模型，能够消除声波时差随着地层深度
变化的低频效应，提高预测精度，减少了反演的多解性，从而提高储层预测的
精度。重构技术有以下四种：
①常规的测井曲线校正。
②经验公式或统计拟合。
③信息统计加权。
④基于小波多尺度变换的重构技术。
本发明选择基于统计拟合的方法，具体实现步骤如下：
①首先利用声波曲线和反映地层岩性变化较敏感的自然伽玛曲线(答：这
两条曲线属于测井曲线，是应用测井技术在野外测井勘探获得的，也是利用地
震资料开展地震解释进行油气勘探的必备测井数据)，进行统计回归分析，发现
二者对应关系很好，有较高的相关性，能够进行曲线重构。而且在该工区中，
自然伽玛曲线比声波曲线更能反映出地层岩性的变化，所以应该可以达到曲线
重构的目的。测井曲线是一种地层岩性特征的表现形式，在用这两条曲线表现
同一地层段时，其之间会有一定的一致性；当然，其它曲线也可能与声波曲线
会有这种一致性，但本发明中用的是自然伽马曲线。如图1中所示，两曲线的
散点在交会图板中比较密集，且能拟合出一条沿着散点分布的曲线，则可以判
断它们之间是有较好一致性的。散点分布越集中，与拟合的曲线越接近，其一
致性就越好。
②利用小波多尺度变换(请参考《基于小波多尺度变换的局部放电去噪与
识别方法研究》)提取声波测井曲线的低频信息，该步骤下得到去除低频后的一
条暂时的拟声波曲线，这条暂时的曲线不具有声波的特点，但却具有自然伽玛
的特征。
③利用信息融合技术(请参考《重力坝变形统计回归分析模型及工程应用》)
将第二步中提取的能够反映地层背景速度的低频成份融入到高频信息中，最终
得到既具有地层背景的低频信息又能反映地层岩性变化的拟声波曲线。
(2)稀疏脉冲反演
1)反射系数反演
采用最大似然反褶积进行反射系数的反演，最大似然反褶积对地层的假设
认为：地层的反射系数是由较大的反射界面的反射和具有高斯背景的小反射叠
加组合而成，导出一个最小目标函数：
J
=
1
R
2
Σ
K
=
1
L
r
2
(
K
)
+
1
N
2
Σ
K
=
1
L
n
2
(
K
)
-
2
M
ln
(
λ
)
-
2
(
L
-
M
)
ln
(
1
-
λ
)
-
-
-
(
1
)
]]>
式中，R2和N2分别为反射系数和噪音的均方值，r(K)和n(K)表示第K个采
样点的反射系数和噪音，M表示反射层数，L表示采样总数，λ表示给定反射系
数的似然值。
通过多次迭代，求取反射系数。
2)波阻抗计算
根据最大似然反褶积计算得到的反射系数，结合初始阻抗模型，采用递推
算法，反演得到初始的波阻抗模型：
z
(
i
)
=
z
(
i
-
1
)
1
+
R
(
i
)
1
-
R
(
i
)
-
-
-
(
2
)
]]>
式中，z(i)为第i层的波阻抗值，R(i)为第i层的反射系数。
3)井约束波阻抗反演
约束稀疏脉冲反演对每一道依据目标函数对计算出的初始波阻抗进行调
整，包括对反射系数的调整。目标优化函数为：
F＝Lp(r)+λLq(s-d)+α-1L1ΔZ(3)
式中，r为反射系数序列，Δz为与阻抗趋势的差序列，d为地震道序列，s
为合成地震道序列，λ为残差权重因子，α为趋势权重因子，p、q为L模因子。
具体的，右式第一项反映了反射系数的绝对值和，第二项反映了合成声波记录
与原始地震数据的差值，第三项为趋势约束项。
本发明在进行稀疏脉冲反演的过程中利用第一步曲线重构得到的拟声波曲
线作为原始声波曲线DT，通过公式v＝s/DT得到声波速度，然后将公式
z(i)＝υ(i)*ρ(i)代入公式(2)中可以完成波阻抗模型的计算，从而进行有效的储
层反演。即根据前面的波阻抗模型计算，参数i＝1，2，3，…，这样就可以从第一
层地层的波阻抗计算到目的层的波阻抗。
如图4所示，本发明首先通过声波曲线和自然伽马曲线交会统计得出声波
参数与自然伽马参数具有较好的一致性，得出利用自然伽马参数可以进行有效
的储层预测，统计拟合出两参数之间的关系表达式；然后根据小波多尺度变换
算法及信息融合技术进行声波曲线和自然伽马曲线的重构，得到一条既包含自
然伽马特征(岩性的表征)又包含声波特征(地震波反射特征)的曲线DT；最
后，在DT曲线约束下利用稀疏脉冲反演方法预测油气储层。从油气储层预测效
果来看该方法预测储层的精确性较高，储层与非储层间差异明显，可以较容易
识别，表明了拟声波曲线重构技术与稀疏脉冲联合反演技术具有先进性，和实
用性
图1是目标靶区某井声波曲线与自然伽马曲线交汇图，通过交会分析声波
曲线与自然伽马曲线之间具有相关性，其相关性可以表示为：
Y＝-544.780+114.799*lg(x)；
图2-1至图2-3由声波曲线和自然伽马曲线重构DT曲线，该曲线既包含地
震波反射特征又包含岩性特征，可以用来进行岩性储层预测；
图3-1为利用常规基于模型的地震波阻抗反演技术预测储层的过某井的反
演结果，该技术预测储层有效性偏低，储层与非储层之间无差异性或者差异性
较小，储层横向连续规模偏大；图3-2为利用拟声波重构技术所重构的DT曲线
约束下的稀疏脉冲反演结果，从过某井的反演剖面可以看出预测储层与测井钻
遇储层一致性较好，储层与非储层之间差异明显，可以较容易识别。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，
在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，
而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是
优选的，而并不具有限制性的意义。