中国地质大学学术著作出版基金
                                                  资助
石油天然气总公司“九五”重点科技攻关项目
       薄互层地震反射特征研究
                                  张玉芬         著
                               中国地质大学出版社
图书在版编目( CIP) 数据
薄互层地震反射特征研究/  张玉芬著.—武汉: 中国地质大学出版社, 2002                            .10 
I SBN 7 56 2 5 172 3 1 
 Ⅰ. 薄…
Ⅱ.  张…
Ⅲ.  薄互层地震反射研究
Ⅳ.  P315. 03 
    薄互层地震反射特征研究                                                 张玉芬     著
    责任编辑: 高勇群                    技术编辑:  阮一飞             责任校对: 张咏梅
    出版发行: 中国地质大学出版社( 武汉市洪山区鲁磨路31 号)                           邮编:  4 300 74 
            电话: ( 027 ) 87482760  传真: 87481537       E-mail: cbo  @  cug  . edu  . cn 
    经  销: 全国新华书店
    开本:  787 毫米×10 92  毫米1/ 16              字数:  190  千字印张:  7. 5 插页:  2 
    版次:  2002 年10  月第1 版                  印次:  2 002 年10 月第1 次印刷
    印刷: 中国地质大学出版社印刷厂
    ISBN  7 562 5 172 3 1/  P  ·588                               定价: 20. 00 元
      如有印装质量问题请与印刷厂联系调换
                           前         言
    由于我国东部的绝大多数中、新生代陆相含油盆地大都以薄层砂、泥岩沉积为主, 地层岩
性和厚度在横向上变化均较大, 因此, 从理论上对影响砂泥岩薄互层组地震反射特征因素进行
分析研究,将对我们定性或定量求取薄互层组中各单层厚度、薄互层组的厚度, 预测薄储层的
空间展布规律, 野外采集高分辨率地震资料有一定的理论和现实意义( 张玉芬、熊维纲, 1993; 
张玉芬、熊维纲, 1994 ) 。
    反演是地球物理工作所要解决的一个核心问题,根据观测数据和相应的地球物理参数( 王
家映, 1986;  Parker ,  1977) 之间的函数关系是线性还是非线性, 一般把反演方法分为线性反演
和非线性反演两大类。目前线性反演方法较为成熟, 已有严格的理论分析和一整套行之有效
的求解方法(欧登伯格、王家映, 1984 ;  Levy and Clowes,        1980) 。但由于绝大多数地球物理问
题都为非线性问题,用常规的线性反演方法求解非线性反演问题往往得不到正确的解, 即使采
用迭代改进的方法,也难求得正确的解, 故目前有很多地球物理工作者正致力于非线性反演问
题的研究,尤其是近年来完全非线性反演方法的研究取得了明显的突破, 出现了许多现实的反
演方法,例如, 以统计物理学为基础的模拟退火法、以生物工程为基础的遗传算法、以人工智能
为基础的人工神经网络法等。实践表明, 非线性反演方法明显优于各种线性反演方法(姚姚, 
1996) , 但非线性反演方法也有一个共同的缺点, 即计算量大, 难以运用于常规生产处理(Al- 
bert 等, 1990) 。因此本书提出一种“测井资料和地震资料(书中简称为井震资料) 联合地震道
多尺度反演”方法, 其基本思想就是想用求解线性反演方法来求解非线性反演问题, 以减少计
算工作量。用测井资料、地质资料和地震资料共同联合进行反演以提高反演的精度和可信度; 
同时,利用多尺度反演克服局部极值影响, 达到搜索全局最小极值点的目的。多尺度反演是把
目标函数分解成不同尺度的分量,根据不同尺度上目标函数的特征逐渐搜索全局最小点, 这种
做法的优点是:在大尺度上, 一般反演稳定( 因此频段地震资料的信噪比较高, 目标函数的极值
点少且分得开) , 用通常的方法就很容易直接或经比较搜索出大尺度( 总体背景)上的“全局极
值点”; 同时反演结果受选定的初始点的影响较小, 从而减小了其后的反演落入错误邻域的可
能性,并且可加快收敛速度。
    本书将广义线性反演方法与小波分析的多尺度思想相结合,将测井资料、地震资料在地质
理论指导下有机组合,建立出一个分辨率较高的初始反射系数模型剖面, 并利用小波变换的多
尺度思想由信噪比较高的大尺度或低频分量向高频方向进行迭代反演。将多尺度反演思想用
于地震资料处理虽然早已有人做过( Carey 等, 1995; 杨忠民、黄大云, 1994 ; 韩世勤、张玉芬, 
                                                                           Ⅰ
1996 ;何光明等, 1996 ;高静怀等, 1997 ;李锦飞、李人厚, 1998; 李鲲鹏等, 1997; 赵改善, 1994 ;何
光明、高如曾, 1995 ;吴爱第、牟永光, 1997;侯遵泽, 1998) ,但将测井、地震资料联合进行地震道
多尺度反演在国内尚属首次,具有一定的创新性。实际资料试算的结果表明, 该反演方法不失
为目前进行地震道反演的一个较好的反演方法。
    笔者在书中对影响薄互层地震反射特征的因素进行了详细的讨论分析和研究,较全面系
统地总结了薄互层的厚度、薄互层中单层厚度、子结构厚度、薄互层的互层数、入射子波的类
型、主频、衰减系数以及地震勘探的采样率等参数对薄互层地震反射特征的影响规律; 导出了
求取薄互层的单层厚度、子结构厚度的半定量公式;提出了进行目标勘探的思想, 这一思想对
目前开展的高分辨率地震勘探的野外采集具有一定的理论和现实意义。
    另外,在利用地震道反演结果(看作为近似反射系数序列)进行波阻抗反演时, 笔者首次提
出利用测井资料作为约束条件,通过扫描方法来求取波阻抗初值的思想, 并成功地应用于实际
资料的处理,取得了满意的结果。这一思想和做法比较好地解决了在波阻抗反演中长期以来
因其初值求不准而影响波阻抗反演精度的问题。这也是本书的特色之一。
    本书得到了罗延钟教授、熊维纲教授、詹正彬教授、王家映教授、姚姚教授、潘玉玲教授、刘
天佑教授、周鸿秋教授、周远田教授等的指导和帮助,他们对本书的内容、编写提供了许多宝贵
的和建设性的指导意见。书中许多实际资料来自中原油田原物探公司等生产和研究单位。此
外,李长安、朱成宏、凌峰等同志也在著作的完成过程中给予过帮助, 在此一并表示诚挚的谢
意! 
    限于笔者水平, 书中一定存在许多缺点、疏漏和错误, 敬请各位专家、同行和读者批评指
正。
                                                                   笔者
                                                             2002 年5 月于武汉
 Ⅱ
                            目        录
第一章   薄互层介质的地质和地球物理特征…………………………………………………( 1) 
    第一节   薄互层介质的地质特征…………………………………………………………( 1) 
    第二节   薄互层介质的地球物理特征……………………………………………………( 2 ) 
        一、地震薄层…………………………………………………………………………( 2 ) 
        二、薄层的干涉效应…………………………………………………………………( 2 ) 
        三、薄互层的地震地质模型…………………………………………………………( 3) 
第二章   薄互层介质地震反射波特征分析……………………………………………………( 6) 
    第一节   薄互层介质的反射系数序列振幅谱的特点……………………………………( 6) 
        一、两种介质等厚薄互层组…………………………………………………………( 6) 
        二、不等厚薄互层组…………………………………………………………………( 8) 
        三、有序递变薄层组…………………………………………………………………( 11) 
        四、实际地层的反射系数序列谱特点………………………………………………( 13) 
    第二节   影响薄互层地震反射波特征因素分析………………………………………( 15) 
        一、薄互层的单层厚度或子结构厚度对薄互层反射波特征的影响………………( 16) 
        二、薄互层的互层数N 对薄互层地震反射波特征的影响………………………( 18) 
        三、子波主频对薄互层组地震反射波特征的影响…………………………………( 19) 
        四、子波衰减系数对薄互层反射波特征的影响……………………………………(2 7) 
        五、采样率对薄互层地震反射波特征的影响………………………………………( 34 ) 
    第三节   薄互层地震反射特征小结……………………………………………………( 34 ) 
第三章   常用地震道反演方法概述…………………………………………………………( 37) 
    第一节   地震道线性褶积模型及表示方式……………………………………………( 37) 
        一、地震道线性褶积模型的建立……………………………………………………( 37) 
        二、地震道褶积模型的不同表示形式………………………………………………( 3 8) 
    第二节   部分地震道反演方法概述及比较……………………………………………( 39) 
        一、直接法……………………………………………………………………………(4 0) 
        二、迭代法……………………………………………………………………………(42 ) 
    第三节   本书反演方法的选取…………………………………………………………(4 5) 
第四章   提高薄互层地震资料分辨率反演方法研究………………………………………(4 7) 
    第一节   小波变换和多尺度分解的基本原理…………………………………………(4 7) 
        一、小波变换基本原理………………………………………………………………(4 8) 
        二、小波变换多尺度分析及Mallat 算法…………………………………………(4 9) 
    第二节   测井资料和地震资料联合地震道反演………………………………………( 5 1) 
        一、测井、地震资料联合地震道反演的基本原理…………………………………( 5 1) 
        二、测井、地震资料联合地震道反演的实现………………………………………( 53) 
                                                                           Ⅲ
    第三节   测井、地震资料联合地震道多尺度反演………………………………………( 54 ) 
        一、二进小波域中的褶积模型………………………………………………………( 54 ) 
        二、地震道多尺度反演的基本原理…………………………………………………( 55) 
        三、地震道多尺度反演的实现………………………………………………………( 56) 
        四、多尺度反演方法逐尺度提高分辨率的理论分析………………………………( 57) 
    第四节   提高测井、地震资料联合地震道多尺度反演效果的辅助处理………………( 5 8) 
        一、利用小波变换多尺度思想提高地震数据的信噪比和分辨率…………………( 5 8) 
        二、利用多项式拟合技术提高反演剖面的信噪比和分辨率………………………( 60) 
第五章   高精度薄互层地震波阻抗和层速度剖面求取方法研究…………………………( 65) 
    第一节   波阻抗反演方法简介和波阻抗的计算………………………………………( 65) 
        一、波阻抗反演方法简介……………………………………………………………( 65) 
        二、波阻抗剖面的计算………………………………………………………………( 65) 
    第二节   高精度薄互层地震波阻抗剖面求取方法研究………………………………( 67) 
        一、常规波阻抗初值Z0        的确定及局限性…………………………………………( 67) 
        二、井约束扫描求取Z0       值的基本原理和实现步骤………………………………( 67) 
        三、方法验证和效果分析……………………………………………………………( 6 8) 
    第三节   高精度薄互层地震层速度剖面求取方法研究………………………………(74 ) 
第六章   实例及影响反演结果的因素分析…………………………………………………(77) 
    第一节   实际资料的处理实例分析……………………………………………………(77) 
    第二节   反演效果分析…………………………………………………………………( 87) 
    第三节   影响井震联合地震道多尺度反演结果的因素分析…………………………(94 ) 
        一、初始模型的质量对反演结果的影响……………………………………………(94 ) 
        二、原始地震道数据质量对反演结果的影响………………………………………(94 ) 
        三、地震子波的类型、主频等参数对反演结果的影响……………………………(95) 
        四、小波函数的类型、长度对反演结果的影响……………………………………(95) 
        五、多尺度反演最大分解尺度和起始分解尺度对反演结果的影响………………(99) 
        六、反演迭代的次数和阀值对反演结果的影响…………………………………( 100) 
        七、波阻抗初值Z0     对最终波阻抗反演结果的影响             ……………………………( 100) 
结 论…………………………………………………………………………………………( 10 1) 
Abstract ………………………………………………………………………………………( 103) 
参考文献………………………………………………………………………………………( 109) 
 Ⅳ
                         第一章  薄互层介质的地质和地球物理特征                            ·1  · 
               第一章         薄互层介质的地

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