地层反演的概念

反演是根据经验观测进行推理的一种精确定量方法。反演模型的主要作用是通过确定其输出结果与观测匹配的正演模型的过程参数的大小和频率来帮助分析和解释经验观测结果。

反演是一种寻找能够最佳拟合所观察到的地层的正演模型的系统程序。反演可以说明所观察到的结果是由那些作用共同产生的。从这个意义上讲，地层反演与地质学家根据直觉和猜测所得出的结果相似。反演和其他方法的主要区别在于反演方法给出了准确度、误差和不确定性信息，以及产生误差的和不确定性的原因。如果使用其他方法，人们就不能够确定为什么某种模式与所观察的地层拟合而其他的却不拟合，不能确定何时获得了最佳参数组，也不能确定错误在哪儿，以及怎样才能提高模型与观察之间的匹配程度。

反演模型由三个部分组成，这三个部分可以解释反演模型是怎样运作的（图9-1）。第一部分是正演模型，此处为地层正演模型。正演模型用一组用户确定的过程参数值（如海平面升降、构造运动、沉积物供给、载荷补偿、地形梯度、压实作用等）和描述正演模型参数行为（过程-响应相互作用）的逻辑组模拟地层。第二部分是被用于与正演模型输出结果相比较的观察资料。在地层学中，实际观察可以是岩石类型、结构、厚度、几何形态或岩石物性。对反演模型的观察内容的限定是其必须可以与正演模型输出的数据具有直接的和量的可比性。例如，如果正演模型模拟粒度分布，那么观察内容就应该是岩石的结构。上述两个部分被第三部分，即数学反演算法连接起来。反演算法能够比较正演模型输出的值和实际观测值。在进行比较之后，反演算法亦能够调整正演模型参数值，使模拟预测更接近于实际观察。该算法反复比较观测值，并不断调整正演模型参数值，直到模拟值与观测值之间的差异达到最小并获得最佳拟合为止。

图9-1 地层反演模型流程图

因此，建立一个反演模型需要以下几个步骤：①选择一个地层正演模型；②设计几个简单的数学函数，来最准确地描述一个沉积盆地中真实的地层过程，并能用于反演计算；③准备与正演模型输出的类型相应的数据，并将其换成数学向量的形式；④选择一个恰当的参数优选算法；⑤构建一个连接第①步至第④步的地层反演模型。

如果地层资料的种类和数量含有足够的过程参数的信息，使反演算法能够区分不同过程参数产生地层响应，那么反演是可能的。反演法是一个建模过程，受到所有模型都遇到的表示真实世界过程响应系统近似性的准确度和精确度的限制。反演模型的计算结果受到用于反演模型的地层正演模型的准确度和精度的限制。反演模型结果的准确度和精度依靠观测数据的类型、数量、质量和分布，还受到盆地地层的假定和地层过程响应系统的操作限制。几种条件下不能进行反演，本文列出了这些条件中最重要的几项：①如果地层过程参数可以互换，也就是说，一个过程参数可代替另一个参数并产生同样的结果，那么反演就不可能；②如果假设的或所理解的地层过程—响应系统是错误的、不可预测的或缺少基本的限定条件，那么反演是不可能的；③如果一个位置的地层信息与另一个位置的地层信息没有直接联系，即如果某一位置的信息不能为另一个位置提供信息，那么反演是不可能的；④如果正演模型不能很好地模拟真实的过程-响应系统，或者观察资料的测定或解释是错误的，那么反演也是不可能的。