（地质资源与工程专业论文）基于岩石物理的地震储层预测方法应用研究.pdf

摘要 储层预测研究主要在于弄清储层构造特征、岩性特征及储层参数，进而减少勘探开 发风险。储层参数包括孔隙度、渗透率、流体类型等，而地震资料提供的是地震波旅行 时和振幅信息，再通过反演可得到弹性参数。地震岩石物理学则为储层参数和弹性参数 之间搭建桥梁。本文讨论了不同地质条件下储层物性和流体特征与地震响应特征之间的 关系，建立不同尺度岩石物理分析模型，开展了横波速度估算该方法研究、基于岩石物 理的a v 0 正演、地震奇异性属性提取等方面研究，结合地震吸收特征及叠前叠后联合 反演技术进行储层岩性预测和流体检测。 横波速度是重要的地球物理参数。在近些年发展起来的叠前地震储层弹性参数反演 及流体检测方面起着重要作用。本文深入研究了通过地震岩石物理理模型结合叠前弹性 波波形反演精细估算横波速度方法，在方法实现上利用x u w h i t e 模型为初始模型计算 岩石模量，该模型是砂泥岩介质模型，考虑了砂泥岩孑l 隙特性差异及孔隙空间形状，克 服了传统等效介质模型的不足；以此为基础，利用测井曲线重构反演方法对模型所需的 经验模量参数进行修正，得到较精确的横波速度；再进一步结合地震叠前弹性波波形反 演方法对测井曲线重构得到的横波速度进一步修正，最终获得高精度横波速度。整套方 法考虑了不同岩性孔隙形状影响，修正了原始模型参数的误差，结合叠前地震数据丰富 的振幅和旅行时信息，使横波估算结果更为合理，为进一步研究储层预测和流体识别奠 定了技术基础。 a v o 分析是利用反射振幅随偏移距变化特征来分析和反演岩性。根据本文提出的 横波估算法得到纵横波速度及密度，构建a v o 正演模型；利用正演模拟，分析不同地 质条件下油气水及特殊岩性体的a v o 特征，建立相应检测标志，有助于从实际地震记 录中直接识别油气和岩性。正演模拟需解决旅行时与振幅计算两个关键问题。本文基于 常速度梯度网格射线追踪法计算旅行时及确定入射角，利用z o e p p r i t z 方程获取振幅值。 射线追踪正演模拟方法较适用于纵向非均匀地层，经测试，算法的稳定性及准确性均达 到了正演模拟要求。文中利用此方法研究典型a v o 油气藏，结合流体替代的正演模拟 分析，分析不同流体状态的a v 0 效应和地震属性的判别模式。 以某实际工区为研究目标，将上述横波速度估算结果分别应用于地震奇异性属性提 取和检测弹性阻抗反演中。地震数据既反映地层中岩性的信息( 速度和密度) ，也包含 过渡界面上的奇异性信息( 反射系数) 。本文利用具有较好时频局部化性质的小波变换， 通过利普希茨指数刻画信号中奇点位置和大小，能够检测地震信号局部奇异性，利用小 波变换系数的模极大值法提取地震奇异性属性，不仅能刻画地质体的外部形态，亦清晰 呈现出沉积界面与沉积期次，为进一步精细解释提供了新的信息。叠前弹性阻抗反演充 分利用可反映振幅随偏移距变化的角度部分叠加道集进行反演，因而具有良好的保真性 和多信息性，由此反演得到的弹性阻抗数据体，由此进一步计算可获得纵波速度、横波 速度、密度、纵、横波速度比、泊松比等这些能够反映岩性及流体特征的岩性参数，最 终形成丰富的a v o ( 或a v a ) 属性，帮助我们更加准确地描述地下储层的信息。 关键词：岩石物理，横波速度，储层预测，叠前地震反演，弹性阻抗，a v o 正演 a p p l i c a t i o no fr o c kp h y s i c st h e o r yi ns e i s m i cr e s e r v o i r d i s c r i m i n a t i o n z h a n gl u ( g e o l o g i c a lr e s o u r c e sa n dg e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y i nx i n g y a o a b s t r a c t t h es t u d yo fr e s e r v o i rp r e d i c t i o ni sm a i n l yt oi n v e s t i g a t et h ec h a i a c t e s t i c so f r e s e r v o i r s t m c t u r e l i t h o l o g i cf e a t u r e sa n dr e s e r v o i rp a r a m e t e r s ，a i mt or e d u c et h er i s ko fe x p l o r a t i o n k e s e r v 0 1 rp a r a m e t e r si n c l u d ep o r o s i t y ，p e r m e a b i l i t y , f l u i dt y p e ，e t c ，b u t s e i s m i cd a t ao n l v r e i l e c t so ns e l s m l ct r a v e l t i m e ，a m p l i t u d ei n f o r m a t i o n ，a n de l a s t i c p a r a m e t e r sw h i c hc 舳b e o b t 锄e qt h r o u g hs e i s m i ci n v e r s i o n s e i s m i cr o c k p h y s i c sb u i l d sb r i d g e sf o rr e s e o i r p a r a m e t e r sa n de l a s t i cp a r a m e t e r s t h i sd i s s e r t a t i o n d i s c u s s e st h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n 阳8 e 0 1 p r o p e r t i e s ，f l u i dc h a r a c t e r i s t i c sa n ds e i s m i cr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c su n d e rd i f f e r e n t g e o l 0 9 1 c a lc o n d l t i o n s ，e s t a b l i s h i n gr o c kp h y s i c sa n a l y s i sm o d e l so fd i f f e r e n ts c a l e ，c a 玎埘n g o u tt h e 吼u d i e so fs - w a v ev e l o c i t ye s t i m a t em e t h o d ，a v of o r w a r dm o d e l i n gb a s e d o nr o c k p n y s l c s ，s e l 8 m l cs i n g u l a r i t i e sa t t r i b u t e s e x t r a c t i o n ，e t c ，i nc o m b i n a t i o nw i t he a r t h q u a k e a b s o r p t l o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dp o s t s t a c ka n dp r e s t a c ki n v e r s i o nt e c h n 0 1 0 9 i e st op e r f o m t h e p r e d i c t i o no fr e s e r v o i rl i t h o l o g ya n df l u i dd e t e c t i o n 5 w a v e v e l o c l t v - y a l l i m p o r t a n tg e o p h y s i c a lp a r a m e t e r ，p l a y sa l l i m p o r t a n tr o l ei n p r e - s t a c k8 e l s m l cr e s e o i re l a s t i cp a r a m e t e ri n v e r s i o na n df l u i dd e t e c t i o n w h i c hd e v e l o p e di n 。e c e n ty e a r 文i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，t h ea u t h o rd e l v e si n t ot h es t u d yo fm e t i c u l o u se s t i m a t e m e h o do fs w a v ev e l o c i t y t h r o u g ht h es e i s m i cr o c kp h y s i c sm o d e la n d p r e s t a c ke l a s t i cw a v e w a v e f o r m i n v e r s i o n ，u s i n gx u w h i t em o d e la s m o d e li sas a n d s h a l em e d i u mm o d e l ，t a k i n g t h ei n i t i a lm o d e lt oc a l c u l a t er o c km o d u l e t h e i n t oa c c o u n to ft h ed if f e r e n c e so fs a n d s h a l e p o r o s l t ya n dp o r e s p a c e s h a p e ，o v e r c o m i n gt h es h o r t c o m i n g so ft r a d i t i o n a le q u i v a l e n tm e d i u m m o d e l s o nt h l sb a s i s ，w e l l l o gr e c o n s t r u c t i o ni n v e r s i o nm e t h o di s e m p l o y e dt 0m a k e m o d i f i c a t i o nt ot h ee x p e r i e n c em o d u l u sp a r a m e t e r sw h i c ha r e n e c e s s a 巧f o rt h em o d e l ： p r e s t a c ks e l s m l cw a v e f o r mi n v e r s i o nm e t h o di su s e dt of u r t h e ra m e n dt h es - w a v ev e l o c i t v 仃0 mt h ew e l l l o gr e c o n s t r u c t i o nt o f i n a l l yg e th i g hp r e c i s i o ns w a v ev e l o c i t v t h e m e t n o d o l o g yt a k e si n t oa c c o u n tt h ei m p a c to fd i f f e r e n tl i t h o l o g i c a lp o r es h a p ea n dc o 盯e c t s t n ee n d ro ft h e 0 n g i n a lm o d e lp a r a m e t e r s ，c o m b i n i n gr i c h a m p l i t u d ea n dt r a y e lt i m e i n t o 肿a t l o no fp r e - s t a c ks e i s m i cd a t a ，s ot h a tt h ee s t i m a t e ds - w a v ei sm o r e r e a s o n a b l e ，l a y i n g t e c h n l c a if o u n d a t i o nf o rf u r t h e r r e s e a r c ho fr e s e r v o i rp r e d i c t i o na n df l u i dd i s c r i m i n a t i o n avu a n a l y s l sp e r f o r m st h ea n a l y s i sa n di n v e r s i o no ft h e l i t h o l o g yt h r o u 曲r e f l e c t i o n 1 1 1 a m p l i t u d ev a r i a t i o nw i t ho f f s e td i s t a n c e ，w eg e tpa n dsw a v ev e l o c i t i e sa n dd e n s i t yt h r o u g h t h es - w a v ee s t i m a t em e t h o dp u tf o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，b u i l d i n ga v of o r w a r dm o d e l ； a n df o r w a r dm o d e l i n gi su s e dt oa n a l y z ea v oc h a r a c t e r i s t i c so fo i l g a s w a t e ra n ds p e c i a l l i t h o l o g i cb o d i e su n d e rd i f f e r e n tg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，s oa st oe s t a b l i s hc o r r e s p o n d i n g d e t e c t i o ns i g n s ，w h i c ha r eu s e f u lf o ro i lg a sa n dl i t h o l o g yd i s c r i m i n a t i o nf r o mt h ea c t u a l s e i s m i cr e c o r d sd i r e c t l y t r a v e l t i m ea n da m p l i t u d ec a l c u l a t i o na r ec r i t i c a lf o rf o r w a r d m o d e l i n g t h i sd i s s e r t a t i o nc a l c u l a t e st r a v e l t i m ea n dd e t e r m i n e st h ea n g l eo fi n c i d e n c ei nt h e m e t h o do fr a yt r a c i n gw i t hc o n s t a n tv e l o c i t yg r a d i e n t ，u s i n gz o e p p r i t ze q u a t i o nt oo b t a i nt h e a m p l i t u d ev a l u e r a yt r a c i n gf o r w a r dm o d e l i n ga p p r o a c hi sm o r ea p p l i c a b l et ov e r t i c a l n o n u n i f o r ms t r a t a , a n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es t a b i l i t ya n da c c u r a c yo ft h e a l g o r i t h mh a v eb e e nu pt ot h er e q u i r e m e n t so ff o r w a r dm o d e l i n g t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e s t y p i c a la v or e s e r v o i r si n t h i sm e t h o d ，a n da n a l y z e sa v oe f f e c t so fd i f f e r e n tf l u i d sa n d s e i s m i c p r o p e r t i e sd i s c r i m i n a t i o nm o d e l ，w i t ht h ef o r w a r dm o d e l i n ga n a l y s i so ff l u i d s u b s t i t u t i o n t h r o u g hs t u d y i n gc e r t a i na c t u a lw o r ka r e a ，s - w a v ev e l o c i t ye s t i m a t i o nr e s u l t sa b o v ea r e s e p a r a t e l ya p p l i e dt os e i s m i cs i n g u l a r i t ya t t r i b u t ee x t r a c t i o na n de l a s t i ci m p e d a n c ei n v e r s i o n d e t e c t i o n s e i s m i cd a t ar e f l e c t st h el i t h o l o g y ( v e l o c i t ya n dd e n s i t y ) a sw e l la ss e i s m i c s i n g u l a r i t ya t t r i b u t e so nt h et r a n s i t i o ni n t e r f a c e t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e sad e s c r i p t i o no f e x t e r n a lm o r p h o l o g yo fg e o l o g i c a lb o d i e sa sw e l la sac l e a rp r e s e n t a t i o no fs e d i m e n ti n t e r f a c e a n dd e p o s i t i o ns t a g e si nt h ef a n s ，w h i c hp r o v i d e sa ne f f e c t i v eg u a r a n t e ef o rt h ef u r t h e r p r e c i s e i n t e r p r e t a t i o na n dp r e d i c t i o no fr e s e r v o i r si ng e o l o g i cb o d i e s ，b yu s i n gw a v e l e tt r a n s f o r m a t i o n c h a r a c t e r i z e db yi t sg o o dt i m e f r e q u e n c yl o c a l i z a t i o np r o p e r t i e s ，w h i c hc a nd e p i c tt h el o c a t i o n a n ds i z eo ft h es i n g u l a rp o i n t so ft h es e i s m i cs i g n a lt h r o u g hl i p s c h i t zi n d e x ，t od e t e c tt h e l o c a ls i n g u l a r i t yo fs e i s m i cs i g n a l sa n du s i n gw a v e l e tt r a n s f o r m a t i o nc o e f f i c i e n tm o d u l u s m a x i m am e t h o dt oe x t r a c ts e i s m i c s i n g u l a r i t ya t t r i b u t e s p r e s t a c k e l a s t i ci m p e d a n c e i n v e r s i o nc a nb ep e r f o r m e db ym a k i n gf u l lu s eo f s t a c k i n gg a t h e r so f t h ea n g l e sw h i c hr e f l e c t t h ea v o ，s oi th a sh i g hf i d e l i t ya n dm u c hi n f o r m a t i o n t h e ne l a s t i ci m p e d a n c ed a t ad e r i v e d f r o mt h ea b o v ei n v e r s i o nc a nb eu s e dt oo b t a i nt h e l i t h o l o g i cp a r a m e t e r sr e f l e c t i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so fl i t h o l o g ya n df l u i d ，s u c ha sp - w a v ev e l o c i t y ，s h e a rv e l o c i t y ，d e n s i t y ， l o n g i t u d i n a la n dt r a n s v e r s a lw a v ev e l o c i t yr a t i oa n dp o i s s o n sr a t i o ，e t c b yf u r t h e rc a l c u l a t i o n ， a n df i n a l l yr i c ha v o ( o ra v a ) a t t r i b u t e sw i l lb eg a i n e dt oh e l pu sd e s c r i b et h eu n d e r g r o u n d r e s e r v o i rm o r ea c c u r a t e l y k e yw o r d s ：r o c kp h y s i c s ，s h e a r - w a v ev e l o c i t yp r e d i c t i o n ，r e s e r v o i rd i s c r i m i n a t i o n ，p r e s t a c k s e i s m i ci n v e r s i o n ，e l a s t i ci m p e d e n c e ，a v of o r w a r dm o d e l l i n g 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：唧年占月6 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：碲多月乡日 醐：刁“吖日 基于岩石物理理论地震储层预测方法研究 创新点摘要 1 根据岩石物理理论，利用x u w h i t e 模型，结合测井重构反演和叠前波形反演来 估算精细横波速度，考虑了储层介质的孔隙形状以及输入参数误差，较好的克服了现有 经验公式法对其地下介质均匀的简单假设，以及模型输入参数不精确而引发的预测误 差，综合考虑岩石物性参数变化及实际储层地质因素，得到精细横波速度。( 见第三章) 2 以地震岩石物理模型为基础，结合精细横波速度估算该方法，利用常速度梯度 网格射线追踪法和g a s s m a n n 方程进行a v o 正演模拟及流体替代分析。利用a v o 正演 模型，分析不同地质条件下油气水及特殊岩性体的a v o 特征，建立相应的a v o 检测标 志，有助于从实际地震记录中直接识别油气和岩性。( 见第四章) 3 利用小波变换提取地震奇异性属性进行地质体边缘检测及沉积内幕划分。小波 变换具有良好的时频局部化性质，通过l i p s c h i t z 指数刻画地震信号中奇点位置，检测地 震信号局部奇异性，利用小波变换系数的模极大值法提取地震奇异指数，为进一步精细 解释及储层预测提供了有力保障。( 见第五章) 中国石油人学( 华东) 博十学位论文 第一章前言 1 1 研究背景 由于石油资源的有限性，石油勘探的难度、风险性及费用将会与年俱增。一旦到达 如m k i n gh u b b e r 所说“顶峰”，石油开发和生产的减少则不可避免。然而石油需求量 并未减少，使得我们不得不对深海、复杂隐蔽油气藏和小、稀薄油气田进行研究。随着 勘探程度的进一步深入，油气勘探正从构造油气藏转向岩性油气藏，地震勘探作为最有 效的油气勘探地球物理方法之一在其中发挥着越来越重要的作用( 曲寿利，2 0 0 5 ) 。 常规地震解释通过横向地震地震反射一致性的拾取，找到地下地质构造、层序和储 层形态，最终目标是找到烃类聚集区、描绘其范围和计算体积，其本质是定性分析。然 而地震数据是地下地质体和岩性流体信息的综合反映，主要体现于地震波的旅行时间、 反射波振幅及相位变化；这些地震特性受到诸如压力、温度、饱和度、流体类型、孔隙 度、孔隙类型等诸多因素的复杂影响。随着勘探难度的加深，现在对地震数据的分析已 从单纯地质体构造解释发展到预测岩性及孔隙流体类型等储层参数。工作站、可视化技 术和统计学为蕴含着丰富的岩性、物性和流体信息地震数据体提供了综合分析工具。如 何有效地综合利用多种勘探技术是控制这些复杂性和风险性的关键( m a v k o 等，2 0 0 5 ) 。 在过去的十几年里，地震解释者开始更多地关注定量解释，因为地震资料的定量解 释为储层预测和烃类检测提供更可靠的信息。其中关键技术有岩石物理分析，叠后道集 振幅分析( 亮点暗点分析) ，地震正演模拟，a v o 分析，声阻抗和弹性阻抗反演等近 些年发展起来的技术( 殷八斤，1 9 9 5 ；云美厚，2 0 0 1 ；张繁昌，印兴耀等，2 0 0 4 ；王有 新，王延光，2 0 0 7 ) 。如果合理地应用这些技术，将会为解释工作打开新的局面。地震 振幅，反映了地下各层间弹性性质的变化，它包含了岩性、孔隙度、孔隙流体类型和饱 和度，以及孔隙压力等等所有常规地震解释可提供的信息。论文的研究就是在上述背景 下展开的，针对岩石物理理论、地震反演及属性分析等储层识别方法进行研究，旨在进 一步提高地震储层预测和流体识别的准确度，综合大量地震、地质及测井资料，深入开 展各方法综合应用研究，最终目的是为精细储层预测和油藏描述提供准确可靠的地层岩 性、物性参数，从而降低勘探的风险( 谢占安，2 0 0 5 ) 。 1 2 研究内容 地震资料受到许多因素的复杂影响，诸如岩性、孔隙度、流体类型、饱和度、孔隙 第一章前言 类型、压力、温度等等，这些因素常常是内在关联的，当一个因素变化时许多因素也同 时变化。这些变化对地震数据产生正面或负面的影响( w a n g ，2 0 0 1 ) 。因此，在将岩 石物理信息应用于地震解释中时，必不可少地要进行单一参数变化( 其它固定不变) 影 响的研究。众所周知，与地震反射波直接相关的岩石物理参数是岩层的纵、横波速度与 密度。 地震岩石物理学研究目的是帮助建立流体类型与地震特征的定量联系。地震岩石物 理实验主要是测试不同条件下的地震波速度与岩石成分、孔隙度、流体、饱和度、温度、 压力之间的关系，建立岩石声波曲线，模拟孔隙岩石介质中孔隙纵横比、矿物质和颗粒 接触情况等参数的关系式，刻画出孔隙应力和应变对地震波速度、衰减及各向异性的影 响；弄清实际工区数据( 低频) 与实验室数据( 高频) 的差异原因；能够较好地预测出 孔隙流体变化对速度变化的影响。直到今天，岩石物理在地震解释中的应用已经成为孔 隙度预测和不同流体、压力识别的主要途径( 施行觉，1 9 9 8 ；刘斌，2 0 0 1 ：徐果明，1 9 8 5 ； 席道瑛，2 0 0 1 ；w a n g ，1 9 9 2 ，2 0 0 0 ，2 0 0 1 ；a v e s t h ，2 0 0 1 ；m a v k o 等，2 0 0 5 ) 。因此， 研究岩石物理性质，并通过岩石速度与密度将岩石各种物理性质与反射波联系起来是利 用地震反射波研究储层性质的一种有效和可靠途径。在国内，黄绪德先生等( 1 9 9 7 ) 在 这方面进行了有益的研究工作。国外许多大学研究人员( m a v k o 等，2 0 0 5 ，2 0 0 1 ；m u k e r j i 等，2 0 0 1 ；c a s t a g n a ，2 0 0 1 ) ，通过使用岩石物理模型作为桥梁，将地震反射资料与地 下岩层的孔隙及含流体性联系起来，并取得较好的效果。 利用g a s s m a n n 方程建立的波速模型所对应的岩石物性参数与波速等地震特征的关 系进行联合对比，可以得到描述不同油气储层的岩石物性参数与地震反射性的较为全面 的对应关系。在研究分析反射透射系数与流体成分及弹性模量、密度、孔隙度、以及入 射角之间的关系的基础上，利用地震a v o 正演模拟，可以研究上述参数的变化对地震 反射a v o 特征的影响，以及a v o 属性与弹性波阻抗之间的关系，寻找适合本区油气 藏的流体因子，并建立基础弹性波阻抗的油气层显示因子；联合利用叠前和叠后资料， 综合研究油气层对地震波速度、泊松比、频谱等因素的影响，通过正演模拟，建立综合 指示参数。地震正演模拟是对地震振幅信息进行定量分析的常用方法之一。基于假设或 者说已经解释好的地质模型来制作合成记录，然后将合成记录与实际地震道相比较，如 果必要的话则必须修改地质模型而得到更好的匹配结果。这是地震反演的一个反过程， 地质模型是由实际地震资料而来的。实际上两个过程经常联合使用。平面波反射的正演 问题就是将其反射系数作为入射角或射线参数的函数，合成记录是p - p 反射系数随着炮 2 中国石油人学( 华东) 博士学位论文 本论文研究内容是充分利用地质、测井、三维地震等综合资料，在已有的地质研究 的基础上，通过岩石物理分析展开弹性参数和地震波速的关系及其影响因素的深入分 析：包括纵横波速度计算方法研究；地震正演技术研究；流体替换技术研究等方面的方 法和技术研究。通过岩石物理学和地震正演模拟的研究，建立地球内部岩石的物理性质 和岩石的地球物理特征及其之间的关系，为利用地震资料预测分析地下岩石、流体的性 质提供理论基础及必要的数据资料，从而减小地震解释的不确定性和多解性。在此基础 上，通过地震弹性阻抗反演、地震奇异性属性分析等手段，重点研究储集体的纵横波速 度特征、地震响应及利用地球物理资料定量描述储集体的空间展布，全文主要研究内容 如下： 一、岩石物理基础研究及横波速度估算：通过对不同岩石物理模型理解岩石弹性波 速的变化规律，包括孔隙度、泥质含量等对双相介质波速的影响，以及岩石特性参数之 间的关系。基于目标区的岩石物理分析，联合地震测井资料、测井约束反演及叠前波形 反演技术，选取合适模型进行横波速度估算。 二、地震正演模拟研究及a v o 分析：采用了l a n g a n 常速度梯度网格射线追踪方法 实现正演模拟，该方法对复杂速度场适应性较强，具有较好计算精度和效率。以g a s s m a n n 方程为基础进行流体替代分析，分析不同流体条件下储层的地震反射特征。建立不同类 型楔形模型，进行了大量的正演模拟研究，建立目标区天然气藏地震响应特征。 三、基于地震奇异性属性的砂砾岩扇体沉积检测及沉积内幕划分：小波变换具有良 好的时频局部化性质，通过l i p s c h i t z 指数刻画信号中奇点位置和大小，能够检测地震信 号局部奇异性，利用小波变换系数的模极大值法提取地震奇异指数。地震奇异性属性较 好刻画砂砾岩扇体的外部形态，并较清晰呈现出扇内的沉积界面与沉积期次，为进一步 精细解释以及扇体内的油气藏预测提供了新的信息。 四、储层及流体描述：以叠前地震资料和测井资料为基础，应用弹性波阻抗反演， 进而由阻抗数据体计算出岩石弹性参数、地震波速度和密度等参数，根据岩石物理分析 结果，研究油气区敏感性参数及特征，寻找油气储层。 3 第一章前言 图1 - 1 论文研究框架 f i g l 一1 r e s e a r c hf r a m e w o r k 4 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 第二章岩石物理基本理论 岩石物理是地球物理的一个分支，近三十多年来有很大的发展。以前，岩石物理更 多是纯科学研究，但是在最近十多年，由于石油勘探与开发技术的进步，尤其是地震数 据采集与处理技术的进步，岩石物理的研究成果已经被广泛应用于油藏描述、油田监控 以及提高采收率等领域，岩石物理已经成为一门非常有实用价值的学科( 陈颐，2 0 0 0 ) 。 地震岩石物理学( 简称岩石物理学) 是研究与地震特性有关的岩石物理性质以及这 些物理性质与地震响应之间关系的- i 1 科学。地壳岩石是由岩石骨架和孔隙所组成的多 孔介质，孔隙通常被水、气、油等流体所充填而构成多相介质。微观尺度上岩石固体骨 架与孔隙流体的相互作用、相互干扰使得弹性波在这种流体饱和多孔介质中传播时，其 传播规律与理想的弹性介质明显不同( b i o t ，1 9 5 6 ) 。2 0 世纪初，土耳其土力学家t e r z a g h i 研究了地应力、土壤中流体和边坡稳定性等问题，并在其经典著作( ( i n t r o d u c t i o nt os o i l m e c h a n i c s ) ) 中首次阐述了孔隙流体和孔隙压力等基本概念。1 9 5 1 年，g a s s m a n n 在流体 和固体之间的任何相对运动和岩层自身的运动相比可以忽略不计的假设条件下，推导出 了孔隙岩层充满流体的弹性模量公式，奠定了近代沉积岩的弹性理论与岩石物性之间研 究的基础。 地震解释的主要目的之一是确定含水饱和岩石或者含烃饱和岩石能否产生有利的 反射。为了完成这个任务，有必要估算水饱和状态和烃饱和状态之间的岩石特性的差异。 因而需要建立一些基本的岩石物理关系。这些关系包括岩石特性和弹性常数之间的经验 公式和理论关系，另外也需要用到波传播模型。岩石物理性质的研究成果主要为从地震 波数据中提取地下岩石及其饱和流体的性质奠定物理基础( 地震反演过程) 。另一方面， 了解地震波特性与岩石、流体性质的关系，可以帮助我们模拟地震波在复杂介质中的传 播规律( 地震正演过程) 。 2 1 岩石物理模型 岩石物理研究的主要目的是用来弄清楚岩性、孔隙度、孔隙压力、流体类型、饱和 度、各向异性、温度和频率等对沉积岩中纵波和横波速度和衰减的影响。现在人们对地 震波速度与一些重要储层参数( 如孔隙度、岩相、孔隙流体类型、饱和度和孔隙压力等) 与速度之间的关系已经有了很好的认识。t a o & k i n g ( 1 9 9 3 ) 和t a o 等( 1 9 9 5 ) 利用 c h e n g & t o k s 6 z ( 1 9 7 9 ) 提出的迭代技术的散射介质方法预测了岩石的孔隙度和孔隙纵 5 第二章岩石物理基本理论 横比频谱。k i n g 等( 1 9 8 8 ) 应用散射理论解释了实验室中冰冻的松散沉积岩的对在永久 冻结带条件下超声波p 波和s 波速度的影响。x u & w h i t e ( 1 9 9 5 ) 联合有效介质理论和 g a s s m a n n 理论，能够计算含频散的砂岩粘土混合模型的p 波和s 波速度。p h a m 等( 2 0 0 2 ) 基于b i o t 三相模型( 砂岩颗粒，粘土颗粒和流体) 测定粘土相砂岩介质的速度和衰减值。 g e i & c a r c i o n e ( 2 0 0 3 ) 用相似的模型获取了气水合物方面沉积物的p 波和s 波速度和衰 减的表达式。w a n g & n u r ( 2 0 0 0 ) 研究包含五个气水化合物的地震特征。j o h n s t o n & t o k s 6 z ( 1 9 8 1 ) ，n u r & w a n g ( 1 9 8 8 ) ，w a n g & n u r ( 1 9 9 2 ) 等实验研究揭示了各种不同因素 对速度的不同影响。w a n g ( 2 0 0 1 ) 总结了岩石物理基本原理。 2 1 1 弹性模量定义 定义体变模量k ( 压缩系数的反比) 来描述岩石抗压的能力；剪切模量则用来描 述岩石抗剪切的能力。纵横波速度的方程则是密度、体积模量和剪切模量的函数。按照 弹性介质理论，岩石的、k 和岩石弹性参数之间存在如下关系( 杜世通，1 9 9 6 ) ： 啄= k + ( 4 3 ) i t p ，曙= i t p( 2 - 1 ) 式中，k 、和p 分别为岩石体积模量、剪切模量和密度。由于流体不传播剪切应力， 故从纯力学上考虑，剪切模量与岩石的饱和状态无关。 - i - 应力：竺 工 ? ：- 卅 | l1 l f 应力：k 等 切应力：肛 图2 - l弹性模量及其物理意义( 杨氏模量e ，体积模量k ，剪切模量) f i 9 2 1 e l a s t i cm o d u l u sa n dt h e i rp h y s i c a lm e a n i n g s ( y o u n g sm o d u l u se ，b u l km o d u l u sk ，s h e a r m o d u l u s ) 对于均匀各向同性完全弹性介质，经常使用拉梅系数兄和来表示介质基本的应力 和应变关系。其它的弹性常数如杨氏模量e 、泊松比v 、体积模量k 和剪切模量g = ， 对地震研究也很重要，这些参数两两之间可以转换，详细可参见表2 1 。因而我们只要 已知其中两个参数，即可推导出各种具有不同物理意义的弹性参数。 6 1，i l土一 中国石油火学( 华东) 博士学位论文 表2 - 1 弹性参数关系( m a v k o 等，2 0 0 8 ) t a b l e 2 - 1t h er e l a t i o n s h i p so fe l a s t i cm o d u l u s ( m a v k oe ta 1 ，2 0 0 8 ) s o u g h t ekm名 1 ， g i v e n e ，k 3 k ( 3 k + e )3 k ( 3 k - e ) 丝 上一上 9 k - e9 k e 9 k - e26 k e 、m 3 m - e + a 4 m - e + a q 3 m + e - q e - m + o h 6484 m e 元 兰望墨! 丝e - 2 + m 2 e - 3 五+ w 2 w 2 - e - 2 6244 2 丝g ( 4 g - e )岜l 生= ! 型2 寺一1e ，“ 3 ( 3 p e 13 p e3 p - e e 1 ， 星1 1 二：2 墨丛 3 ( 1 - 2 v )( 1 + v x l 一2 v )( 1 + v x l 2 v )2 ( 1 + v ) k ，m ! ! l 坚= 生 3 t m 丢( m - k ) = 烂 m + 3 k3 k + m k ，名 ! ! ! ! ：尘 号( 尼一名) l 3 七一五3 k 一2 五3 k 一五 9 k l 七+ 号 k - ! 一1 1 生= ! g k ， 3 k + f l2 3 k + ) k ，v 3 k ( 1 2 v 1 1 1 11 ：生 3 i v ! 塑= ! 生 l + v