（地球探测与信息技术专业论文）渤海海域典型气藏avo研究.pdf

摘要 a v 0 ( a m p l i t u d ev a r i a t i o nw i t h0 f f s e t ) 是一项利用地震波的反射振幅随偏移 距变化特征分析和识别油气藏的地震勘探技术。 本文研究和分析了a v o 技术的岩石物理学基础和基本理论，讨论了 z o e p p r i t z 方程的近似表达式和烃类检测因子，提出双参数烃类检测因子的统一 表达式，并对a v o 分析的基本方法，包括a v o 正演、反演、处理和解释方法进 行归纳和总结。结合渤海海域天然气勘探的实际情况，首次在渤海海域开展a v o 技术应用研究，根据研究区的构造地质背景、天然气藏分布和成藏规律，建立适 合渤海海域的a v o 处理流程，结合a v o 正演模型，研究本区天然气藏的响应类 型，提出有效的a v o 交汇图解释方法，与传统的基于梯度和截距交汇分析方法 不同，本文提出两种直接采用有物理意义的a v o 属性进行交汇图分析，即纵波 和横波阻抗反射率交汇法和拟泊松比和流体因子交汇法，形成适合渤海海域地质 条件的油气检测方法。 实际研究表明：锦州3 1 1 构造的地质条件是适合a v o 检测条件的，该区 稳定的深湖一半深湖泥岩中沉积多期湖底扇砂岩储层，使得气层响应符合i i 类气 层的特征，利用a v o 反演和a v o 属性预测锦州3 1 1 构造的气藏是有效和成功 的。 关键词：地震勘探油气检测岩石物理a v o 技术地震反演 a b s t r a c t a v o ( a m p l i t u d ev 撕a t i o nw i t ho f f s e t ) i sas e i s m i ce x p l o r a t i o nt e c h n o l o g y u t i l i z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f a m p l i t u d ev a r i a t i o nw i t ho f f s e tt oa n a l y z ea n di d e n t i f y r e s e l w o 证 i nt h i sp a p e r , f i s t l y w es t u d ya n da n a l y z et h eb a s i so f a v ot e c h n o l o g y - p e t r o p l i 3 ，s i c sa n dt h e o r y , a f t e r w a r dw e d i s c u s st h ea p p r o x i m a t ee x p r e s s i o n so f z o e p p r i t zf o r m u l aa n dt h eh y d r o c a r b o nd e t e c t i o nf a c t o r sm o r e o v e rau n i f o r m e x p r e s s i o no f d o u b l ep a r a m e t e r sh y d r o c a r b o nd e t e c t i o nf a c t o ri sp r o v i d e d t o oa n d w ec o n c l u d ea n ds 1 1 l n n l a r i z et h ea v ob a s i ca n a l y s i sm e t h o d s ，i n d u d 破a v of o r w a r d m o d e l i n g , 戳oi n v e r s i o n , 斟qp r e c o n d i t i o n , a n d qi n t e r p r e t a t i o nt h e n , c o m b i n e dw i t ht h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n so f g a se x p l o r a t i o ni nb o h a ib a y , f o rt h ef i r s t t i m e ，w es t u d yt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef o r m a t i o nd i s c i p l i n e so f g a s r e s e r v o i r sa n ds e tu pa v 0p r o c e s s i n gw o r 如o wt h a ta g r e ew i t ht h ec o n d i t i o no f b o h a i b a y b a s e do na v om o d e l i n gw ea l s os t u d yt h er e s p o n s et y p e so f g a sr e s e r v o i r sa n d b r i n gf o r w a r dae f f e c t i v ea v oc r o s s p l o ti n t e r p r e t a t i o nm e t h o db ed i f f e r e mw i t h c o n v e n t i o n a li n t e r p r e t a t i o nm e t h o d ，i ti sb a s e do ng r a d e ( p ) a n di n t e r c e p t ( g ) a l s o ， i 1 1t h i sp a d e rw es t a t et w ok i n d so f a v oa t t r i b u t e su s i n gc r o s s - p l o ta n a l y s i sm e t h o d s w i t hd i r e c t l yp h y s i c a lm e a n i n g , n a m e l yp - w a v ei m p e d a n c er e f l e e t i v i t ya n ds - w a v e i m p e d a n t er e f l e c t i v i t yc r o s s - p l o tm e t h o d , p s e u d o - p o i s s o nr a t i oa n df l u i df a c t o r c r o s s p l o tm e t h o d ，f o r m i n gh y d r o c a r b o nd e t e c t i n gm e t h o d sw h i c ha g r e ew i t ht h e b o h a ib a yg e o l o g i c a lc o n d i t i o n t h ep r a c t i c a ls t u d yi n d i c a t e s ：j i n z h o u3 1 - 1s t r u c t u r ep o s s e s st h a ts t a b l ea n d p o l y c h r o m ed e e pt oh a l f - d e e pl a k eb o t t o mf a nd e p o s i t i o nr e s e r v o i r sw h i c hi ss u i t a b l e f o ra v od e t e c t i o nc o n d i t i o n t h eg a sr e s p o n s ea g r e ew i t h t y p eg a sr e s e r v o i r s f e a t u r e s oi ti se f f e c t i v ea n ds u c c e s s f u lt h a t u t i l i z i n ga v oi n v e r s i o na n da v o a t t r i b u t e st op r e d i c t i n z h o u3 1 1g a sr e s e r v o i r s k e yw o r d s ：s e i s m i ce x p l o r a t i o n , h y d r o c a r b o nd e t e c t i o n , p e t r o p h y s i c s , a v o t e c h n o l o g y , s e i s m i ci n v e r s i o n 2 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油勘探开发研究院或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名组嗍巫蟹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油勘探开发研究院有关保留、使用学位论文的规定，即： 中国石油勘探开发研究院有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或复印手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：叠錾兰丝墨导师签名日期：6 ：羔 1 1a v o 技术发展回顾 第一章绪论 烃类直接检测一直是石油勘探的奋斗目标，伴随着数字地震技术的发展，人 们探索从地震波信息中赢接提取有关地下储层含油气信息的努力就从未中断。分 析从上个世纪五十年代至今的地震勘探历程，人们可以发现：尽管石油勘探的方 法和技术花样翻新、层出不穷，但是，地震勘探理论和技术本身的进步却是由为 数不多的几项具有革命性的新技术、或新理论所引导，例如，水平叠加、反褶积、 地震偏移和a v o 等。 ( 1 ) 多次覆盖( 水平叠加) 技术。这是m a y n e t l l 在5 0 年代发明的技术，它 能够衰减靠组合不能衰减的噪声，伴随地震采集技术和数字处理技术的发展，在 6 0 年代后得到人们普遍认可，由于水平叠加技术极大地提高了地震资料的信噪 比，为地震勘探工作带来了革命性的变化。 ( 2 ) 反褶积和数字滤波技术。这是6 0 年代由r o b i n s o n 等人发明的技术 在褶积模型的基础上，使地震资料的分辨率和信噪比都得到了提高，并最终改变 了人们关于地震图的观念。 ( 3 ) 地震偏移技术。它是7 0 年代由c l a e r b o u t 提出的有限差分偏移法而引 发的技术进步，它解决由于地层倾斜而造成的地下介质成像误差问题，使地震资 料的空间分辨率得到改善。 ( 4 ) a v o 分析技术。这是8 0 年代初由o s t r a n d e r l 2 1 提出的一种新的烃类检 测技术，它是利用反射振幅随偏移距变化特征来预测岩性和油气，为地震直接识 别油气开辟新的途径。水平叠加、反褶积、地震偏移等技术的发展，也为a v o 技术的出现奠定良好的基础。 1 9 8 2 年，当o s t r a n d e r 3 i5 2 届s e g 年会上正式发表他的论文时，立刻引起 普遍的关注。早在a v o 技术出现之前，“亮点”技术曾经一度风靡全球，但是， 最终人们发现，并非所有的“亮点”都是与油气有关，一些特殊的岩性体或更复 杂的地层组合都可以引起反射振幅的变化，因此，使用“亮点”技术检铡油气需 要去伪存真。尽管，在理论上，人们很早就知道反射系数随入射角的变化与反射 界面两侧的岩性参数有关，但是，o s t r a n d e r 的工作，标志着实用的a v o 技术的 开始。 在过去的二十年间，a v o 技术不断成为人们研究的热点，很多学者为a v o 技 术的发展做出了不懈的努力。a v o 技术最初仅仅是在c d p 道集上利用振幅随偏 移距的变化来直接预测岩性和油气，例如，o s t r a n d e r ”1 ( 1 9 8 2 ) 将a v o 分析技 术应用于“亮点”型气层，今天a v o 技术已已从a v o 正演模拟延伸到a v o 反演和 a v o 交汇图分析。g a s s a w a y 等“1 ( 1 9 8 3 ) 首先把a v o 信息用于反演泊松比，直接 解释岩性和油气。郑晓东( 1 9 8 5 ) 在国内首先提出非零偏移距地震资料( a v o 资料) 的正演和反演技术，并把a v o 信息应用于“暗点”型气藏的识别和检测。 s h u e y ”1 ( 1 9 8 5 ) 对z o e p p r i t z 方程中的p 波反射系数进行简化，提出一种抛物 线形式的表达，这使的a v o 属性分析和零偏移距剖面的提取得到广泛应用。 s m i t h ( 1 9 8 7 ) 等提出用加权叠加方法估计流体因子和检测气层。郑晓东o 9 。1 ( 1 9 9 0 ，1 9 9 4 ) 对z o e p p r i t z 方程进行简化，提出一种奇偶幂级数形式的近似式， 把前入的近似公式巧妙的统一起来，使岩性参数分离和波型转换变得更容易，并 提出一种更一般的弹性参数反演方法，即后a v o 反演( p o s ta v oi n v e r s i o n ) 。 r u t h o r f o r d “( 1 9 8 9 ) 研究用a v o 属性( 斜率和截距) 交汇图识别岩性和油气 的方法，把气层a v o 响应分成三类，c a s t a g n a “2 1 ( 1 9 9 3 ) 等将r u t h o r f o r d 的研 究更进一步，推广到四类。p a t r i c k “”( 1 9 9 9 ) 提出弹性阻抗反演方法，类似于 声阻抗反演的形式，弹性阻抗是一种与入射角有关的阻抗，与声阻抗相比，弹性 阻抗对储层或烃类更为敏感。 随着a v o 研究的深入，人们也注意到双参数( p 波速度变化量、s 波速度变 化量，或p 剖面和g 剖面) 的a v o 反演无法有效区分低含气饱和度和高含气饱和 度的气层，k a b i r 和s i d m o r e 等“”( 2 0 0 0 ) 人建议用密度差异作为含气饱和 度的指示因子，用密度参数的变化量来区分不同含气饱和度的气层，由此，三参 数( p 波速度变化量、s 波速度变化量、密度变化量) 的a v o 反演引起人们的广 泛注意。三维a v o 地震资料的推广，拓展了a v o 技术的应用范围，a v o 技术已经或 正在渗透到地震勘探的各个领域，可以预见：a v o 技术将在裂缝检测、压力预测、 油藏工程、油气预测、储层非均质描述方面得到广泛应用。 1 2 渤海海域天然气勘探现状 近年来，渤海海域在油的勘探上已取得了巨大成就，但是，在天然气的勘 探效果并不理想，仅仅是伴随油的勘探偶有所获，勘探迄今没有大的突破，不能 满足市场的迫切需求和海洋石油总公司整体战略发展的要求。一方面可以为沿海 城市提供优质的天然气，减轻大气环境污染，另一方面也给本地的油田滚动开发 提供能源。如何尽快打开天然气勘探的局面是迫在眉睫的事情。 迄今为止，渤海已发现规模悬殊、类型各异的天然气藏( 田) 共2 7 个，获得 各类天然气地质储量2 4 9 4 ，0 4 亿立方米，探明天然气地质储量9 3 1 6 l 亿立方米， 总体上以溶解气为主，占6 3 4 ，气层气占3 6 7 。在这2 7 个天然气藏( 田) 中储量最大的是锦州2 0 一2 气田，也只有1 3 5 亿立方米，小的天然气藏( 田) 还 不足1 亿立方米，平均储量只有3 0 9 9 亿立方米“。”3 。按当量折算天然气地质储 量不足油的十分之一，勘探成效显然不及油。这一方面受限于渤海海域的地质条 件，另一方面也受限于目前的地质研究和勘探技术手段。 渤海盆地油气勘探的实践表明：渤海海域是以富油为主的油型盆地，但在局 部也存在天然气的相对富集区。如何利用物探技术对富气区的有利勘探目标进行 有效烃类检测是多年来困扰地球物理工作者的一个难题。从地震剖面中直接寻找 油气并有效地预测其分布情况，一直是油气勘探家梦寐以求的理想。自上个世纪 人类获锝第一张光点记录、单次覆盖地震记录开始，地球物理学家们就不断地进 行有关油气检测方面地探索。渤海海域的油气检测研究情况，大致可以分为两个 阶段1 3 j ： 七十年代，人们使用的油气检测技术主要是碳烃指示因子，即用d h i ( d i r e c t r y d r o c a r b o ni n d i c a t o r ) 来预测含气砂岩，大致包括：亮点、平点、相位变化、暗 点、气烟筒效应等信息。d h i 技术一度由于不能有效区分火成岩和含气砂岩引起 的地震响应异常而倍受到冷落。 八十年代，a v o 技术的推广和应用使得渤海海域的油气检测进入一个新阶 段，它以坚实的岩石物理学基础和严密的数学推导为依据，很快在勘探中发挥作 用。但是，由于影响岩石及其中的孔隙流体性质的因素十分复杂，同时受到提取 地震反射振幅变化信息的精度和解释方法的限制，二十年间，几乎在世界的每一 地区，a v 0 技术的应用都伴随着辉煌的成功和惨痛的失败，“a v 0 技术应用陷阱” “，问题曾一度使人们对这一项技术的潜力产生怀疑。究其原因在于岩石孔隙流体 性质对地震响应的影响十分复杂，在渤海海域第三系河流相地层中，薄互层砂泥 岩互层产生的a v o 调谐作用极大影响了a v o 信息的提取和解释。充分了解砂岩 油、气、水和干层的岩石物理性质是预测天然气层基础，提高a v o 信息保真度 和发展a v o 异常有效解释方法是减少a v o 技术陷阱的关键，地质、测并、地震 和油藏工程的结合是提高a v o 烃类检测有效性的途径。为了提高地震资料的保 真度和a v o 解释的有效性，我们在地震资料处理中加大对海上噪音压制技术的 研究，同时，也注意开发和研究更为有效的a v o 反演和解释技术。 1 3 本文主要内容 ( 1 ) 研究和分析了a v o 技术的岩石物理学基础和基本理论，讨论了 z o c p p r i t z 方程的近似表达式和烃类检测因子，提出双参数烃类检测因子的统一 表达式，并对a v o 分析的基本方法，包括a v 0 正演、反演、处理和解释方法进 行归纳和总结， ( 2 ) 结合渤海海域天然气勘探的实际情况，首次在渤海海域开展a v o 技术 应用研究。根据研究区的构造地质背景、天然气藏分布、成藏规律，分析a v o 地震处理的关键环节，建立适合渤海海域地质地震条件的a v o 处理流程；结合 a v o 正演模型，研究本区天然气藏的响应类型，指出本区天然气藏为i i 类：针 对本区气藏的类型，提出有效的a v o 交汇图解释方法，与传统的基于梯度和截 距交汇分析方法不同，本文提出两种直接采用有物理意义的a v o 属性进行交汇 图分析，即纵波和横波阻抗反射率交汇法和拟泊松比和流体因子交汇法，形成适 合渤海海域地质条件的油气检测方法。为今后在渤海海域开展a v o 研究积累经 验。实际应用表明；在渤海海域乖j 用a v o 技术进行的烃类预测是有效和成功的。 2 1 概述 第二章a v o 分析的基本原理和方法 在a v o 分析中，经常提到两个基本概念，a v o 和a v 1 ，前者是振幅随偏移距 变化( a m p l i t u d ev a r i a t i o nw i t ho f f s e t ) 或振幅和偏移距的关系( n n p l i t u d e v e r s u so f f s e t ) 的英文缩写，后者是振幅随入射角变化( p a n p l i r u d ev a r i a t i o n w i t h i n c i d e n ta n g l e ) 的英文缩写。a v o ( 或a v a ) 是一项利用振幅随偏移距变 化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。在地震勘探中，共中心点道集 记录可以等价地用偏移距和反射深度表示地震波的入射角，因此，振幅随偏移距 变化( a v o ) 与振幅随入射角变化( a v a ) 是两个等价的概念。 纵观地震理论和处理技术的发展过程，我们便会发现，a v o 现象很早就引起 人们的注意( k o e f o e d ，1 9 6 2 ) “，这更多的要归功于a v o 现象可以直接提供有 关地下岩性和油气的信息。但是，由于早年配套的地震资料采集、处理技术的发 展还很不完善，以及相关的计算机软硬件条件的限制，例如，地震资料的去噪技 术、提高分辨率技术、大数据体计算能力等等，在一定程度上阻碍了a v o 技术的 发展。8 0 年代初期，一方面，多次覆盖技术、反褶积技术、去噪技术的普及， 极大地提高了地震资料的信噪比；另一方面，由于数字技术和计算机技术的普及， 岩石物理学研究的进展、振幅保真处理和a g o 信息提取技术的完善，使得a v o 直接检测岩性和油气的能力重新得到人们的关注，成为一项服务于油气勘探的重 要的物探技术。 在本节中，将结合当前a v o 技术发展前缘，沿a v o 分析技术的岩石物理学基 础和a v o 的基本理论一佐普立兹方程的近似式推导两条主线来探讨阐明a g o 技术 检测岩性和油气的基本理论、原理和方法，包括a v o 正演、a v o 反演、a v o 分析 和解释及a v o 地震处理等。 2 2 岩石物理学基础 2 ，2 1 基本概念 在均匀各向同性介质中，描述岩石弹性特征涉及两种重要的地震参数，它们 是纵波( 或者叫p 波) 速度和横波( s 波) 速度，我们可以用下式定义： ( 2 2 一n 4 这里：m ；弹性模量，p = 密度。为了对弹性模量有更深刻的认识，我们需要了解 岩石形变的一些基本概念，例如，应力和应变这两个重要概念。 图2 2 1 显示了岩石发生形变的三种方式：由上方加压( 压缩) ，由上方 拉伸( 拉张) ，和由侧方加压( 剪切) 。压缩和拉张是相互联系的，它们作用的结 果是相互对立的。无论是压缩还是拉张，我们注意到，发生变化的只是岩石的体 积( 或如图所示，只是面积) 的大小发生了变化，而它们的形状没有改变。在剪 切变形中，情况恰恰相反，岩石的形状发生了改变，而面积大小不变。 8 ) 压缩 ( b ) 拉张( c ) 剪切 l 虱a - 2 1 岩石形状因压缩、拉张、剪切而改变，这里的f - 应力锄 通常，我们将产生应变的单位面积上的作用力称之为应力。应力作用产生的 变形叫应变。图2 2 1 中显示了三种应变，其中两种与压缩和伸张应力有关，另 种与剪切应力有关。它们是： 纵向应变： 横向应变： 剪切应变： ( 2 2 2 ) ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) 图2 2 1 显示的只是岩石立方体的一个二维横切面。对应变的一个完全描 述应当使用三维岩石立方体，定义为体积应变。图2 2 2 显示的就是一个立方 体在受到应力作用前后的情况。在这种情况下，应变可以定义为： o = a v v 这里： = 体积应变 a v = 体积变化 v = 初始体积 ( 2 2 5 ) 耵。ili土 护加 l | 耽聊附 4 4 4 = = = 图2 2 - 2 立方体的收缩或扩张啪 应力是单位面积上的作用力，由此它可以写成： p = 刚 这里：p = 应力 f - - 作用力 a = 面积 对一个完全弹性体来说，应力和应变满足胡克定律： 应力= 常量应变 f y 应变是无量纲变量，它仅仅是对物体发生形变这种性质做简单的描述。与应力和 应变有关的常量被称之为模量，具有和应力相同的单位( 达因平方厘米) 。 对于一个纯粹的纵向应变，如图2 2 1 ( a ) 所示，这种模量模量被称之为 杨氏模量，用符号磙示，此时，应力和应变的关系可以写成： 尸f ：e 丝 ， 这里；仁杨氏模量 ( 2 2 - - 8 ) 对一个纯粹的剪切应变，模量被称之为剪切模量，或刚度，用符号f 表示，应力 和应变的关系可以写成： p s = pe ： ( 2 - - 2 9 ) 这里：p s = 剪切应力 掣= 剪切模景 e s = 剪切应变 对一个体积应变来说，常量被称之为体积模量，或不可压缩性。用符号月衷示， 应力和应变的关系可以写成： 只= k v 这里：r= 流体静应力 v = 体积应变或扩张 厅= 体积模最 应该注意的是，不可压缩性是可压缩性的倒数，表示为： 1 k = c 这里：c = 可压缩性 体积模量的一些典型值是，单位是l o 加达n 平方厘米： 高密度石灰岩：6 0 高密度砂岩：4 0 孔隙砂岩： o , 9 水：2 _ 3 8 油：1 o 气：o 0 2 对s 波，这种关系可以写成： p = ( p ) “2 这里：p = s 波速度。 孔一 嘲 藤半一 飘 坠 。 速 批 埋 燃 牡 迎 在地震岩性检测中，p 波速度与s 波速度的比值y 是一个非常重要的参数。由 ( 2 - 2 1 2 ) 和( 2 - 2 1 3 ) ，我们可以得到： ，= ( q b ) 2 ；影f + 4 ，3 在油气检测中，人们经常采用泊松比参数，它是c c 、8 的比值来给出的： ，。一2 盯= = 一 2 ( r2 一1 ) 这里：a = 泊松比 t = 7 $ 图2 2 3 是泊松比与纵横波速度比的关系图。 ， j t ， ，- ； i 2 - - 2 - - 3 泊松比与纵横波速度比的关系 2 2 2 岩石物理模型 岩石物理学知识是判断岩性和对a v 0 反演结果进行解释的基础。a v o 分析的 目的就是要推断地层的岩性和确定岩石孔隙流体性质。要实现这个目标，地震必 须能够反演地层的密度，p 波速度，s 波速度和泊松比，了解孔隙流体成份改变 引起密度、纵波速度和横波速度的变化对地震响应的影响。显然，均匀各向同性 介质的速度模型( 2 - 2 1 2 ) 和( 2 2 1 3 ) 不适合于实际多孔岩石模型，关键是如 何确定一个能够有效刻画地层岩性和孔隙流体变化的的岩石物理模型。 图2 - - 2 - - 4 表示一个抽象化的岩石模型0 2 1 ( w y l l i e 公式) ，它显示出岩石的 密度和速度显然受下列因素影响： 1 ) 矿物的种类和它们所占的百分比，以及颗粒的形状( 岩石基质) 2 ) 岩石孔隙度的大小 3 ) 岩石孔隙空间中的流体性质 基质 辞 图2 2 - - 4 决定岩石性质的因素j 孔隙 一孔隙度 一流体类型 假如我们只有一种矿物类型，并且空隙中由两种流体( 水和烃) ，双相介质的 密度和速度可以通过w y i l i e 公式确定。对密度而言，我们有： pb = p 。i i 一由) + p 。s 由+ pk l s 。1 由 这里： 西= 岩石的体积密度 凸= 岩石的基质密度 所= 流体密度 矿= 岩石的孔隙度 s = 水饱和度 岛= 水的密度( 近似于1 克立方厘米) 口。= 烃的密度 图2 2 4 是孔隙度为2 5 的情况下，含气砂岩和含油砂岩密度随水饱和度 变化的关系图。显然，在含气砂岩密度的下降要比含油砂岩快得多，含气砂岩和 含油砂岩密度变化的巨大差异可以作为我们应用地震资料进行储层解释的依据。 ：尹 j 一 。r l 一1 ， 矿 图2 2 4 典型油气藏的水饱和度和密度的关系( w y l l i e 公式) 。 对速度而言，我们有w y l l i e 的t i m e - a v e r a g e 公式 l ，v b = ( 1 巾) ，k + s 。枣，v 。+ t l s 。) 由v 。 这里：k 一体积速度 = 烃速度 k ：基质速度 k = 水速度 图2 2 5 给出了在气砂岩和油砂岩中速度和含水饱和度的变化关系。由图 可见：含油砂岩的速度和含水饱和度有很好的拟合关系，但含气砂岩拟合的不理 想。这表明：w y l l i e 速度模型不能很好刻画多孔岩石流体变化。更为合理的反映 流体饱和的多孔介质岩石物理模型通常采用b i o t - g a s s m a n n 模型。 ， 一 ， ， 7 图2 - - 2 - - 5 含气砂岩和含油砂岩的水饱和度与纵波速度的变化关系( w y l l i e 公式) 。 2 2 3b i o t - g a s s m a n n 理论 一般地讲，b i o t - g a s s m a n n 。3 2 2 ”理论要解决的基本问题可以表述为：根据 已知孔隙度和含水饱和度的岩石的p 波速度( 密度可选) ，计算出不同孔隙度和流 体饱和度的p 波速度、s 波速度，并计算岩石的泊松比。计算过程所需的参数还有 密度、水、烃、固体基质的模量，以及纯岩石的泊松比。假定： 札= 已知孔隙度 s 。= 已知水饱和度 v 。= 相对于机和s 。的p 波速度 a = 纯岩石的泊松比( 假设为0 1 2 ) = 水密度 p s = 固体基质密度 p b = 烃密度( 气或油) k = 固体的体积模量 x 。= 水的体积模量 1 0 k h = 烃的体积模量 应用下列方程，可以计算流体充填的岩石的密度和体积模量( 注意：如果密度是 已知的，问题就变成为求解岩石的基质密度) ： p ，= p ，免+ p ( 1 一5 乙) p 。= p ，毋。+ j 9 。( 1 一曲。) k t - = i 0 s 。k 。+ 心一s 。强8 这里，pr 为流体密度、p 。为含有流体的岩石密度、所为流体的体积模量，计 算岩石的p 、s 波速度：需要的参数还有干燥岩石的初始体积模量k b o , 和干燥岩 石的初始剪切模量，。注意这些值仅与孔隙度有关。k b o 可p a 由二次方程解出。 这里：j ，= 卜( 比一能) a = s 一1 b = 曲j ( ( k , k , - ) 一1 ) 一s + ( 彬氲) c = 一曲。( s - ( 够能) ) ( ( 以犯) 一1 ) s = 3 ( 卜口) ( 1 + ) m = v ip ， 将方程( 2 2 2 1 ) 转换为： y = - b + ( b ： - 4 a c ) “2 2 a k = ( 卜力最 我们需要对实际孔隙度值计算体积模量，因此引入孔隙体积模量k p , 其中： 正= 西( 1 如一( 1 k o ) ) 现在所有的原始参数已经给出，应用下列公式可以求出实际对孑l 隙度和水饱和度 的密度( p ) ，流体体积模量( k f ) ，和纯岩石体积模量( k b ) 的值： p = p 咖+ p ( 1 一曲毋+ p 。( 1 一毋) k f = i 0 s k + n s ) 约 k b = 1 t 审疆，+ 、豫 ( 2 2 - - 2 5 ) ( 2 2 - - 2 6 ) ( 2 2 2 7 ) 舻端民 这里：击为实际孔隙度值，s w 为实际水饱和度值，最后，用公式计算流体饱 和岩石的p 波s 波速度： 吩 ( k b + 4 3 m b ) + 再装等瓦 ，p ( 2 - - 2 - - 2 9 ) 2 = , u b p 2 2 4 岩石物理参数关系及影响因素 在许多情况下，我们对岩石地震性质本身的了解并不多，有时需要借助其他 测井曲线来近似反映岩石的地震性质，通常是利用实验室测量的结果或测井资 料来建立和回归某种电测性质和地震性质之间的经验关系。在最近的几年里，有 关这方面的工作很多，显示出人们越来越对影响岩石物性因素的重视。 ( 1 ) 地震速度和电阻率的关系 在许多的老油田，只有电阻率曲线可以应用。通过对比电测曲线可知，在湿 的碎屑岩中，电阻率曲线和p 波声波曲线的变化趋势是一致的，说明两者存在某种 物理关系因此可以回归方式建立不同形式的电阻率和声波时差的经验公式，通 过这些公式，我们可以从电阻率曲线得到拟p 波声波曲线。最早的经验公式是 f a u s t 提出的： 另一种常见的表达式是： p 波速度 常数 电阻率 深度 这里： at = 旅行时 盆，赶c = 常数 这个表达式有多种变形，它们分别由k i m ( 1 9 6 4 ) 、r u d m a n 等( 1 9 7 5 ) 、和m c c o y l l l l | = 。 f d 里这 和s m i t h “1 ( 1 9 7 9 ) 等提出。需要指出的是，m c c o y 和s m i t h 建议将a 设置为零， 则公式( 2 2 3 2 ) 变成： 由上述公式中，还可以得到一个在a v o 处理中个非常重要的参数拟合系数。 ( 2 ) p 波速度和密度的关系 在a v o 分析中，常用的p 波速度和密度的经验关系有两种，它们分别由 g a r d n e r 和l i n d s e t h 提出，g a r d n e r 公式采用指数公式来表达密度和速度的关系 p = a 矿 这里：a = 0 2 3 ，b = 0 2 5 ，它们是对大量沉积岩样品观测的结果。a 和b 也 可以利用测井数据，用衰减拟合法求出。 l i n d s e t h 公式是速度和声波阻抗的线性拟合结果，它的表达式是： 这里：a = 0 3 0 8 ，b = 3 4 0 0 英尺秒，a 和b 的经验值是1 9 7 9 年l i n d s e t h 给出的。 更进一步的，可以把v 和p 之间关系写成： 4t = c d p 这里：4t = 1 r c = l b d = a b 使用( 2 2 3 6 ) 式，同样可以求出拟合系数。( 例如，做p 和旅行时间的关系 图，然后进行线性拟合) 。 ( 3 ) 纵波速度和横波速度关系 c a s t a g n a 泥岩线 我们知道b i o t - g a s s m a n n 模型是非常复杂的，若将它应用于比较细小的碎屑 岩，如泥岩，会得出错误结果。1 9 8 5 年，c a s t a g n a 等人啪7 用直线方程来表达泥岩 p 波和s 波之问的经验关系； 口= 1 1 6 口+ 1 3 6 这里的速度单位是k m s ，如图2 2 6 所示，( 2 2 3 7 ) 式是由现有的观察数 据拟合出来的，常称为泥岩线。 瞄吒州c - 疆a m 1 i t t o n i o n o c 啪幅甜4 a 6 t d 00 坷m 畸h w 眠a u u l p h l 1 瓢 cl o bf 柚恤 钒州虬t t i l l ( i t 吼豳 m l b l e * l e 氐札o | v 呻 h0 h 幢o 哪cl h 一t t 嘲 ，t e8 h l oh j u r a l t ，t 咖 l o 膏 l h 佣1 ，t “ h u l 静t tc “* e fc o t 麓a 蠢n t tv 目n x ： l g c o l t l e a 眦l r t r 即卟吖h - 畦v e u o c m i 蔓k n 日 h u 棚j 佣1 瑭u o 口秘 触目呻b i 翻丰懈蚓蝴馕u _ 虬t * 牦删目r 翻 l r o i m i y a ，。c t r p a t 瞳羽畸u m o h o u 嵋a u o 什呻t 舢 图2 - 2 - 6 纵横波速度关系( c a s t a g a a 等，1 9 8 5 ) 。”3 将c a s t a g n a 泥岩线用泊松比与p 波速度的关系( 图2 2 7 ) 或d b 与p 波速 度的关系( 图2 - - 2 - - 8 ) 表示，我们可以发现：在泊松比和p 波速度的关系图中， 最小的泊松比值是0 1 ，在c t b 和p 波速度的关系图中，曲线逐渐逼近比值1 5 。 对一个干燥的多孔砂岩来说，泊松比值0 1 和纵横波速度比值1 5 代表“干燥岩 石”。由此可以缛出：随着p 波速度的增加，“泥岩”线逐渐趋近于“干燥岩石” 线。c a s t a g n a 证明，在水饱和状态下，用g a s s m a n n 公式计算的速度接近泥岩线。 $ $ o f t sr c f i dv e f s u $ p - w o v ev e l o c i f y 图2 - 2 - 7 在泊松比和p 波速度的关系。 1 4 mmo p 。 。p_=z。 。 羞 - 之 图2 2 8d b 和p 波速度的关系。o k r ie f 纵横波速度关系 k r i e f 等人啪”1 提出，先将p 波速度和s 波速度分别取平方，然后再做交汇分 析，可以得到一个更为精确的线性拟合关系，方程式的l 表达式为： 如果取a 和且的单位为k m s ，则由k r i e f 等人确定的拟合系数可以由下表2 - - 2 - - 1 得出： 表2 - 2 - 1 各类砂岩的拟合系数“。 岩性 ab 砂岩( 湿)2 2 1 33 8 5 7 砂岩( 气)2 8 2 80 9 0 2 干燥砂岩和页岩 2 0 3 34 8 9 4 灰岩 2 8 7 2 2 ，7 5 5 ( 4 ) 影响沉积岩地震性质的因素 王之敬。3 ”( z h i j i n g ( z e e ) w a n g ) 比较系统地总结了岩石物性和地震性质之 间的关系，他指出：影响沉积岩地震性质的因素很多，主要的有岩石的性质、流 体的性质和环境，详细的影响因素见表2 - - 2 - - 2 。这里的地震性质指的是岩石的 弹性模量、密度、纵波速度、横波速度和衰减等。 表2 - - 2 2 影响沉积岩地震性质的主要因素“r ” 岩石性质地震性质 压实作用压实程度越高，地震性质越商 固结程度固结程度越高，地震性质越高 年代 年代越老，地震性质越高 胶结程度胶结程度越好，地震性质越高 基质与颗粒大小、分选和租糙程度有关，通常颗粒大、分选差的岩石有较高的地震 性质 体密度统计上讲，高密度岩石有高的地震性质 泥质成分一般的，泥质含量越高，地震性质越低 备向异性各向异性分为内部各向异性和诱导各向异性。平行页岩近似等丁二”i 介质；外 来应力是引起各向异性的主因，大多数储层可以视为各向同性 裂缝裂缝引起地震性质降低 孔隙度孔隙度增加，地震性质降低 岩性白云岩地震速度较高，灰岩和砂岩的地震性质依次降低，泥岩的v p v s 比砂岩 高 孔隙形态 孔隙形态是影响地震性质最主要因素，也是最难定量化的参数。通常，扁平的 孔隙具有较低的地震性质孔隙形态差异是引起地震散射的主要原因 流体性质地震性质 粘度岩石中油的粘度越高，地震性质越高 密度岩石中油的密度越高，体积模量越大，导致岩石具有更高的压缩性质和剪切阻 抗，剪切速度可能更低 湿润性 湿润性改变岩石和饱和流体表面能量。岩石和饱和非湿润的流体的地震性质比 饱和湿润的流体要稍微高一点 流体组分岩石中油越重，包含的碳烃化合物越多，体积模量越大，岩石具有更高的压缩 流体类型性质，剪切性质不大受剪切阻抗稍微增加的影响，剪切性质可能更低 流体相以气相( 烃气、蒸汽、c 0 2 气) 形式存在的岩石饱和流体具有更低的压缩性质 和剪切阻抗，剪切速度稍微高一些。当含气饱和度介于5 一1 0 0 之间，地 震性质几乎不受气含量的影响 气油比 大量的气溶解在油中，使油的体积模量降低，某些高气油比的油与气层地震特 气水比 征类似，可在油水接触面上形成“亮点”。高气油比的岩石比不含气的含油岩 石有更低的压缩性质，气溶解在水中对体积模量的影响极小，水中只能溶解少 量的气 饱和度 完全饱和液体的岩石压缩性质和剪切阻抗增加，但是v s 减小，导致v p v s 增 加；当气进入完全饱和液体的岩石中，压缩性质和剪切阻抗都减小，但是v s 增加，导致v p v s 减小 环境地震性质 频率正常情况下，地震性质( 耗散) 在高频条件f 更高，但是，耗散的人小很难评 估。 应力历史硬的岩石通常是脆的，在更大的应力下可产生微裂缝，引起地震速度降低。 沉积环境沉积环境对地震性质的影响是多方面的。例如，沉积的能量、物源和速率都对 地震性质产生影响。 温度温度增加地震性质降低。干的或水饱和的岩石，温度增加只使地震性质稍稍减 低：而饱和重油的松散砂岩温度升高会引起地震性质较大的减少。 油层开发 油层开发对地震性质的影响是多方面的，这些因素可以增加，也可以减少地震 性质，例如，水驱可增加储层压力和水饱和度，引起温度稍微降低。 生产历史生产历史对地震性质的影响类似子油层开发过程。 油层压力 油层压力增加，地震性质增加，地震性质的增加与空隙形态、孔隙度、孔隙填 充流体、岩性有关。饱和度的作用对弱的岩石骨架或扁平孔隙( 裂缝、裂隙) 影响更明显。 2 3g v 0 分析的基本理论 地震波的反射透射理论是a v 0 技术的基础，a v 0 的精确理论表明地震反射振 幅系数随入射角的变化与岩性参数之问的关系十分复杂，实际应用并不方便，人 们总是钟情于那些形式简单、物理意义明确的近似公式。为此，许多人对反射和 透射的公式进行简化，尽管近似式的表达不尽相同，但它们的精度相差不大。近 似公式是进行“0 反演、a v 0 交汇图分析、岩性和烃类检测的基础。 2 3 1a k i ，r i c h a r d s 和f r a m e r 近似式 f l j z o e p p r i t z 方程，我们知道纵波反射振幅是入射角和岩石弹性参数的函数， 但是，反射振幅与岩石物性参数之间的关系并直观，使用并不方便。b o r t f i e l d ( 1 9 6 1 ) 、r i c h a r d