地震岩石物理学_油藏地球物理学的一门应用科学.pdf

第 期石 油物 探译丛 年 月 地震岩石物理学 油藏地球物理学 的一 门应用科学 等著朱衍锯 译 严建文校 关键词 地 震岩石物理属性标定 测井 地震 解 释 当代计算 能力和处 理方法使反射地震学 从其最初的构造填图这一 目的中解放出来 现在 应用叠前或叠后 数据 或将两者结合 起 来得到许多地震属性信息己是 十分平常的事了 根据这 些属性 地 球物理解 释 人员 可以作出许多 图件 同时发现 数 据 中对 地 质上 有意 义 的一些趋 势 或者把它们与井观测的数据进行相关 并应用于地 质统计 模型 或者 直接用它 们以确定性的方 式去求 解 岩石类型和 流体 这些处理可以小心谨 慎地进行 并对其进行反复核查 或草率行事 单凭 解释人员的直 觉或许是主观愿 望作为指导来进 行 本文 引人 一 个新的名词 地 震岩石物理学 它指 的是 在地震观测结 果 的解释 中认 真地 有 目的地应用岩石物 理 数据和理论 本文还 指 出了误用时的缺陷 并提出了进一步 的努力方向 储层地球物理学超越构造 现代地震方法为我们提供了高质量 的数据 其中的信息远比 只有反射时 间 或深度 的 反 射地 震丰富得多 现在我们有充分的信心用反射子 波的特 性来获得 有关反射层本 身的特性 口 年代人们对真 振幅剖面 上亮点的重要性的认 识或许是工 业界除了对数据 中反 映出的构 造认识 之外的又一 重大发 现 随着叠前数据 质量 的不断改进 振幅随炮检距 变化已成为一个 普通名词 至少 在一些不 一 般的场 合 地 震岩性 一 词 已经用于地 震数 据波 阻抗反演的描述 如同 编纂的第三版 勘探地球物理百科全 书词典 中所使用的 或 者说已成 为 数据处理和分析的解释 性的 一步 如 在 年 月份一期的 的一篇文章 中提出这样的问题 八 是岩 性的地 震特征 吗 在广义上 我们认 为 自 年代中期以来地震岩性就已在实 际中应 用 口 地震点金术 地震应用作为时间的函数显 示在图 所示的时 间线上 这里 我们可以看出 地震 构造填 图 自 年代以来一直 使用至今 地震 岩 性始于 年代中期并延续至今 在这张图中 我还加 人了一个 新的名词 地 震点金术 并 假设 这种实践活动在所有 时间内与其 他地 震应 用共存 有一本词典对 点金术 是这 样 定义 的 一 件东西看 起来奇 迹般地变 成更好的 东西 韦 氏新世界 词典 学 院第二 版 某 种形式的点金术 实际 上是行 得通 的 一个好的例子就 工作单位石油地 球物理勘探局 国外油气勘 探资编辑 部 收稿日期 年 月 听 年比 一 一 一 一 一 一 人 一 一 一 一 石 一 一 一 是 盐卜成像 当应用正确 的叠前深 度偏移时就可以将地 震 数据转换 成有用 的 图像 这 完全是 表面上 的奇迹 但是我们也已看到伪 科学 的例子或 弥天大 谎的例子 就像从一顶草帽中变出 一 只兔子一样 我们愿 意相信 由于某种原因点金 术确 定可行 但或许我们恰 哈被人愚弄了 或 者我们是自己欺骗自己 图 三中所示为众所周知的 时 间平 均方程 我们可以发现 应用该 方程 对 含 气砂岩 的 反射 振幅作简单的 预测就是一个好的 常常 是不经 意的 地震点金术的例子 在 和 工 的早期文章 呱吕 中 作者指出 只有当饱和流体的 速 度大 于水的速度 时 该 公式才成立 换句话说 方程 中气体速度的应用是不 正确的 然而 工业界 不 幸还包括学 术界 的一些人 还 继续将 该方程 错误 地 用于部分饱和条 件的岩石让我们通 过 图 来看 看这 种错 误有 多严重 在这个 人工 的 例子中 求出某一界面的 反射系数 为 图 时 问 线 一 含盐水砂岩之上覆盖了一层 由页岩 组成的地层 速度 如 图 所示 如 果 我们错误地应 用 时 间平 均 方程 将测井标定的常 数 代之以流体 气 的 个 低速 我们就会发现反射系数 为一 洲 一个 真正的明显 亮点 但是 我们搞错了 如 果 在 剖面上搜 寻 这样一个大的反射系 数 即使 事 实上有气 存 在 但 仍然是找不到应 用 更恰当的 理论 假设有剪切 模 量或干 骨 架 特 性 将 得 到一 的 反射系数 这 是一个小得多的亮点 效应 一 明 学学 矛矛 不厂 屯下 一 石 兀一 了宜 华 卜 埔 二下 一一 一 图 方 程 今测最值 岌 上覆页岩 层 一 川 口 孔隙度的含盐 水砂岩 一月 令用时 间平 均方程计算的值 加叭孔 隙 度的含气 砂岩 一兄 几 于 矛 土 飞 模拟 气砂层的 真 图 含气 砂岩 模 拟 地震点 金术 的一个更 微妙 的形 式可以在现有生 产油田的 试验 中发现 以一个在现有远景 区上进 行的勘探规划为 例 见图 为将地震 观 测值 标定 到已知岩性 或流体上 地球 物理 学 第 期 地 震 岩石物理 学 油藏地 球 物 理 学的一门 应 用科 学 家们 在一现有 的油田上布设了 一条新的地震测线 测线从己进 行过测井观测 的井旁通过地震 资料上显示出醒 目的特征 这或 许就 是与烃 类存在有关或与油藏 优质砂 岩 有 关的一个特殊的 特性 谨慎的公司管理人 员认识到了地震资料 的价值 同意 在有利的邻近地区开展大范 围的三 维测量 但 在产油区内从未见到类似的 八 异 常 根据其他资料 地质人 员认定在测 区内还有另 一大油田 但他们得不到批准 去钻一 口勘探 井 因为地震数据 表明 他们是错误的 但 他们果真 是错 误的 吗 标定地震测线是 在产油区上布 置 的 该油田用抽油 机 生 产已经有些 时 间了 气已从油中分 离出来 形成部分饱和 的气顶 所以从地震剖面 上看到的 八 异常是气 的响应 但 在 该远 景区内未生 产的 油田不存在游 离的气 体 或许 存在一些其 它有用 的地震特 征 但已被这个减压的 生 产 油田所淹没 这 里 由于搞错了产生 异常的 原因 地 震 点金术失败了 在 这个 例子中 所观测 到的地 震特征对于储层地球物理来说 产 油区要比 勘探区更 为有用 最 后 我们 看一 下基于 虚假关系的地震 点金术的一个非常不可思议的形式 设想你 已经 进行一 次很 好 的地震测 量 并且你能够 从 中提取 大量 的地震属性 其中包 括通常的 由希 尔伯特变换得到 的 由 八 得到 的 或 许还有其他一些 本公司所 感兴趣的一些特征 属性 然后 建立起这 些属性与 由 测井 所了解 图 通一 般 的状况 的 油藏特征之间的 关系 你必须努力将这 种 关系只用于一个油藏 内的控 制统 十模拟 避 免所泪 究的范围落 到储层 之外 从而 避免上 面所提到的误区 如 果你的地震 属性资料很 多 而测川资 料较少 事实上你可以保证至少找 到一个与井 符合得很好的属性 正如 本期 中 川 的 文章所 阐述的那 样 并且可以根据这种 关 系 在油田的其他地方钻井 除 非你 敢肯定 对这 种 关系有一个 好的基于岩石物 理的解释 或 者这 种 关系在 统 讨 一 上是稳 健 毫无 错 误的 了本 期 等人的 文章为岩石物理基础提供很好的论据 否则这 种做法 就是错误的 因为 许响 很 多可能的 属性而只有 稀少的井时 这种关 系是虚假的这就是地震点金术 一 地震岩石物理 我要 问读者 二 你们 喜欢哪一门学 科 形而上学 或 岩石物理学了 形而卜学就如点金术牛丫 能产生表面 上 的奇迹 它可以使人只根据初始假设就 能推导 出 大的 自然规律或真 象 这不是 科学 因为 它不要求在把假设变 成事 实之 前 对假设的命题进 行检 验和测试 不幸的是 相 当多 的地 震属性的应 用落人到形而 上学的范 畴 形而 上学把关 系认为是真实的 而不是在经过测试 后再进行取舍 这个问题的解决 方法 是综合应用岩石物 理知识 局 部标定和 正确应用对地震 资料 进行解 释 为了避 免 与现有的 岩石物理名词的 用法相混淆 如 我认 为 有目的地将岩 石物理的理论 如用实验 室和井测量的结果去标定 应 用到地震资料的解 释 中 称之为 地 震 岩 石物理 石油 物探译丛 年 月 近年来 几方面 的进 展使我们认 识到 地震岩石物理是一 门科 学尝试而不是 一种诡 计或 点 金术 这些进展包括真正令 人称奇的地震 成像的改进 研制出新的或 得到改进的井 孔测 量技术 以及岩石物理理论的巨大发展 然 而 我们 仍然不能最佳地利用地 震岩石物理 因为这些技术 的应用还未得 到 公认 并且 其基本 理论只有 在某 些情况下被少数专家所了解 下 面我简要地 列 出我认为需要 广 泛应用 的那些技 术的进 展和改 进 地震 成像 的读者对过去 几年 中地震成 像技 术的进展还记忆犹 新 这些 进展 包括 但不 限于 地 震 记录道数的增加 三维地震 采 集和处 理 包括 叠前 深度偏 移 的广 泛 使用以及使 得这些技 术 的应用成为可能的计 算能力的显著提高 随着 技术的进 步 子波特征得 到加强 并随着 地 表效 应的消除或补偿 使 之变得更 为稳健 反之 我们可以通过叠 后和叠前地震资料的应用进行 岩 石物理解释 现场标定 虽然对 地 震子 波特征 的信任 增加 但我 们仍然 需要根据附近井的观测结 果或 者 这些井的 岩心对地震响应进 行局部标定 许多 新的测井方法使我 们对 井资料的解释更可靠 但对地震岩 石物 理最有意义 的是声 测井 采集和处理的改进 垂直 地 震剖面 和井孔 成像的改进 虽然在 唾手 可得的 一些商用方法 中仍然有继续改进的余地 但用最新一代单极或偶极数字声波测井方法 所得 到 的数据要比上 一代方 法 有很大改进 当利用 现代化的设备 并 且资料 得到正确的处 理 时 除非井的形状十分糟 糕 否则就不需对纵波和横 波的速度 进行 趋势推断 或者比较 粗略的估 计 这些数据一般比用过去的设备 得到的数据具有更低的频率 更 加接近地震 频率的速 度 此 外 在 方程流体 代换 中 应 用 标定的横波速 度所 进 行的储层特性的估 算 要比应用 其他地区井的观测结果的经 验趋势 分析 或实验室数 据所进行的估 算更 为可靠 遗 憾的是 这个 事实 并未得到广 泛 的认 同 并 且现代化的数字声波测井 技 术 并没有作 为一种日常工 作 方法加 以应用 地震 频率的标定最好是通 过用 来实现 因为后者对 反射和岩层有着最直 接的联 系 在正确应用 定比定理和岩 石物理理论时 要求把由裂隙 岩穴和具其他 中等规模特性 提供 的井孔成像数 据的详细资料用于含有这些特征的储层 岩石物理理论 在过去的几十年中 岩石物理理论的进 展大大 超过了我们在地 震解释中使用它们的能力 人们提出大量 的理论去解 释 软 孔 隙空间 如塑性 充填的裂隙 粘土的 出现以及薄 地层 的存 在 这些理论 看起来复杂 并 使很多 人如堕入云雾中 专家们本身对细枝末节 的辩 论更增添 了 一种神密的气氛 同 时也使人感到这些理论是不完善的 但事 实是 这些 理论 大多 是以不同的 万式去 看待 同一现象 并在 简单情况下常 常可以简化为相同的关系 事 实上 这些理论适用于 许多情 况下的地震观测结果 尽管 他 们基本上还 处在对资料的研究阶段 模型 经常 应用 于由偶极声 波测井资料来预测井以外的地 震响应 在 那些 地方 饱和度来 自于 不同的测井 第 期地震 岩 石物 理学 油藏 地球 物理 学的一 门应 用科学 环境 层状模型应当用于所有 声波测 井资料 以便在生成的合成 地震记录上考 虑薄层 效应 地震 波长 只有当可获 得有关 裂隙或节 理密度的附加信息 时 才能应用 一 裂隙模型 当然 你可以根据 自己的喜好而 选用其他专 门的模型 总之 在任何情况下 你的地 震资料 解释都会有很 大的提高 提醒一句 我并不认为只根据对岩心柱的超声波测量 而不是用全 波形声测井数 据或垂直 地震 剖面 去标定地震观测结果是正确的 岩石物 理学 许多方面在超声 范围内是 有效的 如 喷 射流 但在低 频段则不然 并且 实 验室观测结果 不是直接应 用于地震 解释 然而 实验室研究 对理 解 弹性 波在特殊 岩石中传 播的物理 机制 是非 常重要的 如果了解了物理机 制 恰当 的理论 应用就 有根据 并且这种 结合有助 于我们加强理解所要 解释的现 象 我们如何才能应用地震岩石物理 广泛应用地震岩石物理而 不是地震点金术 似乎有三个障碍 很少使用 正确的井孔测量 结果 对 岩石 物理理论了解的不足 缺乏可以仿照的成功史例 这三个障碍必须 同时越 过 首 先 在 更多的 井上应用 现什化 的声测井方法 解释人员必须注意不同层段上数据的质量 以避免使人误解的结果 有关岩石物理的文章应由这方面 的专 家来撰写 以便将该理 论以更通 俗易懂的方 式表达出来 应该 大量 发 表有关地震 岩石物理学应用 的史 例供别人模仿 这或 许是 最困难的 这些问题实 质上是 要求开展技术 转 化工作 而不是 学科本身的基本理论有所 发展 当地震岩石物理成为一 种常用技 术时 专业和非专业人员都一样能应用其结果 但是 这 些非专 业人员仍然需要熟悉这门学科的基本观 点和误区 例如 见本期 的文章 实际 上 他 们可能是 地球 物理学家 也可能是