基于Gassmann方程的流体替换方法在珊溪水库地震研究中的应用

引入基于Gassmann方程的流体替换方法,在分析地震波P波速度、波速比与岩石孔隙度和饱和度关系的基础上,应用于珊溪水库地震波速比和P波速度变化特征研究,得到:(1)珊溪水库震中区岩石始终处于接近水饱和的饱水状态,波速比和P波速度"下降-回升"的变化实质上反映了震中区岩石"孔隙度增大(饱和度减小)-饱和度增大"的变化,每一丛地震的波速比由极小值逐渐增大为极大值是由于岩石从不饱和状态变化到饱和状态;(2)根据每一丛地震波速比的变化,计算得到珊溪水库流体扩散率αs=1.06×104 cm2 s-1,该数值与美国南卡罗莱纳水库、巴西Acu水库、广东新丰江水库的流体扩散率基本一致;(3)震源区岩石孔隙度上限值为8.7%~2.0%,该数值与华东勘测设计研究院通过室内岩石物理力学性质试验测定的珊溪水库坝址区新鲜流纹斑岩的孔隙度平均值一致。     

大别山双河地区超高压变质岩流体包裹体成分及二氧化碳碳同位素研究

分步加热实验结果表明大别山超高压岩流体包裹体成分 (不计入水 )主要是CO2 ,其次为CO及少量的N2 和CH4;变质高峰期流体CO2 碳同位素值 ( - 2 5‰～- 30‰ )与地幔流体相差较大 ,说明其是原岩自身含碳物质在高温高压之下演化的结果 ,反映了超高压变质岩石虽然可能俯冲到地幔深度 ,但并未受到地幔流体的大规模作用 ,岩石中的流体系统是活动有限的、较为封闭的体系 .这可能与地壳岩石快速插入地幔、并又迅速折返至地表的动力学机制有关     

中地壳的水和水岩相互作用实验及其地球物理涵义

本文重点报道了高温高压下流体与流体-岩石相互作用实验结果,提供了中地壳条件下流体性质和水岩反应速率数据.这些数据有助于理解中地壳的一些地球物理现象.作者进行了25℃~435℃和22~39 MPa条件下水-岩相互作用反应动力学实验.同时,研究水在近临界区至超临界区的性质.一般地说,中地壳大致位于10(15)至25 km的深度范围.各地的地壳厚度不同,但是中地壳高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300℃,底界大致为450℃范围,压力高达200 MPa以上.流体-岩石相互作用实验表明:硅酸盐矿物和岩石的硅最大溶解速率出现在300℃~400℃.此时,硅酸盐矿物格架解体.通常,地壳里普遍存在水、流体.地壳构造活动导致断裂空隙、减压、流体流动.这时,有可能导致中地壳处于300℃~450℃流体的压力减低,由超临界区进入临界态、亚临界态.这会引发强烈流动的水与岩石相互作用.溶解反应导致岩层的硅淋失,硅的强烈淋失又会导致硅酸盐矿物格架解体,岩石崩塌.同时,进一步促进流体的流动.实验表明300℃~400℃下的强烈水岩相互作用促进了岩石破坏,并有可能影响岩层的地球物理性质,如高导层出现.另外,实验和理论研究表明处于300℃~400℃流体具有高电导率性质.这些水岩相互作用会使中地壳出现高导-低速层.     

断层带流体对断层强度和强震孕育的影响

大量研究表明,流体在断层弱化中起着非常重要的作用.在地壳浅部脆性域,自由水通过流体孔隙压力减小断层有效正压力,从而降低断层摩擦强度;在地壳深部,矿物中的微量结构水弱化岩石流变强度.另外,流体-岩石相互作用等化学过程,如长石水解反应,对断层强度的影响也非常显著.断层深部流体通过物理作用与化学作用影响着岩石的变形机制,从而影响断层力学性质与地震孕育和发生.断层内部流体孔隙压力周期性变化是断层带脆-塑性转化、裂缝张开与愈合等的直接体现,这种变化控制着断层强度与强震周期性发生现象.     

基于岩石物理模板的孔隙度非敏感流体因子构建方法及应用

流体因子是一种指示储层含流体特征的常用工具,在储层流体识别中发挥着重要作用.现有的大多数流体因子除了反映孔隙流体性质以外还与孔隙度密切相关,对同一储层的高孔和低孔区域具有不同的流体敏感性,可能造成非均质储层的流体识别假象.本文提出一种消除孔隙度影响的流体因子,并将其应用于非均质储层流体识别.首先根据研究区地质特征选择并校准岩石物理模型,以此为基础优选横波阻抗I_S和饱和岩石体积模量与剪切模量之比K_(sat)/μ_(sat)构建能够分离岩石骨架和孔隙流体性质的I_S-K_(sat)/μ_(sat)岩石物理模板;而后通过对数域多项式拟合和归一化的方式构建孔隙度非敏感流体因子PINF(Porosity-Insensitive Normalized Fluid Factor).最后将本文提出的流体因子应用于苏里格气田非均质储层流体识别,实际测井和地震资料测试结果表明该流体因子的预测结果与测井解释结果相符,在同一储层段的高孔和低孔区域均显现出较好的应用效果,适用于非均质储层流体识别.     

砂泥岩干岩石模量估计

流体替换是了解和预测地震波速度和波阻抗如何依赖孔隙流体变化的有效工具,参数多、不确定性大是流体替代的特点,其中,干岩石模量是链接流体和饱和岩石的关键,也是Gassmann方程的基础,因此干岩石模量值的确定是流体替代的难点.前人对干岩石模量也进行了大量的研究,提出了许多经典模型:疏松砂岩模型、Kuster-Toksoz模型、自相容模型(selfconsistent模型)、微分有效介质模型(DEM模型)等,但这些模型都具有一定的局限性,本文通过对Gassmann方程图形分析方法(Mavko and Mukerji,1995)的研究,提出了一种计算干岩石模量的新方法.通过实际的岩样数据分析这几种算法的应用效果,研究结果认为求取干岩石模量时,本文提出的新方法具有很好的应用效果.     

岩石物理弹性参数规律研究

根据辽东湾凹陷某区在地层条件和不同流体相态(气饱和、水饱和等)下岩石纵波速度、横波速度及密度等岩心测试数据,以及岩石矿物成分、孔隙度等常规岩心分析数据,统计分析了岩石弹性参数变化规律.采用有效流体模型、斑块饱和模型进行了纵、横波速度理论计算,并和实验测量结果比较,认为高孔、高渗岩石可以看作有效流体模型,低孔、低渗岩石更接近斑块饱和模型.这些规律和认识对于指导储层预测和油气检测及地震振幅综合解释有重要的意义.     

地震岩石物理研究进展

地震岩石物理(Seismic Rock Physics)是研究岩石物理性质与地震响应之间关系的一门学科,旨在通过研究不同温度压力条件下岩性、孔隙度、孔隙流体等对岩石弹性性质的影响,分析地震波传播规律,建立各岩性参数、物性参数与地震速度、密度等弹性参数之间的关系.本文主要论述了半个多世纪以来,国内外地震岩石物理在岩石、流体基础研究、烃类检测等方面取得的主要进展,并分析目前国内岩石物理的研究现状、存在的问题、最新研究动向及展望.     

基于常规测井数据的纵波本征衰减估计

地震波本征衰减反映了地层及其所含流体的一些特性,对油气勘探开发有重要意义.已有的理论研究与实验发现,地震频带内的衰减主要与中观尺度(波长与颗粒尺度之间)的斑状部分饱和、完全饱和岩石弹性非均匀性情况下波诱导的局部流体流有关.这种衰减与岩石骨架、孔隙度及充填流体的性质密切相关.本文着重讨论均匀流体分布、斑状或非均匀流体分布两种情况下部分饱和岩石的纵波模量差异.以经典岩石物理理论和衰减机制认识为基础,通过分析低频松弛状态、高频非松弛状态岩石的弹性模量,讨论储层参数(如孔隙度、泥质含量以及含水饱和度等)与纵波衰减之间的确定性关系.上述方法与模型在陆相砂泥岩地层与海相碳酸盐岩地层中的适用性通过常规测井资料得到了初步验证.     

新疆二台北花岗岩矿物-水氧同位素交换反应动力学

新疆北部二台北花岗岩共生矿物表现出显著的~(18)O/~(16)O不平衡关系,尤其是石英、长石具有倒转△~(18)O_(石英-长石)关系(△~(18)O_(石英-长石)<0).上述关系表明在花岗岩-水之间发生了~(18)O/~(16)O交换反应.根据质量平衡约束关系对岩石与外来流体的初始δ~(18)O值作了估计.定量模拟表明:二台北岩体流体流动速率约为3×10~(-14)mol/s,水-岩反应时限为0.8～3Ma,水/岩比介于0.79～3.08.以流体δ~(18)O值为变量对流体路径及其不均一性作了估计.     

含不同孔隙流体的砂岩地震波速度随压力变化的实验研究

岩石的地震波性质是区域构造研究和浅部地震勘探应用的基础.延长油田是我国重要的油气生产基地之一,但目前仍缺乏地震波性质方面的基础资料.作者利用Autolab2000多功能岩石物性自动测试设备,在0~180MPa及饱含不同孔隙流体(干燥、饱水及饱油)条件下,研究了三种来自延长油田砂岩岩芯的纵波、横波速度.结果表明:三种砂岩的V_p、V_s1和V_s2均随压力增加(或降低)而基本呈对数曲线增大(或减小);干燥、饱水和饱油三种波速间的关系因砂岩类型不同而不同,这主要取决于岩石的有效弹性模量、孔隙流体性质以及岩石的内部结构等;含同种孔隙流体的不同类型砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律主要受岩石孔隙度和粒度的影响;而含不同孔隙流体的同种砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律则主要受控于岩石的有效弹性模量和流体密度.另外,含水或含油饱和度的变化对V_s1和V_s2基本没有影响.实验结果可以为该地区地震资料的解释及与声波测井之间的对比提供重要的基础数据和参考依据.     

地震断层带流体作用的岩石物理和地球化学响应研究综述

断层活动导致断裂带裂隙广泛发育,成为地壳中流体运移与聚集的有利通道和场所.流体在地震过程中具有重要作用.流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与其他完整岩石不同的性质,包括矿物-化学组成、粒度分布及传输性质(渗透率、孔隙度)等.这些特性可以视为流体与地震断层带岩石相互作用的响应.一方面,较高的孔隙流体压力导致断层的有效正应力降低.另一方面,流体会与断层岩发生一系列水-岩反应导致矿物蚀变、分解,生成大量摩擦系数较低的粘土矿物,同时一些不稳定元素可能会随流体发生迁移,导致大量物质流失.在地震周期过程中,伴随着流体运移,断层带的物理性质(渗透性、流体压力等)也随之发生变化.同震快速摩擦生热会导致流体产生热压作用,促进同震滑动.另外,同震破裂导致断层带的渗透性快速上升,较高的流体压力会很快释放.在间震期过程中流体会使破裂趋向于缓慢变形,矿物溶解-沉淀、重结晶及压溶等作用胶结并愈合裂隙,断层强度恢复的同时断层带渗透性逐渐降低,孔隙压力又逐渐积累.研究流体的这些物理化学行为对理解地震成核、同震滑动及震后断层愈合等过程有重要意义.本文介绍了有关流体对断层带物理化学性质的改造及流体的动力学意义等方面的研究进展,总结了流体在地震周期过程中所产生的一系列岩石物理化学效应及其对地震过程的影响.     

利用地球物理方法描绘地壳和岩石层地幔流体的分布

地球物理成像为交代作用的研究提供了独特的视角,因其能够描绘地壳和上地幔现今流体的分布。这与地质学的研究形成对照。地质学研究出露于地表的中地壳岩石,在交代作用过程中流体的作用没有得到体现。用于探测地壳上地幔流体分布的主要地球物理方法有(a)电阻率成像的电磁方法和(b)探测地震波速和相关参数如泊松比、地震各向异性的地震方法。对于深度超过几千米的研究,最有效的电磁方法是大地电磁(MT),它使用天然电磁信号作为场源。地壳岩石的电阻率对水溶液流体的数量、盐度和连通程度很敏感。部分熔融和氢的扩散作用也可导致低电阻率。流体和/或水对地震观测的影响可由岩石和矿物物理方面的研究来评估。这些研究表明水的存在一般会降低岩石和矿物的地震波速度。水在含水矿物中以流体的形式存在,或者在名义上无水矿物中作为氢的点缺陷。水可以进一步改变地震属性,如泊松比、品质因子和各向异性。多种地震分析方法被用来测量地壳和岩石层地幔中水溶液流体的原位作用,包括地震层析成像、地震反射、被动震源转换、散射波成像和横波分裂分析等。将大地电磁和地震数据联合起来已被证明是研究活动构造区如卡斯凯迪亚俯冲带流体分布的有效手段。在这个地点,可探测到流体从俯冲板块向上扩散并形成水化地幔楔。在陆—陆碰撞带,如青藏高原,在其一重要区域的中地壳深度处探测到广泛存在部分熔融和水溶液流体。这些地球物理的方法也被用来研究保存于太古代和元古代岩石层中的古老板块边界曾经发生的交代作用。     

含次生流体包裹体的石英和长石内的微量水及其地质意义

本文采集了龙门山逆冲推覆构造带内三种不同变形程度的长英质岩石,利用傅里叶红外吸收光谱仪(FITR),测试了包含次生流体包裹体石英和长石内的微量水,并与干净石英样品测试结果进行比较.研究表明,含次生流体包裹体的石英和长石的吸收峰基底宽缓,曲线平滑,主要吸收峰出现在3380~3450cm-1附近,造成次要吸收峰难以识别,吸收强度整体大幅提高,其中3200cm-1、3650cm-1和3730cm-1附近的微弱吸收峰更容易见到.三个样品中含次生流体包裹体的长石的水含量(0.022~0.103wt%H2O)高于石英(0.011~0.031wt%H2O)的水含量,水含量随变形程度的增加先升高后降低.含次生流体包裹体的石英和长石的水含量不能代表矿物内的结构水,但能够反映出微裂隙内流体的多少.因此,这间接指示了震后快速蠕变时期断层带边缘水含量高于中心的流体分布特征.     

致密油粉砂岩脆性特征实验分析研究

岩石脆性直接影响储层压裂,是储层压裂改造之前必不可少的环节。本文对松辽盆地青山口组粉砂岩,分析岩石动、静态脆性特征。基于岩石力学实验获得的应力-应变的关系,调查岩石的脆塑性体特征,结果显示静态弹性参数获得的脆性指数与应力跌落系数呈现负相关性,其中脆性指数B_2(杨氏模量E和泊松比v归一化后的均值)与应力跌落系数相关性最好。分析矿物组分与脆性指数B_2、杨氏模量和泊松比的关系,认为相关层系石英、黄铁矿、碳酸盐岩类矿物可作为脆性矿物。基于B_2,在超声波实验中调查了孔隙流体、孔隙度对岩石动态脆性特征的影响,发现孔隙流体能够增强岩石的塑性,降低岩石脆性,且孔隙度越大,岩石脆性降低幅度越大。在饱含不同流体的岩石中,饱气粉砂岩的脆性最高,饱油次之,饱水最小,且饱油、饱水岩石脆性非常接近。对比岩石力学和超声波实验测量结果显示,整体上超声波实验获得的脆性指数比岩石力学实验获得的脆性指数大,不过,二者均随着孔隙度增大而降低,且差值随孔隙度增大而增大。原因在于超声波属于无损测试,而力学实验过程中导致了岩石内部的微裂缝、孔隙发生了改变。此外,低孔隙度岩石的脆性,主要与岩石内部微裂缝的发育程度有关。     

流体替换方法研究及应用分析

流体替换即为从一种孔隙流体状态下的岩石物理参数计算出另一种流体状态下的岩石物理参数.流体替换对于地震属性分析具有重要作用,其为解释人员进行AVO(振幅随偏移距变化)及四维地震研究提供了正演模拟及定量分析的工具.通常流体替换都是采用基于wood方程的Gassmann流体替换方法.本文借鉴Patchy saturation模型,及Brie经验模型分别提出了针对流体不均匀分布的Patchy saturation模型流体替换方法,及基于经验关系的Brie经验模型流体替换方法.并基于岩石物理实验比较分析了以上三种流体替换方法.通过目标区岩石物理分析,可以从中优选出更合适的流体替换方法,从而为流体的地震响应分析提供正确的指导.     

岩石物理驱动下地震流体识别研究

地震流体识别指利用地震资料对储层含流体特征进行识别与描述.含流体储层地震岩石物理是地震流体识别的基础,是搭建储层弹性参数与物性参数的桥梁,是实现含油气储层流体定量表征的重要发展方向.岩石物理驱动下地震流体识别研究有助于认识地下油气储层含流体特征及分布规律.文章概述地震流体识别及相关基础研究中的关键科学问题,着重评述国内外岩石物理驱动下地震流体识别研究的主要进展,探究地震流体识别研究面临的机遇,挑战及未来的研究方向.理论研究和实际应用表明,地震流体识别要以岩石物理及数值模拟为理论基础,发展有效的流体敏感参数构建及评价方法;以地震资料为数据支撑,形成有效的地震资料品质评价方法;以地震反演为技术保障,发展可靠的地震反演策略.     

储层岩石电性特征的逾渗网络模型研究(英文)

建立能够反映储层孔隙结构、流体特征的逾 渗网络模型,通过数值模拟研究了储层孔隙尺寸、 孔隙形状、连通性、微孔隙的发育状况等对I-Sw曲 线影响的定性规律,研究了地层水矿化度对岩石电 阻率的影响。分析讨论了不同因素对电阻率影响的 相对强度。最后,通过曲线拟合定量地研究了不同 因素对I-Sw曲线的影响规律。研究表明,在上述影 响因素中连通性和微孔隙对I-Sw曲线的影响很大, 其它因素的影响强度较小。地层水矿化度对岩石电 阻率绝对值的影响很大。“非阿尔奇”现象普遍存在, 在低渗透(低连通性)储层岩石中更为明显。     

岩石中的孔隙流体

岩石是一种多孔介质,这是岩石最重要的结构特征,也是岩石区分于金属等材科的主要特点之一。用显微镜可以清楚地看到岩石内部存在着(网形的)孔洞和(狭长的)裂纹。这些孔洞和裂纹,我们统称为岩石中的孔隙。岩石的孔隙中往往充满了诸如水、石油、天然气等流体。岩石中孔隙所占的体积虽不大,但对岩石性质的影响却是非常大的。目前用显微镜(光学或电子显微镜)能看到的孔隙,范围约在0.1微米和毫米之间,比起岩石来,是个微观的概念。现在我们对于岩石内部的孔隙情况还了解得很不够。还不能勾划出孔隙存在的具     

砂岩核磁共振响应模拟及受限扩散

本文运用随机游走方法模拟了砂岩储层中流体的核磁共振(NMR)响应及其受限扩散现象.通过改变数字岩心的分辨率模拟生成不同孔隙尺寸的砂岩,研究了不同孔隙尺寸砂岩饱含水时流体扩散系数随扩散时间的变化关系,同时模拟了砂岩饱和单相流体和两相流体的NMR响应;研究了流体的受限扩散系数与横向弛豫时间T2的关系,分析了表面弛豫率和胶结指数对润湿相流体受限扩散系数线位置的影响,并将其用于解释砂岩储层的D-T2分布.结果表明:孔隙流体的扩散系数会随扩散时间的增加而逐渐减小并趋于定值.随着岩石孔隙尺寸的减小,受限扩散现象越明显,受限扩散对岩石NMR响应的影响也越大.润湿相流体受限扩散系数线的位置受岩石胶结指数和表面弛豫率的影响较大.由于润湿相流体扩散系数减小,导致D-T2分布中润湿相流体信号偏离其自由扩散系数线,需要利用流体的受限扩散系数线准确识别D-T2分布中的润湿相流体.