岩石的等效孔隙纵横比反演及其应用

通过融合Gassmann方程和由微分等效介质理论建立的干岩石骨架模型--DEM解析模型,本文提出根据纵波(和横波)速度反演岩石等效孔隙纵横比进行储层孔隙结构评价和横波速度预测的方法.首先,利用Gassmann方程和DEM解析模型建立岩石的纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等各参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔,应用非线性全局寻优算法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的弹性模量之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中构建横波速度.实验室和井孔测量数据应用表明,反演得到的等效孔隙纵横比可准确反映储层的孔隙结构,对于裂缝型储层如花岗岩,其孔隙纵横比通常小于0.025,而对于孔隙型储层如砂岩,其孔隙纵横比通常大于0.08.只利用纵波与同时利用纵、横波反演得到的孔隙纵横比结果几乎完全一致,而且由纵波构建的横波与实测横波吻合良好,说明本文提出的等效孔隙纵横比反演及其横波速度预测方法是有效的.     

基于贝叶斯框架的各向异性页岩储层岩石物理反演技术

页岩岩石物理建模旨在建立页岩矿物组分、微观结构、流体填充与岩石弹性参数的关系.对四川盆地龙马溪组页岩进行岩石物理建模研究,针对页岩黏土含量高、层间微裂缝发育等特点,利用Backus平均理论描述页岩黏土矿物弹性参数,利用Chapman理论计算与水平微裂缝有关的VTI各向异性,并利用Bond变换考虑地层倾角的影响.提出以黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比为拟合参数进行岩石物理反演的方法,并引入贝叶斯框架减小反演的多解性.由已知的黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比作为先验信息,并以测井纵、横波速度作为约束条件建立反演的目标函数,同时利用粒子群算法进行最优化搜索.计算结果表明,基于先验约束和粒子群算法的反演方法能够较准确地反演黏土矿物的弹性参数、孔隙形态参数以及裂缝密度等参数.计算得到的黏土纵、横波速度较高,并且在一定范围内变化,这可能与龙马溪组页岩的黏土矿物组分中具有较高弹性模量的伊利石含量较高有关,同时也与黏土定向排列等微观物性特征有关.反演得到的裂缝密度与纵波各向异性参数ε呈明显的正相关,而与横波各向异性参数γ相关性较小.另外,页岩各向异性参数与黏土垂向的纵横波速度有较强的相关性.     

基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析

在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.     

气饱和超压页岩的岩石物理建模研究

页岩的岩石物理建模随着页岩气勘探的深入而逐渐受到重视.现有的建模方法对孔隙压力的研究并不全面.本文认为页岩气对页岩弹性的影响可分为两个方面.第一个方面称为静态效应,定义为气体压力对页岩骨架的作用.第二方面称为动态效应,定义为页岩气本身对页岩弹性的作用.通过将孔隙纵横比与有效应力的关系、气体弹性参数与孔隙压力的关系嵌入岩石物理建模流程,实现静态和动态效应的作用.孔隙纵横比与有效应力的关系通过实测纵、横波速度标定,用于预测不同压力状态下页岩的纵、横波速度.本文方法虽存在一定的局限性,但提供了一种分析页岩弹性参数与孔隙压力相互关系的方法.     

上地壳纵横波速度结构相关反演成像方法

基于纵横波初至走时数据的层析成像方法越来越广泛地被应用于揭示不同构造域壳幔速度结构特征.我们从同一地质体的纵横波速度属性相关这一基本思想出发,提出一种相关反演成像的方法:纵横波速度反演交替进行,在迭代反演过程中每通过一次反演获得相应的纵波速度(或横波速度)结构后,更新相应的纵横波速度比模型以及相应的横波(或纵波)速度反演的初始模型,然后继续开展后续横波(或纵波)速度反演工作.在反演过程中依据纵横波速度的相关性信息和射线路径长度将走时残差以不同权重分配到射线路径经过的单元,依据网格节点周围平均的慢度扰动更新速度模型.正反演过程分别基于有限差分走时计算方法和反投影成像方法.两种典型模型试验表明,该技术应用于上地壳速度结构反演成像过程,可有效提高反演结果的可靠性,在很大程度上避免了常规单独反演纵波和横波速度过程容易带来的畸变和失真.该方法应用于重建青藏高原西部札达—泉水沟深地震测深(DSS)剖面下方的上地壳速度结构,揭示出与青藏高原西缘板块碰撞相关的上地壳速度结构特征.     

南堡凹陷4号构造沙一段叠前优势储层预测

南堡凹陷4号构造沙一段砂、泥岩纵波阻抗叠置严重,利用叠后纵波阻抗反演难以有效预测优势储层砂岩分布.为此,本文综合运用岩石物理分析、叠前同时反演和岩性与流体概率分析技术对南堡4号构造沙一段优势储层砂体进行预测.在测井资料预处理的基础上,通过岩石物理建模正演估算横波速度,并建立岩石物理量版,确定优势储层砂岩的敏感参数;再利用叠前同时反演技术对优势储层进行预测,获得纵波阻抗、纵横波速度比和密度数据体;最后应用贝叶斯岩相与概率分析技术将纵波阻抗和纵横波速度比数据体转化为易于分析的砂岩概率体和优势储层砂岩概率体.经实钻结果检验,预测结果与井实测结果吻合度高,表明叠前预测结果真实、可靠;同时结合研究区构造特征,揭示出NP4-55井东南部和PG1井区为沙一段有利开发目标区.     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.     

基于约束条件横波速度反演和流体替代

依据辽东湾地区一组在地层条件和不同流体相态下（气饱和与水饱和）实验室测定的岩石纵波速度、横波速度及密度等数据,讨论Gassmann方程在横波速度反演和流体替代方面的应用效果,指出岩石骨架剪切模量和体积模量估算精度是影响纵波、横波速度预测精度的关键因素之一,提出基于约束条件横波速度反演和流体替代方法,速度预测精度的改善十分明显.     

基于三元柯西约束AVO反演的横波精细估算方法

横波速度是保证地震波正演模拟、岩石物理分析与叠前反演应用的重要参数.其在储层预测中的作用显著.为了提高缺失横波的估算精度.本文提出了一种基于三元柯西约束AVO反演的横波速度精细估算方法.首先.在褶积模型的假设前提下,基于贝叶斯反演框架研究了以三元柯西分布为先验正则约束的AVO反演算法,通过模型试算验证了反演参数的可靠性;然后将其应用于横波速度预测.利用Xu White岩石物理模型和测井约束反演方法计算初始横波速度,以此作为三元柯西约束AVO反演的横波输入,通过在反演过程中不断修正参数,使得横波速度的估算结果更加符合实际地下情况;最后将方法应用于实际工区,应用结果表明精细估算方法有效的提高了横波预测的精度和可靠性.     

渤海潜山储层岩石孔隙结构反演实验研究

多形态拓展孔隙、裂隙并存理论描述了介质中孔隙与多形态裂隙体之间的相互作用,现已被用于岩石的孔隙结构反演．利用实验室加压条件下干燥和流体饱和岩石的纵、横波速测量数据,联合反演了潜山储层岩石的孔隙纵横比谱．反演结果表明：随着有效压力的增加,裂隙元素的纵横比减小,小纵横比裂隙的闭合降低了裂隙密度,导致低压段的弹性波速度显著增大．同时,在双对数刻度下,孔隙度与孔隙纵横比之间存在幂函数关系,孔隙结构指数随总孔隙度单调增加,此关系可用于判别潜山储层的有效性．本文的研究不仅为潜山储层岩石孔隙结构分析方法提供了实验验证,而且给出了一种潜山储层有效性的辅助判别方法．     

孔隙裂隙型砂岩横波速度预测方法

在地震资料的AVO分析以及储层预测的流体识别分析等中需要横波速度信息,然而目前多数地区缺少横波速度测井,既没有岩石物理测试也没有VSP提供的横波速度信息.以往AVO和储层反演中的横波速度通常依靠经验公式或从纵横波波速度比为常数的假设中得到.这些经验公式往往精度很低,对于AVO特性包括弹性阻抗等特性描述不准确.特别是对储层中流体变化引起的AVO异常无法准确描述.为了获得准确的横波速度信息,我们采用Gassmann方程为基础的孔隙介质理论以及Lee提出来的方法建立了孔隙介质的横波速度模型.以此模型为基础,利用Thomsen的裂隙介质理论建立更加符合实际的含有裂隙的孔隙砂岩模型.预测的横波速度与实际的横波速度的对比证明了本文方法的有效性.     

受孔隙形态影响的碳酸盐岩孔隙度反演

深层碳酸盐岩往往具有孔隙度低,孔隙形态复杂的特点.传统孔隙度反演方法仅考虑孔隙空间大小对地层岩石物性的影响,未考虑孔隙形态对岩石弹性特征的作用,在反演深层碳酸盐岩孔隙度时往往存在偏差.孔隙形态的影响可以利用含有孔隙纵横比的等效介质模型表示;通过引入DEM模型对声波孔隙度方程进行改进,定量体现孔隙形态的影响.将改进的声波反演与中子反演、密度反演相结合,得到井区受孔隙形态影响的地层孔隙度.首先利用中子、密度和纵波时差反演得到地层孔隙度初值;进而通过DEM公式获得孔隙纵横比初值;最后综合利用中子测井、密度测井和声波测井数据,实现受孔隙纵横比影响的地层孔隙度反演.应用该方法反演了西南某地MX19井深层白云岩储层的孔隙度,通过与岩心孔隙度测量数据进行对比,验证了反演结果的准确性.     

基于等效介质理论的孔隙纵横比分布反演

孔隙纵横比是描述多孔岩石微观孔隙结构特征的重要参数,目前用于获取岩石完整孔隙纵横比分布的经典模型为David-Zimmerman(D-Z)孔隙结构模型,该模型假设岩石由固体矿物基质、一组纵横比相等的硬孔隙以及多组纵横比不等的微裂隙构成,并认为固体矿物基质和硬孔隙均不受压力影响,在此基础上,利用超声纵横波速度的压力依赖性反演岩石硬孔隙和各组微裂隙的孔隙纵横比及孔隙度.该方法的关键点在于以累积裂隙密度为桥梁,借助等效介质理论建立了岩石弹性模量和孔隙纵横比之间的内在联系.但在D-Z模型中,多重孔隙岩石累积裂隙密度的计算直接由单重孔隙裂隙密度公式实现,这种近似导致该模型在许多情况下难以获得良好的反演精度.为了完善经典D-Z模型,本文提出了一种基于虚拟降压的孔隙纵横比分布反演策略,通过多个假想降压过程实现累积裂隙密度的准确计算,并将基于DEM和MT的经典D-Z模型推广到KT和SCA中,结合四种等效介质理论建立了一套完整的反演流程.采用一系列砂岩和碳酸盐岩样品,测试了反演流程在实际岩芯孔隙纵横比提取中的应用效果,研究结果表明:与D-Z模型相比,本文方法的模拟结果与实际数据吻合更好,并同时适用于砂岩和碳酸盐岩;此外,通过分析四种等效介质理论的模拟结果发现,本文方法并不十分依赖于等效介质理论的选择,这些理论获得的孔隙结构参数随压力的变化趋势基本一致,数值上仅存在略微差异,且这种差异随着压力的增大逐渐消失.本文方法是经典D-Z孔隙结构模型的重要补充,对岩石孔隙结构表征、流体饱和岩石速度预测以及孔间喷射流效应的模拟具有十分重要的意义.     

基于改进反射系数近似方程的纵横波阻抗同步反演

基于地震波反射系数近似公式的叠前反演是油气勘探的重要工具.本文在已有研究的基础上,推导了一个改进的射线参数域地震纵波反射系数近似方程.该方程建立了地震纵波反射系数与纵波阻抗和横波阻抗的非线性关系,在中、小角度的范围内较现有的反射系数线性近似公式精度更高.另外,由于该方程仅包含纵波和横波阻抗反射系数项,因此基于新方程的反演能够有效地降低同步反演纵波速度、横波速度、密度三个参数的不适定性.在此基础上,结合广义线性反演法(GLI)理论和贝叶斯理论,相应地发展了一种叠前地震同步反演方法.模型测试和实际资料的应用表明,基于新方程的反演方法能够利用有限角度(偏移距)的数据稳定地反演纵波和横波阻抗,由于在反演过程中,不需要假设纵横波速度为常数,因此该方法还能有效地提高反演结果的精度.     

基于等效介质理论的煤层气储层岩石物理建模与应用

地震岩石物理建模作为表征油气储层物性参数与地震参数间映射关系的主流工具,鲜有应用于煤层气储层,关键制约因素在于煤层气储层特有的吸附气和双重孔隙的等效计算问题尚未有效解决.为此,本文将吸附气视为类似煤基质的固相,将双重孔隙分解为基质孔隙和裂隙两部分;尝试利用自相容近似模型计算煤基质、吸附气和基质孔隙混合后煤基质干骨架的等效纵、横波速度,通过Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论加入裂隙和流体,以此构建煤层气储层岩石物理模型.在此基础之上,通过正演模拟分析基质孔隙参数、吸附气含量以及裂隙参数的等效纵、横波速度响应;基于模型反演基质孔隙和裂隙参数,并将基于模型预测的纵、横波速度与实测数据对比,论证所构建的煤层气储层岩石物理模型的合理性.进一步通过制作岩石物理量版,探讨煤层气"甜点区"界定的两个关键参数——吸附气含量和脆性指数与储层物性参数(基质孔隙度、裂隙孔隙度)以及地震参数间的关系.结果表明:吸附气含量的变化引起的纵、横波速度、纵横波速度比和纵波阻抗变化微弱,引起的流体因子参数(λρ和μρ)变化略显著;基质孔隙度变化引起的地震参数响应显著强于吸附气含量;裂隙孔隙度与两种脆性指数间均具有明显的负相关性,可认为是煤层气储层脆性的主要影响因素.     

常温压条件下五种变质程度构造煤的超声弹性特征

鉴于构造煤对煤矿安全生产和煤层气抽采的重要影响,为了实现构造煤的地震预测,针对淮南、平顶山、鹤壁和焦作4个矿区采集的5种不同变质程度的碎粒与糜棱构造煤样进行了走向方向的实验室超声测量。在常温常压条件下,构造煤样纵、横波超声测试显示：相比于原生结构煤,构造煤的纵横波速度、品质因子、弹性模量大幅度降低。具体表现为：构造煤的纵横波速度之间存在一定的相关性,但速度与密度、速度与品质因子、纵波品质因子与横波品质因子之间的线性相关性已不存在;纵横波速度比与泊松比总体呈现降低的规律,纵波品质因子小于横波品质因子。孔隙结构与弹性模量的关系分析显示：纵横波速度与孔隙体积、有效孔隙率和比表面积存在较好的正相关性;杨氏模量、剪切模量也存在类似的关系,但其他模量不存在这种相关性。不同构造煤样的弹性模量、孔隙结构与变质程度、密度之间未发现存在相关性,这与构造煤主要表现为结构的破坏是吻合的。上述实验结果显示,从地震弹性反演的角度预测构造煤是可能的。     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

基于粒子群优化算法的AVAF反演方法

岩石物理实验和实际观测研究表明,纵波速度的频散现象通常都与地层的含气性有着密切的关系,它是纵波反射系数随频率变化所导致的.但是,传统的AVA反演方法忽略了这种速度频散现象,因此引入了误差,增加了含气预测的风险.本文我们提出了一种适用于频变反射系数和速度频散的反演方法,采用传播矩阵方程来进行正演模拟.而考虑到加入频散信息的AVAF反演问题具有高度的非线性特征,我们基于粒子群优化(PSO)算法来进行AVAF反演.经过模型与实际数据的测试证明,我们的反演方法适用于包含频散信息的地震数据,且具有一定的抗噪性,即使是在含噪数据下,也能够挖掘出数据中的纵波速度频散信息,为之后利用纵波速度的频散规律来解释储层含气性提供可靠的依据.     

一种带误差校正的横波速度预测方法

本文提出一种基于纵横波速度关系的带误差校正的横波速度预测方法,它主要针对在进行横波速度预测时所采用纵波模量M近似变换结果与标准的Gassmann关系(K变换)之间存在的误差提出了校正的方法,并给出了完整的基于纵横波速度关系的带误差校正横波预测技术流程,该技术是一个简单实用的横波速度预测工具.     

利用平面波地震记录同时反演层状介质纵、横波速度

提出一种利用纵波激发、纵波和横波同时接收的单个入射角平面波地震记录同时反演层状介质纵波速度和横波速度的层剥离方法.文中给出了有限带宽反演算法,对有限带宽记录及含有噪声的数据进行了试算,获得了比前人的研究有明显进展的效果.