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.     

基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据，可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法，本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征，可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数，也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法，为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例，求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.     

矿物组分对龙马溪组页岩动、静态弹性特征的影响

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩"甜点"地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性性质进行"甜点"预测时存在不确定性.在对龙马溪组页岩样品系统动、静态性质联合测量基础上,分析了页岩样品动、静态弹性性质的变化规律,并讨论了成岩作用与动、静态弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,龙马溪组页岩上下两段成岩过程存在明显差异,致使上段页岩在结构上表现为以塑性黏土颗粒作为受力骨架,而下段页岩在结构上逐渐转变为脆性石英颗粒作为受力骨架.页岩岩石结构特征的变化控制了动、静态弹性特征的整体变化规律,表现为动、静态杨氏模量、峰值强度等随石英含量的增大表现出近似"V"型的变化形式,而与钙质含量变化呈现正相关关系,与黏土含量变化表现出负相关性.上段页岩宏观力学性质受微观石英+黏土颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现出明显塑性段,动、静态杨氏模量比大于1.4,破裂易于发生在黏土与石英颗粒边界形成宏观单剪型破裂模式,样品脆性低,且脆性变化不受石英含量的影响.下段页岩宏观力学性质受微观石英颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现为弹性变形,动、静态杨氏模量比小于1.4,破裂发生在石英颗粒内部形成宏观劈裂型破裂模式,样品脆性高,且脆性变化与石英含量呈明显正相关关系.研究结果可为龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

基于人工鱼群算法和SCA等效理论的井中横波速度预测方法

在建立页岩岩石物理模型的基础上,根据等效自相容近似(SCA)岩石物理模型,构建出岩石的纵波速度、横波速度与岩石密度、组分和孔隙度等的定量关系,得出使理论纵波速度和实际纵波速度最接近的孔隙纵横比,进而将该孔隙纵横比作为约束条件来实现横波速度预测。反演算法利用人工鱼群算法来计算最佳孔隙纵横比,并将预测的横波速度与实际测得的横波速度对比,证明了人工鱼群算法的有效性。     

非均匀各向异性储层地震AVAZ响应模拟及分析

基于波动理论的各向异性反射率方法能够充分考虑地震波动力学特征。对单界面理论模型、实际非均匀各向异性模型分别进行正演模拟及分析,比较Ruger理论与反射率方法模拟结果的波动力学特征。结果表明,对于界面模型两种方法均能得到相同的计算结果,但对于实际非均匀各向异性介质,基于Ruger理论的算法受时间采样率的影响,而基于波动理论的反射率方法输入实际空间域模型,计算结果不受时间采样率的限制。     

高分辨率Radon变换方法及其在地震信号处理中的应用

Radon变换方法在地震资料处理中广泛采用,在地震同相轴识别和估计方面具有良好效果．无论是倾斜叠加,还是广义Radon变换方法,一般采用最小二乘反演方法实现．目前,在提高反演算法的效率和分辨率方面仍值得研究．本文从倾斜叠加的定义出发,阐明Radon变换分辨率问题的来源和解决办法．采用最小二乘反演方法研究高分辨率抛物线Radon变换和双曲Radon变换时,给出稀疏约束预条件共轭梯度法求解的高分辨率Radon变换的实现方法,同阻尼最小二乘方法相比,分辨率和精度明显提高,文中给出了模型算例．根据有效波和多次波NMO后剩余时差不同,采用高分辨率抛物线和双曲Radon变换可以压制多次波,分别给出了方法原理,最后给出应用实例．研究表明,稀疏约束预条件共轭梯度法可以有效实现高分辨率Radon变换;数值算例表明,算法计算效率和精度较高,可以更好地实现多次波压制．     

基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

准确预测储层的等效孔隙纵横比对页岩储层岩石物理建模及横波速度预测具有重要意义。为分析页岩储层孔隙纵横比及预测横波速度,提出了基于岩石物理模型的页岩孔隙纵横比反演及横波速度预测方法。本文首先通过岩石物理模型建立岩石的纵、横波速度与孔隙纵横比、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,寻找最佳孔隙纵横比;然后通过使理论预测与实际测量的纵波速度之间误差达到最小的方式反演孔隙纵横比,并以此为约束预测横波速度。实际测井数据反演结果表明,龙马溪组页岩地层的孔隙纵横比稳定,而围岩的孔隙纵横比变化范围较大;说明与围岩相比,页岩的孔隙结构更为稳定。同时,预测得到的页岩横波速度与实测横波速度的误差较小,另外对于缺少矿物组分资料的页岩层段,用平均矿物组分预测得到的横波速度误差仍较小;说明与矿物组分相比,龙马溪组页岩的纵、横波速度对孔隙纵横比参数更敏感。综上所述,利用该方法可预测到较为准确的等效孔隙纵横比和横波速度。     

基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。     

非均匀介质地震AVO响应模拟及分析

地震AVO （amplitude versus offset）技术是一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的地震勘探技术。常规方法基于Zoeppritz方程计算模型界面处的反射系数,而实际地下非均匀介质中地震反射特征不仅与入射角度、物性差异有关,还与入射波频率、地层厚度、薄互层结构等因素有关。为此,应用传播矩阵理论充分考虑与这些因素有关的调谐干涉等传播效应,针对实际数据计算非均匀地下介质的高精度合成地震记录,对比Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程、Shuey三项近似方程以及传播矩阵算法的模拟效果。研究发现：在小角度入射时Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程和Shuey三项近似方程的反射振幅和波形基本一致,大角度入射时Zoeppritz方程与Shuey三项近似方程接近;Zoeppritz算法的模拟结果在小角度入射和浅层情况下与传播矩阵算法差别较小,而在大角度入射和深层情况下与传播矩阵差别较大,说明层间多次波的调谐干涉等传播效应不可忽略。     

基于频变AVO反演的页岩储层含气性地震识别技术

结合地震岩石物理技术，研究了叠前频变AVO反演在四川盆地龙马溪组页岩储层含气性识别中的应用.首先，应用Backus平均理论将测井数据粗化为地震尺度储层模型，应用传播矩阵理论进行高精度地震正演及井震标定，分析页岩气储层地震响应特征.其次，基于岩心观测结果，应用Chapman多尺度裂缝理论设计页岩气储层理论模型，研究储层衰减、频散以及对应的地震反射特征.应用该理论模型测试频变AVO反演方法，计算结果表明：对于研究区地层结构和地震数据，区分流体类型的优势频率不是地震子波的主频，还受层间调谐干涉等储层结构因素控制，也进一步说明理论模型测试和标定的重要性.最后，将频变AVO反演技术应用到四川盆地龙马溪组页岩地层，计算得到的频散属性为页岩气储层含气性识别提供依据.