含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值 -6的2~2000 Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600 Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

饱和砂岩在温度和频率域的衰减和速度频散

利用Metravib热机械分析仪, 在天然地震的频率和温度范围内, 首次对泵油和甘油饱和两种孔隙度的彭山砂岩的衰减和速度频散进行了实验研究． 结果表明, ① 泵油饱和彭山砂岩对频率和温度的依赖呈热激活弛豫规律; ② 杨氏模量和弹性波速度与孔隙度、 温度呈负相关, 与饱和液体的黏滞系数、 频率呈正相关; ③ 频散效应因频率上升而增强, 因温度增高而减弱． 这一规律性的结果为地震波理论研究提供了实验基础．     

基于储层砂岩微观孔隙结构特征的弹性波频散响应分析

储层砂岩微观孔隙结构特征不仅影响干燥岩石的弹性波传播速度,也决定了岩石介质中与流体流动相关的速度频散与衰减作用.依据储层砂岩微观结构特征及速度随有效压力变化的非线性特征,将其孔隙体系理想化为不同形状的硬孔隙(纵横比α0.01)与软孔隙(纵横比α0.01)的组合(双孔隙结构).基于孔弹性理论,给出软孔隙最小初始纵横比值(一定压力下所有未闭合软孔隙在零压力时的纵横比最小值)的解析表达式,并在此基础上利用岩石速度-压力实验观测结果给出求取介质中两类孔隙纵横比及其含量分布特征的方法.通过逐步迭代加入软孔隙的方法对基于特征纵横比的"喷射流"(squirt fluid)模型进行了扩展,以考虑复杂孔隙分布特征对岩石喷射流作用的影响及其可能引起的速度频散特征.相较于典型的喷射流作用速度频散模式,对于岩石中软孔隙纵横比及其对应含量在较宽的范围呈谱分布的一般情况,其速度频散曲线不存在明显的低频段和中间频段,速度随频率的增大呈递增趋势直至高频极限.这说明即使在地震频段,微观尺度下的喷射流作用仍起一定作用,同样会造成流体饱和岩石介质的地震速度与Gassmann方程预测结果有不可忽略的差异.本文是对现有喷射流模型的重要补充,也为利用实验数据建立不同频段间岩石弹性波传播速度的可能联系提供了理论依据.     

超声波速度测定中影响因素的实验研究

超声波测波速时,会受到样品长度、换能器频率、信号放大倍数以及耦合剂和耦合力等因素影响.为了定量地了解这些因素对测量结果的影响,本文用550 KHz、50 KHz二种频率换能器测量了近百块不同长度、空气干燥样品的波速.发现波速随长度的增加由一维“杆”中的波速逐渐增大并稳定在三维“无限大”中的波速,在此过程中长度对550 ...     

水平层状介质中Rayleigh波多模式速度频散和椭圆极化频散特征物理实验模拟研究

Rayleigh波勘探作为地震勘探的主要方法之一,一直受到地球物理勘探学界的广泛关注,而Rayleigh波研究领域的焦点就是对频散特性的研究.本文基于超声虚拟仪器实验平台,从超声波和超声换能器特性出发,对均匀介质、低速覆盖和高速覆盖等模型中的Rayleigh波波场进行观测,运用时域分析、f-v域波场变换和H/V谱比等方法,研究层状介质中Rayleigh波多模式速度频散和椭圆极化的频散特征.在实验过程中,虚拟仪器技术的运用为Rayleigh波频散特性的多模态展现和识别提供了良好的平台,是本研究有力的技术保障.实验研究发现,在低速覆盖的水平层状介质中,Rayleigh波存在多模式频散,高阶模式对浅层速度变化更敏感,即便基阶模式面波占优,高阶成分仍易对地层信息识别造成误判;然而,当上覆层为高速介质时,此类模型中未观测到明显的Rayleigh波多模式现象.研究还发现Rayleigh波椭圆极化率与介质泊松比是密切相关的,该结论与前期理论研究结果非常吻合,从而进一步验证了Rayleigh波椭圆极化频散用于评价地层速度结构的可行性.     

油水饱和泥质砂岩流动电位的频散特性

油水饱和泥质砂岩中流动电位的研究对于揭示含油储层震电勘探和动电测井的机理有着重要的意义.本文首先从岩石孔隙的微观结构出发,构造了描述水润湿条件下油水饱和泥质砂岩储层的毛管模型.在模型中依据油水流动遵守的Navier-Stokes方程和电化学传质动力学理论,建立了描述油水饱和泥质砂岩流动电位的数学方程,并数学模拟了岩石储渗参数对流动电位频散特性的影响规律.研究结果表明:储层孔隙内流体受到的粘滞力与惯性力控制着水相和油相的流动,从而决定了流动电位的频散特性.随着孔隙度的增大,油水两相各自的有效渗透率均增大;而含水饱和度的升高使得水相有效渗透率增大,油相有效渗透率减小.在水润湿条件下,流动电位耦合系数随含水饱和度升高而增大,随束缚水饱和度的升高而减小.另外,流动电位相对耦合系数也随含水饱和度的升高而增大,但无频散现象.     

含流体复杂孔隙介质地震波衰减与频散

含流体孔隙介质中地震波的速度频散和衰减在指导复杂储层含油气性识别领域具有重要意义.本文构建了包含微观挤喷流与介观层间流影响的跨尺度模型, 并使用求解介质等效模量的方式得到了模型中地震波的频散速度与衰减因子, 克服了前人在高频段计算结果出现异常值以及不同尺度衰减峰无法分离的缺陷.在该双尺度模型的基础上, 本文又综合考虑宏观尺度Biot流, 将三种地震波衰减理论耦合, 建立了相对统一的三尺度地震波衰减岩石物理模型.在Biot理论框架下, 分析了非均匀性流体、孔裂隙结构、微观挤喷流以及介观层间流对流体压力与弹性模量的影响, 得到了该三尺度模型中地震波的波动方程, 并求解得到了相应的地震波衰减与频散曲线, 分析了不同介质参数对衰减与频散曲线的影响.我们推导了在该模型上覆均匀各向同性介质情况下, 分界面处各类极性波的反射、透射系数特征方程, 并得到了随频率以及入射角变化的反射、透射系数三维曲面.

     

流体黏度对砂岩弹性模量频散与衰减影响规律的实验及理论验证

波诱导的孔隙流体流动是造成地震波速度频散与衰减的重要机制, 其中孔隙流体性质(尤其是黏度)是影响速度频散变化特征的关键因素之一.为了研究孔隙流体黏度对速度频散的影响, 本文在饱和不同黏度流体条件下对2块低孔隙度砂岩和3块中孔隙度砂岩样品进行了低频应力-应变岩石物理测试, 获得了岩石样品1~3 kHz的杨氏模量、泊松比和衰减曲线.实验结果发现: 两种砂岩样品都表现出随着有效压力增加, 杨氏模量增加, 频散程度减弱的特征; 同时随着流体黏度增大, 频散梯度增大, 特征频率向较低频率移动.为了更好地解释不同流体黏度条件下的实验数据, 本文采用现有经典岩石物理频散模型对实测速度频散进行了描述.研究结果表明, 经典的Gurevich喷射流模型、Biot模型、White模型、Gassmann方程和BISQ模型在数值上和趋势上均难以定量刻画实测低频数据, 其预测结果存在明显的特征频率且中间过渡频段较小, 而实测速度则随频率的增大呈缓慢递增趋势, 且具有较宽的中间过渡频段.对于中孔隙度砂岩样品, 考虑Biot宏观流作用、软孔与软孔以及软孔与硬孔喷射流效应的扩展Gurevich喷射流模型能够给出与实验数据较为吻合的预测结果; 对于低孔隙度砂岩, 扩展Gurevich喷射流模型的预测结果也能在趋势上与实验数据保持一致.实验数据和理论模型共同指出归一化参数E(f)/E(1 Hz)具有提高储层流体预测与流体识别精度的潜力和重要意义.

     

流体检测频变特征分析:以物理模型数据为例(英文)

Chapman多尺度岩石物理模型研究认为,不同流体类型饱和的地震响应特征表现为不同的频率变化特征。第一类AVO类型的储层含气地震响应,频谱能量向高频移动形成"高频亮点",第三类AVO类型的储层含油气后的地震响应特征为"低频阴影"。本文以物理模型数据为例,通过频变地震响应特征分析,验证了Chapman第一类AVO响应的"高频亮点"的结果。以实际地质参数为背景,设计砂泥岩薄互层物理模型,分别进行固定炮检距和二维观测得到含不同类型流体的地震数据,采用谱分解技术分析了薄互层物理模型在含气、含水和含油时的频变地震响应特征。物理模型数据处理与分析结果表明,控制地震响应频谱特征的主要机制包括反射波调谐效应和与流体相关的衰减或频散特征。其次,通过对地震数据频变特征分析,可以将第一类AVO储层含气后的频变异常与含水或含油区分开。物理模型实例数据分析证实了不同流体充填后所产生的频谱响应特征异常,因此,通过对实际地震数据的细致分析,可以得到流体类型变化引起的频谱特征异常,实现利用地震数据进行流体检测。     

低频条件下饱和流体砂岩的衰减研究

通过改变流体的粘滞系数研究饱和流体砂岩的衰减及模量色散，探讨衰减与激发频率、共振振幅的关系，比较砂岩中不同饱和流体时衰减的变化．并采用滞弹性固体三参数模型和cole-cole分布来解释所观测到的实验现象．      

Joint elastic‐electrical effective medium models of reservoir sandstones

Improvements in the joint inversion of seismic and marine controlled source electromagnetic data sets will require better constrained models of the joint elastic‐electrical properties of reservoir rocks. Various effective medium models were compared to a novel laboratory data set of elastic velocity and electrical resistivity (obtained on 67 reservoir sandstone samples saturated with 35 g/l brine at a differential pressure of 8 MPa) with mixed results. Hence, we developed a new three‐phase effective medium model for sandstones with pore‐filling clay minerals based on the combined self‐consistent approximation and differential effective medium model. We found that using a critical porosity of 0.5 and an aspect ratio of 1 for all three components, the proposed model gave accurate model predictions of the observed magnitudes of P‐wave velocity and electrical resistivity and of the divergent trends of clean and clay‐rich sandstones at higher porosities. Using only a few well‐constrained input parameters, the new model offers a practical way to predict in situ porosity and clay content in brine saturated sandstones from co‐located P‐wave velocity and electrical resistivity data sets.     

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.     

Laboratory measurement of hydrodynamic saline dispersion within a micro-fracture network induced in granite

We report the first measurements of hydrodynamic dispersion in a microfractured granite using a combination of novel techniques. A fracture network was induced in a cylindrical plug of Ailsa Craig micro-granite by thermal stressing, to produce an isotropic network of fractures with an average aperture of  0.3 μm, a density of approximately 4 × 10⁴ fractures/mm³ and a permeability of 5.5 × 10^− 17 m². After saturating the cores with 0.01 M NaCl solution a step in the concentration profile to 1 M was advected into the plug at flow rates of 0.07 to 2.13 cm³ h^− 1. The longitudinal electrical impedance of the plug was measured continuously as the solute front advected through its length until the plug was saturated with the concentrated electrolyte. Analysis of the impedance versus time relationships allows the derivation of the longitudinal dispersion coefficient, D_L, and hydrodynamic retardation, R_H. The Peclet number–dispersion relationship for the micro-fracture network is very similar to that predicted for other, radically different, fracture networks. Thus dispersion may be more dependent on fracture connectivity and length than fracture density and display a relationship similar to that shown by particle beds and clastic sandstones. The high retardation values observed (2.2–4.9) reflect flow behaviour within a fracture network with a proportion of ‘blind’ sections, and demonstrates how such networks can slow the advance of conservative solute components.     

The influence factors of NMR logging porosity in complex fluid reservoir

Porosity is a basic parameter for evaluating reservoir,and NMR logging is an effective method to obtain the porosity. However,we have often found that there exist significant differences between NMR po-rosities and formation core porosities in the complex reservoir. In this paper,we list the factors which affect the NMR porosity response in the complex reservoir,such as longitudinal relaxation time (T1),transverse relaxation time (T2),hydrogen index (HI) and borehole environment. We show how these factors affect the NMR porosity response and suggest methods to correct them. This should improve the accuracy of NMR logging porosity in complex reservoirs for the terrestrial formation.     

适用于更广渗透率范围含泥质砂岩的广义粘弹性BISQ模型

To simultaneously take into account the Biot-flow mechanism, the squirt-flow mechanism, and the frame-viscoelasticity mechanism, a generalized viscoelastic BISQ （Biot/squirt） model is developed for wave propagation in clay-bearing sandstones based on Dvorkin＇s elastic BISQ model. The present model is extended to a wide range of permeabilities （k 〉 0.05 mD） by introducing a dimensionless correction factor for viscoelastic parameters, defined as a function of the permeability and the clay content. We describe the frame＇s stress-strain relationship of the clay-bearing sandstones by the differential constitutive equations of generalized viscoelasticity and then derive the viscoelastic-wave dynamic equations. With the assumption of a plane-wave solution, we finally yield the phase velocities and the attenuation coefficients by solving the dynamic wave equations in the frequency and wave number domain. The comparison of numerical results and experimental data shows that the generalized viscoelastic BISQ model is applicable for modeling the wave propagation in most of the sandstones mainly bearing kaolinite clay.     

利用背景噪声研究紫坪铺水库水位加卸载对库区地下介质波速的影响

基于2005年1月1日~2008年1月1日紫坪铺台网及YZP台连续波形资料,利用噪声互相关技术研究了紫坪铺水库区域在蓄水、泄水过程中库区介质的变化特征,同时对可能的渗透过程进行了讨论。使用移动窗口互谱方法计算了库区台站对之间的相对波速变化。结果表明,在紫坪铺水库的3次大规模蓄水及2次泄水过程中,地下介质相对波速变化与水位变化之间存在较为明显的相关性,且在时间上有一定延迟,其可能与水的渗透有关。分析认为蓄水对浅层介质产生的作用最快,影响最大,波速的变化是蓄水产生的压力及渗透共同作用的结果。在第1次蓄水时,压力起主要作用,后2次蓄水时,渗透起主要作用,且渗透作用已影响至深达8km左右的断层。     

基于面波频散曲线聚类分析的近地表横波速度反演

获取准确的近地表横波速度对复杂地表条件下弹性波地震数据处理和成像非常重要.在浅层面波工程勘探中通过反演提取的频散曲线可以获得近地表横波速度结构.在多道面波频散曲线分析中, 频散关系拾取的精度直接影响速度反演结果的可靠性.本文在多道面波叠加及自动拾取频散曲线基础上, 提出了基于面波频散曲线聚类分析的近地表横波速度反演方法.该方法充分考虑了低信噪比条件下面波频散曲线的不确定性, 通过在频散曲线拾取中引入曼哈顿距离K-Means聚类算法提高频散曲线拾取的准确性.采用多道多窗口叠加技术提高了面波反演对横向速度变化的适应性, 通过聚类算法和多窗口叠加提高反演的可靠性, 聚类算法获得较准确的频散曲线更利于后续横波速度反演过程.模拟数据算例对比表明本文提出的方法比常规算法效果更好, 精度更高.将提出的方法应用于工程勘探和油气勘探的面波数据反演中, 结果也验证了该方法的有效性.

     

新丰江水库中上地壳P波三维速度结构特征及库水的渗透影响

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月-2014年7月新丰江水库地区地震序列的震源位置及中上地壳P波三维速度结构模型,并进一步研究库区序列分布及速度结构特征.结果显示：库区中上地壳不同深度P波速度存在显著横向不均匀性,浅部库区速度高于周缘,在5~10 km上地壳从库坝下游白田至库尾锡场NW方向存在高速异常体以及2个低速间断区域,低速间断区分别位于人字石断裂与南山-坳头断裂交汇处以及1962年6.1级地震震源区,库水可能沿低速间断区的人字石断裂、石角-新港-白田断裂下渗至13~14 km的地壳.在10~14 km地壳以NE走向的大坪-岩前断裂为界,NW侧为最高速度6.2 km·s^-1的高速区域,SE侧从库区中部回龙至库坝下游白田为显著低速异常区域,是可能的库水渗透影响区域,亦是库区中强地震集中区.库区地震多发生在高速体内部、高低速过渡带或低速的渗水通道两侧.

     

横向黏度变化的全地幔对流应力场初步研究

将地幔地震波速度异常转换为地幔横向黏度变化(达到3个数量级),在球坐标系下计算了瑞雷数为106、上边界为刚性、下边界为应力自由等温边界条件下的岩石层底部的地幔对流极型和环型应力场.结果表明,地幔对流极型应力场与地表大尺度构造具有良好的对应关系:俯冲带和碰撞带的应力呈现挤压状态,而洋中脊处的应力则呈现拉张状态.地幔对流环...