超深层碳酸盐岩储层地震岩石物理特征和模型表征

揭示超深层碳酸盐岩储层的地震岩石物理响应机理可以为深储层测井数据解释、地球物理预测提供物理基础, 对于深层油气勘探开发、向地球深部进军都有重要意义.深层致密碳酸盐岩储层面临着高温高压、成岩作用显著、异常压力普遍等新的物理环境, 其岩石骨架、储集非均质、以及流体属性都将发生系统的变化.通过对塔里木盆地超深层(＞7000m)样品的弹性性质测量, 系统的研究了深层碳酸盐岩储层的压力效应和水饱和流体效应, 厘清了控制深层碳酸盐岩储层地震弹性性质的二元主控因素: 裂隙发育和流体类型.且这二者呈现明显的耦合关系, 裂隙越发育, 越有利于识别不同流体的弹性特征.深层碳酸盐岩样品整体显示弱VTI(垂直横向各向同性)各向异性特征(＜4%), 也反映了在微观尺度上, 水平裂隙相较于垂直裂隙对地震各向异性的影响更大.孔隙压力和气油比(GOR)对深层条件下油气流体的弹性响应也有较大影响: 油气流体的弹性模量随着气油比的增加呈现明显下降, 但随着孔隙压力的增加呈现升高趋势.在深储层地震岩石物理响应机理的基础上, 建立了表征深层碳酸盐岩储层二元主控因素的地震岩石物理模型, 该模型可以有效的刻画裂隙密度、流体类型对深层碳酸盐岩储层地震弹性特征的影响, 但用于实际饱和度的定量解释仍存在一定不确定性.

     

碳酸盐岩储层多角度弹性阻抗流体识别方法

碳酸盐岩储层的AVO响应要比碎屑岩储层响应微弱,因此,弹性阻抗（EI）即使在确定了最佳入射角的情况下,要判断碳酸盐岩储层中的流体性质,依然十分困难.本文提出了一种多角度扩展弹性阻抗（MEEI）反演进行碳酸盐岩储层流体识别方法.利用已有钻井的测井数据,通过计算目的层段的MEEI,建立相应的含流体模式,进而建立了碳酸盐岩储层流体检测中的有效气水判据.通过不同入射角下EEI随入射角变化的不同趋势,可以有效识别储层中含气或含水情况,判别储层好坏.本文方法的有效性在四川盆地某地区实际资料应用中取得了良好的流体检测效果.     

斜长角闪岩弹性和流变性质的高温高压实验研究

对来自浙江陈蔡地区的天然斜长角闪岩在高温高压下进行了弹性波速和流变性质的实验研究.波速实验发现, 细粒和中粒斜长角闪岩的纵波波速沿线理方向(X)的传播快于沿面理法向(Z)的传播;在800或600 MPa及550℃的高温高压条件下,细粒和中粒斜长角闪岩的波速各向异性仍较高, 分别约为7.83%和9.77%,其平均纵波波速约为6.77和6.64 km/s.在高准静水压力作用下,当温度升至750℃之后,不同方向上传播的岩石波速都开始大幅度下降. 高固定围压和低固定应变速率(500 MPa,1×10^-4/s) 的三轴流变实验发现, 细粒斜长角闪岩的变形随温度的升高经历了脆性破裂(<650℃)、半脆性破裂、碎裂流动直至塑性变形(>800℃)这样一个基本过程. 韧性变形域内流变强度随温度的增加而逐渐下降, 且在750~800℃间强度急剧下降. 对两类实验前、后的样品进行显微和探针分析, 认为脱水熔融是引起波速和强度在高压(静水压、围压)、750℃之后大幅下降的主要原因之一.     

高温高压实验弹性波速研究及其地球动力学意义

本文在收集，整理国内外有关高温高压实验岩石，矿物弹性波速研究资料的基础上，对高温高压实验弹性波速研究的目的，内容进行了概述，并对国内外这一领域研究的历史，现状及有关实验技术方法进行了综述，其中重点介绍了我国在高温高压岩石波速研究方面的进展及所取得的成就，并对高温高压弹性波速研究的地球动力学意义进行了讨论。     

橄榄石高温高压含水效应与光学性质实验研究

高温高压下橄榄石（多晶）含水效应实验表明,水不但可进入矿物孔隙,且能进入其晶格中。从而与原（干）样相比,橄榄石显示了特有的光学性质和红外吸收谱带,矿物比重也下降约０．０２。这些变化可能是上地幔低速层成因的构成因素。     

冀东陆壳岩石在高温高压下波速的实验研究

实验选取了冀东陆壳的上、中、下地壳主要岩石类型在高温高压条件下进行了波速测定.实验的最高温度约为600℃,压力达到700MPa.在压力600MPa 条件下测定的上地壳黑云母变粒岩的V_p 为6.00—6.06km/s;中地壳黑云母片麻岩的V_p 为6.75为km/s,斜长角闪岩的V_p 为6.92km/s(?)下地壳麻粒岩的V_p 增加到7.28km/s.波速的变化主要依赖于陆壳的化学组成和变质程度.冀东的上、中地壳化学组成比较接近,相当于中酸性,但变质相分属于绿片岩相和角闪岩相,它们在V_p 上的差异主要与岩石的变质程度有关.下地壳为中性(?)基性成分属麻粒岩相,V_p 的增大,特别是其下部的高V_p(7.5—7.6km/s),既依赖于变质程度,又依赖于化学组成.波速测定的实验支持了我们1988年提出的该区陆壳结构的岩石学模型.     

大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义——来自地幔岩高温高压实验的启示

在压力3GPa,温度1450～1600K,应变速率10-4～10-5s-1条件下,对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石（榴辉岩和方辉橄榄岩）的流变性质进行了实验研究,获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数,应力指数为3.4,活化能为480kJ/mol,活化体积为12cm3/mol.实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当,是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半.随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加,岩石的整体流变强度也不断增大.在实验研究基础上,计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度,以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化.研究表明,俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中;而快速俯冲的冷俯冲带,俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的,发生拆离的可能性不大.过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层.     

高温高压下矿物岩石电导率的实验研究进展

高温高压下矿物、岩石电性性质的实验研究是了解地球内部物质成分、演化过程及进行地球物理探测资料解释的有力工具.本文主要介绍了高温高压下电导率实验在如何保持良好绝缘性能,如何消除或减小极化效应及如何减小外界电信号对测量信号的干扰等方面的技术、方法,阐述了温度、压力、氧逸度、水含量以及熔体等因素对矿物、岩石电导率的影响以及一些主要的研究结果和进展情况,讨论了电性研究的地球物理和地质意义,并指出了尚需研究的不足之处.     

高温高压岩石三轴蠕变实验系统(固体传压介质)

本文介绍了一种用于高温高压岩石三轴蠕变实验的装置,并对其技术性能、实验精度、操作程序和可靠性等方面作了讨论.本文认为,这套实验系统为研究地壳高温高压条件下的岩石力学性质、流变性和地球动力学过程,提供了有力手段,使我们在探索地壳岩石变形规律中,能够考虑更多的因素.     

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标,本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案.首先针对代表不同孔隙结构类型的有限数目的碳酸盐岩样品获得其对应的高精度数字岩心数据体,为了获得更加可靠的具有地球物理含义的弹性性质随孔隙度变化的统计规律,我们通过子网格的技术,在有限数目的碳酸盐岩数字岩心数据体上获得了大量的数字岩心子网格样本,对于每个子网格样本可以分别获得其对应的数字岩心图像孔隙度、表征孔隙软硬程度的孔隙结构参数（γ）、以及基于有限元法模拟的弹性性质,由此基于数字岩心的研究思路,我们最终获得了基于孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化解释量版.与此同时,在地震尺度上通过叠前地震资料获取的纵横波及密度属性体后,基于如上获得的定量化解释量版,我们最终获得了针对碳酸盐岩储层的新的属性体——孔隙结构参数（γ）属性体,这使得在地震尺度上预测碳酸盐岩储层的孔隙结构类型成为可能,也使利用地震数据在孔隙结构参数表征与分类下的碳酸盐岩储层反演精度的提高成为可能.

     

高压下岩石弹性波速度几种测量方法的比较实验研究

在高压高温条件下测量岩石弹性波速是获得岩石在地球内部的各种力学和热力学数据的主要途径, 也是研究地球内部物质结构和组成的重要手段. 近年来, 用固体作为传压介质的高压高温岩石弹性波速测量方法发展较快, 然而目前各个实验室在高温高压条件下所测量出的岩石弹性波数据, 还没有进行过严格的对比. 为了对比各实验室的实验测量结果, 对3种测量方法进行了比较实验研究, 并与流体传压介质透射法的测量结果进行了对比. 实验表明, 3种测量方法在其适用压力范围内的测量结果都能相互对比. 其中Kern所使用的六面体样品脉冲透射法适用于压力温度较低的地壳类岩石样品的测量. 柱状样品脉冲反射-透射法在适用压力范围、加热温度和测量精度方面均有一定优势. 柱状样品脉冲透射法虽然在压力较低时测量精度较低, 但样品长度大, 组装简便, 适用于样品量大, 要求压力较高的实验. 因此在实际应用中, 后两种方法可进行相互校正和相互补充.     

新疆东准噶尔花岗岩类岩石高温高压弹性波速度及其对地壳结构的约束

应用超声波反射-透射法,在最高压力为1.0 GPa（室温）,最高温度为700℃（1.0 GPa）的条件下对新疆东准噶尔地区的卡拉麦里花岗岩带和野马泉岩体的典型花岗岩类岩石（碱长花岗岩、碱性花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和石英闪长岩）的纵波速度（VP）和横波速度（VS）进行了测量.结果显示,在常温、压力0.4~1.0 GPa条件下,东准噶尔地区花岗岩类岩石的VP和VS均随压力呈线性增加,说明在这个压力段岩石中的微裂隙已基本闭合.室温、1.0 GPa时花岗岩类岩石的VP是5.79~6.84 km·s-1,VS是3.26~3.85 km·s-1.依据压力与VP及压力与VS的线性关系,拟合得到常温常压下花岗岩类岩石的纵波和横波压力系数分别是0.1568~0.4078 km/（s·GPa）和0.0722~0.3271 km/（s·GPa）,VP0和VS0分别是5.62~6.47 km·s-1和3.15~3.75 km·s-1.恒压1.0 GPa、室温到700℃条件下,花岗岩类岩石的VP和VS均随温度的升高呈线性降低,温度系数分别为（-3.41~-4.96）×10-4 km/（s·℃）和（-0.88~-3.22）×10-4 km/（s·℃）.利用实验获得的花岗岩类岩石的VP0、VS0及温度系数和压力系数,结合东准噶尔地区的地热资料,建立了VP和VS随深度变化的剖面.将获得的VP和VS-深度剖面与该区地球物理探测结果对比,发现东准噶尔地区的碱长花岗岩、碱性花岗岩、二长花岗岩和部分花岗闪长岩的VP和VS与该区上地壳速度吻合很好,同时这几种岩石的平均泊松比也与上地壳泊松比一致,因此我们认为这几种类型的岩石是该区上地壳的重要组成部分.另外,石英闪长岩的VP和VS均符合中地壳的速度,可能为中地壳中的一种岩石.     

高温高压下辉石弹性及相变研究进展

辉石(pyroxene)是地壳中重要的造岩矿物,同时也是上地幔中除橄榄石以外含量最多的矿物,对其弹性及相变的研究有助于更好的理解壳幔的物质组成、地震波速异常及动力学过程等.高温高压实验和理论模拟计算是目前探测地球深部物质物性的两种最有效的间接方法,因此本文在介绍了辉石矿物学特征的基础上,从实验和计算两个方面论述了近十几年来国内外学者对辉石的弹性及相变的研究进展,然后探讨了辉石相变与上地幔X不连续面的关系,最后指出了目前的研究存在的问题以及未来的研究展望.     

塔北轮古东碳酸盐岩储层岩石物理响应特征

塔北轮古东地区奥陶系碳酸盐岩储层类型多,地震响应特征多样,纵横向变化大,埋藏深,储集空间复杂和控制因素多,不易有效进行酸盐岩储层预测.针对塔北轮古东碳酸盐岩储层预测难点,利用岩石物理分析、AVO模型正演、AVO属性反演和叠前联合反演等技术,开展了奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征研究,以便指导奥陶系碳酸盐岩储层预测.研究结果表明塔北轮古东奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征为:低纵、横波阻抗,低纵、横波速度比,低泊松比,低拉梅常数和剪切模量,低拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度.AVO属性碳氢指示、泊松比差及流体因子绝对值大.AVO模型正演显示随偏移距增大,含气合成道集振幅变小明显,频率降低,含油、含水合成道集振幅也变小,但不明显;而对于AVO属性P*G和流体因子,含油气后绝对值变大.     

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(上篇):图像处理与弹性模拟

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标.本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案,包括如下几个方面：（1）代表性碳酸盐岩储层样品获取;（2）CT扫描数字岩心数据体获取;（3）数字岩心数据的图像处理;（4）数字岩心数据的静态弹性模拟;（5）数字岩心子数据体的孔隙结构因子提取;（6）孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化量版建立;（7）数字岩心-井-地震联合的孔隙度属性提取;（8）孔隙结构因子的地震属性体获取.

本研究分为两篇系列文章上篇与下篇,上篇主要阐述如上提出的（1）-（4）方面,重点在于针对碳酸盐岩二值化图像处理的流程建立与验证,以及数字岩心静态弹性模拟的理论方面,这两方面是基于数字岩心获得精确的碳酸盐岩弹性性质模拟结果的关键所在;下篇主要阐述利用数字岩心数据获得孔隙结构因子的思路、理论与流程,以及为碳酸盐岩储层预测为目标而获得孔隙结构因子的地震属性体的实际应用方面.由于两篇文章共享数字岩心数据,同时所涉及的研究思路与流程形成一个有机整体,因此写成两篇系列文章而非两篇独立文章.本文为两篇系列文章的第一篇：上篇.

     

高温高压下上地幔岩石电导率实验研究

为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10^-1~10⁶Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV（±0.13）eV,激活体积为0.11（±0.92）cm³·mol^-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43）cm³·mol^-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性.

     

内蒙古东部早中生代壳幔过渡带──捕虏体岩石高温高压下弹性波速度实验证据

对内蒙古东部喀喇沁地区早中生代麻粒岩和镁铁质－超镁铁质堆晶岩捕虏体进行了高温高压下的纵波速度测定,结果表明,样品具有较高的纵波速度（６．５－７．４ ｋｍ／ｓ）,它们是早中生代壳幔过渡带的组成部分．结合前人的实验资料,建立了研究区早中生代陆壳波速结构剖面．与现今地壳及世界上不同构造环境下的典型地壳波速剖面进行对比,研究区与大陆伸展区的波速结构比较相近．研究结果为恢复华北中生代地壳结构提供了重要线索．     

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.

     

高温高压下上地幔岩石电导率实验研究

为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10^-1~10⁶Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV （±0.13） eV,激活体积为0.11（±0.92） cm³·mol^-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43） cm³·mol^-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性.