岩石物理作业2013

1、经过了岩石物理这门课程的学习，颠覆了我以前认为的岩石物理的概念，以前幼稚的认为岩石物理不就是密度，速度，孔隙度之类的，测出来就完了这么个简单的事情，上完了整个课程，那么多的公式浮现在眼前，觉得这事情绝非那么简单，只是因为自己不懂而已，同时也对这门课程产生了浓厚的兴趣。同时，本科的时候我的毕业设计是AVO在某地区的应用，也是和岩石的物性有很大的关系，现在，本文就课上的学习以及网上的资料就AVO技术与岩石物理参数之间的一些细节进行小小的拓宽。油气藏地球物理预测的基本问题之一是识别或预测储层的含流体性质。若能正确应用地球物理资料进行双相介质中气-水、油-水识别或含油气地层和围岩的区分，则可减少钻探到

2、水井、干井的风险。在利用地球物理和/或岩石物理资料进行流体识别的过程中，目前较普遍地使用了双相介质 Gassmann 流体替换方程(ussell,2003)。近几年来, 以 Gassmann 方程为代表的岩石物理理论研究方面有很大的进展。利用岩石物理技术研究的成果, 可以提供各种对储层识别及含油气性分析的敏感岩石物理参数, 有效指导储层识别和预测。建立在岩石物理理论基础上的正演模拟是全面认识地震波在储层中的传播特点、 帮助划分储层类型并用于烃类检测的有效手段。AVO 的理论研究与实践表明, AVO 增加现象对改善碳氢检测能力有一定的作用。由于AVO技术需要用到流体替代（例如HRS软件），而流体

3、替代里面有个重要的方程就是Gassmann 方程，那么我就围绕着这点做一次学习和探讨。1. AVO 分析原理AVO 是 Ampilitude Versus Offset 的英文字头缩写，它研究地震波振幅随炮检距变化的特征，进而分析、预测地下介质的物性、岩性分布和油气储层的横向变化，并对含气层特别敏感，是利用有炮检距地震记录进行地震反演的主要方法之一.AVO 的方法类别多，发展较快，应用面越来越广。它的最经典也最简单的公式为：式中 P 为纵波反射系数，是真正的地震自激自收记录。图 3.9 是实际 P 剖面和地震纵波叠加剖面的对比。二者的相似性，可用来检验 AVO 处理的正确性。G 为梯度项系数，

4、反映振幅随偏移距（或入射角）的变化率AVO 反演分为叠前和叠后反演两种。叠前 AVO 处理可以获得真正意义上的垂直入射反射波地震记录，即 P 属性。叠后波阻抗反演是对 AVO 处理所获得的P 属性剖面进行反演，以获得纵波阻抗数据等。利用叠前 AVO 反演可获得纵波阻抗、横波速度和密度等基本参数，并进而发展出基于统计分析的地震孔隙度多参数反演方法2. 流体替代所谓流体替换是在保持孔隙度和岩石骨架性质不变情况下，已知含流体 1 的岩石属性，求含流体2的岩石属性。利用 Gassmann 方程, 通过改变孔隙流体的模量和密度, 可以计算出不同孔隙度下不同流体充填时岩石的模量和密度,进而计算地震响应,

5、这就是流体替换技术。流体替代模型可以计算流体饱和度岩石的弹性参数, 建立岩石流体性质和地震响应特征联系,这是进行AVO 分析和流体预测的基础。3. Gassmann 理论含流体双相介质的油气识别是当前油气储层预测的关键问题，其中，孔隙和孔隙流体是储层研究的重要内容，而 Gassmann 流体方程(Gassmann，1951，ussell, 2003)在流体识别过程中起着基础性作用。以岩石压缩系数（体积模量的倒数）为参量的 Gassmann 方程中包括5个参数: 岩石矿物基质压缩系数、流体饱和岩石的等效压缩系数、干燥岩石或岩石骨架的压缩系数、岩石孔隙流体的压缩系数和岩石孔隙度。已知或合理估计出其

6、中的4个参数，可计算出剩余的那个参数。因此，当利用岩石物理或测井数据求得上述5个参数中的前4个参数时，就可计算岩石的孔隙度，我们称其为孔隙度反演。但这种反演只有理论意义，实际上，孔隙度数据也可利用岩石物理或测井数据直接得到。然而利用地震资料和其他相关数据来估计孔隙度时，则具有重要的应用价值，因为地震资料覆盖面广，并有较高的横向分辨率。我们称基于地震资料的孔隙度估算方法为地震孔隙度反演。目前，地震孔隙度反演方法主要有三类，第一类方法是根据孔隙度与地震波传播速度的关系，利用速度求孔隙度，例如利用 Wyllie公式（1956）和改进型Raymer公式（1980）等由地震纵波速度等参数，求取孔隙度。该

7、类方法的优点是计算方便，有时也有较好的精度。但 Geertsma（1961）等指出，Wyllie 公式未考虑岩石的体积形变，难以在复杂地质条件下应用。后来的研究表明，它们也不适用于含气砂岩孔隙度的预测（Domenic，1974；Russell，2003）；第二类方法是统计型反演方法。由于地震声学反演和弹性反演的结果与岩石孔隙度无直接联系，因此，在将反演结果转换成孔隙度时，主要利用了反演结果和孔隙度的统计关系，例如速度孔隙度交汇图以及密度、波阻抗、泊松比等参数和孔隙度的交汇图（Doyen，1988，Anderson，1996，Pramalik，2004）。该类方法目前应用较普遍，但要获得较好的效

8、果需要大量的地质、测井、岩石物理、地震多属性参数资料，并构建适当的地质模型；第三类方法是基于BiotGassmann方程的孔隙度计算方法,其中比较典型的是张应波(1994)提出的方法。该方法的优点是获得了计算孔隙度的解析式，有坚实的理论基础。缺点是需要预先提供的参数很多，除Gassmann方程中孔隙度以外的4个参数外，还要求提供应力、孔隙压力、流体黏滞系数和地震波的衰减系数等，太多的输入参数限制了该类方法的广泛应用。 含烃地层是由岩石矿物基质和孔隙流体组成的双相介质。在双相介质中，由于流体的存在，波动会引起固体和流体的运动，以及流体和固体的相互作用。Gassmann （1951）假定岩石处于一

9、个封闭系统，由矿物组成的岩石基质是均匀各向同性的，则干燥岩石（岩石骨架）和饱和流体岩石的有效弹性模量之间就具有唯一的对应关系，并导出了相应的关系式。上述公式就是著名的Gassmann方程，式中右边第一项为骨架体积模量，Ks为流体的体积模量，Kf为岩石基质的体积模量。上式还可以记为：其中KE 为饱和岩石的等效体积模量，KD为岩石骨架或者干燥岩石体积模量. 式中为流体体积变化与岩石体积变化之比，当孔隙压力为常数时。 又称为 Biot 系数，或 Biot Willis 系数。M 为地层模量，M 是在体积不变的情况下，使流体进入地层的压力。Gassmann 方程推导了孔隙岩层充满流体的弹性模量公式,

10、奠定了沉积岩的弹性特性和物性之间研究的基础。该方程是利用骨架特性来计算流体对地震特性的影响,利用固体基质、 骨架和孔隙流体的已知体积模量来计算孔隙流体饱和介质的体积模量,即式中: k 是以岩石模量为kf的流体所饱和的岩石的体积模量; kd是骨架的体积模量; km 是基质(颗粒)体积模量; 为孔隙度; u d 是岩石的骨架剪切模量;、 m 、f分别为流体饱和岩石的密度、 基质(颗粒)密度和孔隙流体的密度。纵横波速度分别为: 4.横波速度估算方法横波速度在弹性反演和地震孔隙度反演以及岩性识别等方面是不可或缺的。但是许多现有的测井资料中无横波测井数据。因此对横波速度进行估算是必要的。（1）横波速度计

11、算方法横波速度 Vs计算方法原则上分为两步，一是建立 Vp和 Vs之间的经验关系式；二是将饱水或饱空气（干燥）条件下的 Vp和 Vs之间的经验关系式，通过Gassmann 方程映射到饱烃条件下去应用（Avseth，2005）。根据上述关系式, 可以很方便地利用固体矿物成分和孔隙流体的已知模量来计算孔隙流体饱和介质的等效体积模量, 研究方法考虑了岩石骨架与流体间的差异运动。实际勘探中常常缺少横波测井资料,而横波速度是进行 AVO 分析必不可少的资料,因此应用 Gassmann 方程, 根据已知的纵波声波时差和密度数据, 结合孔隙度等测井解释资料, 可以实现岩石模量的预测, 进而求取横波速度,还可

12、以通过改变孔隙内流体的种类和组成, 计算得到含不同流体时的纵横波速度和密度信息, 为地震正反演提供基础数据。当储层为泥质砂岩时, 其岩石骨架密度可以通过加一校正项来实现:该方法的关键是骨架体积模量和剪切模量的求取。具体流程如下图所示：5. 小结我们需要注意的是：地震弹性反演与地震孔隙度反演关系密切，但各有特色。地震弹性反演包含纵、横波阻抗反演、纵、横波速度反演、泊松比和纵、横波速度比反演、密度反演以及弹性常数 、 的反演等。地震孔隙度反演则主要求取地层孔隙度。地震孔隙度反演的物理、地质依据（1）基于 Gassmann 方程的地震孔隙度反演的目的是求取储层的孔隙度。基本出发点是：在碳酸盐岩储层油

13、气预测中，经常遇到孔隙度对流体赋存性质起控制作用的情况，例如孔隙度过高，储层主要为含水层，孔隙度过低为干层，具有合适孔隙度范围的储层才是含烃地层。因此利用地震孔隙度反演结果，有助于直接评价和预测油气分布的有利区带。而一般的波阻抗反演或其他地震属性在流体识别时往往不如孔隙度反演敏感和直接；（2）基于 Gassmann 方程的地震孔隙度反演物理意义明确，适应性强；（3）相对于流体替换而言，地震弹性反演和地震孔隙度反演没有假设前提的严格限制，可适应储层的横向变化；（4）孔隙度与弹性参数一般存在良好的线形或非线形拟合关系，利用弹性参数做地震孔隙度反演可保持弹性参数反演的优点，同时又具有对油气分布有利区带直接预测的优势。6、 总结和结论(1)纵波速度、横波速度(或泊松比) 和密度是进行地震波反射特征正演研究的必备参数。在横波速度通常缺失的情况下,以岩石物理理论为基础,以测井资料和其他相关信息为依据, 进行横波速度估算是必要的也是可行的。 (2)借助岩石物理理论的研究, 通过流体替代模型正演和 AVO 反演相结合来识别孔隙流体类型。无论砂岩储层还是碳酸盐岩储层,AVO 技术都是一种能