地震儲層學(xué)的基本內(nèi)涵及發(fā)展方向

衛(wèi)平生，雍學(xué)善，潘建國，高建虎，曲永強，桂金詠

（中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020）

地震儲層學(xué)的基本內(nèi)涵及發(fā)展方向

衛(wèi)平生，雍學(xué)善，潘建國，高建虎，曲永強，桂金詠

（中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020）

在分析總結(jié)儲層研究在不同階段的基本特點的基礎(chǔ)上，揭示其已經(jīng)步入地震與地質(zhì)有機結(jié)合的儲層表征階段，而地震儲層學(xué)正是基于此提出。從地震儲層學(xué)的目標(biāo)、理論、基礎(chǔ)、實驗、技術(shù)以及方法共6個方面深入剖析其內(nèi)涵，認(rèn)為雙相介質(zhì)理論是其基本理論，儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系分析是其核心任務(wù)，儲層地震實驗的突破是完成這一任務(wù)的關(guān)鍵。地震儲層學(xué)今后的發(fā)展方向是不僅要完善和創(chuàng)新雙相介質(zhì)理論，而且要在此基礎(chǔ)上直接針對儲層從不同地震波的發(fā)射和接收2個環(huán)節(jié)，以及地震波傳播的波動和射線2條主線進行正、反演結(jié)合，建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系，并結(jié)合儲層地質(zhì)研究，利用關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)儲層表征這一最終目標(biāo)。

地震儲層學(xué)；雙相介質(zhì)理論；定量關(guān)系；儲層地震實驗

0 引言

近年來地震儲層學(xué)在學(xué)科體系建設(shè)和實際應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展較快，得到了國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的關(guān)注，但也有學(xué)者提出了質(zhì)疑［1-4］。1993年我國明確了學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)，孫綿濤［5-6］、劉洪星等［7］和劉仲林［8］從不同側(cè)面發(fā)表了對學(xué)科的理解。總體上，一門獨立的學(xué)科應(yīng)具備3個基本組成要素，即獨立的研究內(nèi)容、規(guī)范的理論體系和成熟的研究方法，而且具有3種形態(tài)，分別為知識形態(tài)、活動形態(tài)與組織形態(tài)。知識形態(tài)是學(xué)科的核心，即整合與加工；活動形態(tài)是學(xué)科的基礎(chǔ)，即研究與創(chuàng)新；組織形態(tài)是學(xué)科的表現(xiàn)形式，即編撰與傳授。那么，地震儲層學(xué)是否具備了以上學(xué)科基本組成要素呢？筆者認(rèn)為有必要進一步對地震儲層學(xué)的基本內(nèi)涵進行深入討論，包括學(xué)科的目標(biāo)、理論、基礎(chǔ)、實驗、技術(shù)以及方法共6個方面，以便讀者能更深刻地理解學(xué)科的本質(zhì)，探討地震儲層學(xué)的發(fā)展方向，并明確學(xué)科的下一步攻關(guān)方向。

1 地震儲層學(xué)的發(fā)展歷史

1.1 傳統(tǒng)儲層地質(zhì)學(xué)的形成與發(fā)展（1859—1984年）

據(jù)文獻［9］報道，1859年，Edwin Drake在美國賓夕法尼亞鉆探了第一口工業(yè)油井，形成了“儲層”的初步概念；1966年，Jahns［10］最早用到“儲層描述”一詞；1971年，Garrels等［11］首次提出“儲層地質(zhì)學(xué)”的概念，自此，儲層地質(zhì)學(xué)正式登上歷史舞臺。20世紀(jì)70年代初期，“儲層地質(zhì)學(xué)”的研究方法被廣泛應(yīng)用，其中很多學(xué)者把它作為開發(fā)地質(zhì)學(xué)的一部分；20世紀(jì)80年代初期，在美國和加拿大石油地質(zhì)學(xué)家年會上，專門設(shè)有“儲層地質(zhì)學(xué)”分會，從會議所展示的成果來看，多數(shù)學(xué)者是從地質(zhì)角度討論儲層的特征。傳統(tǒng)的儲層地質(zhì)學(xué)偏重于地質(zhì)研究，即狹義的儲層地質(zhì)學(xué)，以儲層巖性、物性、孔隙類型與結(jié)構(gòu)、滲流等基本特征，以及儲層分布、成因、成巖作用等研究為主要任務(wù)，以各種地質(zhì)實驗分析技術(shù)來重建儲層古環(huán)境、沉積成巖史及孔隙演化史等。有關(guān)地球化學(xué)（含穩(wěn)定同位素、微量元素、流體包裹體、發(fā)光顯微光學(xué)及掃描電鏡的應(yīng)用）方面的研究在儲層地質(zhì)學(xué)中占據(jù)重要地位，因此，地質(zhì)實驗是傳統(tǒng)儲層地質(zhì)學(xué)的支柱。這種主要以地質(zhì)方法和實驗技術(shù)開展的儲層外部形態(tài)和內(nèi)部非均質(zhì)性研究，偏重于油田開發(fā)。

1.2 多學(xué)科的交叉、多技術(shù)的協(xié)同與儲層表征的出現(xiàn)（1985—2009年）

1985年，美國能源部研究院提出了“儲層表征”的概念，對儲層的研究進入表征與多技術(shù)應(yīng)用的階段。該階段在國內(nèi)涌現(xiàn)出的大量儲層地質(zhì)學(xué)專著中［12-15］，地震手段已經(jīng)成為儲層表征的重要部分。這一時期的主要特點是：以地質(zhì)資料研究為主，輔以地震、測井等資料和技術(shù)。多資料、多方法及多技術(shù)的協(xié)同使用，不僅極大地豐富了儲層描述的內(nèi)容和手段，也為儲層描述轉(zhuǎn)向三維空間定量化提供了條件，進而促成了儲層表征的出現(xiàn)。但由于該階段建立的儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的關(guān)系多為間接、定性或半定量關(guān)系，使得儲層表征的精度遠遠不夠。該階段儲層地震預(yù)測的大量使用不僅使儲層表征廣泛應(yīng)用于開發(fā)領(lǐng)域，而且其在勘探領(lǐng)域的作用也日益顯現(xiàn)。與此同時，大量與地震有關(guān)的交叉學(xué)科紛紛出現(xiàn)，如儲層地球物理學(xué)［16］、儲層地震學(xué)［17］、儲層地震地層學(xué)［18］以及地震沉積學(xué)［19］等。

1.3 地震、地質(zhì)的有機結(jié)合與地震儲層學(xué)的提出（2010年至今）

2010年，“地震儲層學(xué)”［2］的提出表示儲層研究進入了地震與地質(zhì)有機結(jié)合的階段，即直接表征儲層的階段。其實，早在1956年，當(dāng)雙相介質(zhì)理論［20-21］提出時，儲層研究就注定會朝這個方向發(fā)展。1997年，地震巖石物理學(xué)［22］的提出，表明學(xué)術(shù)界開始試圖建立地震與地質(zhì)之間的定量關(guān)系。地震模擬實驗的不斷完善使得對儲層的定量化表征成為可能。該階段以建立較為精確的儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系為特點，以巖石物理實驗和地震物理模擬為標(biāo)志，而且引入了雙相介質(zhì)地震波傳播理論。地震不再僅僅是輔助手段，而是儲層研究中不可或缺的組成部分。地震儲層學(xué)除了研究儲層的外部形態(tài)以外，還研究了不同溫度和壓力條件下巖性、孔隙度及孔隙流體等對巖石性質(zhì)的影響，分析了地震波的傳播規(guī)律，建立了巖性參數(shù)和物性參數(shù)分別與地震速度、密度等彈性參數(shù)之間的定量關(guān)系。因此，自地震儲層學(xué)提出之后，儲層研究迎來了一個地震與地質(zhì)有機結(jié)合的全新時代。

2 地震儲層學(xué)的基本內(nèi)涵

隨著地震儲層學(xué)時代的來臨，地震與地質(zhì)經(jīng)有機結(jié)合后建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系成為其核心任務(wù)，而儲層地震實驗的突破是完成這一任務(wù)的關(guān)鍵。儲層地質(zhì)是地震儲層學(xué)的基礎(chǔ)研究內(nèi)容，雙相介質(zhì)理論是地震儲層學(xué)應(yīng)遵循的基本理論，在完善和創(chuàng)新雙相介質(zhì)理論的基礎(chǔ)上，直接針對儲層從不同地震波的發(fā)射和接收2個環(huán)節(jié)，以及地震波傳播的波動和射線2條主線進行正、反演結(jié)合，建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系。因此，在儲層地質(zhì)和地球物理理論的指導(dǎo)下，基于儲層地震實驗，將地震與地質(zhì)有機結(jié)合，以研究儲層的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及所含流體在三維空間的特征和演化規(guī)律，從而實現(xiàn)儲層的表征與建模?；诖怂枷氲牡卣饍訉W(xué)的基本內(nèi)涵如圖1所示。

圖1 地震儲層學(xué)基本內(nèi)涵框架圖Fig.1 Frame diagram of thebasic contentof the seism ic reservoirology

2.1 學(xué)科目標(biāo)——儲層表征

儲層表征即儲層的定量化描述，包含了三部分內(nèi)容，分別為儲層的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及所含流體。儲層的外部形態(tài)即儲層的幾何形態(tài)，指的是儲層在空間分布上的外觀形體特征，包括三維空間上巖性和厚度的變化或延伸范圍；內(nèi)部結(jié)構(gòu)指的是儲層的非均質(zhì)性，包括巖性、孔隙度、滲透率及泥質(zhì)含量等表征儲層的參數(shù)；所含流體指儲層內(nèi)的油、氣和水，研究流體類型、飽和度及孔隙壓力等與流體有關(guān)的信息。

2.2 學(xué)科基本理論——雙相介質(zhì)理論

雙相介質(zhì)是指由固體骨架和流體共同組成的介質(zhì)。在雙相介質(zhì)中，由于流體的存在以及固體和流體的相互作用會減弱巖石的力學(xué)性質(zhì)，彈性波在雙相介質(zhì)中的傳播比在單相介質(zhì)中的傳播更具復(fù)雜性。雙相介質(zhì)理論充分考慮了介質(zhì)的巖石骨架結(jié)構(gòu)和孔隙流體性質(zhì)以及局部特性與整體效應(yīng)的關(guān)系，將地質(zhì)體表述為固體相和流體相的復(fù)合體，而且分別考慮了固體和流體以及二者相互耦合對地震波傳播的影響，可以直接用地震參數(shù)表達儲層物性（孔隙度和滲透率等）及所含流體（飽和度等）等特征，更加符合儲層的實際情況。所以，雙相介質(zhì)理論是現(xiàn)階段地震儲層學(xué)的基本理論。

雙相介質(zhì)理論源于Biot［20-21］建立的雙相介質(zhì)地震波方程，它奠定了雙相介質(zhì)地震波傳播的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，雙相介質(zhì)理論研究取得了較大的進展［23-28］，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①雙相介質(zhì)地震波場正演模擬研究。該項研究主要包括地震物理模擬和地震數(shù)值模擬，其中正演介質(zhì)由雙相各向同性介質(zhì)發(fā)展到雙相各向異性介質(zhì)，如雙相PTL介質(zhì)、雙相EDA介質(zhì)以及雙相PTL+EDA介質(zhì)。②雙相介質(zhì)孔隙流體流動機制研究。該項研究從宏觀和微觀角度出發(fā)，相繼提出了Biot機制、Squirt噴射機制、Biot-Squirt（BISQ）機制及改進BISQ機制（RBISQ）等多種孔隙流體流動機制。③雙相介質(zhì)地震波傳播特征影響因素分析研究。該項研究主要涉及骨架、固流耦合、滲透率、逆品質(zhì)因子、孔隙度和黏滯系數(shù)對波場衰減、模量及速度頻散的影響，且相繼推導(dǎo)了不同表達形式的彈性波動方程。④雙相介質(zhì)參數(shù)與儲層參數(shù)間的關(guān)系研究。該項研究提出了從雙相介質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)化為常用儲層參數(shù)的方法，在雙相介質(zhì)參數(shù)（A，N，Q，R，ρ11，ρ12，ρ22和φ）與常用儲層縱波速度（vp）、橫波速度（vs）、密度（ρ）、孔隙度（φ）、流體速度（vf）及流體密度（ρf）間建立了明確的關(guān)系式，并進行了初步的雙相介質(zhì)AVO反演研究。盡管雙相介質(zhì)理論更能真實地表征儲層，但由于其在研究過程中具有復(fù)雜性及較大的難度，因此目前在有些方面尚未進行深入研究。具體表現(xiàn)為：①理論模型的適用性問題。每種理論模型的提出都基于特定的地質(zhì)條件，因此其適應(yīng)范圍有待明確。②理論模型過于簡化的問題。雙相PTL介質(zhì)、EDA介質(zhì)以及雙相PTL+EDA介質(zhì)等都是簡單的水平或垂直地質(zhì)模型，對于傾斜、多節(jié)理、裂縫組合等較為復(fù)雜但更接近于儲層實際的雙相介質(zhì)理論有待深入研究。③雙相介質(zhì)正、反演精度及效率問題。雙相介質(zhì)的反演主要以正演為主，較少涉及反演，這就造成了基于波動理論的正、反演效率低下，數(shù)值頻散和人為邊界等問題突出，而且基于射線理論的正、反演精度也有待提高。④雙相介質(zhì)多波傳播問題。實驗室已經(jīng)驗證了慢縱波和橫波的分裂現(xiàn)象，但其形成機理及表象尚待進一步研究和觀測。

2.3 學(xué)科基礎(chǔ)——儲層地質(zhì)研究

儲層地質(zhì)研究是地震儲層學(xué)的基礎(chǔ)，不僅為地震實驗提供了儲層地質(zhì)模型，而且為儲層解譯提供了標(biāo)定模型。儲層地質(zhì)研究包括4個部分的內(nèi)容，分別為儲層形成地質(zhì)背景分析、儲層基本特征研究、儲層成因與分布規(guī)律分析以及儲層地質(zhì)模型建立（圖2）。儲層地質(zhì)研究以現(xiàn)代沉積和地表露頭解剖為指導(dǎo)，以鉆井、測井和地震資料為基礎(chǔ)開展研究工作。儲層的形成、分布及演化受沉積盆地地質(zhì)演化過程的控制。研究儲層形成的地質(zhì)背景，即從成因角度上認(rèn)識儲層的形成與分布是儲層研究的基礎(chǔ)內(nèi)容，把握儲層的宏觀特征對儲層表征具有指導(dǎo)意義。儲層的基本特征研究是儲層地質(zhì)研究的主要內(nèi)容，包括儲層的巖性、幾何形態(tài)、物性和流體等特征。對儲層和成藏主控因素進行分析就是要確定研究區(qū)儲層表征的主要內(nèi)容。

圖2 地震儲層學(xué)儲層地質(zhì)研究內(nèi)容Fig.2 The study contentof the seism ic reservoirology

2.4 學(xué)科實驗——儲層地震實驗

地震儲層學(xué)的核心是建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系。儲層地震實驗是搭建地震與儲層之間的橋梁，它以不同的測試方式，從不同的角度建立起地震與儲層信息間的定量關(guān)系（圖3）。儲層地震實驗包括地震巖石物理、地震物理模擬和地震數(shù)值模擬共3種實驗手段或?qū)嶒灧椒?，貫穿了地震?shù)據(jù)采集、處理和解釋的全過程，可以為新技術(shù)、新方法提供試驗數(shù)據(jù)，可以用于野外地震觀測系統(tǒng)的設(shè)計和評估，可以檢驗處理方法和解釋結(jié)果的正確性。因此，儲層地震實驗是地震儲層學(xué)理論和技術(shù)創(chuàng)新的源泉。

2.4.1 地震物理模擬實驗

圖3 儲層地震實驗研究框圖Fig.3 Block diagram of the reservoir seism ic experiment

地震物理模擬是一種利用物理模型來等效實際地質(zhì)體，以進行地震波傳播特征研究的實驗方法。據(jù)文獻［29］報道，用物理模型研究地震波傳播特征可以追溯到20世紀(jì)20年代Terada等人的樹脂模型，而French等人在1974年的三維數(shù)據(jù)成像實驗則直接證明了物理模型數(shù)據(jù)的價值。

目前，對于地震物理模擬實驗的研究［29-31］主要有以下幾個方面：①模型制作工藝方面。材料由單一樹脂發(fā)展到石蠟、硅橡膠以及各種聚乙烯、高分子聚合物等，材料的速度穩(wěn)定性與速度范圍、對超聲波的吸收特性以及材料間的相容性都有了質(zhì)的提高。②實驗設(shè)計方面。高性能實驗儀器的研制使得地震物理模擬已由二維觀測發(fā)展到三維觀測，且先后設(shè)計了單相固體介質(zhì)地震物理模擬、地表起伏地震物理模擬、孔洞儲層地震物理模擬以及井間地震物理模擬等地震物理模擬實驗。③實際應(yīng)用方面。該方面主要涉及利用地震物理模擬實驗來設(shè)計地震激發(fā)和采集施工方案并驗證實施效果，而且模擬復(fù)雜地震現(xiàn)象以供地震精細(xì)解釋參考，以及為新理論與新技術(shù)提供佐證等。

在地震物理模擬實驗服務(wù)于儲層表征的同時，仍需特別注意以下問題：①物理模型尺寸過小，相似比低，致使模型向原體轉(zhuǎn)化過程中的誤差較大；②面向海洋觀測的地震物理模擬系統(tǒng)不能滿足陸地采集的需求；③常溫、常壓下的物理模擬環(huán)境與實際儲層高溫、高壓的埋藏環(huán)境不相符合；④模型過于簡單，常規(guī)單一層位和構(gòu)造的物理模型不能體現(xiàn)出實際儲層在地質(zhì)構(gòu)造方面的復(fù)雜性及介質(zhì)的雙相性；⑤多波地震物理模擬實驗尚處于初級階段，多波模型的制作、多波震源的激發(fā)以及多波數(shù)據(jù)的采集尚待進一步設(shè)計。

2.4.2 地震數(shù)值模擬實驗

地震數(shù)值模擬是在假定地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)介質(zhì)參數(shù)為已知的情況下，模擬研究地震波在地下的傳播規(guī)律，并計算在地面或地下各種觀測點所觀測到的數(shù)值地震記錄的一種地震實驗方法［32］。地震數(shù)值模擬同地震物理模擬一樣，在地震儲層學(xué)中不僅可以進行雙相介質(zhì)地震波場正演模擬研究，而且也是雙相介質(zhì)地震反演的基礎(chǔ)。

地震數(shù)值模擬方法主要以射線理論和波動方程理論為基礎(chǔ)。射線理論考慮更多的是地震波傳播的運動學(xué)特征，計算速度較快，而且以模擬儲層構(gòu)造信息為主。與射線理論相比，波動方程理論還考慮到了地震波的動力學(xué)特征，能夠模擬更加復(fù)雜的儲層環(huán)境，包括豐富的巖性和流體信息［33］。目前國內(nèi)外有關(guān)數(shù)值模擬技術(shù)方面的研究成果［26，34-36］主要集中在3個方面：①以提高數(shù)值模擬技術(shù)的運算速度和模擬精度為主要目標(biāo)的新技術(shù)、新方法研究。該研究先后提出了射線追蹤、克?；舴蚍e分、有限元、有限差分、偽譜以及區(qū)域分裂等正演模擬算法。②以提高復(fù)雜介質(zhì)地震波傳播規(guī)律的認(rèn)知水平為主要目標(biāo)的復(fù)雜介質(zhì)模擬研究。該研究先后對均勻介質(zhì)、層狀介質(zhì)、黏彈性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)和雙相介質(zhì)等進行了波場數(shù)值模擬。③以應(yīng)用為主要目標(biāo)的應(yīng)用實例分析研究。該研究涉及地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、合成記錄制作、精細(xì)構(gòu)造解釋、地震資料處理以及特殊地質(zhì)體的識別等。

隨著地震波傳播理論和計算機技術(shù)的發(fā)展，地震數(shù)值模擬技術(shù)也越來越受到重視，但隨之而來的問題也逐漸顯現(xiàn)：①雙相介質(zhì)數(shù)值模擬問題。由于算法效率與精度達不到要求，目前地震數(shù)值模擬實驗主要集中在對層狀構(gòu)造二維單相或等效介質(zhì)的地震波傳播的數(shù)值模擬，對于雙相介質(zhì)的三維地震波傳播數(shù)值模擬較少涉及。②多波數(shù)值模擬問題。多波地震較傳統(tǒng)縱波地震攜帶有更為豐富的流體、孔隙等儲層信息，而現(xiàn)有的地震數(shù)值模擬實驗較少涉及多波情況。如何激發(fā)和接收多波地震以及如何定量認(rèn)識多波現(xiàn)象與油氣儲層的關(guān)系都離不開數(shù)值模擬實驗的支撐。③AVO數(shù)值模擬問題。由于缺乏對雙相介質(zhì)AVO現(xiàn)象的高精度數(shù)值模擬及影響因素分析，所以嚴(yán)重制約著雙相介質(zhì)AVO反演方法與技術(shù)的發(fā)展。

2.4.3 地震巖石物理實驗

地震巖石物理實驗除了研究巖石的基本特性之外，還通過研究不同溫度和壓力條件下巖性、孔隙度及流體等對巖石性質(zhì)的影響，以分析地震波傳播規(guī)律，從而建立儲層參數(shù)與彈性參數(shù)間的關(guān)系，這是認(rèn)識地質(zhì)體物理性質(zhì)的直接手段［37-39］。

作為儲層參數(shù)與巖石介質(zhì)參數(shù)的橋梁，地震巖石物理實驗為地震勘探技術(shù)的發(fā)展及地震數(shù)據(jù)的定量解釋提供了堅實的基礎(chǔ)。近數(shù)十年來國內(nèi)外在地震巖石物理實驗方面取得了顯著的成果［38，40-41］，主要體現(xiàn)在：①巖石及流體性質(zhì)測定。通過逐步建立地層巖性、孔隙度、圍壓和孔隙壓力、孔隙流體類型和飽和度、各向異性和裂縫、溫度、頻率等與巖石及流體的縱波速度、橫波速度和密度間的關(guān)系，服務(wù)于敏感參數(shù)優(yōu)選、流體替代、橫波速度及密度參數(shù)估算等疊前地震反演相關(guān)領(lǐng)域。②巖石物理量版的制作。相繼提出了Gassmann，Hashin-Shtrikman及Xu-White等多種等效介質(zhì)模型巖石物理量版的制作方法。通過量版建立了含氣飽和度、孔隙度等儲層參數(shù)與等效介質(zhì)彈性參數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)了儲層參數(shù)的半定量化預(yù)測。③衰減及頻散測試。該測試服務(wù)于利用地震波衰減與頻散特征進行氣藏識別的相關(guān)研究領(lǐng)域。

鑒于地震巖石物理實驗的重要性，我國相繼成立了多個巖石物理實驗室，研究的力度也在不斷加大，其中在基于巖石物理模型的儲層描述技術(shù)研究，特別是在針對我國中、低孔滲天然氣藏的巖石物理模型基礎(chǔ)研究及識別技術(shù)等方面取得了一定的進展，但有些問題仍待解決：①理論及模型的適應(yīng)性問題。由于地質(zhì)情況復(fù)雜且區(qū)域變化各異，物理實驗得到的經(jīng)驗公式適用性較差。②尺度問題。地質(zhì)、地震、測井與超聲波實驗室?guī)r心測試等資料除了在測量手段上存在差異外，測量頻段和尺度也不同，內(nèi)在聯(lián)系尚不清楚。③目前地震巖石物理實驗主要側(cè)重于巖石本身的物理性質(zhì)，特別是力學(xué)性質(zhì)，對于巖石含流體后的地震特征缺少更深入的實驗研究。④直接測量的巖石參數(shù)種類有限。以等效介質(zhì)縱波和橫波速度、密度及彈性模量等為主，對于更加接近于真實地層的雙相介質(zhì)參數(shù)（A，N，Q，R，ρ11，ρ12，ρ22和φ）的獲取主要靠理論公式的轉(zhuǎn)化計算，高精度雙相介質(zhì)參數(shù)的直接測量尚待開展。

2.5 學(xué)科技術(shù)——信息提取、信息解譯及儲層建模

地震儲層信息提取技術(shù)、信息解譯技術(shù)以及建模技術(shù)是地震儲層學(xué)的3類關(guān)鍵技術(shù)。其中，地震儲層信息提取技術(shù)是基礎(chǔ)，主要實現(xiàn)波場特征向地震彈性參數(shù)的傳遞；地震儲層信息解譯技術(shù)是關(guān)鍵，主要實現(xiàn)地震彈性參數(shù)與儲層參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換；地震儲層建模技術(shù)是最終體現(xiàn)，主要實現(xiàn)儲層在三維空間的精細(xì)表征。

2.5.1 地震儲層信息提取技術(shù)

地震儲層信息提取技術(shù)在地震儲層學(xué)中的主要作用是從三維地震資料中提取與儲層相關(guān)的有效信息［2，42-43］，目前主要包括：①測井分析技術(shù)。該類技術(shù)的作用在于將儲層地震實驗成果由巖心樣點擴展到縱向連續(xù)線，并作為先驗信息與地震資料相結(jié)合，將儲層地震實驗成果擴展到整個三維空間。②地震正、反演技術(shù)。該類技術(shù)包括基于射線理論與波動理論的疊前、疊后地震正、反演技術(shù)，能有效建立起地震資料與儲層參數(shù)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。③地震屬性類預(yù)測技術(shù)。該類技術(shù)利用振幅、頻率、吸收、相位以及相干等多種屬性，直接從三維地震數(shù)據(jù)中拾取隱藏的巖性、儲層物性和流體信息。

地震儲層信息提取技術(shù)源于單相或等效介質(zhì)理論，較為成熟而且已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用效果，但是對于更加接近于實際儲層的雙相介質(zhì)，該類技術(shù)仍有待發(fā)展。

2.5.2 地震儲層信息解譯技術(shù)

地震儲層信息解譯技術(shù)在地震儲層學(xué)中的主要作用是將從儲層地震實驗結(jié)果、儲層信息提取技術(shù)獲得的信息與地質(zhì)信息相結(jié)合，然后進行儲層的定量化解譯［38，44-45］，目前主要包括：①巖石物理量版技術(shù)。該類技術(shù)是綜合利用地質(zhì)、測井和地震參數(shù)反演數(shù)據(jù)，基于巖石物理模型，將地震參數(shù)與儲層參數(shù)間的定量關(guān)系以量版形式呈現(xiàn)的技術(shù)，可以快速地將地震信息轉(zhuǎn)化為儲層信息。隨著技術(shù)的進步及勘探程度的不斷深入，巖石物理量版技術(shù)也得以發(fā)展，進行交會的參數(shù)由橫波阻抗、縱波阻抗及縱橫波速度比等不斷擴展為彈性阻抗和流體因子等。②儲層參數(shù)反演技術(shù)。該類技術(shù)是利用地震參數(shù)進行儲層參數(shù)定量反演預(yù)測的技術(shù)，按照實現(xiàn)方式可分為確定性反演技術(shù)與隨機統(tǒng)計反演技術(shù)兩大類，實現(xiàn)的手段有經(jīng)驗轉(zhuǎn)化關(guān)系式、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演以及統(tǒng)計巖石物理反演等。

目前，地震儲層信息解譯技術(shù)最大的問題在于單相技術(shù)較多，信息解譯精度與效率無法兼顧，導(dǎo)致應(yīng)用效果各異，未能形成一套完整的地震儲層解譯技術(shù)鏈，而且地震資料與地質(zhì)資料結(jié)合不緊密，使得儲層信息的解譯多解性強。

2.5.3 地震儲層建模技術(shù)

地震儲層建模技術(shù)在地震儲層學(xué)中的主要作用是利用地震儲層信息解譯的成果，建立儲層幾何形態(tài)、非均質(zhì)性和流體的三維空間分布模型，實現(xiàn)儲層的定量表征。目前主要有確定性建模與隨機建模兩大類技術(shù)［46-48］，其中確定性建模是對井間未知區(qū)域給出確定性的預(yù)測結(jié)果，即從已知井點推測出井間確定性的儲層參數(shù)，主要方法有儲層沉積學(xué)、儲層地震學(xué)以及井間參數(shù)插值方法，如反距離平方法、克里格法以及一些數(shù)學(xué)和地質(zhì)方法；隨機建模是指以已知的信息為基礎(chǔ)，以隨機函數(shù)為理論，應(yīng)用隨機模擬方法產(chǎn)生可選的、等概率的儲層模型，主要方法有布爾模擬、示性點過程模擬、鑲嵌過程模擬、截斷高斯模擬、序貫指示模擬和馬爾可夫-貝葉斯指示模擬等。

地震儲層建模技術(shù)是定量表征儲層幾何形態(tài)、非均質(zhì)性和流體三維空間分布的有效手段。目前，儲層建模技術(shù)無論是確定性還是隨機建模技術(shù)，其本征假設(shè)條件相對簡單，特別是在基于兩點統(tǒng)計的變差函數(shù)建模中，區(qū)域化地質(zhì)變量只與矢量距離有關(guān)而與空間位置無關(guān)，這難以與雙相介質(zhì)非均質(zhì)性的現(xiàn)實相適應(yīng)，而成為制約地震儲層學(xué)儲層定量表征的重要技術(shù)瓶頸。

2.6 學(xué)科方法——“四步法”

“四步法”是地震儲層學(xué)研究的基本步驟與方法，包括儲層地質(zhì)研究、儲層地震實驗及技術(shù)方法研究、儲層地震地質(zhì)解譯及表征、儲層綜合評價與建模，其研究內(nèi)容與成果標(biāo)志如圖4所示。作為一門學(xué)科的方法體系，“四步法”涵蓋了上述3類關(guān)鍵技術(shù)，其中地震儲層信息提取技術(shù)對應(yīng)于“四步法”的第二步，地震儲層信息解譯技術(shù)對應(yīng)于“四步法”的第三步，而儲層建模技術(shù)對應(yīng)于“四步法”的第四步。同時，“四步法”體系也反映了地震儲層學(xué)的基本內(nèi)涵，第一步是學(xué)科的基礎(chǔ)，第二步是學(xué)科中建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間定量關(guān)系的關(guān)鍵，第四步是學(xué)科的最終目標(biāo)。因此，4個步驟的相輔相成構(gòu)成了地震儲層學(xué)的基本方法體系。

圖4 地震儲層學(xué)“四步法”及成果標(biāo)志Fig.4“Four steps”and achievem entsof the seism ic reservoirology

3 地震儲層學(xué)的發(fā)展方向

3.1 雙相介質(zhì)理論

地震儲層學(xué)研究中雙相介質(zhì)理論的發(fā)展主要分為理論創(chuàng)新與實用化2個方面，二者相互結(jié)合，相互推進。

（1）在理論創(chuàng)新方面

①發(fā)展各向異性雙相介質(zhì)地震波傳播理論，包括波動理論及射線理論研究，以適應(yīng)更為復(fù)雜的油氣勘探形勢；②深入研究雙相介質(zhì)儲層參數(shù)對地震波傳播的影響機理，為利用地震信息進行儲層表征奠定理論基礎(chǔ)；③發(fā)展基于雙相介質(zhì)理論的高精度成像、保幅及高分辨率處理理論，包括雙相介質(zhì)多波資料處理理論，這是因為傳統(tǒng)的單相介質(zhì)地震處理理論對地震波場攜帶的雙相介質(zhì)信息保護不足；④開展雙相介質(zhì)反射和透射研究，探索多波多分量地震資料的雙相介質(zhì)AVO反演新理論，利用多波資料信息豐富的優(yōu)點，更加可靠地直接反演儲層表征中必不可少的孔隙度和飽和度等重要參數(shù)。

（2）在實用化方面

①開展雙相介質(zhì)理論適用性研究，針對不同地質(zhì)條件的儲層優(yōu)選出相應(yīng)的雙相介質(zhì)理論；②運用儲層地震實驗構(gòu)建適合于實際地質(zhì)情況的地震物理、數(shù)值模型，為雙相介質(zhì)正、反演研究提供支撐；③結(jié)合雙相介質(zhì)理論最新研究成果及儲層地震實驗成果，著重發(fā)展實用性雙相介質(zhì)儲層參數(shù)反演技術(shù)；④形成整套的、成熟的雙相介質(zhì)理論應(yīng)用技術(shù)鏈，取得實際應(yīng)用價值。

3.2 儲層地震實驗

（1）在地震物理模擬實驗方面

隨著模型制作工藝、實驗設(shè)備的不斷改進，更為復(fù)雜的地震物理模擬實驗將得以實施，主要進行：①雙相介質(zhì)儲層地震物理模擬實驗。制作相應(yīng)的多層雙相介質(zhì)模型，多層激發(fā)，全方位接收。②對雙相介質(zhì)地震觀測系統(tǒng)激發(fā)、接收方式進行深入研究。激發(fā)方式由縱波為主逐步向橫波探索，接收方式以縱波、轉(zhuǎn)換橫波并重，并探索慢縱波、慢橫波的接收方式。③大尺度雙相介質(zhì)地震物理模擬實驗。該實驗包括高溫、高壓下大尺度非均質(zhì)儲層模型及流體充注模型。

（2）在地震數(shù)值模擬實驗方面

隨著高性能計算設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用，地震數(shù)值模擬方法將會以波動方程理論為主，以射線為輔，主要發(fā)展：①穩(wěn)定、高效的雙相介質(zhì)地震數(shù)值模擬算法研究。該研究主要分析孔隙度、滲透率和黏滯性對速度、幅度及衰減的影響。②雙相介質(zhì)地震物理模擬實驗的先導(dǎo)性試驗研究。該研究主要進行模型設(shè)計、觀測系統(tǒng)設(shè)計，是論證地震物理模擬實驗可靠性的重要手段。

（3）在地震巖石物理實驗方面

隨著可控溫壓系統(tǒng)、多頻段測量系統(tǒng)的引入，地震巖石物理實驗環(huán)境將會更加接近于儲層實際環(huán)境，主要進行：①雙相介質(zhì)地震巖石物理實驗。該實驗主要明確理論及模型的適用性問題。②多頻段和多尺度的巖石物理實驗。該實驗主要發(fā)展多頻段、多尺度巖石物理相關(guān)理論。③雙相介質(zhì)多尺度巖石物理量板制作。依據(jù)雙相介質(zhì)理論，發(fā)展更加符合儲層實際條件的巖石物理量版制作技術(shù)。④雙相介質(zhì)參數(shù)的直接測定。包括研究孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙流體組分、含氣飽和度及滲透率等儲層參數(shù)的改變對雙相介質(zhì)參數(shù)的影響以及它們之間的定量關(guān)系。

3.3 學(xué)科技術(shù)

隨著地震實驗研究的不斷深入，地震儲層學(xué)技術(shù)在未來的研究重點包括以下幾個方面：

（1）在地震儲層信息提取技術(shù)方面，主要發(fā)展：①雙相介質(zhì)偶極子波反演技術(shù)。將地震儲層學(xué)最新研究成果偶極子波，與基于射線理論的雙相介質(zhì)AVO反演技術(shù)相結(jié)合，充分利用偶極子波的高分辨能力開展雙相介質(zhì)偶極子波反演技術(shù)。②雙相介質(zhì)波動方程反演技術(shù)。地震儲層學(xué)將會以儲層信息更為豐富的波動理論為主，輔以射線理論，使波動方程反演走向?qū)嶋H應(yīng)用。③多波地震處理和反演技術(shù)。隨著多分量地震激發(fā)和采集技術(shù)的進步，多波地震資料將會越來越常見，如何保護和充分利用多波地震資料豐富的儲層信息，需要整套完整的多波地震處理解釋技術(shù)作保證。

（2）在地震儲層信息解譯方面，主要發(fā)展：①開展多源雙相介質(zhì)儲層敏感參數(shù)優(yōu)選、雙相介質(zhì)巖石物理量版的制作技術(shù)研究；②結(jié)合偶極子波理論，發(fā)展偶極子波多重積分技術(shù)以及偶極子波厚度譜分析技術(shù)，直接將地震信息轉(zhuǎn)換為儲層信息；③基于概率統(tǒng)計的儲層參數(shù)反演技術(shù)，定量反演儲層敏感參數(shù)；④地震儲層解譯技術(shù)鏈，將單個解譯技術(shù)有機地整合到一起，降低多解性，形成一條規(guī)范的儲層解譯技術(shù)鏈。

（3）在地震儲層建模技術(shù)方面，主要發(fā)展：①基于訓(xùn)練圖像的隨機建模技術(shù)，深化研究基于地震屬性挖掘儲層宏觀參數(shù)訓(xùn)練圖像構(gòu)建方法、基于薄片圖像二值化的儲層微觀參數(shù)訓(xùn)練圖像構(gòu)建方法；②針對傳統(tǒng)兩點統(tǒng)計建模技術(shù)的不足，開展多點統(tǒng)計的隨機模擬方法研究；③多尺度訓(xùn)練圖像隨機建模技術(shù)，包括建立宏觀、微觀結(jié)合的多尺度訓(xùn)練圖像以及基于多尺度訓(xùn)練圖像的多點統(tǒng)計儲層建模技術(shù)。

4 結(jié)束語

儲層研究已經(jīng)步入了地震與地質(zhì)有機結(jié)合的階段。地震儲層學(xué)作為該階段開始的標(biāo)志，已經(jīng)具備了一門獨立學(xué)科的基本組成要素，其核心是建立儲層參數(shù)與地震參數(shù)之間的定量關(guān)系，實現(xiàn)儲層表征。然而，鑒于地下地質(zhì)情況的復(fù)雜性以及地震采集、處理、解釋技術(shù)等多方面因素的制約，地震儲層學(xué)作為一門新興學(xué)科，其學(xué)科體系邊界尚在動態(tài)變化中，理論和技術(shù)需要不斷地突破，應(yīng)用上需取得更好的效果，因此特別期望能引起國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者和專家對地震儲層學(xué)的高度重視，與我們共同推動地震儲層學(xué)的發(fā)展，以適應(yīng)新時代油氣勘探開發(fā)對儲層研究提出的新需求。

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（本文編輯：涂曉燕）

Basic contentand future developmentof seism ic reservoirology

WEIPingsheng，YONG Xueshan，PAN Jianguo，GAO Jianhu，QU Yongqiang，GUIJinyong
（PetroChina Research Institute ofPetroleum Exp loration&Development-Northwest，Lanzhou 730020，China）

This paper summarized the basic features of the reservoir study in different stages,and revealed that the reservoir study hasstepped into the combination stageof the seismology and geology,according towhich the seismic reservoirology isproposed.Through deeply analysisof thegoal,theory,base,experiment,techniqueandmethod of the seismic reservoirology,we believed that the diphasemedium theory is the basic theory of the seismic reservoirology,the buildingof thequantitative relationship between the reservoirand seismic parameters is the core,and thebreakthrough of the reservoirseismic experimentis thekey to fulfill the task.The future developmentof the seismic reservoirology is to improve and innovate the diphasemedium theory,to build the quantitative relationship between the reservoir and seismic parameters from the aspects of emission and reception of the seismic wave,the wave and ray theory of the seismic propagation,and the combination of forwardmodelingand inversion,and to realize the finalgoalof reservoir characterization based on reservoirgeologyusingkey techniques.

seismic reservoirology；diphasemedium theory；quantitativerelationship；reservoirseismicexperiment

P631.4 < class="emphasis_bold">文獻標(biāo)志碼：A

A

1673-8926（2014）01-0010-08

2013-10-31；

2013-12-16

衛(wèi)平生（1965-），男，博士，教授級高級工程師，主要從事石油地質(zhì)理論、技術(shù)方法和應(yīng)用方面的研究工作。地址：（730020）甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)雁兒灣路535號。E-mail：weips@petrochina.com.cn。