陸相致密砂巖及泥頁(yè)巖儲(chǔ)層縱橫波波速比與巖石物理參數(shù)的關(guān)系及表征方法

尹　帥，丁文龍*，王濡岳，趙金利，劉建軍，張寧潔

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；2.海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；3.頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略評(píng)價(jià)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；4.中國(guó)石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，山西晉城048300；5.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘062552）

陸相致密砂巖及泥頁(yè)巖儲(chǔ)層縱橫波波速比與巖石物理參數(shù)的關(guān)系及表征方法

尹帥1，2，3，丁文龍1，2，3*，王濡岳1，2，3，趙金利4，劉建軍5，張寧潔1，2，3

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；2.海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；3.頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略評(píng)價(jià)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；4.中國(guó)石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，山西晉城048300；5.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘062552）

為研究非常規(guī)致密砂巖及泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，基于川西地區(qū)三疊系巖石物性、力學(xué)及聲學(xué)測(cè)試資料對(duì)深層致密砂巖、泥頁(yè)巖的縱橫波波速比與巖石的巖性、物性、泊松比、應(yīng)力及微裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明，縱橫波波速比可以有效區(qū)分不同的巖性；對(duì)于相同巖性的地層，縱橫波波速比與孔隙度和滲透率均具有正相關(guān)性；在高應(yīng)力條件下，隨著微裂縫的產(chǎn)生，往往會(huì)導(dǎo)致縱橫波波速比出現(xiàn)異常升高；縱橫波波速比的升高及橫波波速的降低均可在一定程度上反映微裂縫的發(fā)育程度。研究區(qū)三疊系的縱橫波波速比對(duì)裂縫的識(shí)別較為敏感，分別利用泊松比和Gassmann方程對(duì)縱橫波波速比進(jìn)行表征并與實(shí)測(cè)值對(duì)比，結(jié)果表明2種方法均具有一定的適用性，但Gassmann方程計(jì)算結(jié)果的精度更高，反映出彈性波理論在致密砂巖及泥頁(yè)巖等復(fù)雜地層中是適用的。

縱橫波波速比 物性 力學(xué) 聲學(xué) 應(yīng)力 微裂縫 致密砂巖 泥頁(yè)巖

巖石物理特征研究主要包括巖石物性、力學(xué)及聲學(xué)方面的研究［1-3］。巖石物性研究是了解巖石性質(zhì)及進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)；力學(xué)研究對(duì)確定地層應(yīng)力狀態(tài)、地層完整性及鉆、完井施工等方面具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值［2］；聲學(xué)研究主要分析彈性波等在巖石介質(zhì)中的傳播狀態(tài)，目前在工程及地質(zhì)等諸多方面均有廣泛應(yīng)用，可用來(lái)研究地層巖性、物性、巖石強(qiáng)度、聲波頻散、裂縫發(fā)育程度及井壁穩(wěn)定性等［4-8］。川西地區(qū)三疊系陸相碎屑巖地層地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)其微觀認(rèn)識(shí)相對(duì)欠缺，制約了非常規(guī)儲(chǔ)層特征評(píng)價(jià)及工程地質(zhì)的發(fā)展，因此綜合地震、測(cè)井及測(cè)試等資料對(duì)巖石物理參數(shù)進(jìn)行綜合研究是十分必要的［9］。筆者根據(jù)川西地區(qū)三疊系（埋深大于3 000m）致密砂巖及泥頁(yè)巖樣品的巖石力學(xué)、聲學(xué)及物性測(cè)試結(jié)果，重點(diǎn)對(duì)縱橫波波速比與巖石物理參數(shù)中的巖性、物性、應(yīng)力及裂縫等參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行綜合研究，并對(duì)縱橫波波速比表征方法進(jìn)行對(duì)比分析，以期為致密砂巖、泥頁(yè)巖及裂縫性地層等地質(zhì)條件復(fù)雜地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)及評(píng)價(jià)提供參考。

1　縱橫波波速比與巖石物理參數(shù)的關(guān)系

1.1與巖性的關(guān)系

對(duì)于不同的巖性，可以利用縱橫波波速比進(jìn)行識(shí)別。主要依據(jù)為，對(duì)于同一地區(qū)，一般隨著埋深及巖性的變化，其巖石的固結(jié)程度、物性及顆粒分布均會(huì)發(fā)生一定的變化［10］，相應(yīng)的縱橫波波速比亦會(huì)發(fā)生變化。

Pickett最早將縱橫波波速比推廣到巖性識(shí)別中［10］，對(duì)灰?guī)r、白云巖及各類砂巖的縱橫波波速比關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)測(cè)試有效圍壓為0～40 MPa，研究結(jié)果表明，隨著有效圍壓的變化，不同巖性的縱橫波時(shí)差關(guān)系呈近線性變化，且具有不同的分布區(qū)域（圖1），由此表明縱橫波波速比可用于識(shí)別不同的巖性。此外，Pickett還對(duì)各類砂巖的孔隙度進(jìn)行了測(cè)試［10］，發(fā)現(xiàn)在較低有效應(yīng)力條件下，從孔隙度較低的純石英砂巖到孔隙度較高的灰質(zhì)砂巖，縱橫波波速比從1.6逐漸升高至約1.75，說(shuō)明縱橫波波速比與巖石孔隙度具有一定的正相關(guān)性。Han等［11］的研究成果也表明，縱橫波波速比與粘土組分含量及孔隙度呈線性正相關(guān)。

圖1　不同巖性的縱橫波時(shí)差關(guān)系Fig.1　Relationship ofverticaland horizontalwave time differencewith different lithologies

沉積巖為各類單晶礦物的集合體，Castagna等認(rèn)為單晶礦物的縱橫波波速大體相當(dāng)于沉積巖的骨架速度［12］，因此沉積巖的實(shí)際波速應(yīng)在這些單晶礦物波速的范圍內(nèi)。此外，將文獻(xiàn)［13-14］中測(cè)試的石英、方解石及粘土等礦物的縱橫波時(shí)差及比值標(biāo)注于圖1中，可以發(fā)現(xiàn)幾乎不含孔隙的石英的縱橫波波速比非常小，約為1.5；方解石和粘土的縱橫波波速比較高，約為2.0；灰?guī)r、白云巖及砂巖的縱橫波波速比均分布于1.5～2.0。對(duì)于縱橫波波速比大于2.0的巖石，Gardner等認(rèn)為其主要為未固結(jié)或較為松散的巖石［15］。

對(duì)川西地區(qū)三疊系致密砂巖及泥頁(yè)巖進(jìn)行樣品采集后加工成尺寸為25mm×50mm的柱體，測(cè)試樣品均為干巖樣。聲學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)試樣品的縱橫波波速比主要為1.5～1.7；泥頁(yè)巖的縱波和橫波波速相對(duì)較小，其次為泥質(zhì)含量較高（大于35%）的砂巖，泥質(zhì)含量較低（小于10%）砂巖的縱波和橫波波速則相對(duì)較大。而不同泥質(zhì)含量砂巖的縱橫波波速比變化范圍較大，這與不同砂巖樣品內(nèi)部的顆粒及微觀組構(gòu)排列不同有關(guān)，泥質(zhì)含量相對(duì)較高的砂巖及泥頁(yè)巖的縱橫波波速比一般大于1.6。

1.2與物性的關(guān)系

影響巖石物性的地質(zhì)因素有很多種，經(jīng)歷不同成巖作用的不同類型巖石的孔隙度和滲透率的變化規(guī)律相差很大［16］，因此研究縱橫波波速比與巖石物性的相關(guān)性主要針對(duì)巖性變化較小的同一套沉積地層。前人研究結(jié)果［17］表明，巖石縱橫波波速比與孔隙度具有一定的正相關(guān)性，這主要是因?yàn)閷?duì)于彈性波來(lái)說(shuō)，巖石的縱波和橫波波速可分別表示為

式中：vp為縱波波速，km/s；K為體積模量，GPa；μ為剪切模量，GPa；ρ為巖石密度，g/cm3；vs為橫波波速，km/s。

由于液體或氣體的剪切模量為0，彈性波不能在液體或氣體中傳播，因此隨著巖石孔隙度的增加，橫波波速一般會(huì)發(fā)生顯著降低，而縱波波速的變化相對(duì)較小，從而導(dǎo)致縱橫波波速比升高。當(dāng)巖石由干燥變?yōu)轱柡偷貙铀畷r(shí)，體積模量會(huì)略有升高，而剪切模量不變，通過(guò)式（1）和式（2）可以看出，縱波波速會(huì)略有升高，而橫波波速保持不變。實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣品在飽和地層水和飽和氣條件下的縱橫波波速特征（圖2）表明，其縱橫波波速的變化符合上述規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

圖2　實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣品在飽和地層水和飽和氣條件下的縱橫波波速特征Fig.2　Velocity characteristicsof the tested samplessaturated withwaterand gas respectively

Castagna等利用巖石孔隙度及泥質(zhì)含量分別與縱波波速和橫波波速進(jìn)行擬合，得到不含泥質(zhì)的純砂巖及孔隙度為0時(shí)泥質(zhì)砂巖的縱橫波波速比表達(dá)式［12］分別為

式中：?為巖石的孔隙度；Vsh為巖石的泥質(zhì)含量。

由此可見(jiàn)，巖石的縱橫波波速比與孔隙度和泥質(zhì)含量均為正相關(guān)關(guān)系，但孔隙度對(duì)縱橫波波速比的敏感程度大于泥質(zhì)含量。此外，Lee［17］及Zhang等［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系均表明縱橫波波速比與巖石孔隙度具有正相關(guān)關(guān)系。

對(duì)川西地區(qū)三疊系取心樣品進(jìn)行物性測(cè)試，單軸條件下分別對(duì)飽和地層水和飽和氣樣品的縱橫波波速比與孔隙度進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，研究區(qū)致密砂巖和泥頁(yè)巖的孔隙度均非常低，大約為1.5%～3.5%，縱橫波波速比與孔隙度之間具有較好的正相關(guān)關(guān)系。從不同學(xué)者總結(jié)的砂巖縱橫波波速比與孔隙度實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的分布趨勢(shì)［18］（圖3）來(lái)看，當(dāng)巖石孔隙度較低時(shí)，縱橫波波速比的變化趨勢(shì)較為平緩，當(dāng)孔隙度大于40%時(shí)，縱橫波波速比的上升幅度明顯加快。對(duì)于川西地區(qū)三疊系樣品的測(cè)試結(jié)果，由于樣品的孔隙度較低，因此其縱橫波波速比整體變化趨勢(shì)較緩，且與干燥樣品相比，飽和地層水后樣品的縱橫波波速比略有升高。

圖3　實(shí)驗(yàn)測(cè)試砂巖縱橫波波速比與孔隙度之間的關(guān)系Fig.3　Relationship between vp/vsand porosity of the tested sandstone samples

研究區(qū)X井具有可靠的陣列聲波測(cè)試資料，將該井相同埋深井段的利用中子測(cè)井解釋的中子孔隙度和利用雙側(cè)向電阻率解釋的裂縫孔隙度分別與縱橫波波速比進(jìn)行對(duì)比（圖4），同時(shí)將所測(cè)試樣品分別在飽和地層水和飽和氣（干燥）條件下的擬合線標(biāo)注于圖4中。由于測(cè)試樣品均為完整樣品，因此其擬合線代表巖石未發(fā)生破裂時(shí)正常的縱橫波波速比與孔隙度的關(guān)系，并以此擬合線作為基準(zhǔn)線，當(dāng)測(cè)井解釋值高于該線時(shí)，可能為裂縫發(fā)育段，低于該線時(shí)則為裂縫不發(fā)育段。

圖4　川西地區(qū)X井縱橫波波速比與中子孔隙度及裂縫孔隙度的關(guān)系Fig.4　Relationship between vp/vsand both neutron porosity and fracture porosity ofWell X inwestern Sichuan area

從縱橫波波速比與中子孔隙度的關(guān)系（圖4a）可以看出，飽和地層水?dāng)M合線與飽和氣擬合線的差異較大，而縱橫波波速比與裂縫孔隙度的關(guān)系（圖4b）則表現(xiàn)為兩者的差異較小。這可能與中子測(cè)井主要反映的是含氫指數(shù)，受粘土礦物晶間水的影響較大有關(guān)，一般天然氣和干酪根的含氫指數(shù)明顯低于粘土礦物中的結(jié)晶水，因此在縱橫波波速比與中子孔隙度關(guān)系圖中飽和氣擬合線之上測(cè)試點(diǎn)代表的測(cè)試段可能為裂縫較發(fā)育段。分析縱橫波波速比與裂縫孔隙度的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，由于測(cè)井解釋的裂縫孔隙度較低，因此飽和地層水?dāng)M合線和飽和氣擬合線的差異較??；且在該裂縫孔隙度變化范圍內(nèi)，隨著裂縫孔隙度的增加，縱橫波波速比的變化較為平緩，符合實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律。研究區(qū)目的層的裂縫孔隙度相對(duì)于中子孔隙度受各種地質(zhì)因素的干擾較小，解釋量級(jí)合理，因此結(jié)果較為可靠，更適用于對(duì)地層裂縫的發(fā)育情況進(jìn)行對(duì)比和表征。

對(duì)于滲透率與縱橫波波速比的關(guān)系，巖石在應(yīng)力加載過(guò)程中，實(shí)際孔隙度為孔隙與裂隙的孔隙度之和。在較高的地層應(yīng)力環(huán)境下，假設(shè)孔隙自身的變化可以忽略，此時(shí)具有導(dǎo)流能力的裂隙是導(dǎo)致地層巖石孔隙度變化的主要因素，對(duì)流體滲流起到最重要的作用。巖石滲透率與孔隙度的關(guān)系可以表示為

式中：K為滲透率，10-3μm2；K0為初始滲透率，10-3μm2；?0為初始孔隙度；n為擬合系數(shù)。

由巖石滲透率與孔隙度的關(guān)系可知，巖石滲透率與縱橫波波速比也為正相關(guān)關(guān)系。

1.3與應(yīng)力及裂縫的關(guān)系

對(duì)川西地區(qū)三疊系取心樣品進(jìn)行三軸應(yīng)力測(cè)試及聲學(xué)測(cè)試，共分為4組樣品；其中A，C和D組為砂巖樣品，B組為泥頁(yè)巖樣品；測(cè)試圍壓為32MPa，樣品飽和地層水，且各組樣品測(cè)試點(diǎn)均終止于破裂點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖5）表明，當(dāng)軸向應(yīng)力小于30MPa時(shí)，各組砂巖樣品的縱橫波波速的變化均較小，其中C組和D組砂巖樣品縱波波速起始段的增幅較大，這可能與壓密有關(guān)；而泥頁(yè)巖樣品（B組樣品）往往在發(fā)生宏觀破裂前，其縱橫波波速的變化均較小。隨著應(yīng)力的不斷加載，可以發(fā)現(xiàn)各組樣品的縱波波速略為升高，而橫波波速的變化則相對(duì)較小，且從橫波波速升高至一定程度后逐漸開(kāi)始下降，橫波波速降低主要是由于裂隙的產(chǎn)生造成的，但這些裂隙對(duì)縱波波速的影響較小，這可能與裂隙產(chǎn)生的方向具有一定的關(guān)系。對(duì)于A組砂巖樣品，橫波波速在軸向應(yīng)力約為140MPa時(shí)出現(xiàn)較明顯的降低，對(duì)應(yīng)的縱橫波波速比急劇升高，二者具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于B組泥頁(yè)巖樣品，其橫波波速與縱橫波波速比也具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且泥頁(yè)巖的縱橫波波速明顯小于其他各組砂巖。觀察C和D組砂巖樣品破裂前的測(cè)試點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，橫波波速的變化幅度較小，但縱橫波波速比具有較明顯升高的趨勢(shì)，表明樣品在破裂前一段時(shí)間內(nèi)，其內(nèi)部已開(kāi)始發(fā)育微裂縫，也反映出對(duì)于識(shí)別巖石內(nèi)部微裂縫縱橫波波速比比橫波波速更加靈敏。對(duì)于破裂點(diǎn)，縱橫波波速比往往呈現(xiàn)異常高值，地史時(shí)期異常高的古應(yīng)力是造成宏觀斷裂及微裂縫產(chǎn)生的重要原因，裂縫發(fā)育段往往會(huì)導(dǎo)致異常高的縱橫波波速比；因此在測(cè)井解釋過(guò)程中，可結(jié)合井徑、錄井及成像測(cè)井等資料對(duì)裂縫發(fā)育段進(jìn)行綜合識(shí)別。此外，鉆井液密度過(guò)低導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)破裂也會(huì)使縱橫波波速比出現(xiàn)異常偏高，應(yīng)與前述情況加以區(qū)分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于識(shí)別巖石內(nèi)部微裂縫縱橫波波速比比橫波波速更加敏感，但Aktan等在研究微裂縫對(duì)砂巖的影響時(shí)，采用熱循環(huán)及應(yīng)力加載的方法使干燥砂巖產(chǎn)生一些微裂縫，同時(shí)在砂巖產(chǎn)生微裂縫之前和之后分別測(cè)試縱橫波波速，發(fā)現(xiàn)微裂縫的產(chǎn)生會(huì)使縱橫波波速降低，但2種情況下縱橫波波速比為定值［19］，此時(shí)縱橫波波速比識(shí)別微裂縫的能力降低。

圖5　三軸應(yīng)力加載條件下實(shí)驗(yàn)樣品的縱波波速、橫波波速及縱橫波波速比測(cè)試結(jié)果Fig.5　Test resultsof vp，vsand vp/vsunder trixialstress

對(duì)研究區(qū)X井目的層進(jìn)行測(cè)井解釋，并與巖性歸位后的取心觀察結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果（圖6）表明，測(cè)井解釋的巖石縱橫波波速比主要為1.4～2.2。對(duì)于有效裂縫發(fā)育段，其橫波波速一般會(huì)出現(xiàn)較明顯的降低，對(duì)應(yīng)的橫波時(shí)差升高。X井3 285～3 305，3 332～3 337和3 355～3 368m井段的縱橫波波速比與橫波波速之間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，橫波波速高值對(duì)應(yīng)縱橫波波速比高值；但對(duì)于其他井段，例如3 320～3 322，3 325～3 328和3 370～3 373m井段，其縱橫波波速比高值則對(duì)應(yīng)橫波波速低值。對(duì)于判別裂縫發(fā)育情況，將縱橫波波速比分別與赫斯特法［6］計(jì)算的分形維數(shù)以及取心觀察的巖石破碎段（巖心歸位后）進(jìn)行對(duì)比；赫斯特法認(rèn)為裂縫的存在會(huì)增加測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的復(fù)雜性［6］，針對(duì)研究區(qū)目的層采用淺側(cè)向電阻率數(shù)據(jù)與測(cè)井樣本數(shù)的對(duì)數(shù)關(guān)系計(jì)算分形維數(shù)，其表達(dá)式為

圖6　川西地區(qū)X井取心井段測(cè)井解釋剖面Fig.6　Logging interpretation profile of the coring interval ofWell X inwestern Sichuan area

式中：D為分形維數(shù)；R（m）和S（m）分別為過(guò)程序列全層段級(jí)差及標(biāo)準(zhǔn)差；m為測(cè)井資料的采樣點(diǎn)數(shù)。

分形維數(shù)越大代表裂縫存在的概率越大，同時(shí)與取心觀察的巖石破碎段進(jìn)行對(duì)比（圖6）發(fā)現(xiàn)，巖石破碎段往往就是裂縫發(fā)育段，由于巖心收獲率可能較低，因此裂縫發(fā)育段的長(zhǎng)度可能更大。X井發(fā)育的2個(gè)巖石破碎段（3 301～3 302.5和3 321.5～3 322.5m井段）的井徑測(cè)井曲線均為正常，表明井壁未發(fā)生破裂，對(duì)應(yīng)的分形維數(shù)較高，且其縱橫波波速比均為峰值，應(yīng)為天然裂縫。但對(duì)于埋深3 321m附近的巖石破碎段的橫波波速卻相對(duì)較低，表明縱橫波波速比比橫波波速在識(shí)別有效裂縫方面更為敏感，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

2　縱橫波波速比表征方法對(duì)比

2.1泊松比表征法

地層巖體的泊松比是誘導(dǎo)產(chǎn)生水平主應(yīng)力的重要原因［20］，因此泊松比與縱橫波波速比也具有重要關(guān)系，由式（1）和式（2）推導(dǎo)出二者的關(guān)系式為

式中：γ為泊松比。

將式（7）計(jì)算求得的縱橫波波速比與實(shí)測(cè)值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2組縱橫波波速比基本分布于中線附近，表明對(duì)于研究區(qū)三疊系致密砂巖和泥頁(yè)巖，縱橫波波速比與巖石泊松比具有較好的相關(guān)性，彈性波理論在該類復(fù)雜地層中是適用的，但整體還具有一定的離散度。

2.2Gassmann方程法

Gassmann方程［19］可用以構(gòu)建飽和地層水及地層圍壓條件下巖石縱橫波波速比的解釋模型。其公式為［12］

式中：Krw為飽和地層水條件下的巖石體積模量，GPa；Krs為顆粒的體積模量，GPa；Krd為干巖石骨架的體積模量，GPa；Krf為流體的體積模量，GPa；μw為飽和地層水巖樣的剪切模量，GPa；μd為干巖樣的剪切模量，GPa；ρw為飽和地層水巖樣的密度，g/cm3；ρf為液體密度，g/cm3；ρs為巖石顆粒密度，g/cm3。

根據(jù)Gassmann方程求取Krw和 μw，其中Krs，Krf及 ρs可通過(guò)文獻(xiàn)［19］查值獲取，進(jìn)而可以對(duì)縱橫波波速比進(jìn)行求取

將模擬地層條件下利用Gassmann方程求取的縱橫波波速比結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比（圖7）可以看出，縱橫波波速比計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的符合程度較好，且優(yōu)于利用泊松比預(yù)測(cè)的結(jié)果。Gassmann方程的適用性表明可以利用顆粒及骨架等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)巖石縱橫波波速比進(jìn)行表征，該方法對(duì)研究區(qū)致密砂巖及泥頁(yè)巖儲(chǔ)層是適用的。

圖7　川西地區(qū)三疊系巖石樣品縱橫波波速比實(shí)測(cè)值與Gassmann方程計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.7　Comparison of themeasured vp/vsand the calculated resultusing the Gassmann equation under the formation condition of Triassic strata inwestern Sichuan area

3　結(jié)論

縱橫波波速比可以對(duì)不同巖性進(jìn)行有效區(qū)分。對(duì)于相同巖性地層，縱橫波波速比與孔隙度和滲透率均具有正相關(guān)關(guān)系。在高應(yīng)力條件下，隨著微裂縫的產(chǎn)生，往往會(huì)導(dǎo)致縱橫波波速比出現(xiàn)異常升高；縱橫波波速比升高及橫波波速降低均可對(duì)微裂縫的發(fā)育起到一定的指示作用，且在川西地區(qū)三疊系縱橫波波速比更為敏感。利用泊松比和Gassmann方程對(duì)縱橫波波速比進(jìn)行計(jì)算并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明2種方法均具有一定的適用性，但Gassmann方程計(jì)算結(jié)果精度更高，也表明彈性波理論在致密砂巖及泥頁(yè)巖等復(fù)雜地層中是適用的。

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編輯鄒瀲滟

Characterizationmethod of vp/vsand its relationship w ith rock physicalparametersof continental tight sandstoneand shale reservoir

Yin Shuai1，2，3，DingWenlong1，2，3，Wang Ruyue1，2，3，Zhao Jinli4，Liu Jianjun5，Zhang Ningjie1，2，3

（1.SchoolofEnergy Resources，China University ofGeosciences（Beijing），Beijing City，100083，China；2.Key Laboratory of Marine ReservoirEvolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism，Ministry ofEducation，Beijing City，100083，China；3.Key Laboratory ofShaleGasExploration and Evaluation，Ministry ofLand and Resources，Beijing City，100083，China；4.ShanxiCBM Exploration and DevelopmentBranch，PetroChina HuabeiOilfield Company，Jincheng City，ShanxiProvince，048300，China；5.Research InstituteofPetroleum Exploration and Development，PetroChina HuabeiOilfield Company，Renqiu City，HebeiProvince，062552，China）

In order to study the geological structure characteristics of unconventional tight sandstone and shale reservoir，the relationship between vp/vsand rock lithology，physical properties，poisson ratio，stressandmicro cracksof the deep tight sandstone andmud shalewas studied based on the data of physical test，mechanical testand acoustic testof Triassic rocks in west Sichuan area.The results showed that vp/vscan distinguish lithology effectively；vp/vshas a positive correlation with porosity and permeability for the formations having the same lithology；abnormally high vp/vscan always occurwith the formation ofmicro cracks under high stress；the rise of vp/vsand the decline of vsboth can indicate the development degree ofthemicro cracks.In the study area，vp/vsismore sensitive to the cracks.vp/vswas characterized and calculated by using poisson ratio and Gassmann equation respectively.It shows that these twomethods both have a certain applicability，but the Gassmann equation has amuch higher accuracy.A conclusion can be drawn that the theory of elastic wave in the complex formationsof tightsandstoneand shale isapplicable.

vp/vs；physicalproperties；mechanics；acoustics；stress；micro cracks；tightsandstone；mud shale

P631.44

A

1009-9603（2015）03-0022-07

2015-03-13。

尹帥（1989—），男，山東新泰人，在讀博士研究生，從事石油構(gòu)造分析與控油作用、非常規(guī)油氣構(gòu)造和裂縫及其與含氣量關(guān)系等研究。聯(lián)系電話：13375633766，E-mail：583018776@qq.com。

丁文龍（1965—），男，河南南陽(yáng)人，教授，博導(dǎo)。聯(lián)系電話：18611715055，E-mail：dingwenlong2006@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系陸相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖裂縫研究”（41372139）和“中國(guó)南方下古生界海相富有機(jī)質(zhì)裂縫發(fā)育程度與主控因素定量關(guān)系研究”（41072098），國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)”（2011ZX05018-001-002）和“沾化凹陷羅家地區(qū)沙三下亞段泥儲(chǔ)層裂縫形成與分布預(yù)測(cè)研究”（2011ZX05009-002-205）。