地震巖石物理學(xué)理論在合成地震記錄中的應(yīng)用

吳杰++閻建國(guó)++李遠(yuǎn)娟++劉海波++徐松++閆小偉

【摘 要】合成地震記錄在地震資料解釋過(guò)程中起著基礎(chǔ)而又重要的作用，但是由于多種因素影響，在實(shí)際應(yīng)用中制作的合成地震記錄并不理想。本文利用地震巖石物理學(xué)相關(guān)研究理論，對(duì)地震波的頻散和孔隙流體的影響進(jìn)行校正，在此基礎(chǔ)上制作零偏移距合成地震記錄。結(jié)果證明，無(wú)論在振幅還是波形方面，經(jīng)過(guò)校正后制作的合成地震記錄都與井旁地震道更加吻合。

【關(guān)鍵詞】地震巖石物理學(xué) 合成地震記錄 波速頻散 Gassmann方程流體替代

1 引言

合成地震記錄是聯(lián)接地震、地質(zhì)、測(cè)井的紐帶，是地震構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層分析、油藏描述中的基礎(chǔ)而又關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[1-2]。在當(dāng)下勘探對(duì)象向復(fù)雜非常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)變的大形勢(shì)下，合成地震記錄制作的準(zhǔn)確與否將嚴(yán)重影響到后續(xù)工作的進(jìn)行。在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，由于合成地震記錄制作精度不高，解釋人員追錯(cuò)同相軸的現(xiàn)象也是可能發(fā)生的。由此可見(jiàn)，合成地震記錄雖然基礎(chǔ)，但十分重要。

本文利用地震巖石物理學(xué)關(guān)于地震波速度頻散和孔隙流體分析等相關(guān)理論，首先對(duì)中高頻的測(cè)井速度進(jìn)行了頻散校正，使其與低頻地震波速度趨于一致。然后利用Gassmann方程流體替換再一次對(duì)波速進(jìn)行校正，消除鉆井過(guò)程中孔隙流體變化對(duì)波速的影響，盡可能恢復(fù)原始地層速度。在此基礎(chǔ)上制作了合成地震記錄，結(jié)果證明，經(jīng)過(guò)校正后的合成地震記錄的準(zhǔn)確度增大，解釋可靠性也隨之得到提高。

2 頻散校正

地震波的頻散是指地震波的速度與頻率相關(guān)，一般情況下表現(xiàn)為地震波的速度隨頻率的增加而增大。地震勘探的主頻集中在幾十赫茲，而測(cè)井頻段分布在千赫茲至幾千赫茲。因?yàn)轭l散現(xiàn)象的存在，不同頻段測(cè)量出的速度存在差異，在很多情況下不能直接進(jìn)行比較。

近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者都對(duì)不同頻段波速外推進(jìn)行了研究，在假定巖石的品質(zhì)因素Q為常量情況下，EINAR給出了頻散方程為[3]：

V1/V2=1+（1/πQ）ln（f1/f2） （1）

其中V1、V2分別為頻率為f1、f2時(shí)的波速。利用此頻散方程，我們對(duì)多塊巖心的縱波速度進(jìn)行了頻散校正，校正后頻散現(xiàn)象均得到大大收斂。

3 Gassmann方程流體替代校正

在鉆井過(guò)程中，井眼附近原狀地層受到破壞，徑向上一定范圍內(nèi)原始流體被排擠，孔隙被泥漿濾液所飽和，所以聲波測(cè)井所反映的并非原狀地層波速，這也是利用聲波測(cè)井速度合成地震記錄與井旁地震道不匹配的原因之一。本文利用基于Gassmann方程[4]的流體替代技術(shù)，對(duì)泥漿濾液的影響進(jìn)行校正，盡量恢復(fù)原始地層的測(cè)井響應(yīng)特征，使聲波測(cè)井合成地震記錄更趨近于井旁地震道。

Gassmann方程的表達(dá)式為：

（2）

其中Ksat、Kdry、Kma、Kfl分別為飽和巖石、干燥巖石、巖石基質(zhì)、孔隙流體的體積模量，μsat、μdry分別為飽和巖石、干燥巖石的剪切模量，φ為巖石的孔隙度。

Gassmann方程可由干燥巖石參數(shù)求出飽和巖石的體積模量和剪切模量，反解Gassmann方程則可由相關(guān)飽和巖石模量求出干燥巖石模量。

（3）

如果已知巖石的體積模量和剪切模量，再加上巖石密度，就可以求出巖石的波速。

（4）

上式中Vp、Vs分別為縱波和橫波速度，ρ為巖石密度。

4 合成地震記錄制作

本文考慮了測(cè)井頻段和地震頻段不一致，以及鉆井濾液對(duì)波速的影響，對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行相關(guān)校正后制作合成地震記錄。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)校正后制作出來(lái)的合成地震記錄，在一定程度上得到了改善。具體步驟為：

（1）首先利用公式（1），對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行頻散校正，使其與地震頻段波速趨于一致，同時(shí)低頻段也利于提高Gassmann方程流體替代計(jì)算結(jié)果的精度。

（2）然后利用基于Gassmann方程流體替代技術(shù)，先逆向替代校正鉆井濾液的影響，再通過(guò)正向替代恢復(fù)原始孔隙流體成分，盡量還原真實(shí)地層的波速。

（3）利用公式（5）對(duì)含不同流體的巖石密度進(jìn)行換算，恢復(fù)原始地層的真實(shí)密度：

（5）

其中ρw、ρo、ρg、ρfl、ρdry、ρc分別為水、油、氣、混合流體、干燥巖石、含混合流體巖石的密度，Sw、So、Sg、Sfl分別為孔隙中水、油、氣、混合流體的百分含量。

（4）利用校正后的縱波測(cè)井曲線和密度曲線，計(jì)算反射系數(shù)；再?gòu)木缘卣鸬捞崛∽硬?，利用褶積模型合成地震記錄，結(jié)果如圖1所示。

圖（a）為未校正前的圖件，圖（b）為校正后的圖件。藍(lán)色方框?yàn)槟康膶臃秶?，紅色方框?yàn)楹铣傻卣鹩涗?。校正前，合成地震記錄的振幅與實(shí)際地震道振幅相比偏大，波形差異也較大；校正后，合成地震記錄振幅降低，波形變得圓滑。總得來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)校正后，合成地震記錄的振幅和波形都得到了改善，與井旁地震道吻合得更好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用地震巖石物理學(xué)相關(guān)研究理論，對(duì)地震波的頻散和孔隙流體的影響進(jìn)行了校正，在此基礎(chǔ)上制作合成地震記錄。結(jié)果證明，無(wú)論是振幅還是波形，經(jīng)過(guò)校正后的合成地震記錄與井旁地震道更加吻合。但是限于褶積模型的簡(jiǎn)化，以及零偏移距合成地震記錄未考慮轉(zhuǎn)化波和多次波等其他眾多因素，在此基礎(chǔ)上制作出的合成地震記錄與實(shí)際地震道還是有一定差異。同時(shí)，校正所需部分參數(shù)依賴于巖石物理測(cè)試，不同地區(qū)甚至同一地區(qū)不同層位，巖石物性差異較大，在缺乏可靠測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用十分受限。但是有理由相信，隨著地震勘探的發(fā)展和巖石物理學(xué)研究的深入，無(wú)論是在合成地震記錄還是勘探的其他方面，都將會(huì)取得越來(lái)越好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)發(fā)，廖前進(jìn)，王尚旭等.合成地震記錄層位標(biāo)定若干問(wèn)題的探討[J].石油物探，2008（02）：145-149.

[2]陳廣軍.合成地震記錄制作與標(biāo)定中的爭(zhēng)論及注意的問(wèn)題[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（04）：19-23.

[3]EINAR KJARTANSSON. Constant Q-wave propagation and attenuation[J]. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH，1979（B9）：4737-4748.

[4]Gassmann F. Elastic waves through a Peaking of spheres[J]. Geophysics，1951（16）：673-682.