CN105607123B - 一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法和装置。该方法包括：对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；根据所述统计特征信息进行随机场的建立；进而计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到其地震波特征信息。利用本申请实施例提供的技术方案可以更准确的计算出地震波的速度频散和衰减等随机孔隙介质地震波特征信息，所述速度频散和衰减信息可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响，为提高地震定量解释的精度提供支持。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法和装置。
背景技术
岩石孔隙中流体的存在会导致地震波的速度频散和衰减，这种速度频散和衰减信息可以反映孔隙流体对地震波的影响，从而可以为提高地震定量解释的精度提供支持。一般，这种速度频散和衰减会随着孔隙流体组在岩石中分布的变化而发生变化。岩石孔隙流体的流动，特别是在部分饱和岩石中斑块分布的流体区域之间流体的流动会直接造成地震波的速度频散和衰减的加重。因此，如何表征流体在岩石中的分布状态及其对岩石弹性性质的影响成为确定地震波的速度频散和衰减的研究重点。
现有技术中考虑到真实岩石中的孔隙流体并没有固定形状，而是具有不同形状、尺寸，并且按照一定规则进行分布的情况，会通过建立随机孔隙介质模型来研究流体在岩石中的状态及其对岩石弹性性质的影响。具体的，例如用统计平滑的方法建立3D随机非均匀孔隙模型(Random Porous Media,简称RPM)，所述3D随机非均匀孔隙模型建立过程中，可以确定模拟波传播诱发的流体流动引起的地震波的速度频散和衰减信息等随机孔隙介质模型地震波特征信息。但现有技术中没有考虑模型有限性造成的误差以及岩石各弹性参量的统计特征信息直接进行理论假设的误差。由于理论推导中假设随机孔隙介质是连续无限区域，而实际计算是在有限、离散的随机孔隙介质模型，且这种模型尺寸固定的情况下，描述岩石的弹性参量的统计特征信息的自相关长度越大，导致地震波的速度频散和衰减信息的误差就越大。
因此，现有技术中亟需一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法，可以准确的计算出随机孔隙介质模型地震波特征信息，从而可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响。
发明内容
本申请的目的是提供一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法和装置，可以更准确的确定出随机孔隙介质模型地震波特征信息，从而可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响，为提高地震定量解释的精度提供支持。
本申请提供的计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法和装置是这样实现的：
一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法，所述方法包括：
对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；
基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场；
利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场；
根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差；
根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；
根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的装置，所述装置包括：
统计特征信息获取模块，用于对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；
第一随机场建立模块，用于基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场；
第二随机场建立模块，用于利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场；
数据处理模块，用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差；
纵波模量计算模块，用于根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；
信息计算模块，用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
本申请通过岩样预处理后的分析数据可以得到客观体现岩石物理信息的岩样的弹性参量的统计特征信息，利用所述统计特征信息得到的饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量，可以更准确的确定出地震波的速度频散和衰减信息等随机孔隙介质模型地震波特征信息，所述速度频散和衰减信息可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响，为提高地震定量解释的精度提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法的一种实施例的流程图；
图2是本申请提供的对岩样进行预处理及根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息的一种实施例的流程图；
图3是本申请实施例提供的造岩矿物密度和体积模量交汇拟合的一种示意图；
图4是本申请实施例提供的造岩矿物密度和剪切模量交汇拟合的一种示意图；
图5是本申请实施例提供的所述预设修正函数的一种示意图；
图6本申请实施例中计算得到的地震波的速度频散的一种示意图；
图7本申请实施例中计算得到的地震波的衰减信息的一种示意图；
图8是本申请实施例中计算得到的地震波的速度频散与现有技术的地震波的速度频散的比较示意图；
图9是本申请实施例中计算得到的地震波的衰减信息与现有技术的地震波的衰减信息的比较示意图；
图10是本申请实施例提供的计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的装置的示意图；
图11是本申请实施例提供的统计特征信息获取模块的模块示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面以几个具体的例子详细说明本申请实施例的具体实现。
以下首先介绍本申请一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法的一种实施例。图1是本申请提供的计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法的一种实施例的流程图，本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图1所示，所述方法可以包括：
S110：对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息。
本申请实施例中，可以对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息。如图2所示的是本申请提供的对岩样进行预处理及根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息的一种实施例的流程图。具体的，可以包括：
S111：对所述岩样进行CT扫描和/或薄片分析处理。
S112：根据所述CT扫描和/或薄片分析处理后的岩样分析数据得到岩样密度的灰度统计特征信息。
具体的，根据所述CT扫描和/或薄片分析处理后的岩样分析数据可以得到反映岩样密度的灰度统计图，对灰度统计图中的灰度值进行归一化处理，根据归一化后的灰度值可划分出岩石孔隙和骨架，从而可以得到岩石孔隙和骨架的灰度统计特征信息，所述岩石孔隙和骨架的灰度统计特征信息可以作为所述岩样密度的灰度统计特征信息。
S113：基于造岩矿物密度和体积模量、以及造岩矿物密度和剪切模量的对应关系从所述岩样密度的灰度统计特征信息中确定所述岩样的弹性参量的统计特征信息，所述统计特征信息至少包括下述之一：岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量、以及岩石密度的均值和方差。
具体的，在实际应用中，造岩矿物密度和体积模量以及剪切模量之间分别会有相应的对应关系。因此，在得到岩样密度的灰度统计特征信息之后，可以基于造岩矿物密度和体积模量、以及造岩矿物密度和剪切模量的对应关系从所述岩样密度的灰度统计特征信息中确定所述岩样的弹性参量的统计特征信息。
如图3所示的是本申请实施例提供的造岩矿物密度和体积模量交汇拟合的一种示意图；图中横坐标x表示密度，单位为g/cm3，纵坐标y表示体积模量，单位为GPa。造岩矿物密度和体积模量拟合曲线的关系式可以为：y＝85.919x-174.7。
如图4所示的是本申请实施例提供的造岩矿物密度和剪切模量交汇拟合的一种示意图；图中横坐标x表示密度，单位为g/cm3，纵坐标y表示剪切模量，单位为GPa。造岩矿物密度和剪切模量拟合曲线的关系式可以为：y＝63.689x-143.22。
S120：基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场。
本申请实施例中，在步骤S110得到岩样的弹性参量的统计特征信息之后，可以基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场。具体的，在实际应用中，所述岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度之间满足预设分布规律，所述预设分布规律可以至少包括下述之一：指数分布、高斯分布。
具体的，在实际应用中，随机场的大小可以根据实际应用情况设定，且一般认为固体相参数：岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量以及岩石剪切模量之间是完全相关的，相关系数可以为1；流体相参数孔隙流体体积模量与岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量以及岩石剪切模量等固体相参数均不相关，相关系数可以为0，而岩石密度与岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量以及岩石剪切模量等固体相参数的相关系数可以从组成岩石的矿物密度与各模量参数之间的相关关系中确定。进一步的，可以确定相应的自相关函数，并通过傅里叶变换的方式将所述自相关函数从空间域转换到波数域，在波数域通过相关的方差确定对应的随机扰动参数，进行随机扰动处理，最后通过傅里叶反变换将扰动后的数据从波数域转换到空间域得到相应的随机场。
进一步的，在实际应用中，建模过程应该在连续域中进行，然而实际上的计算是离散的，其计算过程必然引入误差，以至影响后续所述地震波的速度频散和衰减信息的精确度。因此，可以在确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场时，利用预设修正函数对描述统计特征信息的自相关函数产生的误差进行修正处理，从而可以压制随机孔隙介质中低波数的分量。
此外，本申请实施例中所述预设修正函数可以根据实际建立随机场的过程中及建立随机场的过程中产生的误差进行相应的设置，具体的，如图5所示的是本申请实施例提供的所述预设修正函数的一种示意图。
S130：利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场。
在本申请实施例中，在步骤S120之后，可以利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场。
S140：根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差。
在本申请实施例中，在步骤S130之后，可以根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差。
S150：根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量。
在本申请实施例中，在步骤S140之后，可以根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量。
相应的，计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的计算公式可以如下：
上式中，Heff表示饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量，单位为GPa；H0表示饱和流体的随机孔隙介质的背景纵波模量，H0为饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量中各参数为均值时计算得到的，单位为GPa；H表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量，单位为GPa，H＝Pd+α2[(α-φ)/Kg+φ/Kf]-1；Pd表示干燥岩石纵波模量，单位为GPa；Kg表示岩石颗粒体积模量，单位为GPa；Kf表示孔隙流体体积模量，单位为GPa；φ表示岩石孔隙度；α表示比奥系数，B(r)表示随机孔隙介质模型中的相关函数；T(r)表示预设修正函数；r表示空间坐标；kps表示比奥慢波的波数，ω表示圆频率；η表示孔隙流体的粘滞系数；κ表示介质渗透率；表示岩石剪切模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的均值，单位为GPa；Δ1和Δ2表示无量纲的参数， 表示岩石骨架体积模量的均值，单位为GPa；表示岩石颗粒体积模量的均值，单位为GPa；表示孔隙流体体积模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的方差；表示参数信息模量的方差；表示岩石剪切模量的方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与岩石剪切模量之间的协方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与参数信息模量之间的协方差；表示岩石剪切模量与参数信息模量之间的协方差。
此外，本申请实施例中所述随机孔隙介质模型中的相关函数B(r)的具体表达形式可以包括但并不限于指数形式，例如：B(r)＝exp(-|r|/a)；a表示相关长度；r表示空间坐标。在实际应用中所述随机孔隙介质模型中的相关函数还有高斯形式等。
S160：根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
本申请实施例中，可以根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。具体的，所述随机孔隙介质模型地震波特征信息可以至少包括下述之一：
地震波的速度频散、地震波的衰减信息。
相应的，所述根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息至少包括下述之一：
将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内的所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部除以岩石密度后开平方得到的地震波有效速度作为所述地震波的速度频散；
将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的虚部除以所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部的值作为地震波的衰减信息。
如图6所示的是本申请实施例中计算得到的地震波的速度频散的一种示意图，图中横坐标为频率与比奥频率的比值，无量纲；纵坐标为地震波的纵波速度，单位为m/s。
如图7所示的是本申请实施例中计算得到的地震波的衰减信息的一种示意图，图中横坐标为频率与比奥频率的比值，无量纲；纵坐标为地震波的纵波衰减信息，无量纲。
如图8所示的是本申请实施例中计算得到的地震波的速度频散与现有技术的地震波的速度频散的比较示意图，图中横坐标为频率，单位为Hz；纵坐标为地震波的纵波速度，单位为m/s。其中810是本申请实施例中计算得到的地震波的速度频散的示意图，820是现有技术的地震波的速度频散的示意图。从图中可见，本申请和现有技术中频散曲线在高频和低频极限速度是相同的，其临界频率均在100Hz左右，但过渡区域现有技术的频散曲线相比本申请的频散曲线更陡，本申请的频散曲线有着更宽的频带范围。
如图9所示的是本申请实施例中计算得到的地震波的衰减信息与现有技术的地震波的衰减信息的比较示意图，图中横坐标为频率，单位为Hz；纵坐标为地震波的衰减信息，无量纲。其中910是本申请实施例中计算得到的地震波的衰减信息的示意图，920是现有技术的地震波的衰减信息的示意图。从图中可见，本申请和现有技术中的衰减曲线有着相同的衰减量级，但是本申请中地震波的衰减要比现有技术衰减小。当频率发生在临界频率处时，现有技术的衰减急剧发生；而本申请的衰减发生相对缓慢。在实际岩石中流体饱和状态并非单一而是具有一定分布范围，因此本申请实施例提供的技术方案在描述斑块饱和流体对地震波影响时更贴近真实情况。
由此可见，本申请一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法的实施例，通过岩样预处理后的分析数据可以得到客观体现岩石物理信息的岩样的弹性参量的统计特征信息，同时，在利用所述统计特征信息建立随机场过程中结合预设修正函数对模型误差进行修正，可以压制随机孔隙介质中低波数的分量，可以减小理论推导的无限性假设和实际模型离散性、有限性这一矛盾产生的误差，从而可以更准确的确定出地震波的速度频散和衰减信息等随机孔隙介质模型地震波特征信息，所述速度频散和衰减信息可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响，为提高地震定量解释的精度提供支持。
本申请另一方面还提供一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的装置，如图10所示的是本申请实施例提供的计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的装置的示意图，所述装置1000可以包括：
统计特征信息获取模块1010，可以用于对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；
第一随机场建立模块1020，可以用于基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场；
第二随机场建立模块1030，可以用于利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场；
数据处理模块1040，可以用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差；
纵波模量计算模块1050，可以用于根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；
信息计算模块1060，可以用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
在一个优选的实施例中，所述装置1000还可以包括：
修正处理模块，可以用于在确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场时，利用预设修正函数对描述统计特征信息的自相关函数产生的误差进行修正处理。
如图11所示的是本申请实施例提供的统计特征信息获取模块的模块示意图，在一个优选的实施例中，所述统计特征信息获取模块1010可以包括：
预处理单元1011，可以用于对所述岩样进行CT扫描和/或薄片分析处理；
灰度统计特征信息获取单元1012，可以用于根据所述CT扫描和/或薄片分析处理后的岩样分析数据得到岩样密度的灰度统计特征信息；
统计特征信息获取单元1013，可以用于基于造岩矿物密度和体积模量、以及造岩矿物密度和剪切模量的对应关系从所述岩样密度的灰度统计特征信息中确定所述岩样的弹性参量的统计特征信息，所述统计特征信息至少包括下述之一：岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量、以及岩石密度的均值和方差。
在一个优选的实施例中，所述预设分布规律可以包括下述中的任意一种：
指数分布、高斯分布。
在一个优选的实施例中，所述根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的计算公式可以如下：
上式中，Heff表示饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量，单位为GPa；H0表示饱和流体的随机孔隙介质的背景纵波模量，H0为饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量中各参数为均值时计算得到的，单位为GPa；H表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量，单位为GPa，H＝Pd+α2[(α-φ)/Kg+φ/Kf]-1；Pd表示干燥岩石纵波模量，单位为GPa；Kg表示岩石颗粒体积模量，单位为GPa；Kf表示孔隙流体体积模量，单位为GPa；φ表示岩石孔隙度；α表示比奥系数，B(r)表示随机孔隙介质模型中的相关函数；T(r)表示预设修正函数；r表示空间坐标；kps表示比奥慢波的波数，ω表示圆频率；η表示孔隙流体的粘滞系数；κ表示介质渗透率；G表示岩石剪切模量的均值，单位为GPa；H表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的均值，单位为GPa；Δ1和Δ2表示无量纲的参数， 表示岩石骨架体积模量的均值，单位为GPa；表示岩石颗粒体积模量的均值，单位为GPa；表示孔隙流体体积模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的方差；表示参数信息模量的方差；表示岩石剪切模量的方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与岩石剪切模量之间的协方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与参数信息模量之间的协方差；表示岩石剪切模量与参数信息模量之间的协方差。
在一个优选的实施例中，所述随机孔隙介质模型地震波特征信息可以至少包括下述之一：
地震波的速度频散、地震波的衰减信息。
在一个优选的实施例中，所述信息计算模块1060可以至少包括下述之一：
第一计算单元，可以用于将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内的所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部除以岩石密度后开平方得到的地震波有效速度作为所述地震波的速度频散；
第二计算单元，可以用于将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的虚部除以所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部的值作为地震波的衰减信息。
由此可见，本申请一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法或装置的实施例，通过岩样预处理后的分析数据可以得到客观体现岩石物理信息的岩样的弹性参量的统计特征信息，同时，在利用所述统计特征信息建立随机场过程中结合预设修正函数对模型误差进行修正，可以压制随机孔隙介质中低波数的分量，可以减小理论推导的无限性假设和实际模型离散性、有限性这一矛盾产生的误差，从而可以更准确的确定出地震波的速度频散和衰减信息等随机孔隙介质模型地震波特征信息，所述速度频散和衰减信息可以有效的反映孔隙流体对地震波的影响，为提高地震定量解释的精度提供支持。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
Claims (14)
1.一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的方法，其特征在于，所述方法包括：
对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；
基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场；
利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场；
根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差；
根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；
根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场时，利用预设修正函数对描述统计特征信息的自相关函数产生的误差进行修正处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息包括：
对所述岩样进行CT扫描和/或薄片分析处理；
根据所述CT扫描和/或薄片分析处理后的岩样分析数据得到岩样密度的灰度统计特征信息；
基于造岩矿物密度和体积模量、以及造岩矿物密度和剪切模量的对应关系从所述岩样密度的灰度统计特征信息中确定所述岩样的弹性参量的统计特征信息，所述统计特征信息至少包括下述之一：岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量、以及岩石密度的均值和方差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设分布规律包括下述中的任意一种：
指数分布、高斯分布。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的计算公式如下：
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上式中，Heff表示饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量，单位为GPa；H0表示饱和流体的随机孔隙介质的背景纵波模量，H0为饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量中各参数为均值时计算得到的，单位为GPa；H表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量，单位为GPa，H＝Pd+α2[(α-φ)/Kg+φ/Kf]-1；Pd表示干燥岩石纵波模量，单位为GPa；Kg表示岩石颗粒体积模量，单位为GPa；Kf表示孔隙流体体积模量，单位为GPa；φ表示岩石孔隙度；α表示比奥系数，B(r)表示随机孔隙介质模型中的相关函数；T(r)表示预设修正函数；r表示空间坐标；kps表示比奥慢波的波数，ω表示圆频率；η表示孔隙流体的粘滞系数；κ表示介质渗透率；表示岩石剪切模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的均值，单位为GPa；Δ1和Δ2表示无量纲的参数， 表示岩石骨架体积模量的均值，单位为GPa；表示岩石颗粒体积模量的均值，单位为GPa；表示孔隙流体体积模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的方差；表示参数信息模量的方差；表示岩石剪切模量的方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与岩石剪切模量之间的协方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与参数信息模量之间的协方差；表示岩石剪切模量与参数信息模量之间的协方差。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机孔隙介质模型地震波特征信息至少包括下述之一：
地震波的速度频散、地震波的衰减信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息至少包括下述之一：
将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内的所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部除以岩石密度后开平方得到的地震波有效速度作为所述地震波的速度频散；
将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的虚部除以所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部的值作为地震波的衰减信息。
8.一种计算随机孔隙介质模型地震波特征信息的装置，其特征在于，所述装置包括：
统计特征信息获取模块，用于对岩样进行预处理，根据预处理后的岩样分析数据得到所述岩样的弹性参量的统计特征信息；
第一随机场建立模块，用于基于预设分布规律利用所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量以及岩石密度的均值和方差分别确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场；
第二随机场建立模块，用于利用所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、所述岩石剪切模量的随机场、以及所述统计特征信息构建参数信息模量的随机场和饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场；
数据处理模块，用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的随机场、所述参数信息模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场分别计算得到所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差；
纵波模量计算模块，用于根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量；
信息计算模块，用于根据所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量计算得到随机孔隙介质模型地震波特征信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
修正处理模块，用于在确定所述岩石骨架体积模量的随机场、所述岩石颗粒体积模量的随机场、所述孔隙流体体积模量的随机场、以及所述岩石剪切模量的随机场时，利用预设修正函数对描述统计特征信息的自相关函数产生的误差进行修正处理。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述统计特征信息获取模块包括：
预处理单元，用于对所述岩样进行CT扫描和/或薄片分析处理；
灰度统计特征信息获取单元，用于根据所述CT扫描和/或薄片分析处理后的岩样分析数据得到岩样密度的灰度统计特征信息；
统计特征信息获取单元，用于基于造岩矿物密度和体积模量、以及造岩矿物密度和剪切模量的对应关系从所述岩样密度的灰度统计特征信息中确定所述岩样的弹性参量的统计特征信息，所述统计特征信息至少包括下述之一：岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、岩石剪切模量、以及岩石密度的均值和方差。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预设分布规律包括下述中的任意一种：
指数分布、高斯分布。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述统计特征信息中的岩石骨架体积模量、岩石颗粒体积模量、孔隙流体体积模量、和岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量和所述岩石剪切模量的均值，所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量以及所述岩石剪切模量的方差，以及所述饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量、所述参数信息模量和所述岩石剪切模量之间的协方差计算得到饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的计算公式如下：
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上式中，Heff表示饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量，单位为GPa；H0表示饱和流体的随机孔隙介质的背景纵波模量，H0为饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量中各参数为均值时计算得到的，单位为GPa；H表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量，单位为GPa，H＝Pd+α2[(α-φ)/Kg+φ/Kf]-1；Pd表示干燥岩石纵波模量，单位为GPa；Kg表示岩石颗粒体积模量，单位为GPa；Kf表示孔隙流体体积模量，单位为GPa；φ表示岩石孔隙度；α表示比奥系数，B(r)表示随机孔隙介质模型中的相关函数；T(r)表示预设修正函数；r表示空间坐标；kps表示比奥慢波的波数，ω表示圆频率；η表示孔隙流体的粘滞系数；κ表示介质渗透率；表示岩石剪切模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的均值，单位为GPa；Δ1和Δ2表示无量纲的参数， 表示岩石骨架体积模量的均值，单位为GPa；表示岩石颗粒体积模量的均值，单位为GPa；表示孔隙流体体积模量的均值，单位为GPa；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量的方差；表示参数信息模量的方差；表示岩石剪切模量的方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与岩石剪切模量之间的协方差；表示饱和流体的随机孔隙介质的纵波模量与参数信息模量之间的协方差；表示岩石剪切模量与参数信息模量之间的协方差。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述随机孔隙介质模型地震波特征信息至少包括下述之一：
地震波的速度频散、地震波的衰减信息。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述信息计算模块至少包括下述之一：
第一计算单元，用于将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内的所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部除以岩石密度后开平方得到的地震波有效速度作为所述地震波的速度频散；
第二计算单元，用于将所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量频率范围内所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的虚部除以所述饱和流体的随机孔隙介质有效纵波模量的实部的值作为地震波的衰减信息。
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