CN108181654B - 基于多尺度岩石物理模型的avaf模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法及装置，该包括：确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。本申请实施例可获得更为准确的致密砂岩岩石弹性特性与地震响应特征。
Description
技术领域
本申请涉及技术领域，尤其是涉及一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF(Amplitude Versus Angle and Frequency，振幅随入射角与频率变化)模拟方法及装置。
背景技术
应用地震波频散与衰减特性进行油气识别已成为近年来地球物理勘探领域研究的热点与难点。地震波在地下非均匀介质中传播时，会引起应力变化与压力梯度并导致流体流动，产生速度频散与衰减。在饱含流体的多孔介质中，微观、介观与宏观尺度非均质性引起的流体流动被认为是引起地震波速度衰减与频散特征的主控因素。然而，在不同频带内引起速度频散与衰减的波致流所在尺度不同，同时不同尺度波致流之间又存在相互影响。
近年来对含流体孔隙介质中地震波频散和衰减特性的研究取得了不小的进展，且已经应用于储层预测与油气检测，但这些应用大多是定性的且与经验有关。但是随着勘探难度的增大以及人们对低孔低渗致密油气藏研究的不断深入，现有的岩石物理模拟技术都不能用来有效地评估实际储层的岩石物理性质，导致其存在一系列的问题。随着宽频带实验研究与流体流动理论的不断进步，学者们逐渐认识到孔隙与裂缝尺度流体流动产生的速度频散与衰减的作用频带范围、衰减大小与非均质体尺度、流体的非均匀分布紧密相关。因此，利用地震波频散与衰减属性进行更加定量的流体识别成为了可能。然而，引起弹性波频散和衰减的频段很宽(从几Hz到几kHz)，不同的地球物理测量方法所用的信号频率范围不同，导致的频散与衰减机制也不同。此外，致密砂岩孔隙结构复杂，流体非均匀分布，具有强非均质性，且引起弹性波频散的不同尺度波致流之间又不是完全独立的。
总之，现有地震岩石物理技术的应用受到不同频段之间数据匹配问题的限制，所得效果难以准确刻画致密砂岩岩石弹性特性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法及装置，以获得更为准确的致密砂岩岩石弹性特性与地震响应特征。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，包括：
确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，所述周期层状斑块饱和介质模型包括：
其中，ω＝2πf，f为频率，VP(ω)为地震波纵波复速度，vP(ω)为地震波纵波相速度，QP(ω)为品质因子，θP(ω)为地震波纵波相角度，为VP(ω)的倒数的实部，为VP(ω)的平方的实部，为VP(ω)的平方的虚部，Sa1为空间小层1的流体饱和度，Sa2为空间小层2的流体饱和度，EG1为空间小层1的杨氏模量，EG2为空间小层2的杨氏模量，I1为空间小层1的声波阻抗，I2为空间小层2的声波阻抗，r1为空间小层1的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，r2为空间小层2的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，d1为空间小层1的厚度，d2为空间小层2的厚度，ρ为斑块饱和介质密度。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其中：
Sa1＝d1/(d1+d2)，Sa2＝d2/(d1+d2)，KG1为空间小层1的等效体积模量，KG2为空间小层2的等效体积模量，μm为干岩石骨架的等效剪切模量， η1为空间小层1的流体粘滞系数，η2为空间小层2的流体粘滞系数，κ为渗透率，Em为干岩石骨架的P波模量，且Km为干岩石骨架的体积模量，φ1为空间小层1的孔隙度，φ2为空间小层2的孔隙度，Kf为孔隙流体体积模量，Ks1为空间小层1的矿物颗粒体积模量，Ks2为空间小层2的矿物颗粒体积模量。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，所述改进的岩石骨架模量包括：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μmf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω＝2πf，f为频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，所述确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型，包括：
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值；
基于所述储层介质参数值及所述地震波频散参数值构建含速度频散夹层的层状介质模型及其传播矩阵。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，所述对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征，包括：
将所述传播矩阵带入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震反射系数矩阵；
将所述与频率相关的地震反射系数矩阵R代入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
其中，R为地震反射系数矩阵，A1和A2分别为上层、下层介质特性相关的传播矩阵，Bα为中间夹层介质特性相关的传播矩阵，α为小层层数，ip为P波入射矢量，Bα＝T(0)T-1(hα)(α＝1,…,N)，T(0)为储层顶界面的参数矩阵，T-1(hα)为第α小层参数矩阵的逆，hα表示各个层的厚度；SPQ为PP波或PS波在时间域的地震记录，W(ω)为雷克子波的频谱，RPQ(θ；ω)为PP波或PS波反射系数随入射角度与频率的变化，Q为P波或S波，θ为入射角，ω＝2πf，f为频率。
另一方面，本申请实施例还提供了一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，包括：
模型及模量确定模块，用于确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
第一模型构建模块，用于将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
第二模型构建模块，用于确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
地震正演模拟模块，用于对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，所述周期层状斑块饱和介质模型包括：
其中，ω＝2πf，f为频率，VP(ω)为地震波纵波复速度，vP(ω)为地震波纵波相速度，QP(ω)为品质因子，θP(ω)为地震波纵波相角度，为VP(ω)的倒数的实部，为VP(ω)的平方的实部，为VP(ω)的平方的虚部，Sa1为空间小层1的流体饱和度，Sa2为空间小层2的流体饱和度，EG1为空间小层1的杨氏模量，EG2为空间小层2的杨氏模量，I1为空间小层1的声波阻抗，I2为空间小层2的声波阻抗，r1为空间小层1的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，r2为空间小层2的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，d1为空间小层1的厚度，d2为空间小层2的厚度，ρ为斑块饱和介质密度。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其中：
Sa1＝d1/(d1+d2)，Sa2＝d2/(d1+d2)，KG1为空间小层1的等效体积模量，KG2为空间小层2的等效体积模量，μm为干岩石骨架的等效剪切模量 η1为空间小层1的流体粘滞系数，η2为空间小层2的流体粘滞系数，κ为渗透率，Em为干岩石骨架的P波模量，且Km为干岩石骨架的体积模量，φ1为空间小层1的孔隙度，φ2为空间小层2的孔隙度，Kf为孔隙流体体积模量，Ks1为空间小层1的矿物颗粒体积模量，Ks2为空间小层2的矿物颗粒体积模量。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，所述改进的岩石骨架模量包括：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω＝2πf，f为频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，所述确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型，包括：
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值；
基于所述储层介质参数值及所述地震波频散参数值构建传播矩阵并将所述传播矩阵作为含速度频散夹层的层状介质模型；
其中，R为传播矩阵，A1和A2分别为上层、下层介质特性相关的传播矩阵，Bα为中间夹层介质特性相关的传播矩阵，α为小层层数，ip为P波入射矢量，Bα＝T(0)T-1(hα)(α＝1,…,N)，T(0)为储层顶界面的参数矩阵，T-1(hα)为第α小层参数矩阵的逆，hα表示各个层的厚度。
本申请实施例的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，所述对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征，包括：
将所述传播矩阵代入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
其中，SPQ为PP波或PS波在时间域的地震记录，W(ω)为雷克子波的频谱，RPQ(θ；ω)为PP波或PS波反射系数随入射角度与频率的变化，Q为P波或S波，θ为入射角，ω＝2πf，f为频率。
另一方面，本申请实施例还提供了一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例首先确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；其次将改进的岩石骨架模量代入周期层状斑块饱和介质模型，获得储层的多尺度岩石物理模型；然后确定储层的储层介质参数值及多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；最后对含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。由此可见，本申请实施例同时考虑微观与介观尺度流体流动引起的速度衰减机理及其受到岩石与流体特性的影响，并得到多层介质的与频率相关的地震AVAF响应特征。因而本申请实施例能够较准确识别低孔低渗岩石中的不同流体类型。本申请实施例可用于地学领域中矿产勘查、油气储层预测等方面的研究。
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。在附图中：
图1为本申请一实施方式中基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法的流程图；
图2a为本申请一实施方式中选用储层参数模型1得到的相角及逆品质因子1/Q的示意图；
图2b为本申请一实施方式中选用储层参数模型1得到的P波相速度随频率变化曲线；
图3a为本申请一实施方式中选用储层参数模型2得到的相角及逆品质因子1/Q的示意图；
图3b为本申请一实施方式中选用储层参数模型2得到的P波相速度随频率变化曲线；
图4a为本申请一实施方式中当位于两个半无限大空间的单夹层介质在地震频带内发生频散时，得到的PP波反射振幅谱在频率1-200Hz范围的变化图；
图4b为图4a所示的PP波反射波形在入射角0-40°范围的变化图；
图4c为图4a所示的PS波反射波振幅谱图；
图4d为图4a所示的PS波反射波波形图；
图4e为本申请一实施方式中当位于两个半无限大空间的双夹层介质在地震频带内发生频散时，得到的PP波反射波振幅谱图；
图4f为图4e所示的PP波反射波波形图；
图5为本申请一实施方式中叠加的PP波反射波形随渗透率变化示意图；
图6为本申请一实施方式中基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置的结构框图；
图7为本申请另一实施方式中基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置的结构框图。
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作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。
传统的地震岩石物理方法未考虑不同尺度非均质体引起的流体流动对弹性波在不同频带范围衰减机制的影响，即认为不同尺度之间是互相独立的，因而得到的地震响应特征往往不能与地下介质真实的弹性特性进行联系，从而不能准确地描述复杂孔隙介质中流体的特性。因此，为了提高对不同频带范围内地震波衰减与速度频散机制的认识，有必要研发一种适用于饱含流体致密砂岩岩石中弹性波衰减和频散的地震岩石物理模拟方案。
本申请的发明人发现：基于周期层状斑块饱和介质模型可获得不同介观尺度非均质性(岩石与流体特性)对地震波衰减与频散结果的影响，然而周期层状斑块饱和介质模型的单一孔隙结构不足以模拟致密砂岩复杂孔隙结构特征，为此，在周期层状斑块饱和介质模型的介质中同时考虑软硬两种孔隙的基础上，可引入微观喷射流影响，从而建立跨频段岩石物理模型(即多尺度岩石物理模型)；然后基于储层介质参数值和地震波频散参数值建立含速度频散夹层的层状介质模型，最后对含速度频散夹层的层状介质模型进行频域地震正演模拟，从而可获得该含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
1975年，在通过地下岩石由饱含不同流体的多孔层状介质交替叠加组成，White提出了周期层状斑块饱和介质模型，这是一种介观尺度模型，其可用于研究介观尺度非均质体引起的地震波频散与衰减。周期层状斑块饱和介质模型可包括岩石非均质性与流体非均匀分布对速度频散的影响，如岩石孔隙度、骨架模量、非均质体长度、渗透率、流体类型及流体饱和度等。地震波在饱和流体孔隙介质中传播时，上下层介质中由流体压力差而形成孔压梯度，造成介观尺度波致流，进而引起地震波频散与衰减。其中，周期层状斑块饱和介质模型的弹性模型可表示为：
其中，di(i＝1,2)分别表示空间小层i的厚度；ω表示角频率；Sai＝di/(d1+d2)分别表示空间小层i的流体饱和度；饱含流体的空间小层i的杨氏模量可表示为：
其中，KGi表示空间小层i的等效Gassmann体积模量；μm表示干岩石骨架的等效剪切模量；空间小层i的声波阻抗Ii、快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值ri和慢纵波的复波数kei和有效体积模量KEi分别表示为：
其中，ηi为空间小层i的流体粘滞系数，κ为储层渗透率，φi空为空间小层i的孔隙度，Kf为孔隙流体体积模量，Ksi为空间小层i的矿物颗粒体积模量，Em为干岩石骨架的P波模量,可表示为：
公式(7)中，Km与μm分别表示干岩石骨架的等效体积模量与等效剪切模量。
周期层状斑块饱和介质模型假设空间小层1与空间小层2具有相同的骨架特性，从而小层中所含不同流体会引起岩石弹性特性差异。且该周期层状斑块饱和介质模型的特征频率近似表示为：
则地震波纵波相速度、品质因子、地震波纵波相角度可分别表示为：
其中，vP(ω)为地震波纵波相速度；QP(ω)为品质因子；θP(ω)为地震波纵波相角度；为VP(ω)的倒数的实部；为VP(ω)的平方的实部；为VP(ω)的平方的虚部；地震波纵波复速度VP(ω)可表示为：
其中，ρ为斑块饱和介质。
同时，在粘弹性介质中，逆品质因子Q-1与相角度θ满足Q-1＝tanθ。
位于弹性上覆介质(非频散介质)与频散储层岩石间的界面反射系数随频率变化，且满足
其中，储层岩石的衰减系数α可由品质因子Q表示，即
但是，地下介质特性可能在所有尺度上都是非均匀的，微观尺度上的流体流动很可能会影响介观尺度上的波致流响应，反之亦然。因此对介观尺度与微观尺度波致流的组合进行深入研究，对于更好地理解地震波频散和衰减机理具有重要的意义。下面我们对改进的多尺度岩石物理模型的影响机理进行简要分析。
微观喷射流模型和周期层状斑块饱和介质模型分别有不同的频带适用范围，并且相互影响。微观非均质体中的软孔隙会使得改进湿骨架模量变为依赖频率的复模量，从而影响岩石在介观尺度下的弹性特性响应。对任意频率，孔隙的刚度与其在未驰豫状态的刚度相同。与频率相关的改进骨架部分的松弛模量可表示为：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μmf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω为角频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
将微观喷射流模型中与频率相关的改进的岩石骨架模量Kmf(ω)与μmf(ω)带入到周期层状斑块饱和介质模型中，以替换周期层状斑块饱和介质模型中的干骨架模量(Km与μm)，以此将在微观尺度与介观尺度发生的波致流相结合，可得到储层的多尺度岩石物理模型，并可得到多尺度下流体流动引起的地震波速度频散与衰减响应，即相速度与逆品质因子。
由此可见，本申请的多尺度岩石物理模型包含了微观尺度与介观尺度波致流引起的地震波频散和衰减特性，且两种机制会相互影响。改变流体类型、流体饱和度、非均质体大小及软孔隙纵横比等参数会引起该多尺度岩石物理模型得到的地震波衰减特性发生变化。此外，通过正演模拟方法能够获得依赖频率的地震响应特征，进而可为致密砂岩孔隙流体探测提供理论基础。
基于上述理论，参考图1所示，本申请实施方式的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，可以包括以下步骤：
S101、确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量。
本申请一实施方式中，将公式(1)代入到公式(12)中，然后将公式(12)代入到公式(9)、公式(10)和公式(11)，可得到储层的周期层状斑块饱和介质模型。
本申请实施方式中，所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量包括公式(15)和公式(16)。
S102、将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型。
本申请一实施方式中，所述将改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，即用公式(15)中的Kmf(ω)替换所述周期层状斑块饱和介质模型中的Km，并用公式(16)中的μmf(ω)替换所述周期层状斑块饱和介质模型中的μm，从而形成新的跨频段的多尺度岩石物理模型。
S103、确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型。
本申请一实施方式中，所述储层的储层介质参数例如可通过所述储层的岩芯样品测得。所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，可通过公式(10)和公式(14)计算得到。
因此，在确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值的基础上，可基于所述储层介质参数值及所述地震波频散参数值构建含速度频散夹层的层状介质模型及其传播矩阵。
S104、对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
本申请一实施方式中，基于应变和位移连续性条件，采用传播矩阵方法可以计算层状介质中与频率相关的反射系数。因而，可直接将与频率相关的岩石物理模拟结果与地震响应特性联系起来。对于P波入射，Carcione在2001年将反射与透射系数R＝[RPP,RPS,TPP,TPS]T表示为：
其中，R为地震反射系数矩阵，A1和A2分别为上层、下层介质特性相关的传播矩阵，Bα为中间夹层介质特性相关的传播矩阵，α为小层层数，ip为P波入射矢量，Bα＝T(0)T-1(hα)(α＝1,…,N)，T(0)为储层顶界面的参数矩阵，T-1(hα)为第α小层参数矩阵的逆，hα表示各个层的厚度。
因此，在本申请一实施方式中，在构建含速度频散夹层的层状介质模型及其传播矩阵后，可将所述含速度频散夹层的层状介质模型的传播矩阵带入公式(17)中，从而可获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震反射系数矩阵；
然后，可将所述与频率相关的地震反射系数矩阵R代入以下公式：
从而可获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征，即考虑孔隙流体影响的层状地层中PP波和PS波反射地震记录。其中，SPQ为PP波或PS波在时间域的地震记录，W(ω)为雷克子波的频谱，RPQ(θ；ω)为PP波或PS波反射系数随入射角度与频率的变化，Q为P波或S波，θ为入射角。
这样得到的致密砂岩储层的地震响应结果既考虑了不同尺度非均质性(岩石与流体非均匀分布)结合引起的地震波频散与衰减，还包含了地层层状结构与非均质体大小的影响，从而能更加准确地评估含流体孔隙介质对地震AVAF响应特征的影响。
为了检验本申请实施方式的应用效果，下面分别使用了两组储层参数模型进行测试。
选用储层参数模型1得到如图2a所示的相角及逆品质因子1/Q，以及如图2b所示的P波相速度随频率变化曲线。选用储层参数模型2得到如图3a所示的相角及逆品质因子1/Q，以及如图3b所示的P波相速度随频率变化曲线。
在图2a和图2b中，实线(A1与A2)为介观尺度频率相关的周期层状斑块饱和介质模型预测的逆品质因子与纵波速度变化曲线，虚线(B1与B2)为多尺度岩石物理模型预测的逆品质因子与纵波速度变化曲线。对比A1和B1与A2和B2发现，多尺度岩石物理模型可受到渗透率变化的影响。
在图3a和图3b中，实线(A1与A2)为介观尺度频率相关的周期层状斑块饱和介质模型预测的逆品质因子与纵波速度变化曲线，虚线(B1与B2)为多尺度岩石物理模型预测的逆品质因子与纵波速度变化曲线。根据A1和B1认为储层模型含水和气，根据A2和B2认为储层模型含水和油。
在地震波和声波频率范围内，不同尺度流体流动机制是相互影响的。利用多尺度岩石物理模型计算的衰减结果有三个峰值，分别为两种不同衰减机制对应的衰减特征频率。且在特征频率附近，速度与衰减随频率的变化最明显。因而在一定频段内，应同时考虑这两种机制共同作用引起的地震波频散与衰减。在低频段，周期层状斑块饱和介质模型预测的P波速度与多尺度岩石物理模型相同；在高频段，因同时考虑了介观尺度与微观尺度机制的影响，多尺度岩石物理模型预测的速度显著高于周期层状斑块饱和介质模型预测的速度。此外，在低频段，储层含水气时预测的衰减值小于储层含水油时的预测结果。同时，含水气储层的P波速度明显小于含水油储层的速度，与实际地质结果相符。
当位于两个半无限大空间的单夹层介质在地震频带内发生频散时，得到的PP波反射振幅谱在频率1-200Hz范围的变化如图4a所示，PP波反射波形在入射角0-40°范围的变化(如图4b所示)，PS波反射波振幅谱(如图4c所示)，PS波反射波波形(如图4d所示)。而当位于两个半无限大空间的双夹层介质在地震频带内发生频散时，可得到多尺度岩石物理模型的PP波反射振幅谱(如图4e所示)及PP波反射波形(如图4f所示)。因此，利用本申请实施例考虑不同尺度非均质性影响的多尺度岩石物理模型得到的砂岩储层弹性响应，结合传播矩阵方法得到多尺度衰减机制影响的地震AVAF响应特征。由于考虑了速度频散影响以及砂岩储层层状结构，PP波与PS波反射系数随频率变化，且其振幅谱与波形变得更加复杂。同时，还可以获得叠加的PP波反射波形随渗透率变化(如图5所示)，地震响应特性对渗透率变化十分敏感。
参考图7所示，本申请另一实施方式的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置可以包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
参考图6所示，本申请一实施方式的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置可以包括：
模型及模量确定模块61，可以用于确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
第一模型构建模块62，可以用于将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
第二模型构建模块63，可以用于确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
地震正演模拟模块64，可以用于对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其特征在于，包括：
确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
所述改进的岩石骨架模量包括：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μmf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω＝2πf，f为频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
2.如权利要求1所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其特征在于，所述周期层状斑块饱和介质模型包括：
其中，ω＝2πf，f为频率，VP(ω)为地震波纵波复速度，vP(ω)为地震波纵波相速度，QP(ω)为品质因子，θP(ω)为地震波纵波相角度，为VP(ω)的倒数的实部，为VP(ω)的平方的实部，为VP(ω)的平方的虚部，Sa1为空间小层1的流体饱和度，Sa2为空间小层2的流体饱和度，EG1为空间小层1的杨氏模量，EG2为空间小层2的杨氏模量，I1为空间小层1的声波阻抗，I2为空间小层2的声波阻抗，r1为空间小层1的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，r2为空间小层2的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，d1为空间小层1的厚度，d2为空间小层2的厚度，ρ为斑块饱和介质密度，i为虚数单位。
3.如权利要求2所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其特征在于，其中：
Sa1＝d1/(d1+d2)，Sa2＝d2/(d1+d2)，KG1为空间小层1的等效体积模量，KG2为空间小层2的等效体积模量，μm为干岩石骨架的等效剪切模量， η1为空间小层1的流体粘滞系数，η2为空间小层2的流体粘滞系数，κ为渗透率，Em为干岩石骨架的P波模量，且Km为干岩石骨架的体积模量，φ1为空间小层1的孔隙度，φ2为空间小层2的孔隙度，Kf为孔隙流体体积模量，Ks1为空间小层1的矿物颗粒体积模量，Ks2为空间小层2的矿物颗粒体积模量，i为虚数单位。
4.如权利要求1所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其特征在于，所述确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型，包括：
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值；
基于所述储层介质参数值及所述地震波频散参数值构建含速度频散夹层的层状介质模型及其传播矩阵。
5.如权利要求4所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟方法，其特征在于，所述对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征，包括：
将所述传播矩阵带入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震反射系数矩阵；
将所述与频率相关的地震反射系数矩阵R代入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
其中，R为地震反射系数矩阵，A1和A2分别为上层、下层介质特性相关的传播矩阵，Bz为中间夹层介质特性相关的传播矩阵，z为小层层数，ip为P波入射矢量，Bz＝T(0)T-1(hz)(z＝1,…,N)，T(0)为储层顶界面的参数矩阵，T-1(hz)为第z小层参数矩阵的逆，hz表示各个层的厚度；SPQ为PP波或PS波在时间域的地震记录，W(ω)为雷克子波的频谱，RPQ(θ；ω)为PP波或PS波反射系数随入射角度与频率的变化，Q为P波或S波，θ为入射角，ω＝2πf，f为频率。
6.一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其特征在于，包括：
模型及模量确定模块，用于确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
第一模型构建模块，用于将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
第二模型构建模块，用于确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
地震正演模拟模块，用于对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
所述改进的岩石骨架模量包括：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μmf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω＝2πf，f为频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
7.如权利要求6所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其特征在于，所述周期层状斑块饱和介质模型包括：
其中，ω＝2πf，f为频率，VP(ω)为地震波纵波复速度，vP(ω)为地震波纵波相速度，QP(ω)为品质因子，θP(ω)为地震波纵波相角度，为VP(ω)的倒数的实部，为VP(ω)的平方的实部，为VP(ω)的平方的虚部，Sa1为空间小层1的流体饱和度，Sa2为空间小层2的流体饱和度，EG1为空间小层1的杨氏模量，EG2为空间小层2的杨氏模量，I1为空间小层1的声波阻抗，I2为空间小层2的声波阻抗，r1为空间小层1的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，r2为空间小层2的快纵波引起的流体张力与总法向张力的比值，d1为空间小层1的厚度，d2为空间小层2的厚度，ρ为斑块饱和介质密度，i为虚数单位。
8.如权利要求7所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其特征在于，其中：
Sa1＝d1/(d1+d2)，Sa2＝d2/(d1+d2)，KG1为空间小层1的等效体积模量，KG2为空间小层2的等效体积模量，μm为干岩石骨架的等效剪切模量， η1为空间小层1的流体粘滞系数，η2为空间小层2的流体粘滞系数，κ为渗透率，Em为干岩石骨架的P波模量，且Km为干岩石骨架的体积模量，φ1为空间小层1的孔隙度，φ2为空间小层2的孔隙度，Kf为孔隙流体体积模量，Ks1为空间小层1的矿物颗粒体积模量，Ks2为空间小层2的矿物颗粒体积模量，i为虚数单位。
9.如权利要求6所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其特征在于，所述确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型，包括：
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值；
基于所述储层介质参数值及所述地震波频散参数值构建含速度频散夹层的层状介质模型及其传播矩阵。
10.如权利要求9所述的基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，其特征在于，所述对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征，包括：
将所述传播矩阵带入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震反射系数矩阵；
将所述与频率相关的地震反射系数矩阵R代入公式获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
其中，R为地震反射系数矩阵，A1和A2分别为上层、下层介质特性相关的传播矩阵，Bz为中间夹层介质特性相关的传播矩阵，z为小层层数，ip为P波入射矢量，Bz＝T(0)T-1(hz)(z＝1,…,N)，T(0)为储层顶界面的参数矩阵，T-1(hz)为第z小层参数矩阵的逆，hz表示各个层的厚度；SPQ为PP波或PS波在时间域的地震记录，W(ω)为雷克子波的频谱，RPQ(θ；ω)为PP波或PS波反射系数随入射角度与频率的变化，Q为P波或S波，θ为入射角，ω＝2πf，f为频率。
11.一种基于多尺度岩石物理模型的AVAF模拟装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
确定储层的周期层状斑块饱和介质模型，并确定所述储层的微观喷射流模型改进的岩石骨架模量；
将所述改进的岩石骨架模量代入所述周期层状斑块饱和介质模型，获得所述储层的多尺度岩石物理模型；
确定所述储层的储层介质参数值及所述多尺度岩石物理模型的地震波频散参数值，并据此建立含速度频散夹层的层状介质模型；
对所述含速度频散夹层的层状介质模型进行频率域地震正演模拟，获得所述含速度频散夹层的层状介质模型的与频率相关的地震响应特征；
所述改进的岩石骨架模量包括：
其中，Kmf(ω)为干岩石骨架的体积模量，Kh为软孔隙闭合时的干岩石骨架模量，Kdry与μdry分别为干岩石骨架的体积模量与剪切模量，Kg为岩石基质体积模量，φc为岩石骨架的软孔隙度，μmf(ω)为干岩石骨架的等效剪切模量，Kf为孔隙流体体积模量，ω＝2πf，f为频率，η为孔隙流体粘滞系数，表示改进流体的体积模量，J0与J1为Bessel函数，α为孔隙纵横比，且h0为孔隙高度，a为孔隙宽度。
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