CN108957542B - 一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，属于地震岩石物理建模领域。该方法针对水饱和及油饱和介质中分布有不同尺寸的气泡斑块的情况，利用White模型和推广的Johnson模型提出了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，并分析了两种部分饱和情况下地震属性：衰减、P波速度、波阻抗、纵横波速度比，对含气饱和度、孔隙度和渗透率的敏感性。

Description

一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法

技术领域

本发明涉及地震岩石物理建模技术领域，具体涉及一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，并利用建立的图板进行了地震属性敏感性分析。

背景技术

岩石物理图板能够建立弹性性质(速度、密度、波阻抗、饱和岩石弹性模量和衰减等)和储层属性(孔隙度、流体饱和度、渗透率和黏土含量等)之间的联系。

和Avseth(2004)，Avsethetal(2005)，Carcione和Avseth(2015) 在页岩中已经做了相应的研究。

当地震波在小尺度不均匀性介质中传播时，介质内部不同性质的区域间会产生压力梯度。White(1975)和Johnson(2001)的研究表明，中观尺度非均质性和不同波形式之间的能量转换能够解释速度频散和衰减(即品质因子Q的倒数)，其中快纵波到Biot慢波的能量转换是主要的物理机制，这种物理机制被称为中观耗散。其中，中观尺度表示其长度远大于矿物颗粒半径并远小于地震波长。如果相邻区域流体类型不同，在地震频带下不同区域间孔隙流体的扩散是一种很重要的耗散机制。不同的理论和研究人员已经对这种机制进行了解释 (例如Carcione和Picotti(2006)、Müller等(2010)和Carcione(2014))。

建立合理的物理图板需要针对实际的油气储层进行岩石物理建模，一般包括三个步骤：首先分析岩石矿物组分，估算基质弹性参数与密度；其次采用理论、经验公式或者其他方法，基于岩石基质性质、储层孔隙结构、骨架固结程度等因素计算岩石骨架的弹性参数与密度；最后依据储层环境下流体性质，结合流体的分布特征及其与孔隙的联系，估算含流体岩石的波响应特征，并与实际工程相联系。现有技术一般都是基于常规岩石弹性参数(速度、密度、纵横波速度比、弹性模量等)，建立单一孔隙结构、单一尺度数据的常规岩石物理图板。现有的方法无法适用于孔隙结构复杂、横向非均质性强的油气储层。由于非均匀油气藏中不相混溶的流体一般呈“斑块状”分布，并且衰减属性相比于速度等常规岩石弹性参数对储层流体更敏感，针对此情况，本发明通过向介质中嵌入一系列尺寸的气泡斑块建立了精度更高的衰减岩石物理图板。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，引入衰减属性建立的衰减岩石物理图板，能够切实提高储层流体的检测精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，估算岩石骨架弹性模量和孔隙流体性质；

步骤S2，非均匀饱和介质中气泡斑块形状的表征；

步骤S3，White模型和Johnson模型的推导；

步骤S4，复合介质等效弹性模量的计算；

步骤S5，利用Johnson模型预测相速度和品质因子Q；

步骤S6，绘制衰减岩石物理图板；

步骤S7，地震属性敏感性分析。

优选的，步骤S1中，利用Krief模型估算岩石骨架体积模量和剪切模量。

优选的，步骤S2中，以孔隙流体为气和水为例，用斑块表面积与饱和介质总体积的比值β表征气泡斑块的形状，其公式如下：

其中S_g为含气饱和度，ζ表示水-气接触面的粗糙程度，a为球形气泡的半径。

优选的，复杂介质体积模量的表达式：

对于Johnson模型中：

其中τ，ξ，g，N，R分别为模型中的弹性参数，β表示气泡斑块的形状；T 为流体斑块上的平均扩散时间，

对于White模型，考虑同心球体结构，模型中相对应参数β和T则有以下表达式：

其中β表示气泡斑块的形状；T为流体斑块上的平均扩散时间，即在某种流体斑块大小下孔隙介质骨架中压力达到均衡状态时的扩散时间，其中，

其中N为模型中的弹性参数；下标g和b分别表示孔隙所含流体为气体和卤水，White模型的其他参数计算公式与上述Johnson模型相同。

优选的，步骤S4中，等效体积模量K为：

PDF_j为气泡斑块的正态分布；K_V为通过Vogit平均计算的等效体积模量； K_R为通过Reuss平均计算的等效体积模量；K为通过Hill平均计算的最终的岩石等效体积模量，K(ω)_j为J个半径为a_j(j＝1，…，J)的描述孔隙介质非弹性性质的模量，即为公式(23)。

优选的，通过步骤S1-S5计算地震波纵波速度、阻抗、速度比、衰减参数，进而绘制气-水部分饱和和气-油部分饱和情况下的衰减岩石物理图板。

优选的，步骤S7中，岩石物理图板对地震属性敏感性分析的具体过程为：

令y＝f(x)，其中x为自变量，y为因变量。则敏感系数

能够表示为：

其中

是通过消除单位的影响来使系数标准化。将岩石物理图板中的含气饱和度、孔隙度和渗透率作为自变量，地震属性参数作为因变量，对制作的岩石物理图板进行敏感性分析。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

a)建立了一种新型的中观尺度下的衰减岩石物理图板；

b)考虑了部分饱和介质中气泡斑块的形状和尺寸，能够更好地描述中观尺度下复杂介质地震属性的特征；

c)采用建立的岩石物理图板，能够快速有效的分析地震属性对含气饱和度、孔隙度及渗透率的敏感性。

附图说明

图1为本发明提出的一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法流程示意图；

图2为White模型(球形结构，spherical)和Johnson模型(分形结构，fractal) 中相速度(图a、b)和衰减(图c、d)随频率的变化图。图(a)和(c)为气- 水部分饱和情况，图(b)和(d)表示气-油部分饱和情况，其中平均半径为30 cm；图中细实线和细虚线分别表示采用VRH平均和HS边界平均的模型结果，其中粗实线为采用单一斑块半径的模型结果；

图3为气-水部分饱和状态下Johnson模型中相速度(a)和衰减(b)随渗透率的变化图；

图4为气-水部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为地震P波速度，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其中实线表示不同的含气饱和度，虚线表示不同的孔隙度及渗透率(例如φ＝10％表示孔隙介质孔隙度为10％， S_g＝0.1％表示孔隙介质中含气饱和度为0.1％，含水饱和度为99.9％)；(a)为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型；

图5为气-水部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为地震P波阻抗，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其含义和图4中曲线相同；(a) 为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型；

图6为气-水部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为相速度比，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其含义和图4中曲线相同；(a)为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型；

图7为气-油部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为地震P波速度，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其中实线表示不同的含气饱和度，虚线表示不同的孔隙度及渗透率(例如φ＝10％表示孔隙介质孔隙度为10％， S_g＝0.1％表示孔隙介质中含气饱和度为0.1％，含油饱和度为99.9％)；(a)为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型；

图8为气-油部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为波阻抗，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其含义和图7中曲线相同；(a)为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型；

图9为气-油部分饱和情况的岩石物理图板；图中横坐标为相速度比，等值线分别表示含气饱和度和孔隙度(渗透率)，其含义和图7中曲线相同。(a)为单一斑块半径的White模型；(b)为采用概率密度函数的White模型；(c)为单一斑块半径的Johnson模型；(d)为采用概率密度函数的Johnson模型。

图10为气-水部分饱和情况下基于Johnson模型的敏感性分析图。(a)衰减对含气饱和度的敏感性；(b)衰减对孔隙度的敏感性；(c)P波速度对含气饱和度的敏感性；(d)P波速度对孔隙度的敏感性；图(e)波阻抗对含气饱和度的敏感性；(f)波阻抗对孔隙度的敏感性；(g)相速度比对含气饱和度敏感性；(h) 相速度比对孔隙度的敏感性。

图11为气-油部分饱和情况下基于Johnson模型的敏感性分析图。(a)衰减对含气饱和度的敏感性；(b)衰减对孔隙度的敏感性；(c)P波速度对含气饱和度的敏感性；(d)P波速度对孔隙度的敏感性；图(e)波阻抗对含气饱和度的敏感性；(f)波阻抗对孔隙度的敏感性；(g)相速度比对含气饱和度敏感性；(h) 相速度比对孔隙度的敏感性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明方法针对水饱和及油饱和介质中分布有不同尺寸的气泡斑块的情况，利用White模型和推广的Johnson模型提出了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，并分析了两种部分饱和情况下地震属性：衰减、P波速度、波阻抗、纵横波速度比，对含气饱和度、孔隙度和渗透率的敏感性。

本发明的一种建立地震衰减岩石物理图板的方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤S1，估算岩石骨架弹性模量和孔隙流体性质；

岩石由不同组分矿物颗粒组成，它们各自有相应的弹性模量，而各矿物组分组成的岩石骨架的弹性模量与各组分矿物颗粒的弹性模量有关。本发明实施例针对砂岩给出建立岩石物理图板的具体流程。砂岩矿物颗粒为石英，根据岩石物理手册给出石英体积模量K_s为39GPa，剪切模量μ_s为40GPa，石英颗粒干密度ρ_s为2.65g/cm³。

利用Krief模型估算干岩石骨架体积模量K_m和剪切模量μ_m。该模型公式为：

其中K_s和μ_s分别是矿物颗粒的体积模量和剪切模量(即所给石英矿物颗粒的体积模量和剪切模量)，φ是指岩石孔隙度。模型所取孔隙度(φ)数值大小应不超过临界孔隙度，因为当孔隙度超过临界孔隙度时(一般从0.4到0.6)，计算的干岩石骨架模量比较小。

孔隙流体性质的计算可参见现有计算方法。甲烷、卤水和油这三种流体是岩石物理实验中常使用的孔隙流体类型。本发明实施例以这三种孔隙流体的性质作为建立岩石物理图板所用的流体参数，具体计算过程以岩石孔隙中非均质饱和甲烷和卤水为例来详细描述。岩石孔隙中填充的气体的体积模量、密度及黏度可以由Peng-Robinson状态方程计算，本发明实施例图板中采用甲烷作为孔隙中的气体，通过方程计算甲烷的体积模量K_g为0.016GPa，密度ρ_g为0.1g/cm³，黏度η为0.00001Pa·s。而孔隙中填充的水和油的体积模量、密度及黏度由Batzle 和Wang公式给出(Picotti等，2012)，其中该实施例中采用的卤水的体积模量 K_b为2.25GPa，密度ρ_b为1.03g/cm³，黏度为0.0012Pa·s；采用的油的体积模量为2.16GPa，密度为0.8g/cm³，黏度为0.24Pa·s。

当孔隙中所含两种流体的性质差别比较大时(比如甲烷和卤水)，中观耗散效应增强。在建立岩石物理图板的过程中，也需要岩石的渗透率与孔隙度关系式。此图板中渗透率与孔隙度通过Kozeny-Carman方程进行联系：

其中κ₀＝2.5D(D为达西，渗透率单位)，φ为岩石孔隙度。

步骤S2，非均匀饱和介质中气泡斑块形状的表征；

饱和介质指介质中的孔隙全部被一种流体填充。部分饱和指岩石孔隙中饱含有两种不同性质的流体，如空气/水或者气/油。均匀介质即岩石内部具有相同的性质。

假设均匀介质中存在中观尺度的气泡斑块，中观尺寸表示其小于地震波波长大于孔隙半径。本发明中用斑块表面积与饱和介质总体积的比值β表征气泡斑块的形状，则β可以表示为：

β＝S/V， (3)

β值的大小取决于斑块的形状，S为斑块表面积，V为饱和介质总体积。

White(1975)假设球形气泡斑块比矿物颗粒大得多，但是比地震波波长小得多。在此文献中提出了含球形气泡的孔隙介质理论，即将半径为a的球形气泡置于半径为b的饱水球形孔隙介质(饱水本实施例中指原本饱和卤水，此时介质中不含气泡)内(a<b)。则流体的饱和度为：

其中S表示含流体饱和度，下表“g”和“b”分别表示孔隙中所含流体为气体和卤水。

此图板中为了描述更普遍的情况，考虑将一个半轴为a_j的3D椭球斑块嵌入半轴为b_j的椭球形岩石样本中(即饱和卤水的椭球形孔隙介质)。则椭球斑块的面积是：

外部椭球体的体积为：

则公式中的参数β为：

当a₁＝a₂＝a₃＝a且b₁＝b₂＝b₃＝b，可以推出下面的方程(8)，其中含气饱和度为：

假设外部椭球体由斑块或内嵌椭球体均匀拉伸得到，其中拉伸比例γ≥1，则有b_j＝γa_j，可得

其中S_g＝γ^-3。

当a₂＝a₁时，椭球变成球体。则有：

如果a₃<a₁，则椭圆体是扁球体并且此时β值大于半径为a₁的球体时计算的β值，而如果a₃>a₁，则椭球体是长椭球体并且此时β值小于半径为a₁的球体时计算的β值。如果a₁＞＞a₃，球体可以模拟硬币状斑块，如果a₃＞＞a₁则形成棒状斑块。半轴a₁和a₃都远比地震波波长小以满足中观假设。假定a₁＝15cm，且a₃从7.5mm到1.5m变化，即气泡斑块形状从扁平球体变成长椭球。

结合上述假设，本发明将描述斑块形状的参数β的计算公式推广为形式更为简单的通式，其公式如下：

其中S_g为含气饱和度，且ζ＝1时模型退化为White模型。ζ表示水-气接触面的粗糙程度，ζ大于1意味着水-气接触面是粗糙的，并且斑块形状偏离球形。

步骤S3，Johnson模型和White模型的耗散模型推导；

此处首先描述本发明使用的Johnson模型的推导过程，Johnson(2001)将 White的理论推广到任意几何形状的斑块中，其中“任意”意味着斑块形状由斑块表面积与样品总体积的比值定义(更多细节见Tserkovnyak和Johnson，2003)。动态体积模量K(ω)在低频(一般指地震频段小于100Hz)极限下与 Gassmann-Wood(GW)模量一致，在高频(超声波频段)极限下和Gassmann-Hill (GH)模量一致。当孔隙被两种性质差异大的流体(如气体和卤水)充填时，介质中传播的快纵波在两个区域中产生孔隙压力差，往往通过Biot慢波的扩散来平衡压差。这两个区域的有效纵波体积模量K_E为：

其中，E_m表示干岩石的纵波模量，计算公式为：

E_G是饱和岩石的纵波模量，计算公式为：

其中，M是流体模量，K_G是Gassmann模量，K_m是干岩石体积模量，μ是干岩石剪切模量。流体模量M取决于孔隙流体i的体积模量K_i并由下式给出：

其中，K_s是固体颗粒体积模量，α(也称为Biot-Willis系数)定义为：

每种流体相的Gassmann体积模量由下式给出：

K_G＝K_m+α²M， (17)

由White(1975)研究知，慢波扩散会引起快纵波的速度频散和衰减，其主要取决于气泡斑块的尺寸(饱和度)、频率、岩石的渗透率和孔隙度。当频率很低时，有足够的时间来使孔隙压力达到平衡。因此，流体压力是均匀的(等应力状态)，并且孔隙流体的有效模量由Wood模量(Mavko等，2009)给出，此时两种流体对应的静态模量是确定的：

其中，S_g和S_b分别表示含气体饱和度和含卤水饱和度；K_g和K_b分别表示气体和卤水的体积模量。

在这种情况下，复合介质(指由孔隙流体和矿物基质共同组成的介质)在低频极限下的有效体积模量K_GW由Gassmann表达式给出：

K_GW＝K_m+α²M(K_f)， (19)

K_GW与流体的空间分布无关，M(K_f)表示流体模量。平衡过程由扩散方程控制，扩散方程的扩散常数D由下式给出：

其中，D_g和D_b分别表示含气和含水时的扩散常数；η是对应流体相的粘度；κ为岩石渗透率。

另一方面，当频率足够高时(例如较小的扩散长度)，两相流体中的孔隙压力没有足够的时间在半个周期内达到平衡。此时压力不均衡，但可以假定在每种流体相内是恒定的。在这种情况下，流体流动的影响可以忽略不计，Hill定理(Mavko等，2009)给出了在高频极限下的复体积模量：

Pride等(1993)和Johnson(2001)提出了复杂介质体积模量的表达式：

其中：

其中τ，ξ，g，N，R分别为模型中的弹性参数。β表示气泡斑块的形状；T 为流体斑块上的平均扩散时间，ω为角频率。对于White模型，考虑同心球体结构，模型中相对应参数β和T则有以下表达式：

其中β表示气泡斑块的形状；T为流体斑块上的平均扩散时间，即在某种流体斑块大小下孔隙介质骨架中压力达到均衡状态时的扩散时间。其中，

其中N为模型中的弹性参数；下标g和b分别表示孔隙所含流体为气体和卤水。White模型的其他参数计算公式与上述Johnson模型相同。

步骤S4，复合介质等效弹性模量的计算；

复合介质弹性模量包括体积模量和剪切模量，是一个整体的概念。等效弹性模量也是岩石物理学中常用表达，它表示复合岩石中将不同矿物颗粒与孔隙空间当作一个整体的等效介质看待，该等效介质对应的弹性模量即为等效弹性模量。

本发明中，将β值下限作为标准，并假定Johnson模型中的参数T和White 模型中的T一致。因此，本发明将Johnson理论推广到了斑块半径(a_j，j＝1，…， J)基于正态概率密度函数(PDF)分布的情况。利用Gaussian方程给出了半径从a₀-Δa到a₀+Δa的正态分布如下：

其中，a₀为均值半径；σ是半径分布的方差，J个半径斑块之间的间距δ＝2Δa/(J-1)。

上一步分别计算了J个半径为a_j的描述孔隙介质非弹性性质的模量K(ω)_j (此参数计算公式即为公式(23))。然后，含一系列斑块半径的孔隙介质的等效体积模量通过Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均得到，其中Voigt和Reuss平均值分别为等应变和等应力近似值(应力和应变都是未知的，且不统一)。在大部分情况下，VRH估计值的准确度和通过复杂技术(比如自洽理论)获得估计值的准确度相当，并且能够适用于复杂流体情况，比如一般各向异性和任意颗粒表面结构(Man和Huang，2011)。则等效体积模量K为：

PDF_j为气泡斑块的正态分布；K_V为通过Vogit平均计算的等效体积模量； K_R为通过Reuss平均计算的等效体积模量；K为通过Hill平均计算的最终的岩石等效体积模量。本发明通过将一系列不同半径的气泡斑块嵌入到岩石孔隙中，推导的模型能够模拟结构更加复杂的部分饱和介质，建立的新型的衰减岩石物理图板也能更加精细的描述实际储层的岩石物理性质。

步骤S5，利用Johnson模型预测相速度和品质因子Q；

复速度是得到相速度和品质因子的关键参数。通过Johnson模型预测P波复速度为：

其中，K指等效体积模量，即为公式31计算的模量，μ为干岩石剪切模量，ρ为体积密度，ω为角频率。而体积密度ρ为：

ρ＝(1-φ)ρ_s+φρ_f， (34)

其中ρ_s和ρ_f分别为岩石骨架密度和有效流体密度，φ为孔隙度。有效流体密度为：

P波相速度和品质因子(Carcione，2014)分别为：

纵波阻抗I为：

I＝ρv， (38)

横波速度v_s为：

上述步骤S1-S5描述的为气-水部分饱和情况下相速度和衰减(品质因子Q 的倒数)的计算流程；对于气-油部分饱和情况，只需要将上述步骤中孔隙中的卤水替换为油(即公式中卤水的弹性参数对应的替换为油的弹性参数)，重复步骤S1-S5的计算结果即为气-油部分饱和情况下对应的相速度和衰减。

步骤S6，绘制衰减岩石物理图板；

给定所描述孔隙介质的含气饱和度和孔隙度，就可以通过步骤S1-S5计算纵波速度、纵波阻抗、纵横波速度比、纵波衰减等参数，进而绘制气-水部分饱和和气-油部分饱和情况下的衰减岩石物理图板。

图2展示了White和Johnson模型中P波速度(图a和b)和衰减(品质因子的倒数，图c和d)随频率变化的趋势，其中φ＝0.35，S_g＝0.1以及ζ＝10。图a 和c为气-水部分饱和情况，图b和d表示气-油部分饱和情况，其中平均半径均取a₀＝30cm，Δa＝25cm和σ＝20cm。研究显示相同模型下单个半径的模拟结果和平均半径等于单个半径时的模拟结果相同。此外，只采用单一半径和一系列半径(a_j)的Johnson模型之间的差异较小，并且相比于速度，衰减的变化更明显。此外，由于油的黏度高于卤水，其弛豫峰位于较低频率处。采用VRH平均(细实线)和HS边界平均(细虚线)的计算结果如图所示，可以看出在地震频带使用两种方法的模拟结果差异较小。

下面通过VRH平均来估算复体积模量，频率设为50Hz。此外，除非另有说明，否则孔隙流体默认为卤水。图3为P波相速度和衰减随渗透率的变化图(采用高斯概率密度函数的Johnson模型)。随着渗透率(孔隙度)的增加，速度逐渐减小，而衰减逐渐增加。当渗透率达到0.5D时，品质因子等于11。

Dvorkin和Mavko(2006)给出了饱水情况下品质因子比值(Q_s/Q_p)与其他参数之间的联系，而本发明图板中将纵坐标改为了纵波衰减

。一般来说，流体的存在并不会影响横波品质因子的大小，所有这两种表示方式是等价的。图4和图5中各有四个子图，图中横坐标分别表示地震P波速度(v_p)和 P波阻抗(ρv_p)，平均半径a₀为30cm。子图a和c分别为单一斑块半径的White 和Johnson模型结果，子图b和d分别为斑块半径服从正态分布的White和Johnson模型结果。其中，在Johnson模型中取ζ＝10。图板中曲线分别为恒定饱和度等值线和恒定孔隙度(渗透率)等值线。对比两图可以看出，采用单一斑块半径和斑块半径服从正态分布的White模型间的差异比Johnson模型间的差异更明显。此外，P波速度、波阻抗和品质因子随着孔隙度的增大而减小，但是随着含气饱和度的增加呈先增大后减小的趋势。

图6给出了以相速度比(v_P/v_S)为横坐标的岩石物理图板。其中S波速度不受中观耗散影响，其由

计算得到。与图4和图5中的图板一致，采用单一斑块半径和斑块半径服从正态分布的White模型间的差异更明显。此外，随着孔隙度的增大，纵横波速度比和衰减均逐渐增加；随着含气饱和度的增大，纵横波速度比逐渐减小，而衰减呈先增大后减小的趋势。图7、图8和图9为气 -油部分饱和状态下绘制的岩石物理图板，其他参数与图4、图5和图6所用模型相同。在气-油部分饱和情况下绘制的图板所表现的趋势与气-水部分饱和情况相似，但是其衰减更小，特别是使用White模型绘制的图板。这种趋势在横坐标为相速度比的图板(图9)中表现的特别明显。

模型中干岩石模量和渗透率分别通过Krief和Kozeny-Carman方程计算。但是，为了建立精确的模板需要使用地震和测井数据校正模型。校正和模板应用的步骤如下：i)获得矿物颗粒和孔隙流体的有效参数；ii)确定干岩石骨架参数； iii)使用模型(本发明使用Johnson模型)估算饱和岩石速度、密度和衰减；iv) 进行孔隙流体替换确定不同流体含量情况下的衰减等值线位置；v)将地震数据绘制到有不同饱和度和孔隙度(渗透率)等值线的衰减岩石物理图板上，进而建立研究区的流体饱和度图板。

步骤S7，地震属性敏感性分析。

敏感性分析对于评估不同地震方法在油气勘探和CO2监测中的有效性也发挥了重要作用。具体来说，岩石物理图板能够被用来评估哪些地震属性对气体的存在更敏感，以便更好地评估储层。同样地，在CO2封存监测中，它在追踪储层中流体的运移和检测上覆地层CO2泄露中也很重要。岩石物理图板对关键地震属性敏感性的分析非常有用，比如P波衰减、速度、波阻抗和纵横波速度比。

令y＝f(x)，其中x为自变量，y为因变量。则敏感系数χ能够表示为：

其中

是通过消除单位的影响来使系数标准化。将岩石物理图板中的含气饱和度、孔隙度和渗透率作为自变量，地震属性参数(如P波衰减、速度、波阻抗和纵横波速度比)作为因变量，对制作的岩石物理图板进行敏感性分析。

图10和图11分别展示了基于Johnson模型的气-水和气-油部分饱和情况下的敏感性分析图。其中，图a和图b分别表示衰减对含气饱和度和孔隙度的敏感性；图c和图d分别表示P波速度对含气饱和度和孔隙度的敏感性；图e和图f分别表示波阻抗对含气饱和度和孔隙度的敏感性；图g和图h分别表示相速度比对含气饱和度和孔隙度的敏感性。结果显示，在两种部分饱和情况下P波衰减都是最敏感的属性。考虑到最大敏感值，所有地震属性相比于饱和度对孔隙度的变化更敏感。总体上，除了衰减对饱和度的敏感性关系比较复杂外，其它地震属性的敏感性随着孔隙度的增加而逐渐增大。随着含气饱和度的降低和孔隙度的增加，衰减和纵横波速度比对孔隙度的敏感性增加。在两种部分饱和情况下，所有地震属性对孔隙度的敏感性分析图都非常相似。除了衰减在气-油部分饱和情况下显示了较大敏感值，其他属性的最大敏感值都很接近。可是，地震属性对饱和度的敏感性分析图展现了不同的特征。在气-水部分饱和情况下，衰减在高饱和度和中-高孔隙度显示了较高的敏感性；而在气-油部分饱和情况下，衰减在低饱和度或者低孔隙度更敏感。此外，在气-卤水饱和情况下，P波速度、波阻抗和纵横波速度比的敏感性在含气饱和度大约为10％时最大。对于气-油饱和情况下，最大敏感性出现在含气饱和度大于40％时。衰减最大敏感值在气-卤水部分饱和时最大，而波阻抗最大敏感值在气-油部分饱和时最大。

本发明针对部分饱和介质(考虑了气-水和气-油两种部分饱和情况)，提出了一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，建立的岩石物理图板能够显示衰减随P波速度、波阻抗和纵横波速度比的变化。从岩石物理图板中导出的P波衰减、P波波速、波阻抗和纵横波速度比对含气饱和度和孔隙度的敏感性分析图，对地震勘探中地震方法有效性的快速可靠评估有重要作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，估算岩石骨架弹性模量和孔隙流体性质；

步骤S2，非均匀饱和介质中气泡斑块形状的表征；

以孔隙流体为气和水为例，用斑块表面积与饱和介质总体积的比值β表征气泡斑块的形状，其公式如下：

其中S_g为含气饱和度，ζ表示水-气接触面的粗糙程度，a为球形气泡的半径；

对于气-油部分饱和情况，将上述步骤中孔隙中的水替换为油，即公式中水的参数对应的替换为油的参数；

步骤S3，White模型和Johnson模型的推导；

步骤S4，复合介质等效弹性模量的计算；

步骤S4中，等效体积模量K为：

PDF_j为气泡斑块的正态分布；j＝1，…，J，K_V为通过Vogit平均计算的等效体积模量；K_R为通过Reuss平均计算的等效体积模量；K为通过Hill平均计算的最终的岩石等效体积模量，K(ω)_j为J个半径为a_j的描述孔隙介质非弹性性质的模量；

步骤S5，利用Johnson模型预测相速度和品质因子Q；

步骤S6，绘制衰减岩石物理图板；

步骤S7，地震属性敏感性分析。

2.根据权利要求1所述的一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，步骤S1中，利用Krief模型估算岩石骨架体积模量和剪切模量。

3.根据权利要求1所述的一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，复杂介质体积模量的表达式：

K_GH高频极限下的体积模量，K_GW低频极限下的体积模量，ω为角频率，τ,ξ为Johnson模型或White模型中弹性参数，i为虚数单位。

4.根据权利要求1所述的一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，通过步骤S1-S5计算地震波纵波速度、阻抗、速度比、衰减参数，进而绘制气-水部分饱和和气-油部分饱和情况下的衰减岩石物理图板。

5.根据权利要求1所述的一种建立地震波衰减岩石物理图板的方法，其特征是，步骤S7中，岩石物理图板对地震属性敏感性分析的具体过程为：

令y＝f(x)，其中x为自变量，y为因变量，则敏感系数χ能够表示为：

其中

是通过消除单位的影响来使系数标准化；将岩石物理图板中的含气饱和度、孔隙度和渗透率作为自变量，地震属性参数作为因变量，对制作的岩石物理图板进行敏感性分析。

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