CN110058310A - 地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置，其中，该方法包括：获取地震岩石的井测数据；基于该井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；基于该饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及，基于该等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。通过本发明，实现了同时表征微观尺度的孔隙、裂隙结构与中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。

Description

地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置
技术领域
本发明涉及地震岩石分析技术领域，尤其涉及一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置。
背景技术
岩石物理模型是研究地震波衰减与频散的重要基础。随着勘探难度的增加，对地震数据的分析已从地质体构造解释发展到岩石的岩性、流体的识别，而地震特性是地层构造、压力、温度、储层微观结构等诸多因素的综合反映，复杂的孔隙流体类型、骨架类型、孔隙结构等微观因素均可能造成流体识别假象。相关技术中已经建立了许多种不同的岩石物理模型来模拟地下介质，相应形成的各种岩石物理理论对地震正反演的定量解释都具有一定的指导作用，但由于地下介质的复杂性，使得任何一种岩石物理模型都具有一定程度上的局限性。
微观尺度的孔隙、裂隙结构与中观尺度的流体非均匀分布共同存在时，对地震波衰减与速度频散有影响，但目前的分析方法无法解决在高频段出现的不稳定问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置，用于解决现有技术存在地震波衰减与速度频散预测不准的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，包括：获取地震岩石的井测数据；基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；基于饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及，基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
可选地，所述裂隙为尖灭型裂隙结构。
可选地，所述裂隙为硬币型裂隙结构。
可选地，所述含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型为Tang模型。
根据本发明的另一个方面，提供了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置，包括：获取模块，用于获取地震岩石的井测数据；第一确定模块，用于基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；第二确定模块，用于基于饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及，第三确定模块，用于基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
可选地，所述裂隙为尖灭型裂隙结构。
可选地，所述裂隙为硬币型裂隙结构。
可选地，所述含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型为Tang模型。
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法的步骤。
根据本发明的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现上述地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法的步骤。
本发明提供的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型确定地震岩石的饱和岩石体积模量，并且基于该饱和岩石体积模量使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型分析地震波速度频散及衰减，实现了同时表征微观尺度的孔隙、裂隙结构与中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。由于本发明综合考虑了微观孔隙结构与中观流体不均匀性的影响，可以很好地表征地震频段内的地震波衰减与频散；同时，由于该方法由弹性模量直接计算平面波模量，不涉及求解多元非线性方程组，也使得高频段地震波衰减的计算结果具有良好的稳定性。
附图说明
图1为根据本发明实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置的结构框图；
图3为根据本发明实施例的孔隙和尖灭型裂隙结构并存的地震岩石的示意图；
图4为根据本发明实施例的孔隙和硬币型裂隙结构并存的地震岩石的示意图；
图5为根据本发明实施例的计算机设备的示意图；
图6为使用本实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法确定的速度频散的曲线图；
图7为使用本实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法确定的地震波衰减的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置，它综合考虑了微观尺度的孔隙、裂隙结构与中观尺度的流体非均匀分布特征，可以对地震频带内的衰减与频散做出合理的解释，也使高频段地震波衰减的计算具有良好的稳定性。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，如图1所示，该方法包括步骤S100至步骤S106。
步骤S100，获取地震岩石的井测数据。
在本实施例中，井测数据可包括：岩石基质体积模量、剪切模量、密度；所含流体的体积模量、密度、粘滞系数、渗透率；岩层的厚度、孔隙度。
步骤S102，基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量。
步骤S104，基于饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量。
步骤S106，基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置10，如图2所示，包括：获取模块11，用于获取地震岩石的井测数据；第一确定模块12，与获取模块11相连，用于基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；第二确定模块13，与第一确定模块12相连，用于基于饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及，第三确定模块14，与第二确定模块13相连，用于基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
通过本发明实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法及装置，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型确定地震岩石的饱和岩石体积模量，使得饱和岩石的体积模量表征微观尺度的孔隙、裂隙结构对地震波衰减的影响，并且基于该饱和岩石体积模量使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型分析地震波速度频散及衰减，周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型表征中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。进而实现了同时表征微观尺度的孔隙、裂隙结构与中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。并且，通过对变量角频率ω取不同的值，使地震频段内以及更高频率范围的地震波速度衰减与频散都得到了良好的表征。
在某些实施例中，裂隙为尖灭型裂隙结构，含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型可表征孔隙和尖灭型裂隙结构并存对地震波衰减的影响。如图3所示，为孔隙和尖灭型裂隙结构并存的情形。相关技术中，可在确定饱和岩石体积模量中，表征尖灭型裂隙结构对孔隙的影响。但在地震岩石的地震波速度频散及衰减分析中，仅分析了中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。
在某些实施例中，裂隙为硬币型裂隙结构，含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型可表征孔隙和硬币型裂隙结构并存对地震波衰减的影响。如图4所示，为孔隙和硬币型裂隙结构并存的情形。相关技术中，可在确定饱和岩石体积模量中，表征硬币型裂隙结构对孔隙的影响。但在地震岩石的地震波速度频散及衰减分析中，仅分析了中观尺度的流体非均匀分布对地震波衰减的影响。
在本发明实施例中，含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型为Tang模型。Tang模型中按照以下方式确定饱和岩石体积模量：
其中，K为饱和岩石体积模量，α为有效应力弹性系数，α＝1-Kd/Ks，Kd为干燥岩石骨架体积模量、Ks为岩石颗粒体积模量、Kf为流体体积模量，为孔隙度，S(ω)为附加柔度。S(ω)体现了裂隙对孔隙介质总体可压缩性的贡献，因此，Tang模型确定的饱和岩石体积模量体现了裂隙对孔隙介质的影响。
在本实施例中，可采用公知的方法确定干燥岩石骨架体积模量Kd，对于Kd的确定方法，在此不再赘述。岩石颗粒体积模量Ks和流体体积模量Kf可测量得到，但不限于此，Ks和Kf也可采用公知的方法得到。
在本实施例中，对于尖灭型裂隙结构，S(ω)可表示为S1(ω)，S1(ω)可按照如下方式确定：
其中，
其中，ε为裂隙密度，γ为裂隙纵横比。ν为零频条件下饱和岩石的泊松比，μ为饱和岩石的剪切模量。为孔隙度。K0为零频条件下饱和岩石的体积模量。Ks为基质的体积模量。Kd为干燥岩石骨架体积模量。Kf为流体的体积模量。η为流体粘滞系数。ω为角频率。λ为孔隙与裂隙的尺度比。R为孔隙半径。a为裂隙长度。i为虚数单位。
在本实施例中，对于硬币型裂隙结构，S(ω)可表示为S2(ω)，S2(ω)可按照如下方式确定：
其中，f(ζ)＝2J1(ζ)/ζJ0(ζ)，J0(ζ)和J1(ζ)分别为零阶和一阶贝塞尔函数。ε为裂隙密度，γ为裂隙纵横比。ν为零频条件下饱和岩石的泊松比。μ为饱和岩石的剪切模量。为孔隙度。K0为零频条件下饱和岩石的体积模量。Ks为基质的体积模量。Kd为干燥岩石骨架体积模量。Kf为流体的体积模量。η为流体粘滞系数。ω为角频率。i为虚数单位。
在某些实施例中，基于饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量。等效平面波模量可表示为C*，其中，C*按照以下方式确定：
其中， 为每层介质的体积分数，Li为每层介质的厚度。Zi为每层介质的波阻抗，αi＝1-Ki/Ks。Ci为每层介质的等效平面波模量，每层介质的等效平面波模量按照以下方式确定：
其中，K为前述计算所得的考虑微观孔隙结构与孔隙流体影响的岩石体积模量。Ks为岩石颗粒体积模量、Kf为流体体积模量。为孔隙度。ω为角频率。i为虚数单位。
在某些实施例中，基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散，地震波衰减表示为Q-1，速度频散表示为Vp。其中，按照以下方式确定Q-1和Vp：
其中，ρ周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型的等效密度。
本实施例还提供一种计算机设备，如可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备20至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器21、处理器22，如图5所示。需要指出的是，图5仅示出了具有组件21-22的计算机设备20，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
本实施例中，存储器21(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器21可以是计算机设备20的内部存储单元，例如该计算机设备20的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器21也可以是计算机设备20的外部存储设备，例如该计算机设备20上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器21还可以既包括计算机设备20的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器21通常用于存储安装于计算机设备20的操作系统和各类应用软件，例如实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置10的程序代码等。此外，存储器21还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
处理器22在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器22通常用于控制计算机设备20的总体操作。本实施例中，处理器22用于运行存储器21中存储的程序代码或者处理数据，例如运行地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置10，以实现实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置10，被处理器执行时实现实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法。
图6示出了使用本实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法确定的速度频散Vp(Velocity)，如图6所示，图中速度随频率(Frequency)变化而发生了两次变化，影响因素分别为微观孔隙、裂隙结构与中观流体非均匀性，并且，在高频阶段，速度稳定性良好。图7示出了使用本实施例的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法确定的地震波衰减Q-1，如图7所示，衰减曲线出现两个峰，第一个代表微观孔隙、裂隙结构的影响，第二个则代表中观流体不均匀性的影响。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，其特征在于，包括：
获取地震岩石的井测数据；
基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；
基于所述饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及
基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
2.根据权利要求1所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，其特征在于，所述裂隙为尖灭型裂隙结构。
3.根据权利要求1所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，其特征在于，所述裂隙为硬币型裂隙结构。
4.根据权利要求1所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测方法，其特征在于，所述含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型为Tang模型。
5.一种地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取地震岩石的井测数据；
第一确定模块，用于基于所述井测数据，使用含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型，确定地震岩石的饱和岩石体积模量；
第二确定模块，用于基于所述饱和岩石体积模量，使用周期层状斑块饱和介质的斑块饱和模型，确定等效平面波模量；以及
第三确定模块，用于基于所述等效平面波模量确定地震波衰减和速度频散。
6.根据权利要求5所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置，其特征在于，所述裂隙为尖灭型裂隙结构。
7.根据权利要求5所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置，其特征在于，所述裂隙为硬币型裂隙结构。
8.根据权利要求5所述的地震岩石的地震波速度频散及衰减预测装置，其特征在于，所述含裂隙的孔隙介质弹性波理论模型为Tang模型。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
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