CN112230276A - 裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于裂缝型致密储层流体识别技术领域，公开了一种基于P‑SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用，对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P‑SV波反射系数；对得到的P‑SV波反射系数进行归一化处理；基于归一化处理的反射系数结果开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。本发明既提高了多方位观测、小角度入射条件下孔隙裂缝介质的流体类型判别能力，又因其在裂缝密度和基质孔隙度变化引起3类AVO等效孔隙裂缝介质中不同流体饱和状态下的反射系数变化差异性得出，裂缝密度和基质孔隙度可作为较好的流体指示因子用以指导孔隙裂缝储层的流体识别。

Description

裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用

技术领域

本发明属于裂缝型致密储层流体识别技术领域，尤其涉及一种裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用。

背景技术

目前，天然裂缝是重要的岩石特征，它不仅为油气提供了基本存储空间和渗透特征，起到沟通分散的局部储集空间从而形成规模化储层的关键作用，这对致密型储层的成藏、富集、运移尤为重要，因而引起了学术界广泛关注和深入研究。

天然裂缝介质中常见的HTI介质和VTI介质均为弱各向异性介质。典型研究的HTI介质等效理论模型主要为线性滑动模型、Hudson裂缝模型和Thomsen等效孔隙模型。Hudson模型用裂缝参数、充填物参数来表征硬币状扁球裂缝的弹性性质，它对裂缝表达丰富，扩展性好。Schoenberg模型用柔度张量表征光滑平行裂缝参数与弹性系数之间的内在联系，简单通用但不能模拟复杂形状裂缝。Thomsen等效孔隙模型通过垂直裂缝和背景介质中的均匀孔隙共同表征介质的弹性性质，流体在孔隙和裂缝之间自由流通，低频和中高频两种情况下其弹性矩阵不同，低频条件下的等效孔隙模型既符合地震尺度的研究，又具备双重孔隙特征，更符合实际地下裂缝型致密储层介质情况，故而值得对其进行深入的相关研究。

反射系数公式是裂缝储层反射特征定量描述的重要理论。Ruger的研究成果奠定了纵波反射系数研究的基础，所推导的公式在0°到40°入射角范围内，能够准确的解析HTI裂缝介质反射振幅的方位各向异性变化。目前已经成为纵波叠前方位各向异性反演(即方位AVO反演)裂缝的重要基础理论工具，并且在微裂缝检测、微裂缝流体识别方面获得较为成功的应用，例如塔里木盆地塔中45井区、哈拉哈塘热瓦普区块等。

根据地震波传播理论，横波的传播特性与储层岩石特性、岩石孔隙度、裂缝、流体属性以及流体饱和度等密切关联，因此横波比纵波能更为有效地检测储层的方位各向异性。但横波勘探成本高，勘探技术远比纵波勘探技术复杂，且信噪低，不被作为常用技术而推广。从多波勘探中获取的多分量转换横波(P-SV波)资料克服了横波勘探的缺陷，因此基于转换横波的AVOZ/AVAZ技术成为分析裂缝储层岩性、含油气性和裂缝检测的有效方法之一。HTI介质的P-SV波反射系数研究起始于Musgrave(1970),Henneke(1972)，Keith(1977)和Daley(1977)对各向异性介质分界面的反射透射讨论，但反射系数的解析式非常复杂。Kim和Aminzadeh(1993)利用经验公式进行了反射系数简化。

uk(1999)给出弱各向异性介质的转换波反射系数近似公式，但在实际的AVO分析中适用性较差。Jílek(2002；2002)提出的任意各向异性介质转换波反射系数的精确公式及其近似公式，经退化处理可以表述HTI介质反射特征。Cherepanov和Nefedkina(2004)根据扰动理论推导了HTI介质中P-SV波的反射系数公式，但表达式形式较为复杂，Liu等(2008)基于此公式利用广义矩阵替换法推导出以Thomsen各向异性参数表示的P-SV波反射系数公式，有利于直接进行AVO分析和岩性参数反演。Cui等人(2010)退化并近似了Jílek的转换波反射系数公式，得到了HTI介质的转换横波反射系数的近似形式，有利于小角度的AVO分析和岩性参数的反演。杨帅等(2018)结合Biot-Gassmann理论和Thomsen各向异性理论，基于Rüger反射系数公式(Rüger,1996)推导了以各向异性参数表述的HTI介质反射纵波和转换横波的反射系数公式并进行多波AVO响应分析。上述研究成果揭示了裂缝介质转换波反射特征，为各向异性转换波地震定量解释奠定了理论基础。

前述学者推导的反射系数公式多以各向异性参数形式进行表述，无法直接分析裂缝参数对反射系数的影响，近年来，一些学者进行了裂缝参数对PP反射系数的直接影响分析，但目前为止，现有P-SV波反射系数公式也均以各向异性参数形式表述，未实现以裂缝参数表达的显示关系式，无法直接分析裂缝参数对P-SV波反射系数的影响，容易导致在各向异性参数向裂缝参数的转换过程中产生误差，另外，现有P-SV波反射系数公式也不能将基质孔隙与裂缝网络相结合进行分析，各向异性分析只能定性难以定量。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)Schoenberg模型用柔度张量表征光滑平行裂缝参数与弹性系数之间的内在联系，简单通用但不能模拟复杂形状裂缝。

(2)横波勘探成本高，勘探技术远比纵波勘探技术复杂，且信噪低，不被作为常用技术而推广。

(3)现有技术推导的反射系数公式多以各向异性参数形式进行表述，无法直接分析裂缝参数对反射系数的影响，且反射系数的解析式非常复杂，在实际的AVO分析中适用性较差。

(4)现有P-SV波反射系数公式也均以各向异性参数形式表述，未实现以裂缝参数表达的显示关系式，无法直接分析裂缝参数对P-SV波反射系数的影响，容易导致在各向异性参数向裂缝参数的转换过程中产生误差。

(5)现有P-SV波反射系数公式也不能将基质孔隙与裂缝网络相结合进行分析，各向异性分析只能定性难以定量。

解决以上问题及缺陷的难度为：

①基于地下介质的双重孔隙特征，确定符合实际地下裂缝型致密储层介质的理论介质模型；②针对该理论介质模型构建介质裂缝参数与各向异性参数之间的关系式，将其引入P-SV波反射系数公式中，建立用裂缝参数、岩性参数、物性参数直接表述的反射系数函数；③确定针对新反射系数进行方位AVO分析所使用的实验模型数据的合理性。

解决以上问题及缺陷的意义为：

所构建的裂缝参数、岩性参数、物性参数与P-SV波反射系数的显示关系式，解决了在反演过程中产生的从各向异性参数向裂缝参数转换的误差，实现了具有双重孔隙特征的储层介质的方位AVO定量分析，实验结果得出裂缝密度和基质孔隙度作为较好的流体指示因子可指导孔隙裂缝储层的流体识别，这为裂缝型致密储层的流体识别提供了较有力的理论支撑。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用。具体涉及一种基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法。

本发明是这样实现的，一种基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法包括以下步骤：

步骤一，利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数。

步骤二，对步骤一得到的P-SV波反射系数进行归一化处理。

步骤三，基于步骤二归一化处理得到的反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

进一步，步骤一中，所述等效孔隙裂缝模型的柔量表达式为：

式中，

e为裂缝密度，α和β为介质的纵、横波速度，ρ为介质的密度，k_f为流体体积模量，k_b为背景岩石的体积模量，λ和μ为拉梅系数，D_cp称为流体因子，φ_p为基质孔隙度，即孔隙所占体积百分比，φ_c为裂缝孔隙度，即裂缝所占体积百分比，用裂缝密度e和裂缝纵横比c/a表示为

ΔN为法向柔量，反映在垂直于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔT为切向柔量，反映平行于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔN和ΔT值的范围都为0～1。

进一步，步骤一中，假设上层为各向同性介质下层为HTI介质的双层模型，推导出P-SV波反射系数公式为：

R＝R^iso+R^ani (2)

其中，△ρ＝ρ₂-ρ₁，ρ＝(ρ₂+ρ₁)/2，△α＝α₂-α₁，α＝(α₂+α₁)/2，△β＝β₂-β₁，β＝(β₂+β₁)，k＝β/α。α₁、α₂、β₁、β₂、ρ₁、ρ₂分别为上、下层介质模型的纵波速度、横波速度和密度，θ为入射角。

n，m，l是HTI介质的各向异性参数(Petrashen,1984)，

为方位角，即各向异性面与测线剖面的夹角。

将下层HTI介质的弹性系数矩阵与HTI介质的广义弹性系数矩阵对应得到：

c₁₁＝λ+2μ-n,c₁₃＝λ-l,c₃₃＝λ+2μ,c₄₄＝μ,c₅₅＝μ-m. (6)

参照对各向异性参数的线性化法，定义的HTI介质等效各向异性参数为：

其中，系数ε^(V)表示P波的各向异性程度；δ^(V)表示P波在垂向与横向间各向异性变化的快慢程度，γ^(V)表示快横波与慢横波间的速度差异程度。

联合(6)式和(7)式，得到n，m，l形式如下：

n＝-2(λ+2μ)ε^(V)，m＝-2μγ^(V)，l＝-(λ+2μ)δ^(V)+4μγ^(V) (8)

将以柔量参数表表述的等效裂缝介质的广义各向异性参数线性表达式代入(8)式中，得到以柔量参数表示的n，m，l：

n＝4μ(1-g)ΔN，m＝μΔT，l＝2μ(1-2g)ΔN (9)

(9)式代入(5)式中得到：

将(1)和(10)式融入P-SV反射系数公式(2)～(4)中，进行整理后得到以裂缝参数表示的P-SV波反射系数公式：

R＝R^iso+R^ani (11)

其中，R^iso表达式同前，

进一步，步骤二中，所述对P-SV波反射系数进行归一化处理的方法为：

采用反射系数除以对应的入射角θ的正弦sinθ实现归一化。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统，所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统包括：

柔量参数确定模块、P-SV波反射系数推导模块、主控模块、归一化处理模块、特征数值模拟模块、显示模块。

柔量参数确定模块，与主控模块连接，用于通过线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到柔量参数；

P-SV波反射系数推导模块，与主控模块连接，用于通过柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

主控模块，与柔量参数确定模块、P-SV波反射系数推导模块、归一化处理模块、特征数值模拟模块、显示模块连接，用于通过主控器控制所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统各个模块的连接关系；

归一化处理模块，与主控模块连接，用于对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

特征数值模拟模块，与主控模块连接，用于基于归一化处理得到的反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示柔量参数、P-SV波反射系数、归一化处理得到的反射系数以及方位AVO特征数值模拟数据。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，获取等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

基于归一化处理得到的反射系数进行各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，获取等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

基于归一化处理得到的反射系数进行各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的裂缝型致密储层流体识别仪。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的在孔隙裂缝储层流体检测上的应用。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，借助等效孔隙裂缝介质模型与线性滑动模型的等价关系，推导出基质孔隙度、裂缝密度、填充流体与等效孔隙裂缝介质P-SV波反射系数的直接显示函数关系，并进行归一化处理所得P-SV波反射系数提高了多方位观测、小角度入射条件下孔隙裂缝介质的流体类型判别能力，最后基于该反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

模拟结果表明，3类AVO等效孔隙裂缝介质中，水饱和状态的P-SV波反射系数对裂缝密度变化的敏感性均高于气饱和状态，但两种饱和状态之间的反射系数随裂缝密度变化而变化的差异程度在AVO III等效孔隙裂缝介质中最为明显，其次为AVO II和AVO I等效孔隙裂缝介质；而基质孔隙度变化对AVO I和AVO II等效孔隙介质中气、水饱和状态的P-SV反射系数产生的变化差异很小，但在AVO III等效孔隙裂缝介质中反射系数变化差异非常明显，说明基质孔隙度对该类型介质中的流体最为敏感。研究结果表明，裂缝密度和基质孔隙度可作为较好的流体指示因子指导孔隙裂缝储层的流体识别。

本发明利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数公式，建立了裂缝参数、岩性参数和物性参数与P-SV波反射系数的显示关系，并进行了该关系式的方位AVO分析，获得如下效果：

(1)ΔN和ΔT的交会分析指出裂缝密度或基质孔隙度对储层介质中的填充流体类型较为敏感，说明与这两种参数相关的柔量参数可作为孔隙裂缝储层流体检测的潜在理论工具；

(2)等效孔隙裂缝介质模型的归一化P-SV波反射系数能够放大流体性质导致的差异性，可以解决多方位观测、小角度入射条件下的裂缝介质流体识别问题，另外，该反射系数具有周期性的方位各向异性特征，但裂缝密度和等径孔隙度变化引起的方位各向异性特征有所不同；

(3)基于裂缝密度和基质孔隙度的P-SV波反射系数能够有效区分孔隙裂缝介质的AVO类型和填充流体类型。裂缝密度变化对3类AVO修改模型中气、水饱和状态的P-SV波反射系数的影响程度不同，随着裂缝密度增大引起的反射系数梯度变化由大到小依次为AVOIII、AVO II和AVO I修改模型；基质孔隙度变化引起的P-SV波反射系数变化只对AVO III修改模型中的流体类型敏感，对AVO I和AVO II修改模型中的流体类型敏感性较差。

附图说明

图1是本发明实施例提供的裂缝密度变化的ΔN与ΔT交会示意图。

图2是本发明实施例提供的基质孔隙度变化的ΔN与ΔT交会示意图。

图3是本发明实施例提供的随入射角变化的P-SV波反射系数示意图。

图4是本发明实施例提供的随入射角变化的归一化P-SV波反射系数示意图。

图5是本发明实施例提供的3类AVO修改模型的P-SV波反射系数(曲面从上到下对应e减小)示意图；

图中：上排、中排、下排对应AVO I、AVO II、AVO III修改模型；左侧、中侧对应气饱和、水饱和状态的反射系数，右侧对应相应两种饱和状态的反射系数差。

图6是本发明实施例提供的3类AVO修改模型的P-SV波反射系数(曲面从上到下对应

增大)示意图；

图中：上排、中排、下排对应AVO I、AVO II、AVO III修改模型；左侧、中侧对应气饱和、水饱和状态的反射系数，右侧对应相应两种饱和状态的反射系数差。

图7是本发明实施例提供的3类修改模型的P-SV波反射系数极坐标

示意图；

图中：不同曲线代表e为0.05、0.1和0.15；上排、中排、下排对应AVO I、AVO II、AVOIII修改模型；左列、中列对应气饱和、水饱和状态的反射系数极坐标，右列对应相应两种饱和状态的反射系数差极坐标。

图8是本发明实施例提供的3类修改模型的P-SV波反射系数极坐标

示意图；

图中：不同曲线代表

为0.001、0.01、0.1；上排、中排、下排对应AVO I、AVO II、AVO III修改模型；左侧、中侧对应气饱和、水饱和状态的反射系数极坐标，右侧对应相应两种饱和状态的反射系数差极坐标。

图9是本发明实施例提供的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法流程图。

图10是本发明实施例提供的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统结构框图；

图中：1、柔量参数确定模块；2、P-SV波反射系数推导模块；3、主控模块；4、归一化处理模块；5、特征数值模拟模块；6、显示模块。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种裂缝型致密储层流体识别方法、系统、识别仪、介质及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图9所示，本发明实施例提供的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法包括以下步骤：

S101，利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，再结合柔量参数与各向异性参数之间的关系，以柔量参数为中间桥梁，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数。

S102，对S101得到的P-SV波反射系数进行归一化处理。

S103，基于S102归一化处理得到的反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

如图10所示，本发明实施例提供的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统包括：柔量参数确定模块1、P-SV波反射系数推导模块2、主控模块3、归一化处理模块4、特征数值模拟模块5、显示模块6。

柔量参数确定模块1，与主控模块3连接，用于通过线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到柔量参数；

P-SV波反射系数推导模块2，与主控模块3连接，用于通过柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

主控模块3，与柔量参数确定模块1、P-SV波反射系数推导模块2、归一化处理模块4、特征数值模拟模块5、显示模块6连接，用于通过主控器控制所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统各个模块的连接关系；

归一化处理模块4，与主控模块3连接，用于对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

特征数值模拟模块5，与主控模块3连接，用于基于归一化处理得到的反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟；

显示模块6，与主控模块3连接，用于通过显示器显示柔量参数、P-SV波反射系数、归一化处理得到的反射系数以及方位AVO特征数值模拟数据。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

本发明借助Thomsen等效孔隙裂缝模型中各向异性参数与柔量参数的关系，结合Cherepanov和Nefedkina推导的弱各向异性介质P-SV波反射系数公式，用柔量参数重新构建P-SV波反射系数形式，而柔量参数又是基质孔隙度、裂缝密度、填充流体等参数的函数，那么以柔量参数为桥梁，就可架起裂缝密度、基质孔隙度等参数与P-SV波反射系数之间的直接显式关系，研究裂缝密度、基质孔隙度和填充物类型对地震横波反射的影响机制。

1、等效孔隙裂缝介质模型

等效孔隙裂缝介质模型中假定裂缝为平行排列的硬币型，并稀疏分布于背景均匀的多孔介质中。不同频带条件下介质模型具有不同的流体影响因子，使得模型的各向异性参数形式也有所差异。而低频条件下的介质模型，在基质孔隙度较低(φ_p<10％)时，该模型如同模拟平行裂缝一样，可以将介质的基质孔隙模拟为均匀背景介质中的球体稀疏均匀分布，本发明将这种低频裂缝模型称为等效孔隙裂缝模型，其柔量表达式为：

式中，

e为裂缝密度，α和β为介质的纵、横波速度，ρ为介质的密度，k_f为流体体积模量，k_b为背景岩石的体积模量，λ和μ为拉梅系数，D_cp称为流体因子，φ_p为基质孔隙度，即孔隙所占体积百分比，φ_c为裂缝孔隙度，即裂缝所占体积百分比，用裂缝密度e和裂缝纵横比c/a表示为

ΔN为法向柔量，反映在垂直于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔT为切向柔量，反映平行于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔN和ΔT值的范围都为0～1。式中可见，ΔT不受填充流体类型的影响，与裂缝密度成正比关系；ΔN与填充流体类型、孔隙度相关，与裂缝密度不成正比。裂缝纵横比(表征裂缝形状)c/a不影响裂缝介质模型的弹性参数，故柔量参数对其亦不敏感。

这种低频限制下的等效模型，符合地震尺度的频带研究范围，模型的基质孔隙度更接近于真实的地下致密储层，此外许多学者研究得出AVO异常分类同样适用于致密储层并进行了一定程度的应用，由此笔者认为针对该理论模型进行不同阻抗类型的方位AVO分析是可靠的。本发明利用Hilterman(2001)提出的3类AVO模型中的下层气砂岩作为背景参数，将其修改为等效孔隙裂缝介质，记为AVO I、AVO II和AVO III等效孔隙裂缝介质(表1)，裂缝纵横比取0.0005，进行裂缝密度和基质孔隙度变化的ΔN和ΔT交互分析。图1为裂缝密度变化的ΔN和ΔT交互图，图中蓝色到红色代表裂缝密度增大；图2为基质孔隙度变化的ΔN和ΔT交互分析，图中蓝色到红色代表基质孔隙度增大。两图中，“★”代表气饱和，“◆”代表水饱和。

表1 3类AVO等效孔隙裂缝介质参数

由图1、2可见，等效孔隙裂缝介质中裂缝密度和基质孔隙度变化对流体性质敏感。在裂缝密度达到0.02(图1)时，即可区分裂缝介质中的填充流体类型，随着裂缝密度逐渐增加，区分能力也逐渐增大，特别是在AVO III裂缝介质中流体类型的区分效果更加明显。基质孔隙度增大(图2)时，切向柔量(ΔT)值没有变化，这验证了公式中切向柔量与基质孔隙度不相关的特性，法向柔量(ΔN)变化较大，虽然两者交会能够有效区分3类AVO裂缝介质含气和含水性，但在AVO III等效裂缝介质中的气、水区分能力明显高于另两类AVO等效孔隙裂缝介质。由此说明，裂缝密度和基质孔隙度变化产生的柔量交会结果均能有效识别3类AVO等效孔隙裂缝介质中的流体类型。那么尝试以柔量参数为中间桥梁构建基于裂缝密度和基质孔隙度等参数的反射系数对流体的识别能力可能有所不同，介于此，本发明借助柔量表达式建立新的P-SV波反射系数公式分析裂缝密度和基质孔隙度变化直接对反射系数的影响特性，探讨它们在定量地震解释中应用价值。

2、等效孔隙裂缝介质P-SV波反射系数

Cherepanov和Nefedkina(2004)根据扰动理论，从问题简化的角度，假设上层为各向同性介质下层为HTI介质的双层模型，推导出P-SV波反射系数公式为：

R＝R^iso+R^ani (2)

其中：△ρ＝ρ₂-ρ₁，ρ＝(ρ₂+ρ₁)/2，△α＝α₂-α₁，α＝(α₂+α₁)/2，△β＝β₂-β₁，β＝(β₂+β₁)，k＝β/α。α₁、α₂、β₁、β₂、ρ₁、ρ₂分别为上、下层介质模型的纵波速度、横波速度和密度，θ为入射角。

n，m，l是HTI介质的各向异性参数(Petrashen,1984)，

为方位角，即各向异性面与测线剖面的夹角。

将Cherepanov和Nefedkina(2004)使用的下层HTI介质的弹性系数矩阵与HTI介质的广义弹性系数矩阵(Musgrave,1970)对应得到：

c₁₁＝λ+2μ-n,c₁₃＝λ-l,c₃₃＝λ+2μ,c₄₄＝μ,c₅₅＝μ-m. (6)

Ruger(1997)和Tsvankin(1997)参照Thomsen(1995)对各向异性参数的线性化法，定义的HTI介质等效各向异性参数为：

其中，系数ε^(V)表示P波的各向异性程度；δ^(V)表示P波在垂向与横向间各向异性变化的快慢程度，γ^(V)表示快横波与慢横波间的速度差异程度。

联合(6)式和(7)式，得到n，m，l形式如下：

n＝-2(λ+2μ)ε^(V)，m＝-2μγ^(V)，l＝-(λ+2μ)δ^(V)+4μγ^(V) (8)

将以柔量参数表表述的等效裂缝介质的广义各向异性参数线性表达式代入(8)式中，得到以柔量参数表示的n，m，l：

n＝4μ(1-g)ΔN，m＝μΔT，l＝2μ(1-2g)ΔN (9)

(9)式代入(5)式中得到：

将(1)和(10)式融入P-SV反射系数公式(2)～(4)中，进行整理后得到以裂缝参数表示的P-SV波反射系数公式：

R＝R^iso+R^ani (11)

其中，R^iso表达式同前，

该反射系数公式建立了裂缝参数、岩性参数和物性参数与P-SV波反射系数的直接函数关系，有利于直接分析这些参数变化对反射系数的影响。

3、P-SV波反射系数归一化及数值模拟

选用表2中的第1类AVO双层介质模型的背景参数，上层为各向同性介质，下层修正为不同流体饱和状态的等效孔隙裂缝介质，裂缝密度取0.05、0.1，0.15，基质孔隙度φ_p＝0.03，裂缝纵横比c/a＝0.0005，计算不同方位角情况下，入射角在0.001°～30°范围内，模型界面的P-SV波反射系数，其结果为图3所示。

由图中0°、30°、60°方位角的P-SV波反射系数可见，气饱和或水饱和状态引起的反射系数梯度随入射角增大呈现递增趋势，入射角越大，递增速度见缓，反射系数值随裂缝密度增大而增加；反射系数在气、水饱和状态下的差异(参见相同颜色的实线与虚线)随方位角增大呈现减小趋势，方位角越小，差异性越大，也即反射系数区分流体类型的能力越强。为克服小入射角度时反射系数差异性过小的问题，采用反射系数除以对应的入射角θ的正弦sinθ实现归一化，结果见图4。可见，归一化后的P-SV波反射系数对流体类型的区分能力显著提高，即在整个入射角范围内，均可区分介质的流体类型，特别是在小方位角、小入射角和较大裂缝密度的情况下，不同填充流体引起的反射系数差异性越大。因此，归一化的P-SV波反射系数在解决多方位观测、小角度入射条件下的裂缝介质流体识别研究中具有重要的理论价值。笔者对基质孔隙度影响的反射系数进行研究，所得结论与前述类似，不再赘述。本发明后续数值模拟中提到的P-SV波反射系数均为P-SV波反射系数的归一化结果。

为了进一步探索等效孔隙裂缝介质模型反射系数的空间分布规律，以表2中的3类AVO修改模型为背景参数开展模拟工作，设定上层为各向同性介质不变，下层修改为等效孔隙裂缝介质，其裂缝密度和等径孔隙度的设置分为表2中的①和②两种情况。

表2 AVO修改模型参数

根据上述设计模型，计算入射角θ∈(0.001°～30°)、方位角

范围内，3类AVO修改模型不同饱和流体状态下的归一化P-SV波反射系数，表2的第①种参数设置模式所得结果见图5，第②种参数设置模式所得结果见图6，两图中，上排、中排、下排分别对应AVO I、AVO II、AVO III修改模型，左侧、中侧对应气饱和、水饱和状态的反射系数，右侧对应相应两种饱和状态的反射系数差。

P-SV波反射系数的归一化是对sinθ进行操作，受入射角影响，不影响其方位变化，因此归一化结果的方位各向异性特征保持不变，为分析其方位各向异性特征，抽取入射角θ＝10°，方位角

裂缝参数和等径孔隙变化时3类AVO修改模型在不同饱和流体状态下的归一化P-SV波反射系数，所得结果见图7和图8，其中，图7为裂缝密度变化，两种流体饱和状态下3类AVO修改模型的归一化P-SV波反射系数极坐标，图8为等径孔隙度变化，两种流体饱和状态下3类AVO修改模型的归一化P-SV波反射系数极坐标。

综合分析图5～图8，总结如下：

(1)P-SV波反射系数既具备显著的AVO特征，也具有明显的方位各向异性特征。方位角固定时，反射系数虽入射角变化呈现较为明显的单调变化，但不同AVO修改模型，其单调变化有所差异，AVO I和AVO II修改模型呈现单调递增，而AVO III修改模型在不同方位角内随入射角出现交替的单调递减、递增现象。入射角固定时，P-SV波反射系数随方位角变化具有明显的周期方位各向异性特征，在平行裂缝方向

同一参数变化引起的气、水饱和状态下P-SV波反射系数变化相同，即两种饱和状态下的反射系数差为0，在垂直裂缝方向

两种参数变化引起气、水饱和状态下P-SV波反射系数变化有所差异。裂缝密度变化时，垂直裂缝方向上，相同AVO修改模型中，水饱和状态下P-SV波反射系数产生的梯度变化高于气饱和状态，不同AVO修改模型的气、水饱和状态下反射系数差相比，AVO III修改模型中反射系数差差异最大，AVO I中反射系数差差异最小。等径孔隙度变化时，垂直裂缝方向上，AVO I和AVO II修改模型中，两种饱和状态下产生的反射系数变化差异不太显著，其反射系数差也不存在梯度变化特征，而AVO III修改模型中，气饱和状态下反射系数呈现明显的梯度变化，水饱和状态下反射系数几乎未发生变化，该模型中的反射系数差亦呈现为梯度变化特性。

(2)就裂缝密度参数对P-SV波反射系数曲面的影响而言，裂缝密度参数变化引起的反射系数变化高于等径孔隙度；3类AVO修改模型中，气、水两种饱和状态下的反射系数曲面均随裂缝密度增加而正向上升，但水饱和状态的上升幅度均高于气饱和状态，AVO II和AVO III修改模型中较为显著；两种饱和状态的P-SV波反射系数差曲面反映了这两种饱和状态的反射系数随裂缝密度变化产生的变化幅度差异程度，对比图5(c1)、图5(c2)和图5(c3)可见，裂缝密度变化情况下，AVO III修改模型中两种饱和状态的反射系数差曲面的上升幅值最大，AVO II修改模型次之，AVO I修改模型最小，说明AVO III修改模型中裂缝密度变化引起的气、水饱和状态下P-SV波反射系数的变化幅度差异最大，AVO I修改模型中变化幅度差异最小。

(3)在基质孔隙度参数方面，气、水饱和状态下P-SV波反射系数曲面随基质孔隙度增加而变化的幅度在AVO I和AVO II修改模型中均不明显，但在AVO III修改模型中，气饱和状态下的P-SV波反射系数曲面随基质孔隙度增大出现负向下降趋势，而水饱和状态下反射系数不随基质孔隙度增大而发生变化，可见AVO III修改模型中基质孔隙度变化对气饱和状态反射系数非常敏感；同理气、水饱和状态的P-SV波反射系数差曲面反映两种状态之间的反射系数随参数变化产生的变化幅度差异程度，对比图6(c1)、图6(c2)和图6(c3)，AVOIII修改模型的反射系数差曲面随基质孔隙度的增加而逐渐负向下降，即反射系数变化幅度随基质孔隙度增大出现逐步下降变化，而AVO I和AVO II修改模型中，虽然曲面随基质孔隙度的增加也有一定变化，但基质孔隙度为0.001和0.01时，反射系数差曲面重合，说明孔隙度φ_p<0.01时两种饱和状态之间的反射系数差的变化幅度未产生差别。可见，基质孔隙度变化对于识别AVO III修改模型中的流体类型效果显著，可将其作为很好的流体指示因子。

4、结论

本发明利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数公式，建立了裂缝参数、岩性参数和物性参数与P-SV波反射系数的显示关系，并进行了该关系式的方位AVO分析，获得如下结论：

(1)ΔN和ΔT的交会分析指出裂缝密度或基质孔隙度对储层介质中的填充流体类型较为敏感，说明与这两种参数相关的柔量参数可作为孔隙裂缝储层流体检测的潜在理论工具；

(2)等效孔隙裂缝介质模型的归一化P-SV波反射系数能够放大流体性质导致的差异性，可以解决多方位观测、小角度入射条件下的裂缝介质流体识别问题，另外，该反射系数具有周期性的方位各向异性特征，但裂缝密度和等径孔隙度变化引起的方位各向异性特征有所不同；

(3)基于裂缝密度和基质孔隙度的P-SV波反射系数能够有效区分孔隙裂缝介质的AVO类型和填充流体类型。裂缝密度变化对3类AVO修改模型中气、水饱和状态的P-SV波反射系数的影响程度不同，随着裂缝密度增大引起的反射系数梯度变化由大到小依次为AVOIII、AVOII和AVOI修改模型；基质孔隙度变化引起的P-SV波反射系数变化只对AVOIII修改模型中的流体类型敏感，对AVOI和AVOII修改模型中的流体类型敏感性较差。

证明部分(具体实施例/实验/仿真/药理学分析/能够证明本发明创造性的正面实验数据等)

本发明中所述低频限制下的等效孔隙裂缝介质模型，更接近于真实的地下裂缝型致密储层介质，可见研究对象具有很强的现实意义；此外许多学者已经得出AVO异常分类模式适用于致密储层的研究，并进行了一定程度的成功应用，说明本发明中使用的模型数据亦可认为是基于实际数据进行的真实地下裂缝型致密储层介质P-SV波方位AVO分析，且这种基于P-SV波的裂缝型致密储层流体识别方法亦是前人尚未开展过的研究方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，其特征在于，所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法包括以下步骤：

利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，获取等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

基于归一化处理得到的反射系数进行各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

2.如权利要求1所述的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，其特征在于，所述等效孔隙裂缝模型的柔量表达式为：

式中，

e为裂缝密度，α和β为介质的纵、横波速度，ρ为介质的密度，k_f为流体体积模量，k_b为背景岩石的体积模量，λ和μ为拉梅系数，D_cp称为流体因子，φ_p为基质孔隙度，孔隙所占体积百分比，φ_c为裂缝孔隙度，即裂缝所占体积百分比，用裂缝密度e和裂缝纵横比c/a表示为

ΔN为法向柔量，反映在垂直于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔT为切向柔量，反映平行于裂缝面上裂缝对地震波的影响，ΔN和ΔT值的范围均为0～1。

3.如权利要求1所述的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，其特征在于，上层为各向同性介质下层为HTI介质的双层模型，获取P-SV波反射系数公式为：

R＝R^iso+R^ani

其中，△ρ＝ρ₂-ρ₁，ρ＝(ρ₂+ρ₁)/2，△α＝α₂-α₁，α＝(α₂+α₁)/2，△β＝β₂-β₁，β＝(β₂+β₁)，k＝β/α；α₁、α₂、β₁、β₂、ρ₁、ρ₂分别为上、下层介质模型的纵波速度、横波速度和密度，θ为入射角；

n，m，l是HTI介质的各向异性参数(Petrashen,1984)，

为方位角，即各向异性面与测线剖面的夹角；

将下层HTI介质的弹性系数矩阵与HTI介质的广义弹性系数矩阵对应得到：

c₁₁＝λ+2μ-n,c₁₃＝λ-l,c₃₃＝λ+2μ,c₄₄＝μ,c₅₅＝μ-m；

参照对各向异性参数的线性化法，定义的HTI介质等效各向异性参数为：

其中，系数ε^(V)表示P波的各向异性程度；δ^(V)表示P波在垂向与横向间各向异性变化的快慢程度，γ^(V)表示快横波与慢横波间的速度差异程度；

联合c₁₁＝λ+2μ-n,c₁₃＝λ-l,c₃₃＝λ+2μ,c₄₄＝μ,c₅₅＝μ-m和

得到n，m，l形式如下：

n＝-2(λ+2μ)ε^(V)，m＝-2μγ^(V)，l＝-(λ+2μ)δ^(V)+4μγ^(V)；

将以柔量参数表表述的等效裂缝介质的广义各向异性参数线性表达式代入n＝-2(λ+2μ)ε^(V)，m＝-2μγ^(V)，l＝-(λ+2μ)δ^(V)+4μγ^(V)式中，得到以柔量参数表示的n，m，l：

n＝4μ(1-g)ΔN，m＝μΔT，l＝2μ(1-2g)ΔN

再代入

式中得到：

将柔量表达式和

式融入P-SV反射系数公式中，进行整理后得到以裂缝参数表示的P-SV波反射系数公式：

R＝R^iso+R^ani；

其中，R^iso表达式同前，

4.如权利要求1所述的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法，其特征在于，所述对P-SV波反射系数进行归一化处理的方法为：

采用反射系数除以对应的入射角θ的正弦sinθ实现归一化。

5.一种应用如权利要求1～4任意一项所述的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统，其特征在于，所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统包括：

柔量参数确定模块、P-SV波反射系数推导模块、主控模块、归一化处理模块、特征数值模拟模块、显示模块；

柔量参数确定模块，与主控模块连接，用于通过线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到柔量参数；

P-SV波反射系数推导模块，与主控模块连接，用于通过柔量参数与各向异性参数之间的关系式，推导出等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

主控模块，与柔量参数确定模块、P-SV波反射系数推导模块、归一化处理模块、特征数值模拟模块、显示模块连接，用于通过主控器控制所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统各个模块的连接关系；

归一化处理模块，与主控模块连接，用于对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

特征数值模拟模块，与主控模块连接，用于基于归一化处理得到的反射系数开展各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

6.如权利要求5所述的基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统，其特征在于，所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别系统进一步包括：

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示柔量参数、P-SV波反射系数、归一化处理得到的反射系数以及方位AVO特征数值模拟数据。

7.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，获取等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

基于归一化处理得到的反射系数进行各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用线性滑动模型与等效孔隙裂缝模型等价对比得到的柔量参数与各向异性参数之间的关系式，获取等效孔隙裂缝介质的P-SV波反射系数；

对得到的P-SV波反射系数进行归一化处理；

基于归一化处理得到的反射系数进行各向同性介质/等效孔隙裂缝介质双层模型的方位AVO特征数值模拟。

9.一种实施权利要求1～4任意一项所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的裂缝型致密储层流体识别仪。

10.一种如权利要求1～4任意一项所述基于P-SV波反射系数的裂缝型致密储层流体识别方法的在孔隙裂缝储层流体检测上的应用。

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