地震岩石物理学理论在合成地震记录中的应用

【摘 要】合成地震记录在地震资料解释过程中起着基础而又重要的作用，但是由于多种因素影响，在实际应用中制作的合成地震记录并不理想。本文利用地震岩石物理学相关研究理论，对地震波的频散和孔隙流体的影响进行校正，在此基础上制作零偏移距合成地震记录。结果证明，无论在振幅还是波形方面，经过校正后制作的合成地震记录都与井旁地震道更加吻合。

【关键词】地震岩石物理学 合成地震记录 波速频散 Gassmann方程流体替代

1 引言

合成地震记录是联接地震、地质、测井的纽带，是地震构造解释、储层分析、油藏描述中的基础而又关键的环节[1-2]。在当下勘探对象向复杂非常规油气藏转变的大形势下，合成地震记录制作的准确与否将严重影响到后续工作的进行。在构造复杂地区，由于合成地震记录制作精度不高，解释人员追错同相轴的现象也是可能发生的。由此可见，合成地震记录虽然基础，但十分重要。

本文利用地震岩石物理学关于地震波速度频散和孔隙流体分析等相关理论，首先对中高频的测井速度进行了频散校正，使其与低频地震波速度趋于一致。然后利用Gassmann方程流体替换再一次对波速进行校正，消除钻井过程中孔隙流体变化对波速的影响，尽可能恢复原始地层速度。在此基础上制作了合成地震记录，结果证明，经过校正后的合成地震记录的准确度增大，解释可靠性也随之得到提高。

2 频散校正

地震波的频散是指地震波的速度与频率相关，一般情况下表现为地震波的速度随频率的增加而增大。地震勘探的主频集中在几十赫兹，而测井频段分布在千赫兹至几千赫兹。因为频散现象的存在，不同频段测量出的速度存在差异，在很多情况下不能直接进行比较。

近些年来国内外不少学者都对不同频段波速外推进行了研究，在假定岩石的品质因素Q为常量情况下，EINAR给出了频散方程为[3]：

V1/V2=1+（1/πQ）ln（f1/f2） （1）

其中V1、V2分别为频率为f1、f2时的波速。利用此频散方程，我们对多块岩心的纵波速度进行了频散校正，校正后频散现象均得到大大收敛。

3 Gassmann方程流体替代校正

在钻井过程中，井眼附近原状地层受到破坏，径向上一定范围内原始流体被排挤，孔隙被泥浆滤液所饱和，所以声波测井所反映的并非原状地层波速，这也是利用声波测井速度合成地震记录与井旁地震道不匹配的原因之一。本文利用基于Gassmann方程[4]的流体替代技术，对泥浆滤液的影响进行校正，尽量恢复原始地层的测井响应特征，使声波测井合成地震记录更趋近于井旁地震道。

Gassmann方程的表达式为：

（2）

其中Ksat、Kdry、Kma、Kfl分别为饱和岩石、干燥岩石、岩石基质、孔隙流体的体积模量，μsat、μdry分别为饱和岩石、干燥岩石的剪切模量，φ为岩石的孔隙度。

Gassmann方程可由干燥岩石参数求出饱和岩石的体积模量和剪切模量，反解Gassmann方程则可由相关饱和岩石模量求出干燥岩石模量。

（3）

如果已知岩石的体积模量和剪切模量，再加上岩石密度，就可以求出岩石的波速。

（4）

上式中Vp、Vs分别为纵波和横波速度，ρ为岩石密度。

4 合成地震记录制作

本文考虑了测井频段和地震频段不一致，以及钻井滤液对波速的影响，对测井曲线进行相关校正后制作合成地震记录。实践证明，经过校正后制作出来的合成地震记录，在一定程度上得到了改善。具体步骤为：

（1）首先利用公式（1），对测井曲线进行频散校正，使其与地震频段波速趋于一致，同时低频段也利于提高Gassmann方程流体替代计算结果的精度。

（2）然后利用基于Gassmann方程流体替代技术，先逆向替代校正钻井滤液的影响，再通过正向替代恢复原始孔隙流体成分，尽量还原真实地层的波速。

（3）利用公式（5）对含不同流体的岩石密度进行换算，恢复原始地层的真实密度：

（5）

其中ρw、ρo、ρg、ρfl、ρdry、ρc分别为水、油、气、混合流体、干燥岩石、含混合流体岩石的密度，Sw、So、Sg、Sfl分别为孔隙中水、油、气、混合流体的百分含量。

（4）利用校正后的纵波测井曲线和密度曲线，计算反射系数；再从井旁地震道提取子波，利用褶积模型合成地震记录，结果如图1所示。

图（a）为未校正前的图件，图（b）为校正后的图件。蓝色方框为目的层范围，红色方框为合成地震记录。校正前，合成地震记录的振幅与实际地震道振幅相比偏大，波形差异也较大；校正后，合成地震记录振幅降低，波形变得圆滑。总得来说，经过校正后，合成地震记录的振幅和波形都得到了改善，与井旁地震道吻合得更好。

5 结语

本文利用地震岩石物理学相关研究理论，对地震波的频散和孔隙流体的影响进行了校正，在此基础上制作合成地震记录。结果证明，无论是振幅还是波形，经过校正后的合成地震记录与井旁地震道更加吻合。但是限于褶积模型的简化，以及零偏移距合成地震记录未考虑转化波和多次波等其他众多因素，在此基础上制作出的合成地震记录与实际地震道还是有一定差异。同时，校正所需部分参数依赖于岩石物理测试，不同地区甚至同一地区不同层位，岩石物性差异较大，在缺乏可靠测试数据时，应用十分受限。但是有理由相信，随着地震勘探的发展和岩石物理学研究的深入，无论是在合成地震记录还是勘探的其他方面，都将会取得越来越好的效果。

参考文献：

[1]李国发，廖前进，王尚旭等.合成地震记录层位标定若干问题的探讨[J].石油物探，2008（02）：145-149.

[2]陳广军.合成地震记录制作与标定中的争论及注意的问题[J].西安石油学院学报（自然科学版），2002（04）：19-23.

[3]EINAR KJARTANSSON. Constant Q-wave propagation and attenuation[J]. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH，1979（B9）：4737-4748.

[4]Gassmann F. Elastic waves through a Peaking of spheres[J]. Geophysics，1951（16）：673-682.

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