地震儲層學的基本內涵及發展方向

衛平生，雍學善，潘建國，高建虎，曲永強，桂金詠

（中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州730020）

地震儲層學的基本內涵及發展方向

衛平生，雍學善，潘建國，高建虎，曲永強，桂金詠

（中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州730020）

在分析總結儲層研究在不同階段的基本特點的基礎上，揭示其已經步入地震與地質有機結合的儲層表征階段，而地震儲層學正是基于此提出。從地震儲層學的目標、理論、基礎、實驗、技術以及方法共6個方面深入剖析其內涵，認為雙相介質理論是其基本理論，儲層參數與地震參數之間的定量關系分析是其核心任務，儲層地震實驗的突破是完成這一任務的關鍵。地震儲層學今后的發展方向是不僅要完善和創新雙相介質理論，而且要在此基礎上直接針對儲層從不同地震波的發射和接收2個環節，以及地震波傳播的波動和射線2條主線進行正、反演結合，建立儲層參數與地震參數之間的定量關系，并結合儲層地質研究，利用關鍵技術實現儲層表征這一最終目標。

地震儲層學；雙相介質理論；定量關系；儲層地震實驗

0 引言

近年來地震儲層學在學科體系建設和實際應用領域發展較快，得到了國內外有關學者的關注，但也有學者提出了質疑［1-4］。1993年我國明確了學科標準，孫綿濤［5-6］、劉洪星等［7］和劉仲林［8］從不同側面發表了對學科的理解。總體上，一門獨立的學科應具備3個基本組成要素，即獨立的研究內容、規范的理論體系和成熟的研究方法，而且具有3種形態，分別為知識形態、活動形態與組織形態。知識形態是學科的核心，即整合與加工；活動形態是學科的基礎，即研究與創新；組織形態是學科的表現形式，即編撰與傳授。那么，地震儲層學是否具備了以上學科基本組成要素呢？筆者認為有必要進一步對地震儲層學的基本內涵進行深入討論，包括學科的目標、理論、基礎、實驗、技術以及方法共6個方面，以便讀者能更深刻地理解學科的本質，探討地震儲層學的發展方向，并明確學科的下一步攻關方向。

1 地震儲層學的發展歷史

1.1 傳統儲層地質學的形成與發展（1859—1984年）

據文獻［9］報道，1859年，Edwin Drake在美國賓夕法尼亞鉆探了第一口工業油井，形成了“儲層”的初步概念；1966年，Jahns［10］最早用到“儲層描述”一詞；1971年，Garrels等［11］首次提出“儲層地質學”的概念，自此，儲層地質學正式登上歷史舞臺。20世紀70年代初期，“儲層地質學”的研究方法被廣泛應用，其中很多學者把它作為開發地質學的一部分；20世紀80年代初期，在美國和加拿大石油地質學家年會上，專門設有“儲層地質學”分會，從會議所展示的成果來看，多數學者是從地質角度討論儲層的特征。傳統的儲層地質學偏重于地質研究，即狹義的儲層地質學，以儲層巖性、物性、孔隙類型與結構、滲流等基本特征，以及儲層分布、成因、成巖作用等研究為主要任務，以各種地質實驗分析技術來重建儲層古環境、沉積成巖史及孔隙演化史等。有關地球化學（含穩定同位素、微量元素、流體包裹體、發光顯微光學及掃描電鏡的應用）方面的研究在儲層地質學中占據重要地位，因此，地質實驗是傳統儲層地質學的支柱。這種主要以地質方法和實驗技術開展的儲層外部形態和內部非均質性研究，偏重于油田開發。

1.2 多學科的交叉、多技術的協同與儲層表征的出現（1985—2009年）

1985年，美國能源部研究院提出了“儲層表征”的概念，對儲層的研究進入表征與多技術應用的階段。該階段在國內涌現出的大量儲層地質學專著中［12-15］，地震手段已經成為儲層表征的重要部分。這一時期的主要特點是：以地質資料研究為主，輔以地震、測井等資料和技術。多資料、多方法及多技術的協同使用，不僅極大地豐富了儲層描述的內容和手段，也為儲層描述轉向三維空間定量化提供了條件，進而促成了儲層表征的出現。但由于該階段建立的儲層參數與地震參數之間的關系多為間接、定性或半定量關系，使得儲層表征的精度遠遠不夠。該階段儲層地震預測的大量使用不僅使儲層表征廣泛應用于開發領域，而且其在勘探領域的作用也日益顯現。與此同時，大量與地震有關的交叉學科紛紛出現，如儲層地球物理學［16］、儲層地震學［17］、儲層地震地層學［18］以及地震沉積學［19］等。

1.3 地震、地質的有機結合與地震儲層學的提出（2010年至今）

2010年，“地震儲層學”［2］的提出表示儲層研究進入了地震與地質有機結合的階段，即直接表征儲層的階段。其實，早在1956年，當雙相介質理論［20-21］提出時，儲層研究就注定會朝這個方向發展。1997年，地震巖石物理學［22］的提出，表明學術界開始試圖建立地震與地質之間的定量關系。地震模擬實驗的不斷完善使得對儲層的定量化表征成為可能。該階段以建立較為精確的儲層參數與地震參數之間的定量關系為特點，以巖石物理實驗和地震物理模擬為標志，而且引入了雙相介質地震波傳播理論。地震不再僅僅是輔助手段，而是儲層研究中不可或缺的組成部分。地震儲層學除了研究儲層的外部形態以外，還研究了不同溫度和壓力條件下巖性、孔隙度及孔隙流體等對巖石性質的影響，分析了地震波的傳播規律，建立了巖性參數和物性參數分別與地震速度、密度等彈性參數之間的定量關系。因此，自地震儲層學提出之后，儲層研究迎來了一個地震與地質有機結合的全新時代。

2 地震儲層學的基本內涵

隨著地震儲層學時代的來臨，地震與地質經有機結合后建立儲層參數與地震參數之間的定量關系成為其核心任務，而儲層地震實驗的突破是完成這一任務的關鍵。儲層地質是地震儲層學的基礎研究內容，雙相介質理論是地震儲層學應遵循的基本理論，在完善和創新雙相介質理論的基礎上，直接針對儲層從不同地震波的發射和接收2個環節，以及地震波傳播的波動和射線2條主線進行正、反演結合，建立儲層參數與地震參數之間的定量關系。因此，在儲層地質和地球物理理論的指導下，基于儲層地震實驗，將地震與地質有機結合，以研究儲層的外部形態、內部結構及所含流體在三維空間的特征和演化規律，從而實現儲層的表征與建模。基于此思想的地震儲層學的基本內涵如圖1所示。

圖1 地震儲層學基本內涵框架圖Fig.1 Frame diagram of thebasic contentof the seism ic reservoirology

2.1 學科目標——儲層表征

儲層表征即儲層的定量化描述，包含了三部分內容，分別為儲層的外部形態、內部結構及所含流體。儲層的外部形態即儲層的幾何形態，指的是儲層在空間分布上的外觀形體特征，包括三維空間上巖性和厚度的變化或延伸范圍；內部結構指的是儲層的非均質性，包括巖性、孔隙度、滲透率及泥質含量等表征儲層的參數；所含流體指儲層內的油、氣和水，研究流體類型、飽和度及孔隙壓力等與流體有關的信息。

2.2 學科基本理論——雙相介質理論

雙相介質是指由固體骨架和流體共同組成的介質。在雙相介質中，由于流體的存在以及固體和流體的相互作用會減弱巖石的力學性質，彈性波在雙相介質中的傳播比在單相介質中的傳播更具復雜性。雙相介質理論充分考慮了介質的巖石骨架結構和孔隙流體性質以及局部特性與整體效應的關系，將地質體表述為固體相和流體相的復合體，而且分別考慮了固體和流體以及二者相互耦合對地震波傳播的影響，可以直接用地震參數表達儲層物性（孔隙度和滲透率等）及所含流體（飽和度等）等特征，更加符合儲層的實際情況。所以，雙相介質理論是現階段地震儲層學的基本理論。

雙相介質理論源于Biot［20-21］建立的雙相介質地震波方程，它奠定了雙相介質地震波傳播的理論基礎。經過半個多世紀的發展，雙相介質理論研究取得了較大的進展［23-28］，主要體現在以下幾個方面：①雙相介質地震波場正演模擬研究。該項研究主要包括地震物理模擬和地震數值模擬，其中正演介質由雙相各向同性介質發展到雙相各向異性介質，如雙相PTL介質、雙相EDA介質以及雙相PTL+EDA介質。②雙相介質孔隙流體流動機制研究。該項研究從宏觀和微觀角度出發，相繼提出了Biot機制、Squirt噴射機制、Biot-Squirt（BISQ）機制及改進BISQ機制（RBISQ）等多種孔隙流體流動機制。③雙相介質地震波傳播特征影響因素分析研究。該項研究主要涉及骨架、固流耦合、滲透率、逆品質因子、孔隙度和黏滯系數對波場衰減、模量及速度頻散的影響，且相繼推導了不同表達形式的彈性波動方程。④雙相介質參數與儲層參數間的關系研究。該項研究提出了從雙相介質參數轉化為常用儲層參數的方法，在雙相介質參數（A，N，Q，R，ρ11，ρ12，ρ22和φ）與常用儲層縱波速度（vp）、橫波速度（vs）、密度（ρ）、孔隙度（φ）、流體速度（vf）及流體密度（ρf）間建立了明確的關系式，并進行了初步的雙相介質AVO反演研究。盡管雙相介質理論更能真實地表征儲層，但由于其在研究過程中具有復雜性及較大的難度，因此目前在有些方面尚未進行深入研究。具體表現為：①理論模型的適用性問題。每種理論模型的提出都基于特定的地質條件，因此其適應范圍有待明確。②理論模型過于簡化的問題。雙相PTL介質、EDA介質以及雙相PTL+EDA介質等都是簡單的水平或垂直地質模型，對于傾斜、多節理、裂縫組合等較為復雜但更接近于儲層實際的雙相介質理論有待深入研究。③雙相介質正、反演精度及效率問題。雙相介質的反演主要以正演為主，較少涉及反演，這就造成了基于波動理論的正、反演效率低下，數值頻散和人為邊界等問題突出，而且基于射線理論的正、反演精度也有待提高。④雙相介質多波傳播問題。實驗室已經驗證了慢縱波和橫波的分裂現象，但其形成機理及表象尚待進一步研究和觀測。

2.3 學科基礎——儲層地質研究

儲層地質研究是地震儲層學的基礎，不僅為地震實驗提供了儲層地質模型，而且為儲層解譯提供了標定模型。儲層地質研究包括4個部分的內容，分別為儲層形成地質背景分析、儲層基本特征研究、儲層成因與分布規律分析以及儲層地質模型建立（圖2）。儲層地質研究以現代沉積和地表露頭解剖為指導，以鉆井、測井和地震資料為基礎開展研究工作。儲層的形成、分布及演化受沉積盆地地質演化過程的控制。研究儲層形成的地質背景，即從成因角度上認識儲層的形成與分布是儲層研究的基礎內容，把握儲層的宏觀特征對儲層表征具有指導意義。儲層的基本特征研究是儲層地質研究的主要內容，包括儲層的巖性、幾何形態、物性和流體等特征。對儲層和成藏主控因素進行分析就是要確定研究區儲層表征的主要內容。

圖2 地震儲層學儲層地質研究內容Fig.2 The study contentof the seism ic reservoirology

2.4 學科實驗——儲層地震實驗

地震儲層學的核心是建立儲層參數與地震參數之間的定量關系。儲層地震實驗是搭建地震與儲層之間的橋梁，它以不同的測試方式，從不同的角度建立起地震與儲層信息間的定量關系（圖3）。儲層地震實驗包括地震巖石物理、地震物理模擬和地震數值模擬共3種實驗手段或實驗方法，貫穿了地震數據采集、處理和解釋的全過程，可以為新技術、新方法提供試驗數據，可以用于野外地震觀測系統的設計和評估，可以檢驗處理方法和解釋結果的正確性。因此，儲層地震實驗是地震儲層學理論和技術創新的源泉。

2.4.1 地震物理模擬實驗

圖3 儲層地震實驗研究框圖Fig.3 Block diagram of the reservoir seism ic experiment

地震物理模擬是一種利用物理模型來等效實際地質體，以進行地震波傳播特征研究的實驗方法。據文獻［29］報道，用物理模型研究地震波傳播特征可以追溯到20世紀20年代Terada等人的樹脂模型，而French等人在1974年的三維數據成像實驗則直接證明了物理模型數據的價值。

目前，對于地震物理模擬實驗的研究［29-31］主要有以下幾個方面：①模型制作工藝方面。材料由單一樹脂發展到石蠟、硅橡膠以及各種聚乙烯、高分子聚合物等，材料的速度穩定性與速度范圍、對超聲波的吸收特性以及材料間的相容性都有了質的提高。②實驗設計方面。高性能實驗儀器的研制使得地震物理模擬已由二維觀測發展到三維觀測，且先后設計了單相固體介質地震物理模擬、地表起伏地震物理模擬、孔洞儲層地震物理模擬以及井間地震物理模擬等地震物理模擬實驗。③實際應用方面。該方面主要涉及利用地震物理模擬實驗來設計地震激發和采集施工方案并驗證實施效果，而且模擬復雜地震現象以供地震精細解釋參考，以及為新理論與新技術提供佐證等。

在地震物理模擬實驗服務于儲層表征的同時，仍需特別注意以下問題：①物理模型尺寸過小，相似比低，致使模型向原體轉化過程中的誤差較大；②面向海洋觀測的地震物理模擬系統不能滿足陸地采集的需求；③常溫、常壓下的物理模擬環境與實際儲層高溫、高壓的埋藏環境不相符合；④模型過于簡單，常規單一層位和構造的物理模型不能體現出實際儲層在地質構造方面的復雜性及介質的雙相性；⑤多波地震物理模擬實驗尚處于初級階段，多波模型的制作、多波震源的激發以及多波數據的采集尚待進一步設計。

2.4.2 地震數值模擬實驗

地震數值模擬是在假定地下介質結構模型和相應介質參數為已知的情況下，模擬研究地震波在地下的傳播規律，并計算在地面或地下各種觀測點所觀測到的數值地震記錄的一種地震實驗方法［32］。地震數值模擬同地震物理模擬一樣，在地震儲層學中不僅可以進行雙相介質地震波場正演模擬研究，而且也是雙相介質地震反演的基礎。

地震數值模擬方法主要以射線理論和波動方程理論為基礎。射線理論考慮更多的是地震波傳播的運動學特征，計算速度較快，而且以模擬儲層構造信息為主。與射線理論相比，波動方程理論還考慮到了地震波的動力學特征，能夠模擬更加復雜的儲層環境，包括豐富的巖性和流體信息［33］。目前國內外有關數值模擬技術方面的研究成果［26，34-36］主要集中在3個方面：①以提高數值模擬技術的運算速度和模擬精度為主要目標的新技術、新方法研究。該研究先后提出了射線追蹤、克希霍夫積分、有限元、有限差分、偽譜以及區域分裂等正演模擬算法。②以提高復雜介質地震波傳播規律的認知水平為主要目標的復雜介質模擬研究。該研究先后對均勻介質、層狀介質、黏彈性介質、各向異性介質和雙相介質等進行了波場數值模擬。③以應用為主要目標的應用實例分析研究。該研究涉及地震觀測系統優化設計、合成記錄制作、精細構造解釋、地震資料處理以及特殊地質體的識別等。

隨著地震波傳播理論和計算機技術的發展，地震數值模擬技術也越來越受到重視，但隨之而來的問題也逐漸顯現：①雙相介質數值模擬問題。由于算法效率與精度達不到要求，目前地震數值模擬實驗主要集中在對層狀構造二維單相或等效介質的地震波傳播的數值模擬，對于雙相介質的三維地震波傳播數值模擬較少涉及。②多波數值模擬問題。多波地震較傳統縱波地震攜帶有更為豐富的流體、孔隙等儲層信息，而現有的地震數值模擬實驗較少涉及多波情況。如何激發和接收多波地震以及如何定量認識多波現象與油氣儲層的關系都離不開數值模擬實驗的支撐。③AVO數值模擬問題。由于缺乏對雙相介質AVO現象的高精度數值模擬及影響因素分析，所以嚴重制約著雙相介質AVO反演方法與技術的發展。

2.4.3 地震巖石物理實驗

地震巖石物理實驗除了研究巖石的基本特性之外，還通過研究不同溫度和壓力條件下巖性、孔隙度及流體等對巖石性質的影響，以分析地震波傳播規律，從而建立儲層參數與彈性參數間的關系，這是認識地質體物理性質的直接手段［37-39］。

作為儲層參數與巖石介質參數的橋梁，地震巖石物理實驗為地震勘探技術的發展及地震數據的定量解釋提供了堅實的基礎。近數十年來國內外在地震巖石物理實驗方面取得了顯著的成果［38，40-41］，主要體現在：①巖石及流體性質測定。通過逐步建立地層巖性、孔隙度、圍壓和孔隙壓力、孔隙流體類型和飽和度、各向異性和裂縫、溫度、頻率等與巖石及流體的縱波速度、橫波速度和密度間的關系，服務于敏感參數優選、流體替代、橫波速度及密度參數估算等疊前地震反演相關領域。②巖石物理量版的制作。相繼提出了Gassmann，Hashin-Shtrikman及Xu-White等多種等效介質模型巖石物理量版的制作方法。通過量版建立了含氣飽和度、孔隙度等儲層參數與等效介質彈性參數間的對應關系，實現了儲層參數的半定量化預測。③衰減及頻散測試。該測試服務于利用地震波衰減與頻散特征進行氣藏識別的相關研究領域。

鑒于地震巖石物理實驗的重要性，我國相繼成立了多個巖石物理實驗室，研究的力度也在不斷加大，其中在基于巖石物理模型的儲層描述技術研究，特別是在針對我國中、低孔滲天然氣藏的巖石物理模型基礎研究及識別技術等方面取得了一定的進展，但有些問題仍待解決：①理論及模型的適應性問題。由于地質情況復雜且區域變化各異，物理實驗得到的經驗公式適用性較差。②尺度問題。地質、地震、測井與超聲波實驗室巖心測試等資料除了在測量手段上存在差異外，測量頻段和尺度也不同，內在聯系尚不清楚。③目前地震巖石物理實驗主要側重于巖石本身的物理性質，特別是力學性質，對于巖石含流體后的地震特征缺少更深入的實驗研究。④直接測量的巖石參數種類有限。以等效介質縱波和橫波速度、密度及彈性模量等為主，對于更加接近于真實地層的雙相介質參數（A，N，Q，R，ρ11，ρ12，ρ22和φ）的獲取主要靠理論公式的轉化計算，高精度雙相介質參數的直接測量尚待開展。

2.5 學科技術——信息提取、信息解譯及儲層建模

地震儲層信息提取技術、信息解譯技術以及建模技術是地震儲層學的3類關鍵技術。其中，地震儲層信息提取技術是基礎，主要實現波場特征向地震彈性參數的傳遞；地震儲層信息解譯技術是關鍵，主要實現地震彈性參數與儲層參數之間的轉換；地震儲層建模技術是最終體現，主要實現儲層在三維空間的精細表征。

2.5.1 地震儲層信息提取技術

地震儲層信息提取技術在地震儲層學中的主要作用是從三維地震資料中提取與儲層相關的有效信息［2，42-43］，目前主要包括：①測井分析技術。該類技術的作用在于將儲層地震實驗成果由巖心樣點擴展到縱向連續線，并作為先驗信息與地震資料相結合，將儲層地震實驗成果擴展到整個三維空間。②地震正、反演技術。該類技術包括基于射線理論與波動理論的疊前、疊后地震正、反演技術，能有效建立起地震資料與儲層參數間的轉化關系。③地震屬性類預測技術。該類技術利用振幅、頻率、吸收、相位以及相干等多種屬性，直接從三維地震數據中拾取隱藏的巖性、儲層物性和流體信息。

地震儲層信息提取技術源于單相或等效介質理論，較為成熟而且已經取得了較好的應用效果，但是對于更加接近于實際儲層的雙相介質，該類技術仍有待發展。

2.5.2 地震儲層信息解譯技術

地震儲層信息解譯技術在地震儲層學中的主要作用是將從儲層地震實驗結果、儲層信息提取技術獲得的信息與地質信息相結合，然后進行儲層的定量化解譯［38，44-45］，目前主要包括：①巖石物理量版技術。該類技術是綜合利用地質、測井和地震參數反演數據，基于巖石物理模型，將地震參數與儲層參數間的定量關系以量版形式呈現的技術，可以快速地將地震信息轉化為儲層信息。隨著技術的進步及勘探程度的不斷深入，巖石物理量版技術也得以發展，進行交會的參數由橫波阻抗、縱波阻抗及縱橫波速度比等不斷擴展為彈性阻抗和流體因子等。②儲層參數反演技術。該類技術是利用地震參數進行儲層參數定量反演預測的技術，按照實現方式可分為確定性反演技術與隨機統計反演技術兩大類，實現的手段有經驗轉化關系式、地質統計學反演、神經網絡反演以及統計巖石物理反演等。

目前，地震儲層信息解譯技術最大的問題在于單相技術較多，信息解譯精度與效率無法兼顧，導致應用效果各異，未能形成一套完整的地震儲層解譯技術鏈，而且地震資料與地質資料結合不緊密，使得儲層信息的解譯多解性強。

2.5.3 地震儲層建模技術

地震儲層建模技術在地震儲層學中的主要作用是利用地震儲層信息解譯的成果，建立儲層幾何形態、非均質性和流體的三維空間分布模型，實現儲層的定量表征。目前主要有確定性建模與隨機建模兩大類技術［46-48］，其中確定性建模是對井間未知區域給出確定性的預測結果，即從已知井點推測出井間確定性的儲層參數，主要方法有儲層沉積學、儲層地震學以及井間參數插值方法，如反距離平方法、克里格法以及一些數學和地質方法；隨機建模是指以已知的信息為基礎，以隨機函數為理論，應用隨機模擬方法產生可選的、等概率的儲層模型，主要方法有布爾模擬、示性點過程模擬、鑲嵌過程模擬、截斷高斯模擬、序貫指示模擬和馬爾可夫-貝葉斯指示模擬等。

地震儲層建模技術是定量表征儲層幾何形態、非均質性和流體三維空間分布的有效手段。目前，儲層建模技術無論是確定性還是隨機建模技術，其本征假設條件相對簡單，特別是在基于兩點統計的變差函數建模中，區域化地質變量只與矢量距離有關而與空間位置無關，這難以與雙相介質非均質性的現實相適應，而成為制約地震儲層學儲層定量表征的重要技術瓶頸。

2.6 學科方法——“四步法”

“四步法”是地震儲層學研究的基本步驟與方法，包括儲層地質研究、儲層地震實驗及技術方法研究、儲層地震地質解譯及表征、儲層綜合評價與建模，其研究內容與成果標志如圖4所示。作為一門學科的方法體系，“四步法”涵蓋了上述3類關鍵技術，其中地震儲層信息提取技術對應于“四步法”的第二步，地震儲層信息解譯技術對應于“四步法”的第三步，而儲層建模技術對應于“四步法”的第四步。同時，“四步法”體系也反映了地震儲層學的基本內涵，第一步是學科的基礎，第二步是學科中建立儲層參數與地震參數之間定量關系的關鍵，第四步是學科的最終目標。因此，4個步驟的相輔相成構成了地震儲層學的基本方法體系。

圖4 地震儲層學“四步法”及成果標志Fig.4“Four steps”and achievem entsof the seism ic reservoirology

3 地震儲層學的發展方向

3.1 雙相介質理論

地震儲層學研究中雙相介質理論的發展主要分為理論創新與實用化2個方面，二者相互結合，相互推進。

（1）在理論創新方面

①發展各向異性雙相介質地震波傳播理論，包括波動理論及射線理論研究，以適應更為復雜的油氣勘探形勢；②深入研究雙相介質儲層參數對地震波傳播的影響機理，為利用地震信息進行儲層表征奠定理論基礎；③發展基于雙相介質理論的高精度成像、保幅及高分辨率處理理論，包括雙相介質多波資料處理理論，這是因為傳統的單相介質地震處理理論對地震波場攜帶的雙相介質信息保護不足；④開展雙相介質反射和透射研究，探索多波多分量地震資料的雙相介質AVO反演新理論，利用多波資料信息豐富的優點，更加可靠地直接反演儲層表征中必不可少的孔隙度和飽和度等重要參數。

（2）在實用化方面

①開展雙相介質理論適用性研究，針對不同地質條件的儲層優選出相應的雙相介質理論；②運用儲層地震實驗構建適合于實際地質情況的地震物理、數值模型，為雙相介質正、反演研究提供支撐；③結合雙相介質理論最新研究成果及儲層地震實驗成果，著重發展實用性雙相介質儲層參數反演技術；④形成整套的、成熟的雙相介質理論應用技術鏈，取得實際應用價值。

3.2 儲層地震實驗

（1）在地震物理模擬實驗方面

隨著模型制作工藝、實驗設備的不斷改進，更為復雜的地震物理模擬實驗將得以實施，主要進行：①雙相介質儲層地震物理模擬實驗。制作相應的多層雙相介質模型，多層激發，全方位接收。②對雙相介質地震觀測系統激發、接收方式進行深入研究。激發方式由縱波為主逐步向橫波探索，接收方式以縱波、轉換橫波并重，并探索慢縱波、慢橫波的接收方式。③大尺度雙相介質地震物理模擬實驗。該實驗包括高溫、高壓下大尺度非均質儲層模型及流體充注模型。

（2）在地震數值模擬實驗方面

隨著高性能計算設備的大規模應用，地震數值模擬方法將會以波動方程理論為主，以射線為輔，主要發展：①穩定、高效的雙相介質地震數值模擬算法研究。該研究主要分析孔隙度、滲透率和黏滯性對速度、幅度及衰減的影響。②雙相介質地震物理模擬實驗的先導性試驗研究。該研究主要進行模型設計、觀測系統設計，是論證地震物理模擬實驗可靠性的重要手段。

（3）在地震巖石物理實驗方面

隨著可控溫壓系統、多頻段測量系統的引入，地震巖石物理實驗環境將會更加接近于儲層實際環境，主要進行：①雙相介質地震巖石物理實驗。該實驗主要明確理論及模型的適用性問題。②多頻段和多尺度的巖石物理實驗。該實驗主要發展多頻段、多尺度巖石物理相關理論。③雙相介質多尺度巖石物理量板制作。依據雙相介質理論，發展更加符合儲層實際條件的巖石物理量版制作技術。④雙相介質參數的直接測定。包括研究孔隙結構、孔隙流體組分、含氣飽和度及滲透率等儲層參數的改變對雙相介質參數的影響以及它們之間的定量關系。

3.3 學科技術

隨著地震實驗研究的不斷深入，地震儲層學技術在未來的研究重點包括以下幾個方面：

（1）在地震儲層信息提取技術方面，主要發展：①雙相介質偶極子波反演技術。將地震儲層學最新研究成果偶極子波，與基于射線理論的雙相介質AVO反演技術相結合，充分利用偶極子波的高分辨能力開展雙相介質偶極子波反演技術。②雙相介質波動方程反演技術。地震儲層學將會以儲層信息更為豐富的波動理論為主，輔以射線理論，使波動方程反演走向實際應用。③多波地震處理和反演技術。隨著多分量地震激發和采集技術的進步，多波地震資料將會越來越常見，如何保護和充分利用多波地震資料豐富的儲層信息，需要整套完整的多波地震處理解釋技術作保證。

（2）在地震儲層信息解譯方面，主要發展：①開展多源雙相介質儲層敏感參數優選、雙相介質巖石物理量版的制作技術研究；②結合偶極子波理論，發展偶極子波多重積分技術以及偶極子波厚度譜分析技術，直接將地震信息轉換為儲層信息；③基于概率統計的儲層參數反演技術，定量反演儲層敏感參數；④地震儲層解譯技術鏈，將單個解譯技術有機地整合到一起，降低多解性，形成一條規范的儲層解譯技術鏈。

（3）在地震儲層建模技術方面，主要發展：①基于訓練圖像的隨機建模技術，深化研究基于地震屬性挖掘儲層宏觀參數訓練圖像構建方法、基于薄片圖像二值化的儲層微觀參數訓練圖像構建方法；②針對傳統兩點統計建模技術的不足，開展多點統計的隨機模擬方法研究；③多尺度訓練圖像隨機建模技術，包括建立宏觀、微觀結合的多尺度訓練圖像以及基于多尺度訓練圖像的多點統計儲層建模技術。

4 結束語

儲層研究已經步入了地震與地質有機結合的階段。地震儲層學作為該階段開始的標志，已經具備了一門獨立學科的基本組成要素，其核心是建立儲層參數與地震參數之間的定量關系，實現儲層表征。然而，鑒于地下地質情況的復雜性以及地震采集、處理、解釋技術等多方面因素的制約，地震儲層學作為一門新興學科，其學科體系邊界尚在動態變化中，理論和技術需要不斷地突破，應用上需取得更好的效果，因此特別期望能引起國內外有關學者和專家對地震儲層學的高度重視，與我們共同推動地震儲層學的發展，以適應新時代油氣勘探開發對儲層研究提出的新需求。

［1］楊杰，衛平生，李相博.石油地震地質學的基本概念、內容和研究方法［J］.巖性油氣藏，2010，22（1）：1-6.

［2］衛平生，潘建國，張虎權，等.地震儲層學的概念、研究方法和關鍵技術［J］.巖性油氣藏，2010，22（2）：1-6.

［3］衛平生，潘建國，譚開俊，等.地震儲層學研究的“四步法”及其應用——以準噶爾盆地裂隙式噴發火成巖地震儲層學研究為例［J］.巖性油氣藏，2012，24（6）：10-16.

［4］衛平生，潘建國，張虎權，等.石油地震儲層研究及應用——以塔里木盆地塔中地區碳酸鹽巖為例［J］.石油學報，2013，34（3）：496-501.

［5］孫綿濤.學科論［J］.教育研究，2004，（6）：49-55.

［6］孫綿濤.關于學科本質的再認識［J］.教育研究，2007，（12）：31-35.

［7］劉洪星，徐東平.學科體系結構及其概念建模［J］.高教發展與評估，2005，21（5）：58-60.

［8］劉仲林.中國交叉科學（第一卷）［M］.北京：科學出版社，2006.

［9］陳榮書.石油及天然氣地質學［M］.武漢：中國地質大學出版社，1994.

［10］JahnsHO.A rapidmethod forobtaininga two-dimensional reservoir description from wellpressure response data［J］.Society Petroleum Engineers Journal，1966，6（4）：327-351.

［11］Garrels RM，Mackenzie FT.Evolution ofsedimentary rocks［M］. New York：W.W.Norton，1971.

［12］戴啟德，紀友亮.油氣儲層地質學［M］.東營：石油大學出版社，1996.

［13］吳勝和，熊琦華.油氣儲層地質學［M］.北京：石油工業出版社，1998.

［14］姚光慶，蔡忠賢.油氣儲層地質學原理與方法［M］.武漢：中國地質大學出社，2005.

［15］于興河.油氣儲層地質學基礎［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［16］SheriffRE.Reservoirgeophysics［M］.USA：Societyof Exploration Geophysics，1992.

［17］Gadallah M R.Reservoir seismology：Geophysics in nontechnical language［M］.Tulsa：PennWellBooks，1994.

［18］劉震.儲層地震地層學［M］.北京：地質出版社，1997.

［19］Zeng H L，Henry SC，Riola JP.Stratalslicing，partⅡ：Real3-D seismic data［J］.Geophysics.1998，63（2）：514-522.

［20］BiotM A.Theoryofpropagation ofelasticwavesin a fluid-saturated poroussolid.Ⅰ.low-frequency range［J］.Journal AcousticalSociety America，1956，28（2）：168-178.

［21］BiotMA.Theoryofpropagation ofelasticwaves in a fluid-saturated poroussolid.Ⅱ.higher-frequency range［J］.JournalAcousticalSociety America，1956，28（2）：179-191.

［22］Pennington W D.Seismic petrophysics：An applied science for reservoirgeophysics［J］.The Leading Edge，1997，16（3）：241-246.

［23］Wang Z，Nur A.Seismic and acoustic velocities in reservoir rocks：Theoreticalandmodelstudies［C］.The Society of Exploration Geophysicists，1992.

［24］王尚旭.雙相介質中彈性被問題有限元數值解和AVO問題［D］.北京：中國石油大學，1990.

［25］牟永光.儲層地球物理學［M］.北京：石油工業出版社，1996.

［26］楊頂輝.孔隙各向異性介質中基于BISOQ模型的彈性波傳播理論及有限元方法［D］.北京：中國石油大學，1998.

［27］雍學善，馬海珍，高建虎.雙相介質AVO方程及參數簡化研究［J］.地球科學進展，2006，12（3）：241-249.

［28］高建虎，趙全新，雍學善，等.雙相介質疊前儲層參數反演方法研究［J］.地球科學進展，2007，22（10）：1048-1054.

［29］M cDonald JA，Gardner G H，Hilterman F J.Seismic studies in physicalmodeling［M］.California：InternationalHuman Resources DevelopmentCorporation，1983.

［30］牟永光.三維復雜介質地震物理模擬［M］.北京：石油工業出版社，2003.

［31］李智宏，朱海龍，趙群，等.地震物理模型材料研制與應用研究［J］.地球物理學進展，2009，24（2）：：408-417.

［32］裴正林，牟永光.地震波傳播數值模擬［J］.地球物理學進展，2004，19（4）：934-943.

［33］李信富，李小凡，張美根.地震波數值模擬方法研究綜述［J］.防災減災工程學報，2007，27（2）：241-249.

［34］牟永光.三維復雜介質地震數值模擬［M］.北京：石油工業出版社，2005.

［35］李佩，佘德平.從SEG看地震數值模擬［C］.油氣地球物理技術新進展——第76屆SEG年會論文概要.北京：石油工業出版社，2008.

［36］Kevorkyants SS.On the applicability of the Biot solution to the problemsofelastic propagation in saturated porousmedia［J］.Physicsof the Solid Earth，2013，49（1）：19-23.

［37］Han DH，BatzleM L.Diagnosisof“fizz-gas”and gas reservoirs in deep-water environment［C］.SEG Technical Program Expanded Abstracts，2005，24（1）：1327.

［38］楊志芳，曹宏.地震巖石物理研究進展［J］.地球物理學進展，2009，24（3）：893-899.

［39］徐勝峰，李勇根，曹宏，等.地震巖石物理研究概述［J］.地球物理學進展，2009，24（2）：680-691.

［40］MavkoG，MukerjiT，Dvorkin J.The rock physicshandbook—Tools for seismic analysis in porousmedia［M］.London：Cambridge University Press，1998.

［41］Andersen CF，Wijngaarden A J.“Interpretation of4D AVO inversion resultsusing rock physics templates and virtual Reality visualization，North seaexamples”［C］.SEG Technical Program Expanded Abstracts，2007：2934-2938.

［42］Chen Q，Sidney S.Seismic attribute technology for reservoir forecastingandmotoring［J］.The Leading Edge，1997，16（5）：445-456.

［43］王西文，楊午陽，呂斌，等.把握世界物探技術發展現狀，促進地震資料處理解釋技術的進步［J］.地球物理學進展，2013，28（1）：224-239.

［44］Erik D，Per A.Interpretation ofelastic inversion resultusing rock physics templates［C］.EAGE 65th Conference&Exhibition，2003.

［45］Grana D，Rossa E D.Probabilistic petrophysical-properties estimation integrating statistical rock physicswith seismic inversion［J］. Geophysics，2010，75（3）：O21-O37.

［46］Clarkson CR，Pan Z，Palmer I，et al.Predicting sorption-induced strain and permeability increase with depletion for CBM reservoirs［C］.SPEAnnual TechnicalConferenceand Exhibition，2008.

［47］張婷，徐守業.儲層地質建模技術研究與展望［J］.長春理工大學學報，2009，41（4）：191-192.

［48］侯加根，馬曉強，胡向陽，等.碳酸鹽巖溶洞型儲集體地質建模的幾個關鍵問題［J］.高校地質學報，2013，19（1）：64-69.

（本文編輯：涂曉燕）

Basic contentand future developmentof seism ic reservoirology

WEIPingsheng，YONG Xueshan，PAN Jianguo，GAO Jianhu，QU Yongqiang，GUIJinyong
（PetroChina Research Institute ofPetroleum Exp loration&Development-Northwest，Lanzhou 730020，China）

This paper summarized the basic features of the reservoir study in different stages,and revealed that the reservoir study hasstepped into the combination stageof the seismology and geology,according towhich the seismic reservoirology isproposed.Through deeply analysisof thegoal,theory,base,experiment,techniqueandmethod of the seismic reservoirology,we believed that the diphasemedium theory is the basic theory of the seismic reservoirology,the buildingof thequantitative relationship between the reservoirand seismic parameters is the core,and thebreakthrough of the reservoirseismic experimentis thekey to fulfill the task.The future developmentof the seismic reservoirology is to improve and innovate the diphasemedium theory,to build the quantitative relationship between the reservoir and seismic parameters from the aspects of emission and reception of the seismic wave,the wave and ray theory of the seismic propagation,and the combination of forwardmodelingand inversion,and to realize the finalgoalof reservoir characterization based on reservoirgeologyusingkey techniques.

seismic reservoirology；diphasemedium theory；quantitativerelationship；reservoirseismicexperiment

P631.4 < class="emphasis_bold">文獻標志碼：A

A

1673-8926（2014）01-0010-08

2013-10-31；

2013-12-16

衛平生（1965-），男，博士，教授級高級工程師，主要從事石油地質理論、技術方法和應用方面的研究工作。地址：（730020）甘肅省蘭州市城關區雁兒灣路535號。E-mail：weips@petrochina.com.cn。