地震巖石物理學理論在合成地震記錄中的應用

吳杰++閻建國++李遠娟++劉海波++徐松++閆小偉

【摘 要】合成地震記錄在地震資料解釋過程中起著基礎而又重要的作用，但是由于多種因素影響，在實際應用中制作的合成地震記錄并不理想。本文利用地震巖石物理學相關研究理論，對地震波的頻散和孔隙流體的影響進行校正，在此基礎上制作零偏移距合成地震記錄。結果證明，無論在振幅還是波形方面，經過校正后制作的合成地震記錄都與井旁地震道更加吻合。

【關鍵詞】地震巖石物理學 合成地震記錄 波速頻散 Gassmann方程流體替代

1 引言

合成地震記錄是聯接地震、地質、測井的紐帶，是地震構造解釋、儲層分析、油藏描述中的基礎而又關鍵的環節[1-2]。在當下勘探對象向復雜非常規油氣藏轉變的大形勢下，合成地震記錄制作的準確與否將嚴重影響到后續工作的進行。在構造復雜地區，由于合成地震記錄制作精度不高，解釋人員追錯同相軸的現象也是可能發生的。由此可見，合成地震記錄雖然基礎，但十分重要。

本文利用地震巖石物理學關于地震波速度頻散和孔隙流體分析等相關理論，首先對中高頻的測井速度進行了頻散校正，使其與低頻地震波速度趨于一致。然后利用Gassmann方程流體替換再一次對波速進行校正，消除鉆井過程中孔隙流體變化對波速的影響，盡可能恢復原始地層速度。在此基礎上制作了合成地震記錄，結果證明，經過校正后的合成地震記錄的準確度增大，解釋可靠性也隨之得到提高。

2 頻散校正

地震波的頻散是指地震波的速度與頻率相關，一般情況下表現為地震波的速度隨頻率的增加而增大。地震勘探的主頻集中在幾十赫茲，而測井頻段分布在千赫茲至幾千赫茲。因為頻散現象的存在，不同頻段測量出的速度存在差異，在很多情況下不能直接進行比較。

近些年來國內外不少學者都對不同頻段波速外推進行了研究，在假定巖石的品質因素Q為常量情況下，EINAR給出了頻散方程為[3]：

V1/V2=1+（1/πQ）ln（f1/f2） （1）

其中V1、V2分別為頻率為f1、f2時的波速。利用此頻散方程，我們對多塊巖心的縱波速度進行了頻散校正，校正后頻散現象均得到大大收斂。

3 Gassmann方程流體替代校正

在鉆井過程中，井眼附近原狀地層受到破壞，徑向上一定范圍內原始流體被排擠，孔隙被泥漿濾液所飽和，所以聲波測井所反映的并非原狀地層波速，這也是利用聲波測井速度合成地震記錄與井旁地震道不匹配的原因之一。本文利用基于Gassmann方程[4]的流體替代技術，對泥漿濾液的影響進行校正，盡量恢復原始地層的測井響應特征，使聲波測井合成地震記錄更趨近于井旁地震道。

Gassmann方程的表達式為：

（2）

其中Ksat、Kdry、Kma、Kfl分別為飽和巖石、干燥巖石、巖石基質、孔隙流體的體積模量，μsat、μdry分別為飽和巖石、干燥巖石的剪切模量，φ為巖石的孔隙度。

Gassmann方程可由干燥巖石參數求出飽和巖石的體積模量和剪切模量，反解Gassmann方程則可由相關飽和巖石模量求出干燥巖石模量。

（3）

如果已知巖石的體積模量和剪切模量，再加上巖石密度，就可以求出巖石的波速。

（4）

上式中Vp、Vs分別為縱波和橫波速度，ρ為巖石密度。

4 合成地震記錄制作

本文考慮了測井頻段和地震頻段不一致，以及鉆井濾液對波速的影響，對測井曲線進行相關校正后制作合成地震記錄。實踐證明，經過校正后制作出來的合成地震記錄，在一定程度上得到了改善。具體步驟為：

（1）首先利用公式（1），對測井曲線進行頻散校正，使其與地震頻段波速趨于一致，同時低頻段也利于提高Gassmann方程流體替代計算結果的精度。

（2）然后利用基于Gassmann方程流體替代技術，先逆向替代校正鉆井濾液的影響，再通過正向替代恢復原始孔隙流體成分，盡量還原真實地層的波速。

（3）利用公式（5）對含不同流體的巖石密度進行換算，恢復原始地層的真實密度：

（5）

其中ρw、ρo、ρg、ρfl、ρdry、ρc分別為水、油、氣、混合流體、干燥巖石、含混合流體巖石的密度，Sw、So、Sg、Sfl分別為孔隙中水、油、氣、混合流體的百分含量。

（4）利用校正后的縱波測井曲線和密度曲線，計算反射系數；再從井旁地震道提取子波，利用褶積模型合成地震記錄，結果如圖1所示。

圖（a）為未校正前的圖件，圖（b）為校正后的圖件。藍色方框為目的層范圍，紅色方框為合成地震記錄。校正前，合成地震記錄的振幅與實際地震道振幅相比偏大，波形差異也較大；校正后，合成地震記錄振幅降低，波形變得圓滑。總得來說，經過校正后，合成地震記錄的振幅和波形都得到了改善，與井旁地震道吻合得更好。

5 結語

本文利用地震巖石物理學相關研究理論，對地震波的頻散和孔隙流體的影響進行了校正，在此基礎上制作合成地震記錄。結果證明，無論是振幅還是波形，經過校正后的合成地震記錄與井旁地震道更加吻合。但是限于褶積模型的簡化，以及零偏移距合成地震記錄未考慮轉化波和多次波等其他眾多因素，在此基礎上制作出的合成地震記錄與實際地震道還是有一定差異。同時，校正所需部分參數依賴于巖石物理測試，不同地區甚至同一地區不同層位，巖石物性差異較大，在缺乏可靠測試數據時，應用十分受限。但是有理由相信，隨著地震勘探的發展和巖石物理學研究的深入，無論是在合成地震記錄還是勘探的其他方面，都將會取得越來越好的效果。

參考文獻：

[1]李國發，廖前進，王尚旭等.合成地震記錄層位標定若干問題的探討[J].石油物探，2008（02）：145-149.

[2]陳廣軍.合成地震記錄制作與標定中的爭論及注意的問題[J].西安石油學院學報（自然科學版），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.