生物礁模型波動方程正演模擬及其地震響應特征分析

韋柳陽 (成都理工大學地球物理學院，四川 成都 610059)

賈剛剛 (阿派斯油藏技術(北京)有限公司，北京 100106)

肖 為 (中海油能源發展股份有限公司鉆采院，廣東 湛江 524057)

生物礁模型波動方程正演模擬及其地震響應特征分析

韋柳陽 (成都理工大學地球物理學院，四川 成都 610059)

賈剛剛 (阿派斯油藏技術(北京)有限公司，北京 100106)

肖 為 (中海油能源發展股份有限公司鉆采院，廣東 湛江 524057)

為了解生物礁儲層地震響應特征，建立典型的儲集層模型，利用數值模擬技術模擬碳酸鹽巖內部不同孔隙度條件下的地震響應特征。研究表明：①在相同孔隙度不同流體情況下地震反射波組特征差異較小，在相同流體不同孔隙度的情況下，地震反射波組特征差異較大。總體上看，孔隙度比流體對地震響應特征的影響更大，但不同流體情況下礁體底界的反射特征有一定差異。②正演模擬地震記錄的疊前反演結果表明Vp/Vs(縱波速度/橫波速度)、泊松比和拉梅常數對流體性質均比較敏感。③在疊前反演獲得的各參數中，縱波阻抗和密度參數反演效果最好，橫波阻抗和Vp/Vs參數次之。

生物礁；正演模擬；流體識別

正演數值模擬技術是研究各種地震地質條件下構造、物性和巖性等各種地質因素與地震波響應特征(運動學和動力學特征)之間關系的一門技術，是勘探地球物理學的一個重要組成部分[1]。為了便于識別生物礁儲集層和檢測流體，進行生物礁儲集模型疊前波動方程數值模擬是一種很好的手段[2]。下面，筆者對生物礁模型波動方程正演模擬及其地震響應特征進行了研究。

1 典型生物礁儲集層模型的建立

圖1 楔狀生物礁體模型

依據實際測井數據建立一個位于碳酸鹽巖內部的典型楔狀生物礁體模型(見圖1)，模型分為3層，上部地層為碎屑巖(Vp=3200m/s，Vs=1428m/s，密度為2.455g/cm3，Vp、Vs分別表示縱波與橫波速度)，中部地層為致密碳酸鹽巖(Vp=5300m/s，Vs=2530m/s，密度為2.614g/cm3)，下部地層為碎屑巖(Vp=3630m/s，Vs=2045m/s，密度為2.444g/cm3)。楔狀礁體位于碳酸鹽巖內部，其最大高度為50m，最大長度為2km，呈橫向對稱分布。礁體內部流體性質、孔隙度大小以及彈性參數取值如表1所示。數據來源于珠江口盆地(東部)東沙隆起惠州地區和流花地區的實際測井資料。選用的子波主頻為50Hz，模擬方程為粘彈性波動方程[3]，其中品質因子Qp和Qs因孔隙度大小和流體性質而異。

2 典型生物礁儲集層模型正演響應特征分析

表1 不同孔隙度和流體的楔狀礁體參數表

建立典型的儲集層模型，利用數值模擬技術模擬碳酸鹽巖內部不同孔隙度條件下的地震響應特征，識別有利的碳酸鹽巖儲層。針對薄層，分析調諧效應對于儲層識別的影響；建立不同流體模型，利用數值模擬技術模擬不同流體的地震響應特征，尋找含油氣碳酸鹽巖的識別規律；通過對正演道集進行反演，檢驗疊前彈性反演的精度。

2.1不同孔隙度生物礁模型的地震響應特征

圖2 不同孔隙度含水楔狀礁體模型地震響應圖

不同孔隙度含水楔狀礁體模型的模擬結果如圖2所示。由圖2可知，孔隙度越大，碳酸鹽巖內楔狀礁體輪廓越清晰(反射能量變強)，楔狀礁體底及下伏地層反射“下凹”現象越明顯，楔狀礁體左右邊界的薄層調諧現象也越清晰。此外，楔狀礁體頂部位置，在上覆碎屑巖與碳酸鹽巖分界面上反射幅度也隨著孔隙度增大而變小，這是由于礁體頂部距離上覆地層分界面太近引起干涉現象，致使礁體內部變化影響到上面反射。引起上述地震反射特征變化的原因是隨著孔隙度增大，礁體的波阻抗變小，致使礁體與碳酸鹽巖圍巖之間的波阻抗差加大。

2.2不同流體生物礁模型的地震響應特征

圖3 孔隙度為5%的不同流體楔狀礁體模型地震響應圖

圖4 孔隙度為25%的不同流體楔狀礁體模型地震響應圖

不同流體、不同孔隙度楔狀礁體模型的模擬結果如圖3～圖5所示，對比圖中各種孔隙度情況下含水與含油氣楔狀礁體模型地震響應結果，可以發現如下特征：①在孔隙度相同的情況下，含水與含油楔狀礁體地震響應差異很小，隨著孔隙度的增大，含油楔狀礁體地震響應比含水更突出。在低孔隙度條件下，2種流體楔狀礁體地震反射幾乎沒有差異(見圖3)。在高孔隙度條件下，由于含油楔狀礁體阻抗略小于含水，致使礁體與圍巖的波阻抗差加大，對于礁體底界面的反射能量有略微的增強，并且楔狀礁體左右邊界的薄層調諧現象也越來越清晰(見圖4)。②15%孔隙度的含水和含氣2種楔狀礁體地震響應對比顯示(見圖5)，兩者之間形態上差異比較小。由于含氣對高頻信號的強吸收作用，致使含氣楔狀礁體底反射同相軸變粗(或頻率降低)，并且含氣楔狀礁體以下反射波組被嚴重吸收，振幅明顯小于橫向周圍的反射。

綜上所述，在相同孔隙度不同流體情況下地震反射波組特征差異較小，在相同流體不同孔隙度的情況下地震反射波組特征差異較大。整體上看，孔隙度比流體對地震響應特征的影響更大，但不同流體情況下礁體底界的反射特征有一定差異。

2.3生物礁儲層流體識別的敏感參數分析

圖5 孔隙度為15%的不同流體楔狀礁體模型地震響應圖

圖6 Vp/Vs反演結果圖

圖7 Lambda-Rho反演結果圖

對疊前波動方程正演模擬得到的疊前道集進行了疊前彈性反演，對反演結果分析，尋找對流體敏感的屬性。圖6所示為Vp/Vs反演結果圖。從圖6可以看出，含水與含油的Vp/Vs值差異比較大，含水和含油的Vp/Vs值隨著孔隙度的增加均呈逐漸減小的趨勢。在孔隙度差別較小的情況下，含油的Vp/Vs值比含水的Vp/Vs值更小，因而可以通過Vp/Vs值可以區分油水。但在孔隙度差別很大的情況下，不能直接通過Vp/Vs值來區分油水，因為此時不好判斷是高孔隙的水還是低孔隙度的油所造成的Vp/Vs的異常變化。因此，可以將Vp/Vs值作為識別流體的參數，但是需要考慮孔隙度的影響。

圖7所示為Lambda-Rho反演結果圖。由圖7可知，該參數對孔隙度大小和流體性質都很敏感，其中對孔隙度敏感性比對流體性質的敏感性更強(孔隙度由15%增加到25%時Lambda-Rho值有明顯地減小，流體由水到油時Lambda-Rho值有一定減小)。因此，Lambda-Rho也可以作為識別流體的屬性參數，但是同樣需要考慮孔隙度的影響。

2.4疊前反演彈性參數的精度檢驗

疊前反演可以獲得生物礁儲層的縱波速度及阻抗、橫波速度及阻抗和密度等參數，進而轉換得到Vp/Vs、Lambda-Rho、Mu-Rho、拉梅常數和剪切模量等參數。圖8和圖9所示分別為選取某一道各參數模型與反演結果曲線對比圖。可以看出，整體上反演結果都比較好，其中縱波阻抗Zp反演結果與模型之間差異最小，橫波阻抗Zs模型與反演結果之間的差異要大于對應的縱波阻抗差異，密度模型和反演結果之間的差異比較小，要略好于對應的橫波阻抗差異。對比Vp/Vs模型和反演結果，能夠發現兩者之間存在一定差異，即反演結果精度有所降低。總之，在疊前反演獲得的各參數中，縱波阻抗和密度參數反演效果最好，橫波阻抗和Vp/Vs參數次之。

注：Zp為縱波阻抗；Zs為橫波阻抗；Density為密度；Vp/Vs為縱波速度與橫波速度比；線框所示部位為生物礁儲層。

圖9 各種彈性參數模型與反演結果對比圖(孔隙度15%，含油)

3 結 論

(1)在相同孔隙度不同流體情況下地震反射波組特征差異較小，在相同流體不同孔隙度的情況下，地震反射波組特征差異較大。總體上看，孔隙度比流體對地震響應特征的影響更大，但不同流體情況下礁體底界的反射特征有一定差異。

(2)正演模擬地震記錄的疊前反演結果表明Vp/Vs、泊松比和拉梅常數對流體性質都比較敏感。

(3)疊前反演獲得的各參數中，縱波阻抗和密度參數反演效果最好，橫波阻抗和Vp/Vs參數次之。此外，選取合適初始模型是提高疊前反演結果精度的前提[4]。

[1]李三福,肖為,朱美娟,等.深水礁灘相儲層地震模型的正演模擬及其地震響應特征分析[J].工程地球物理學報,2011,8(1):91-96.

[2]周懷來,李錄明,羅省賢,等.碳酸鹽巖儲集層模型數值模擬與分析[J].物探化探計算技術,2011,33(1):20-24.

[3]張寶金,曹景忠,馬在田，等.基于波動理論的地震波參數反演討論[J].勘探地球物理進展,2002,25(3):42-46,78.

[4]宋洪勇,熊小軍,林凱,等.碳酸鹽巖生物礁儲層的流體替換研究[J].長江大學學報(自科版),2010,7(1):47-50.

2013-06-13

韋柳陽(1983-)，男，碩士生，現主要從事地球物理勘探方面的研究工作。

P631.4

A

1673-1409(2013)26-0075-04

[編輯] 李啟棟