煤层气AVO技术的岩石物理基础

高、低含气量储层 AVO响应特征 的差别
图3-2 煤层顶板反射界面的截距和梯度的绝对值都随着Vg 增加而增大
0.80
Байду номын сангаас
顶板泥岩 Vp=3995.9m/s，Vs=2048m/s，ρ=2.55g/cm3
煤层弹性参数
D=1.51023 – 0.009257*Vgas Vp=3093.03 － 43.86*Vg Vs=1675.12 － 16.15*Vg
如果使用Gassmann-Biot理论预测煤层气储层的
纵、横波速度，预测之误差可能导致预测结果在 数量上没有实用意义。
Gassmann-Biot理论是否能够预测煤层气储层水饱 和状态、含气量变化时，煤层弹性参数相应的变化
趋势？
问题B-1：水饱和状态发生变化时，Gassmann-Biot理论 能否预测煤层弹性参数相应的变化趋势？
问题B-3：同一个煤层气储层的不同部位在相同水饱和状 态下，其含气量随位置不同而变化时， Gassmann-Biot理论不能预测不同部位煤层弹 性参数相应的变化趋势，因为……。
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 0 -0.40 -0.60 -0.80
Vgas（吨煤含气量）
5
10
15
20
25
底板泥岩 Vp=3995.9m/s，Vs=2048m/s，ρ=2.55 g/cm3
底板反射界面截距随Vgas的变化 底板反射界面梯度随Vgas的变化
图3-3 煤层底板反射界面的截距和梯度的绝对值同样地 都随着Vg增加而增大
澳大利亚：昆士兰Kianga煤层气田 欧洲：法国－－有立项、无成果
不解决煤层气AVO技术的理论 基础，该技术就是无源之水、无 本之木。
中国煤层气行业有望解决这一世 界地球物理学界的难题。
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
2700
2900
纵波速度（m/s）(测井资料)
图2-25 含5煤气主量力与煤纵层的波含速气度量与 之纵间波关速系度之间的关系
Vg含气量（m3/t）(实验室测定)
25.0
Vg = -0.0619*Vs + 103.69
R2 = 0.3209
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0 1350
Vgas versus Vs 线性关系（Vgas versus Vs)
观点2：能，因为已经在实践中发现煤层气富 集与AVO异常密切相关，……
产生争论的原因：煤层气AVO技术的岩石物理基础 尚未解决。
西方的实践与放弃
美国：新墨西哥州Cedar Hill煤层气田AVO试验 －－Colorado School of Mines
加拿大：煤层气AVO模型正演 －－University of Calgary
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
六、总结
含气量与密度、纵、横波速度之间存在负相关关系； 这些负相关关系可能是客观的普遍存在的； 这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的岩石物理
基础； 应用于解释煤层气AVO异常取得了合理的成果； 期望为煤层气AVO技术的岩石物理基础砌下第一块砖。
Gassmann-Biot理论的适用条件
（1）岩石在宏观上是均质的和各向同性的，在微观上可 以是各向异性的；
（2）地震波的频率足够低，使得地震波的波长远大于岩 石孔隙的尺度；
（3）地震波的强度足够小；
（4）岩石的孔隙是彼此连通的；
（5）岩石是由单一矿物构成的；
（6）孔隙流体是单一流体，并且岩石处于流体饱和（水 饱和或者气饱和）状态。
（5）岩石是由单一矿物构成的；--该条件不阻止将 Gassmann-Biot理论应用于煤层气储层。
（6）孔隙流体是单一流体，并且岩石处于流体饱和状态； --该条件不阻止将该理论应用于煤层气储层。
由于煤层气储层的裂隙型孔隙体系宏观上是非均 质的和各向异性的，基质型孔隙体系的连通性很 差，两种体系之间的连通性也很差，因此，总体 上来说，Gassmann-Biot理论不完全适用于煤层 气储层。
1400
1450
1500
1550
横波速度（m/s）(测井资料)
图2-26 含5煤气主量力与煤横层的波含速气度量之与横间波关速系度之间的关系
对负相关关系的解释
煤层气地质学理论；
➢ 含气量与灰分负相关 ➢ ＝>>灰分负与密度正相关 ➢ =>> 含气量与密度负相关；
Gardner关系
0.3095
V 0.25 P
煤层气AVO技术的岩石物理基础
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
一、导言
AVO技术能够被用于勘探煤层气吗？
观点1：不能，因为煤层气是以吸附态赋存 的，Gassmann-Biot理论不适用于 煤层气储层
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
Castana泥岩线性关系
VP = 1360 + 1.16VS
一、导言 二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气AVO技
术的岩石物理基础 三、含气量与煤层弹性参数之间存在负相关关系 四、这些负相关关系可以构成煤层气AVO技术的
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
这些负相关关系可以构成煤层 气AVO技术的岩石物理基础
含气量与密度、纵、横波速度之间存在线性关系
Vgas = -76.184*D + 119.01
假设的 Vg 20 15 10 5
Vgas = -0.0228*Vp + 70.521
Vgas = -0.0619*Vs + 103.69
预测的密度 1.325 1.371 1.418 1.463
预测的纵波速度 2215.8 2435.1 2654.4 2873.7
预测的横波速度 1352.0 1432.8 1513.6 1594.3
截距和梯度 截距和梯度
0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 0 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00
Vgas（吨煤含气量）
5
10
15
20
25
顶板反射界面截距随Vgas的变化 顶板反射界面梯度随Vgas的变化
25.0
Vg = -108.03*D + 163.15 R2 = 0.4209
20.0
含气量Vg(m3/t)(实验室测定)
15.0
10.0
Vgas versus Density
含气量与密度之间的线性关系
5.0
1.25
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
密度 D (g/cm3)(实验室测定)（以井为单位组成样点）
问题B-1：水饱和状态发生变化时，Gassmann-Biot理论 能够预测煤层气储层弹性参数相应的变化趋势， 因为煤层孔隙流体的弹性模量发生了变化。
问题B-2：水饱和状态保持不变，而煤层的含气量发生变 化时，Gassmann-Biot理论不能预测煤层气储 层弹性参数的变化，因为煤层孔隙流体的弹性 模量发生没有变化。
（1）岩石在宏观上是均质的和各向同性的，在微观上可 以是各向异性的；--基质型孔隙体系:部分满足；裂隙 性孔隙体系:不满足;总体上讲，煤层气储层不满足该 条件。
（2）地震波的频率足够低，使得地震波的波长远大于岩 石孔隙的尺度；-- 满足该条件
（3）地震波的强度足够小；-- 满足该条件
（4）岩石的孔隙是彼此连通的； --基质型孔隙体系:不满 足；裂隙性孔隙体系:满足;两个孔隙体系之间基本上 是不连通的总体上讲，煤层气储层不满足该条件
问题B-2：水饱和状态保持不变，而煤层的含气量发生变 化时，Gassmann-Biot理论能否预测煤层弹性 参数相应的变化趋势？
问题B-3：同一个煤层气储层的不同部位在相同水饱和状 态下，其含气量随位置不同而变化时， Gassmann-Biot理论能否预测不同部位煤层弹 性参数相应的变化趋势？
B-1、B-2、B-3等三个问题的答案
图2-23 5煤含主气力量煤层与吨密煤度气之含量间与关密系度之间的关系
25.0 20.0
Vg = -0.0228*Vp + 70.521 R2 = 0.5342
Vg含气量（m3/t）(实验室测定)
15.0
10.0
5.0
Vgas versus Vp
0.0 2100
2300
2500
线性关系（Vgas versus Vp）
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
二、Gassmann-Biot理论不能作为煤层气 AVO技术的岩石物理基础
需要回答两个问题：
问题A-1：Gassmann-Biot理论是否适用于煤层气储 层？
问题A-2：如果Gassmann-Biot理论不完全适用于煤 层气储层，那么，该理论是否仍然能够预 测煤层气储层水饱和状态、含气量变化时， 煤层弹性参数相应的变化趋势？
岩石物理基础 五、应用取得初步成果 六、总结
研究使用的基础资料
实验室测定的密度以及含气量 测井纵波速度、横波速度 录井地质报告 完井报告 录井柱状图 取芯采样记录
研究方法
统计分析 煤层气地质理论佐证
研究所得
含气量与煤层气储层的密度、纵波速度、横 波速度之间存在负相关关系
含气量大则密度小，纵波速度、横波速度也小； 含气量小则密度大，纵波速度、横波速度也大。