AVO处理解释和岩性识别

第25卷　第2期　2003年5月　物探化探计算技术
V o l 125N o.2　M ay 2003COM PU T I N G T ECHN I QU ES FOR GEO PH YS I CAL AND GEOCH E M I CAL EXPLORA T I ON
收稿日期:2002-11-12
文章编号:1001—1749(2003)02—0145—06AVO 处理解释和岩性识别
李　邗,何　诚
(四川石油管理局地调处物探研究中心,成都　四川　610213)
摘　要:从AVO 技术最初用于识别“亮点”等振幅异常开始,特别是近几年来新科技的发展和
应用,使该技术在油气勘探领域中具有不可替代的作用。

用AVO 拟合的纵横波、梯度、近道和远
道迭加等剖面,结合AVO C 、AVO 偏振性分析、交汇图、流体替换、声阻抗、波阻抗、LM R 等技
术,可以从地震剖面中提取与地层直接相关的岩石物理参数,如Κ、Λ、K 、Ρ等,进而预测储层的
岩性和含流体性。

在对这些技术进行了详细的研究后,用实际资料对每一种方法进行验证,总结
了一套适用于碳酸岩储层的岩性识别处理解释流程。

关键词:AVO ;交汇图;流体替换;波阻抗;弹性波阻抗;AVO C ;岩性
中图分类号:P 31513+1 文献标识码:A
AVO PROCESSING 、INTERPRETAT I ON AND
L ITHOLOG Y I D ENT IF I CAT I ON
L I H an ,H E Cheng
(Cheng d u Geop hy sica l R esea rch Cen ter of S ichuan Geop hy sica l Co m p any ,
Cheng d u S ichuan 610213,Ch ina )
Abstract :Am p litude versu s offset (AVO )techn iques now has an irreap laceab le po siti on in the area of o il and gas exp lo rati on since it’s first ti m e u se in detecti on of am p litude such as “B righ t Po in t ”etc .,esp e 2
cially the app licati on and developm en t of the new techno logy these years
.Com b in ing w ith techn iques of AVO C 、AVO po larizati on 、C ro ssP lo t 、F lu id R ep lacem en t M odel 、A I and E I Inversi on 、L am bda 2M u 2R ho (LM R )etc and u sing P 2w ave 、S 2w ave 、Gradien t 、near and far angle stack ,w e can ex tract the rock s
and flu ids p hysics p aram eter (Κ
、Λ、K 、Ρetc )directily from the seis m ic p rofile ,then p redict the reservo ir rock and flu id satu rati on characteristics
.In the article w e give som e case study ,and then p ropo se a rock iden tificati on flow chart fo r carbonate reservo ir .
Key words :AVO ;cro ssp lo t ;flu id rep lacem en t ;acou stic i m p edance ;elastic i m p edance ;AVO C ;litho lo 2gy
0　引言
当岩石含流体饱和度增加时,其体积模量与流体模量存在线性关系(K =G (5)3K f )。

例如,砂岩和含泥质砂岩之间体积模量和切变模量(ϑ和Λ)的差异比较明显。

因此,利用拉梅系数Κ、切变模量Λ和密度的
组合,可以预测岩石物性和含流体情况。

同时,AVO 理论和“亮点”技术的成功应用(Sm ith 和Gidlow 、组合,可以预测岩石物性和含流体情况。

并且也可使利用迭前有偏移距地震数据提取岩性物理参数和预测流体性质成为可能。

在有些特殊情况下,提取的参数就能够直接反映储层的有利区域。

作者在本文中,对
AVO 技术、Gass m ann 流体替换模型、AVO 模型正演、
交绘图技术、波阻抗和弹性波阻抗(E I )、以及LM R 分析方法进行了研究,总结出了一套岩性参数提取和流体识别的流程,有针对性地对川东飞仙关鲕滩储层进行了一些可行性研究。

1　研究理论基础
111　AVO 理论基础
当入射角为零时只有反射纵波;当入射波以某角度入射,则会产生反射纵波、反射横波、透射纵波、透射横波,其振幅与入射角的关系可用Zoepp ritz 方程来描述。

在不同的假设条件和用不同的物理参数来描述地层的情况下,Bo rtfield 、Sm ith 、Shuey 、H ilerm an 、A k i 和R ichards ,Gidlow 等对该方程进行了简化。

11111　A k i 2R ichards 和F rasier 近似
假设地层物性用V p 、V s 和Θ来描述,反射振幅与入射角的关系可简写为:
R (Η)=A +B sin 2Η+C tan 2Ηsin 2Η其中
A =R P =12∃V p V p +∃ΘΘ;
B =12∃V p V p -4V s V p 2∃V S V P -2V S V P 2∃ΘΘ
;或(采用Shuey’s 近似):
B =A D -2(1+D )1-2Ρ1-Ρ+∃Ρ(1-Ρ)2;D =∃V P V P ∃V P V P +∃Θ Θ;
C =12∃V P V P W iggw n s 、Gelfand 和L arner 用V p V s =0.5假设条件,方程进一步简化为 R (Η
)=R p +(R p -2R s )sin 2Η其中 R p =12∃ΑΑ+∃ΘΘ;R s =12∃ΒΒ+∃ΘΘ
11112　Shuey’s 近似
当地层用纵波速度Α,横波速度Β及泊松比Ρ来描述时,Zoepp ritz 方程简化为:
R (Η)=R p +[R p A 0+∃Ρ(1-Ρ)2]sin 2Η+∃Α(tan 2Η-sin 2Η)假设A 0=-1,只保留前两项,H ilterm an 把该式表示成:
R (Η
)=R p +G sin 2Η1.1.3　Sm ith 和Gidlow 近似
假设密度用纵波速度曲线按Gardner 常数转换,Zoepp ritz 方程表示为:
R (Η)=c ∃ΑΑ+d ∃ΒΒ
R p =12∃ΑΑ+∃ΘΘ,R s =12∃ΒΒ+∃ΘΘ
c =56-12Β2Α2sin 2Η+tan 2Η,
d =-4Β2Α
2sin 2Η利用该简化方程对地震道集加权迭加,可获得有关储层的岩性信息。

并且,利用AVO 分析和处理可以从迭前数据中提取以下剖面:
(1)截距和梯度剖面。

(2)纵波和横波反射剖面。

(3)相对泊松比和流体因子剖面。

(4)相对纵波和相对横波速度剖面。

・641・物探化探计算技术25卷
(5)碳氢指示剖面。

(6)通过P —G 交绘图分析可得到岩性分类剖面。

112　弹性波阻抗反演E I 和AVO C 技术
传统的波阻抗反演(A I )都是针对零偏移距的剖面,而对于非零偏移距的剖面进行反演时,要采用弹性波阻抗反演(E I )。

弹性波阻抗E I 是根据方程来计算:
E I =V p (V p sin 2Η)V s -8K sin Η)Θ(1-4K sin 2Η)),K =V 2s V 2p
AVO C (AVO C lassificati on )把能反映AVO 异常的近道远道迭加和分辨率较高的相对波阻抗结合起来,从而使AVO 异常更明显,更容易区分和识别。

其实现步骤包括:
(1)计算其相对波阻抗剖面RA I (R elative acou stic i m p edance )。

(2)计算相对梯度剖面(远道迭加-近道迭加)。

(3)计算I VO (远道RA I -近道RA I )。

(4)求取AVO C 剖面(AVO 异常类型剖面)。

AVO C =I VO 3(2相对梯度)。

113　流体替换和AVO 模型
流体替换模型(FRM )是根据储层的矿物成份和含流体饱和情况,计算纵波、横波和密度曲线变化情况。

然后用不同流体饱和情况替换结果合成AVO 道集模型。

对道集模型进行AVO 分析处理,总结出不同流体饱和情况下的地震响应特征。

将分析结果与实际井旁地震资料对比,从而建立可靠的岩石和地震特征的对应关系,为从地震资料提取岩性参数建立可信的地质依据(见图1、图2所示)。

本文中,作者采用B i o t -Gass m ann 流体替换模型,该模型的适用条件为:
(1)横波模量不受所含孔隙流体的影响。

(2)储层孔隙形状假设为球形。

(3)速度不随频率的变化而变化。

(4)
岩石骨架和流体之间存在差异运动。

研究区域内在没有横波测井的情况下,可用V p -V s 实验室和经验公式换算。

Castagna 公式(盐水饱和情况下):
泥岩或页岩 V s =0.682V p -1.172(km s )
灰岩石 V s =-0.055V p 2+1.017V p -1.031(km s )
白云岩 V s =0.583V p -0.0789(km s )
碳酸盐岩储层 V s =V p 1.9(km s )
B i o t -Gass m ann 流体替换模型对于碳酸盐岩储层有一定局限性:
(1)裂缝和微裂缝的存在会使纵波速度降低,从而造成流体替换的不稳定。

(2)碳酸盐岩储层原生和次生孔隙的形状和分布对流体替换也有很大的影响,即扁平孔隙容易发生形变,从而使岩石速度降低;而球形孔隙会使岩石的波阻抗增大。

・
741・2期李　邗等:AVO 处理解释和岩性识别
114　用L am bda 2M u 2R ho 方法提取岩石物理参数
该方法由P ickfo rt 于1997年提出,是在G 2P 分析和反演的基础上发展起来的,是一种从迭前地震数据中提取岩石岩性参数方法,与R p R s 反演理论很相似。

R p R s 来分析是利用AVO 剖面R p 和R s 来反演纵波和横波波阻抗Z p 和Z s ;而LM R 则是利用AVO 分析结果与迭后波阻抗反演相结合,根据岩石物性参数间的关系公式来提取。

V p =Κ+2Λp ,V s =
ΛΘ,ΛΘ=(ΘV s )2=Z s 2 (Κ+2Λ)Θ=(ΘV p )2=Z p 2,ΚΘ
=Z p 2-2Z s 2其中Κ与岩石体积模量(非压实性参数)有关;Λ为剪切模量,与岩石的刚性度相关,是岩石抗剪切形变的量度,与岩石骨架性质相关;Θ为岩石体积密度。

通过这些物理参数的提取,可以确定储层的岩性、孔隙度、孔隙流体性质等。

利用反演结果,结合流体替换模型和AVO 正演模型,进行交绘图分析可以得到岩性分类剖面。

2　实例分析
211　坡1井测井和地震响应
坡1井位于四川盆地川东高陡构造褶皱区的黄金口构造带北段,在铁山坡构造高点偏西翼。

目的层为下三叠统飞仙组鲕滩储层。

储层分布于飞三～飞一的中上部,属裂缝～孔隙储层。

其成因主要是:三迭纪飞仙关期,开江地区及邻区的梁平台隆至重庆、北至宣汉、东至云阳、西至华莹山,其间存在宣汉～开江海槽,坡1井位于该海槽侧翼的地貌高带上。

由于海水进退频繁,淡水淋滤充分,使岩石白云化程度高,因而储层的孔隙发育好。

图3为坡1井的储层段测井综合响应。

在地震剖面上表现为振幅“亮点”
异常(图4);图5是坡1井合成记录与井旁地震剖面对比图。

图3　坡1井综合测井响应图
F ig .3　
L og curves and litho logy p rofile of w ell PO 1
图4　过坡1井地震剖面99HJK 2D 05及其
“亮点”区域F ig .4　Seis m ic tie line at
the w ell PO 1
and "B righ t Po int"reflecti on 图5　坡1井储层段合成记录,井旁剖面和测井曲线F ig .5　T he synthetic reco rd,m igrati on secti on and w ell curves at w ell PO 1
・841・物探化探计算技术25卷
212　流体替换和AVO 模型分析
流体替换主要针对膏盐上下的储层,上储层为341815～345914井段,Υ=12%,Sg =85%;下储层为352310～352915井段,Υ=4%,含气饱和度分别为Sw =100、80、50、30、10%。

用不同流体替换结果合成AVO 动校道集(如图6所示)。

应用流体替换后的曲线计算岩石物理参数,并用交绘图分析,建立测井的岩石物理响应(如图7所示)。

当含水饱和度为100%时,泊松比变化最大。

在井旁道集上观察到的下储层顶,其振幅随入射角变化而增大,这主要因为下储层是气水同层的缘故。

图6　不同含水饱和度流体替换后合成NM O 道集体
F ig .6　O ffset synthetic reco rds
w ith vari ous ∃
Sw 图7　不同含水饱和度流体替换正演模型P 2G 交汇图F ig .7　Intercep t vs .Gradient of synthetic gather w ith vari ous ∃Sw
213　AVO 处理和P 2G 交绘图
图8是AVO 处理分析的结果剖面,从这些剖面中都能识别储层段的异常响应,上下储层间的膏盐层在P 2G 交汇图(见图9)上显得非常清晰,但还是不能把上储层含气与下储层的气水同层的特征分开。

图
图8　AVO 分析处理剖面
F ig .8　AVO analysis results fo r
the w ell PO 1
图9　AVO 梯度分析P 2G 交汇图及其岩性分类剖面
F ig .9　P 2
G cro ssp lo t of AVO analysis ,rock p roperty secti on
图10　AVOC 处理结果剖面F ig .10　AVOC analysis secti on
10和图11(依次是迭加剖面,R p 近道迭加,远
道迭加的结果)分别是AVO C 处理和弹性波
阻抗反演结果。

214　LM R 和ΚΘ
2ΛΘ交绘图分析见下页,图12是提取的ΚΘ和ΛΘ剖面,
以及ΚΘ
2ΛΘ交绘图和其分析结果剖面。

在该交汇图和分类剖面上已经很好地把井旁附近
的储层特征表现出来了(含气、气水同层和膏
盐层),同时在井旁附近构造高部位的岩性也
很清晰。

・941・2期李　邗等:AVO 处理解释和岩性识别
图11　声阻抗反演(A I )和弹性波阻抗反演结果(E I )
F ig .11　A I 2E I inversi on secti
on
图12　LM R 处理提取的ΚΘ和ΛΘ剖面,ΚΘ
2ΛΘ交汇图及其岩性分类剖面F ig .12　ΚΘ、ΛΚsecti on ,ΚΘ
2ΛΚcro ssp lo t ,rock indicato r secti on of cro ssp lo t 3　结论和问题
利用迭前地震数据,结合AVO 及其解释技术,我们对碳酸岩储层的岩性识别做了有益的尝试,并取得了满意的结果。

同时,提出并验证了一系列直接用于油气水判别的方法。

但是每一种方法都有其适用性和局限性,要真正地识别出储层流体饱和性质,这还是一个长期而艰巨的研究工作。

通过研究,作者总结出了以下几个主要问题。

(1)方法的多样性会导致解释的多样性,因此从中选取最能突出问题的方法是关键的。

(2)流体替换模型在该方法系列中非常重要,但B i o t -Gass m ann 流体替换模型在碳酸盐岩储层的应用还有待于进一步的深化。

因为该理论是建立在砂泥岩储层的基础上,而在碳酸盐岩储层处理中不稳定。

(3)在近道远道迭加处理的研究中,不同入射角振幅间的差分关系的物理含义有待于进一步研究。

参考文献:
[1]　B rian H R ussell ,Ken H edlin ,F red J H ilterm an .F luid -p roperty discri m inati on w ith AVO :A B i o t -Gass m an perspective [J ].Geo 2
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[2]　Castagna J :Rock physics -T he link betw een Rock p roperties and AVO response [J ].Geophysics ,1995:135.
[3]　孙鹏远,孙建国,卢秀丽1P 2P 波AVO 近似对比研究:定性分析[J ].石油地球物理勘探,2002,37(增刊):1641
[4]　孙鹏远,孙建国,卢秀丽1P 2P 波AVO 近似对比研究:定量分析[J ].石油地球物理勘探,2002,37(增刊):1721
[5]　殷八斤,曾灏1AVO 技术的理论与实践[M ]1北京:石油工业出版社,19951
作者简介:李邗(1969—),高级工程师,1991年毕业于华东石油学院计算机专业。

长期从事地震资料特殊处理解释工作,目前主要研究AVO 反演,AVO 各项异性以及AVO 的极化属性的应用。

现在四川石油管理局地质调查处物探研究中心从事石油物探方法研究工作,同时在成都理工大学攻读应用地球物理硕士学位。

・051・物探化探计算技术25卷。