储层地球物理学1-岩石物理学

地 震 勘 探 中 的 岩 石 物 理 性 质
垂直反射系数页岩 – 气 砂岩R在Sw>0.9时剧变，放 射振幅的变化并不与含气量 成简单的先行关系。 Domenic实验室结论：
A、未固结砂岩含 气 水混合物Vp随呈线性变化。 B、 Sw=0 – 0.85 Vp=常数 Sw > 0.85 Vp急剧增大 C、孔隙中气水分布的均匀 性对Vp有影响。 Vp均 < Vp不均 D、理论计算和实验测量值 只是定性一致。
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研究表明： A、深度不大时，在压力增加的影响下， 速度变化最快； B、深度增加时，由压力引起的速度增 长明显地变慢。
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Phillips 1989年给出了V～P的实验公式： Vp=5.77-6.94-1.73 C+0.446(0.01P-e-0.167p) Vs=3.52-4.91-1.57 C+0.361(0.01P-e-0.167p) 式中：V --- 速度，单位为 m/s ， --- 孔隙度，C --泥质含量，P --- 有效压力, 单位为 Mpa Phillips 指出： 有效压力低时，V与有效压力近似为指数关系 有效压力高时，V与有效压力近似为线性关系 压力对波速的影响在深为2～3km内最大。 实验结论： 为 1～3%，压力增加50～60MP V增加才5～7% 为 20%， 压力增加50～60MP V增加才30～407%
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压力对致密岩石和多孔隙岩石中波速的影响不 一样。 1 、致密介质 相同矿物成分的均匀介质速度只受外压力的 影响，如有微裂缝致密岩石，随深度加深压力 增大。导致微裂缝在高压下闭合， 使V增大。 例如：岩盐 2、孔隙介质 孔隙介质受来自围岩的外压力及孔隙内流体 的压力作用。
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七、横波速度问题 1 影响VS的因素 一般来说，影响VP的因素对VS都有影响： 矿物成分、、、H、P、孔隙流体、T等 看图1-16 图1-17（随变化情况）
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2 影响程度 就绝对变化值讲，同一因素对VP影响较大 ，对VS影响较小。 从公式： VP =a1 - a2 - a3 c VS =b1 - b2 - b3c ai bi
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不同岩石中，VP随SW变化特点有差异，这种差异 小于变化的影响。 从实验结果看，固结岩石为含气～原油混合物、 含气～水混合物时，V随含液体饱和度变化特征的差 别是不确定的。 固体和非固体岩石中孔隙流体及其饱和度对P波 速度影响的一致点：
I 饱含流体时比饱含气时VP要高； II VP随SW的变化是非线性的； III 充满液体的孔隙空间变成含少量气时，VP要明显 降低。
八 石灰岩速度的特殊性
石灰岩速度的变化规律有其特殊性： 1 S.Chacko(1989)任为：石灰岩中，VP/VS值主要取 决于矿物成分。 2 Roy Wilkens(1984)任为：硅质灰岩的VP/VS值取决 于钙质含量和孔隙几何形状，硅质灰岩中VP、VS随 密度和钙质含量变化方向不相同： VP随增大而增大，与砂、泥岩一样 VS在随变大时稍微减小一点 VP随钙质含量增加而增大 看图1-20
说明 VP变化急剧，VS变化平缓。
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3 影响方向 〈1〉 VP、VS变化方向相同的 i 增大，VP、VS增大； ii 增大，VP、VS减小； iii H增大，VP、VS增大。 〈2〉孔隙流体对VP、VS影响明显不同的 砂岩孔隙在含水、油、气时，VP依此减小 V水V油V气 横波则相反 V水 V油V气
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上述方程只适用于流体压力与岩石压力相等的 情况下，随着流体压力的减小，上述“时间平 均方程”要修改为： 1 C 1-C ----- = ----- + --------V Vf Vm
式中C是某个常数，当流体压力=岩石压力的 一半，且岩石压力相当于埋深在1900m深处所 承受的压力达2700kg/m2时，C值取0.85左右。
式中：V -- 流体饱和岩石中的波速 Vf --孔隙所含流体波速 Vm --岩石骨架速度 --孔隙度
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图中：实线代表氧化硅，骨架速度=5950M/S 虚线代表石灰岩，骨架速度=7050M/S 水，Vf =1500M/S
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图13与图11中 砂岩样品完全一样， 仅图13中砂岩样品 孔隙空间里重油和 盐水各占50%，其它 试验条件都一样。 从图中可以看 出，纵波速度随温 度升高而降低，但 在同一温度范围内 降低幅度仅为20%， 即介于重油饱和与 盐水饱和情况之间。
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含沥青未固结砂岩实验结果，VP随T增大而急剧降低。 看图1-14 含重油或沥青的固结良好的砂岩中，VP也随T增大而下降 ，但幅度较小。
1-1 地震波速度及影响因素 V是一个重要参数：用于时深转换和储层预测 一、 岩石矿物成分对V的影响
在均匀各向同性完全弹性介质中，V取决于介质的弹性模量 +2 k+4/3 E(1-) 纵波速度 VP = --------- = ------------ = ---------- (1+)(1-2) E 横波速度 VS = ------ = ------------ 2(1+) 其中：--密度， --剪切模量，E-- 杨氏模量 --拉梅常数， K=+2/3， --泊松比
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五、孔隙流体对波速的影响 1、孔隙流体性质的影响 流体饱和固体中波的性质决定于固体骨 架和孔隙流体的：密度；粘滞性；压缩系数； 孔隙度；渗透率。看下图页岩、油、气、水、 砂岩的V～H关系曲线
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2、未固结砂岩中 流体饱和度对P波 速度的影响 看右图1-6 V 油砂岩随SW增 大而增大 V气砂岩随SW增 大而减小，到 SW=0.8时，开始增 大至0.95时急剧增 大
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图12为100%盐水饱和时情况，除了样品孔隙 空间里重油变为盐水外，其它样品特征及外部条 件都与图11完全相同。
从图上可以 看出，同样的未 固结砂岩，水饱 和时的纵波速度 几乎与温度没有 关系。
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含重油未固结砂岩纵波速度随温度升高而降低的幅度与 含油饱和度有关，SO增大，降低幅度越大。 比较图1-13（SO=50%）与图1-11（SO=100%）
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4 VP、VS与的关系 无论是碎屑岩还是碳酸盐岩，纵、 横波速度是线性相关的。二次曲线也 能很好地描述VP、VS之间的关系。 不管是那种经验公式，其常数都表 示出地区性差异，故不同地区要建立 各地区的经验公式。
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三、孔隙度的影响 一般说来，在其它因素相同的情况下，孔隙 度大时，岩石的波速V低，也就是说，孔隙度 和波的传播速度V成反比。 Wyllie 提出了V-关系的经验公式： 1 1- ------ = ----- + -------- （时间平均方程） V Vf Vm
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六、温度影响 大量实验研究得出： 1 完全重油饱和未固结砂岩时温度变化非常敏感，比对压 力变化敏感得多。
图11为马拉开波湖 Venezulan未固结砂 岩实验结果，由图 可以看出，在300bar 或多或100bar固定有 效压力下，随着温 度的升高速度急剧 下降。
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岩石物理性质
• 1-1 地震波速度及影响因 • 素 • 岩石矿物成分对V的影• 响 • • 岩石密度的影响 • • 孔隙度的影响 • 埋深的影响 • 孔隙流体对波速的影响 • 温度影响 • 横波速度问题 • 石灰岩速度的特殊性 1-2 地震波的吸收、衰 减 介质的品质因素 吸收系数 衰减的影响因素
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3、固结岩石 中流体饱和度 对P波速度和 反射系数的影 响。 A. R. Gregory (1976 ）研究结论： 不同孔隙 度岩石中P波 速度随含水饱 和度变化特点 不同。 看图1-9
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P波速度 随围压的增 大而增大， 不同围压时， Vp随含水饱 和度变化曲 线有所不同， 围压增大，V 随SW变化率 有减小趋势。 看左图
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当V的单位取 ft/s ， H的单位取 ft， T的单位 取年, 则 a = 125.3 此公式用得较多。 注意：其应用条件是----砂、泥岩剖面，深度 不太大。由右图看出： H增大，V增大 T增大，V增大 在2～3km内，V增 长是非线性的 深层，V～H几乎呈 线性关系
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地震勘探中的岩石物理性质
地震勘探中地震波的特点除受激 发、接收因素的影响外，还主要受 岩石的物理性质影响，它包括：弹 性模量、密度、吸收特性。 本章主要讨论两个问题： ⑴ 地震波速度 ⑵ 地震波吸收、衰减
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砂泥岩横波速度密度关系(p=0.600Vs0.183)
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1974年，G.H.F. Gardner 统计出沉积岩中VP 与的关系式，即有名的Gardner公式： = 0.31(VP )1/4 式中： 的单位为：g/cm3 VP 的单位为：m/s 不同地区统计的经验公式不尽相同。 Gardner公式很有用，在制作人工合成记 录时，当工区内变化较大且又无测井时 ，则可通过Gardner公式计算。
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岩石矿物成分比较复杂，因而不 同类型岩石波速变化较大 岩石类型 沉积岩 变质岩 花岗岩 玄武岩 速度范围(m/s) 1500-6000 3500-6500 4500-6500 4500-8000
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二、岩石密度的影响 由纵横波速度公式： +2 k+4/3 E(1-) 纵波速度 VP = --------- = ------------ = --------------- (1+)(1-2) E 横波速度 VS = ------ = ------------ 2(1+) 可知，随着增大，VP 、 VS也增大，但由公式看， 增大，VP 、 VS 应降低，为什么它反而增大？ 这是因为增大，杨氏模量E也增大，且其增大的级 次比高得多，所以增大，VP 、 VS也增大。
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关于压力的几个述语
• 流体压力：储集层孔隙中的各种流体总是处 于一定的压力之下，这种作用于孔隙所含流 体的压力，称为地层压力或流体压力。 • 上覆压力：地下岩层所承受的由上覆岩层拄 的重量所造成的压力。 • 骨架压力：是上覆压力与孔隙内流体压力之 差。骨架压力又称为“有效压力”。
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四、埋深的影响 在岩石成分不变的情况下，埋深增加时波速通 常要增大，在实际情况中岩石成分是变化的，故 V增长也不是单调变化。 早在1951年，F根据井的资料和地震剖面的资 料，统计得出砂、泥岩剖面中岩石的纵波速度与 深度关系的经验公式为： V = a (HT)1 / 6 式中：V -- 纵波速度 T -- 地质年龄 H -- 深度 a -- 常数