致密砂岩的岩石物理特征研究文献综述

致密砂岩的岩石物理特征研究文献综述

摘要：致密砂岩是一种非常规的砂岩，一般由致密的碎屑岩组成，主要包括粉砂岩、细砂岩以及部分中-粗砂岩。致密砂岩气藏与深盆气藏和盆地中心气藏以及持续性聚集型气藏有着紧密的联系。本文在对致密砂岩气层的成藏地质特征进行了总结，并介绍了地震响应特征有关的岩石物理参数（例如纵横波速度、密度、泊松比、含气饱和度）等相关概念，在此基础之上，介绍了关于国内外致密砂岩的岩石物理特征研究的基本情况。

关键词：致密砂岩气层岩石物理特征研究现状

一、致密砂岩气层及其岩石物理特征

1.致密砂岩气层的成藏地质特征

致密砂岩气藏的地质成因由多方面因素控制，主要有沉积作用、成岩作用和构造作用，但前面二者起到主控作用。沉积物的物源特征和沉积环境控制着储层物性、岩性以及孔喉结构分布，其中，地层的沉积作用是形成储层低孔低渗特性最基本的作用条件，不仅控制着这类储层的物性特征，还决定了成岩作用的类型和强度。一般情况下，低孔低渗储层主要形成于冲积扇沉积等近源沉积相带或前三角洲沉积等远源沉积相带中。

致密砂岩气藏的一般特征为：（1）基质颗粒杂乱，分选性差，孔喉结构复杂，渗透率较低；（2）致密气藏的非均质性较强，岩性变化大，井与井之间的小层划分及对比难度大；（3）储层具有高含水饱和度，低可流动流体饱和度，以及低气体相对渗透率；（4）气体驱替压力高，存在启动压力现象；（5）气水关系复杂，油、气、水的重力分异不明显，在毯状致密砂层中气和水呈明显的倒置关系，在透镜体状致密砂岩含气层系中一般无明显的水层，致密气藏一般不出现分离的气水接触面，产水不大，含水饱和度高（大于40%）；（6）分布隐蔽，常规的勘探方法难以发现。深层浅层成藏关系密切——在致密化程度高而晚期构造相对活动地区，高丰度超压天然气侧向运移困难，势必寻求垂向突破，产生烟囱作用。

2.致密砂岩气层的岩石物理参数

早期的地震数据主要用于构造解释，通过构造结合其它地质信息的综合研究，进行间接地推断该构造的含油气性。随着计算机技术的迅速发展，计算能力的大大的提高，地震处理、解释技术也取得了飞速的发展和进步，现在对地震数据综合分析不仅要准确地落实构造，更重要的是为了预测岩性、孔隙度、孔隙内流体及其饱和度。岩石物理学正好为油藏特性及参数和地震数据建立了某种联系，就像在其两者之间架设了一座桥梁，其作用是在从地震数据中反演出储层和流体特性及在油藏参数的技术方法中起到基本准则的作用。

在均匀各向同性介质中，描述岩石弹性特征的主要地震参数有岩石的密度

ρ、纵波速度α和横波速度β等。密度反映岩石的比重，速度则反映地震波在岩石中的传播的特征。

2.1纵波速度α和横波速度β

在均匀各向同性介质中，密度ρ反映单位体积岩石的重量，纵波速度α和横波速度β可用密度ρ、体积模量K与剪切模量λ和μ表示。

由公式（2-1）、（2-2）可见，横波的速度受到密度和剪切模量的影响，而纵波的速度受到体积模量、剪切模量和密度的共同影响，由于流体中不存在剪切应力（即μ=0），所以横波在流体中不传播，因此可以根据纵波和横波的这种特有的差异性，联合使用纵波和横波信息来识别流体及进行详细的油藏描述，如当前的纵横波联合反演等技术[3]。

2.2泊松比σ

泊松比是反应岩性和含气性的重要参数，它是用岩石纵向拉伸和横向压缩的比值来表示如图2所示。泊松比与纵横波速度比有如下关系：

由（2-3）知道，当（α/β）2=2，则σ=0；当α/β=1.5，则σ=0.1（含气砂岩情形）；当α/β=2时，则σ=1/3（含水砂岩情形）；当α/β=∞时，则σ=0.5（β=0，液体情形）。通过测量岩石纵向拉伸和横向压缩的比值计算的泊松比通常称为静态泊松比，通过测量岩石的纵波速度和横波速度，由（2-3）式计算的泊松比通常称为动态泊松比。

式（2-4）给出了泊松比与纵横波速度比之间的对应关系。根据经验，固结的岩石的纵横波比小于2.0，泊松比小于0.333。当岩石孔隙中充气时，纵横波比值可从1.3变化到1.7。泊松比的值大于0.5或是负值表示存在各向异性，这是不常见的。

泊松比是纵波速度与横波速度比值的函数（2-3），而对于同一种岩性，在同种流体饱和的情况下纵波速度与横波速度呈一定的线性关系，这种线性关系在许多地区的砂岩中都很明显。然而，孔隙饱和水与饱和气的纵横波速度呈两种变化趋势，孔隙中的水被气取代后，纵波速度明显降低，但横波速度基本不发生变化，所存在的微弱变化也是由于测量误差造成的。因此，泊松比的变化取决于纵波速度的变化，变化的幅度则取决于速度的基值和速度变化的幅度。

二、致密砂岩的岩石物理特征国内外研究现状

应用地球物理资料进行精细油气藏描述一直是油气勘探家们特别是地球物理勘探家极为关注的问题，是油藏地球物理的重要课题。在该研究领域，通常使用的地震资料向油藏参数的转换方法是基于地震解释和统计相关理论的，没有考虑到地震波传播特征和油藏性质之间的物理联系。因此需要加深对这方面的物理意义的理解。目前，国内还未深入开展这方面的研究。国外在这方面的技术研究

非常活跃，尤其是建立在Gassmann模型基础上的岩石物理技术研究。而基于岩石物理的A VO正演模拟把岩石物理参数跟A VO响应联系起来，有助于降低A VO 分析的风险，更好地识别流体。因此，它的开展是很有意义的。

自从ostrander（1952）和Gassaway（1953）开创性的工作以来，A VO分析方法已经引起国内外广泛的重视。在国内，郑晓东（1985）首先开展了A VO正反演方法的研究，提出了一种岩性解释新方法一拟泊松比测井，并在实际工作中取得一定的效果。A VO分析的提出，最初仅仅是为了提高碳氢检钡能力，今天A VO的发展已经超过了这个范畴，它已经或正在渗透到地震勘探的其它领域。

A VO实践表明：A VO和其它方法一样也存在一定的局限性，并不是所有的气层的A VO特征均呈增加趋势，也不是所有呈增加趋势的A VO异常都是气层引起的。Gassaway（1984）在分析A VO陷阱时指出：“某些气层的A VO异常呈减少趋势可能是由于浅层气存在造成的。”70年代“亮点”技术的出现，使地震烃类检测能力有了很大提高。随着“亮点”技术的实践，人们开始注意到“亮点”技术存在的局限性，并不是所有的“亮点”都与气层有关，某些特殊岩性体也可以在地震剖面上形成强反射，出现所谓的“亮点”。因此，应用“亮点”技术进行烃类检测时，需要去伪存真。

80年代初，Ostrander（1982）首先提出利用反射系数随入射角变化识别“亮点”型含气砂岩，他注意到：含气砂岩反射振幅随炮检距增加而增加，含水砂岩反射振幅随炮检距增加而减少，这一现象的发现丰富了烃类检测的技术。虽然，理论上早已预示反射系随入射角变化与岩性参数有关，早在1955年Koefoed就指出：“不久的将来，利用反射系数曲线的形态分析岩性是可能的”，但直到60年代，地震多次覆盖和数字技术的出现，才使得这种技术成为可能。然而，由于水平叠加技术对地震信噪比的改善取得巨大成功，掩盖人们对A VO信息的注意力，以往几乎没有人注意到A VO的潜力。Ostrander的工作标志着实用A VO技术的出现，激起人们对A VO现象的极大兴趣。20多年来，A VO技术不断成为人们研究的热点，SEG出版的The Leading Edge杂志曾多次出版专集探讨A VO的理论、方法和技术。

郑晓东（1985）在分析“暗点”型地区油气水层的A VO特征时，注意到薄层厚度变化对A VO特征的影响，并指出：“当气层厚度小于1八6波长时，A VO 异常呈减少趋势”。Rutherford等（一959）按气层的波阻抗和泊松比特征，划分了三种类型的A VO特征。最近，我们也注意到火成岩基底形成的广角反射也可造成A VO异常呈增加趋势。因此若仅仅利用A VO增加现象作为检测气层的标志，有时就可能出现丢真拾假的现象。需要指出：国内大多数油田属于陆相沉积的油田，所观察到的A VO现象，绝大多数都是薄互层调谐的结果，而非单个界面的反射，切忌用单个界面的A VO特征到处套用。不同的岩性组合，其A VO特征可能是不同的，即使岩性组合相同，由于厚度不同，也可造成A VO特征的差异。因此，分析薄互层的Avo特征，对于帮助我们识别和检测岩性和油气藏具有特殊的意义。Avo正演方法不仅提供了一些岩性和油气藏的检测标志，更主要地是提供了一种分析思想。

国外学者对地震波在粘弹性介质中的传播问题曾有深入的研究，Borcherdt