岩石物理及其应用

陈华201272231 地质工程S122

岩石物理及其应用

地震波除受激发和接收条件直接影响外，还与岩石的速度、密度等弹性参数和吸收特性有关，而这些特性又与岩石成分、孔隙度、埋深、孔隙流体性质、压力、岩层的不均匀性以及其它地质特性密切相关。地震岩石物理研究主要是试图建立地球物理勘探所获得的物理量与地下岩石参数的定量对应关系，并快速理解储层流体变化所引起的地震响应变化，增强和减小解释的风险。地震岩石物理研究是连接地震和油藏工程的纽带，也是地震资料预测油气的物理基础。

在岩石物理研究中，速度是岩石物理研究乃至整个地球物理勘探领域的关键参数，理论模型则是其研究的基础。这两个关键贯穿于岩石物理研究的整个过程。

首先对于特定的地质研究目标，必须要找出影响速度的主要因素，并寻求这些影响因素的共同表征参数。岩性对速度的影响为致密岩石一般比非致密岩石的高。孔隙对速度的影响为孔隙的存在导致速度值下降。密度对速度的影响一般而言，岩石速度随密度增加而增加。孔隙流体对速度影响通过理论和大量的岩心测试研究表明，岩石样品饱和水时的速度大于饱和油时的速度，饱和气时的速度最低。另外也与温度、压力，成岩作用等有关。

在合理的资料统计分析基础上，需要通过岩石物理模型建立起地球物理量与地下储层参数之间对应关系。典型的模型有Gassmann 模型、Biot 模型、BISQ模型、Xu- White 模型等。

在低频条件下，Gassmann 推导出了饱和流体状态条件下岩石体积模量的理论方程。Gassmann 方程是岩石物理研究的最基本方程，用来描述从干岩石状态到饱和流体孔隙状态下的模量变化。该方程的一个重要的适用条件是低频条件，也即只有在足够低频条件下，该方程是有效的，此时孔隙所受的压力在整个孔隙空间达到平衡（即对于孔隙流体，有足够的时间消除压力梯度，达到平衡）。Biot采用连续介质力学的方法导出了流体饱和多孔隙介质中的声波方程，建立了多孔介质中声速、衰减与频率和多孔介质参数之间的关系。该模型反映

了流体和岩石骨架中粘性和惯性相互作用机制，既包含了岩石骨架和孔隙流体对混和岩石介质弹性模量的单独作用，也包含了它们之间的耦合作用。该模型适合于任意频率条件下多孔岩石介质弹性模量的计算，但是由于没有考虑高频条件下孔隙流体的喷射作用，因此该理论方程所预测高频条件下饱和流体岩石的速度并不十分准确。BISQ 模型反映了两种不同流动形式和流体特性对波速、衰减和频散的影响规律，比Biot理论更能真实地体现波在孔隙各向同性岩石介质中的传播规律。喷射流特征长度则需要根据速度、频率的测量结果猜测或者根据经验调整。Xu- White 提出了砂泥岩混和介质的速度模型。该模型综合考虑岩石孔隙度和粘土含量来预测声波速度，把粘土成分、压力、胶结等因素对声波的影响归因于泥页岩和砂岩的孔隙几何形状和面孔率的差异。

速度、密度等地球物理参数影响因素的复杂性表明了利用地震资料进行储层表征和流体预测的可行性；岩石物理理论模型则建立了多孔岩石介质不同因素之间相互的关系。这些都为岩石物理研究在地球物理领域的应用提供了数据和理论基础，其中就包括横波的计算。

波速度是重要的岩石物理性质，是进行叠前地震弹性反演和AVO 属性分析的基础数据，但大多数井缺乏横波资料。这就需要利用已知的信息对横波速度进行估算。常用横波速度的估算方法可以分为两大类：经验公式法和岩石物理理论模型法。经验公式法即是根据研究区域实验室测试的纵横波速度信息或者实际测井的纵横波速度信息，通过统计分析，建立横波速度与纵波速度、泥质含量、孔隙度等参数的线性或者非线性统计关系，如Castagna 泥岩线公式、Castagna 抛物线模型、Smith趋势线等。岩石物理理论模型法是基于饱和流体状态条件下的理论方程，通过正反演相结合，利用已知矿物成分和含量、孔隙度、流体成分和饱和度、实测纵波速度等岩石物理信息计算岩石横波速度，其整个计算过程如下：①基于固体模型，如V- R- H模型或者H- S 模型，利用已知的矿物成分和含量计算岩石矿物的有效弹性模量；基于混和流体模型，如Wood模型，利用已知的流体成分和饱和度计算孔隙流体的有效弹性模量；②根据经验公式，利用实际测试的纵波速度计算横波速度；③利用固体矿物有效弹性模量、流体有

效弹性模量、孔隙度等参数，通过岩石物理理论模型的反演，计算岩石骨架的弹性模量；④通过岩石物理理论模型的正演模拟，计算原状流体条件下岩石的纵横波速度；⑤对计算和实际测试的纵波速度进行误差分析，如果误差在一定程度范围之内，则计算得到的横波速度可认为是该饱和流体岩石的横波速度，如果误差较大，则利用实际纵波速度、计算得到的横波速度作为已知参数，返回到步骤③，再反演计算岩石的骨架弹性模量，通过多次循环迭代，对横波速度进行优化。本质上，岩石物理理论模型法横波速度的估算是一个优化问题的求解。

另外岩石物理技术在储层物性反演、烃类检测、AVO、时移地震等地震技术中起到了基本准则的作用，也可对地震数据的处理和解释提供基础性参数和参考。