恒泰艾普软件培训系列教材-裂缝预测—岩石物理模型及地震正演模拟

恒泰艾普软件培训系列教材RockPhysics Modeling & Azimuth A VO裂缝预测—岩石物理模拟及地震波正演模拟恒泰艾普石油勘探开发技术有限公司目录一、 模块功能二、 原理和方法三、 参数和使用说明四、 应用关键和应用技巧一、模块功能利用地质资料、钻井资料、测井资料和岩石物理测试数据，根据岩石物理理论建立关键井的裂隙储层地质模型和岩石物理模型，利用地震波模拟技术，模拟裂缝储层地震波的各向异性的地震响应，并分析由裂缝引起的地震属性（振幅、频率、相位、速度、旅行时、瞬时参数等）随偏移距和方位角的变化特征，利用该项技术可分析研究区地下裂缝产生的地震响应特征，确定可用于解决研究区地下裂缝的地震属性。

二、原理和方法（一） 基于岩石物理模型的井中横波速度反演Kuster-Toks oz 在1974年基于地震波散射理论，考虑矿物介质弹性性质，体积百分比和形状的影响，确定地震波在双相介质中传播时岩石的等效弹性模量。

在1995年，Xu-White 结合Gassmann 方程和Kuster-Toks z 模型及差分等效介质理论（DEM），提出了一种利用孔隙度和泥质含量估算泥质砂岩总波和横波速度的方法—Xu-White 模型，该方法同时也考虑了岩石基质性质，孔隙度及孔隙形状，孔隙饱含流体性质的影响。

这种模型根据孔隙扁率大小（描述孔隙形状的变量）将泥质砂岩中的孔隙划分为两种，一种是纯砂颗粒之间的孔隙，具有较大的孔隙扁率，一种是纯泥矿物之间的孔隙，具有较小的孔隙扁率，Xu-White 假设这些孔隙是均匀分布在这两种矿物颗粒之间的，而且孔隙既可是完全饱和，也可以是部分饱和。

&&o &&Xu 和White 首先利用Kuster-Toks z 模型求取岩石骨架弹性模量， 公式（1，2，3，4）：o&& ()4113matrix matrixd K A K Aμ+=−()()()1982162matrix matrix d matrixmatrix matrix B K B K μμμμ++=−+()(),13334Nfl matrix l iijj l s cmatrix matrix K K A T K φαμ=−⎛⎞=⎜⎟+⎝⎠∑()()()()(),1425343N fl matrix iijj l ijijl s c matrix matrix T B T K μμαφαμ=−⎛⎞=−⎜⎟+⎝⎠∑通过求取岩石骨架弹性模量，再结合Gassmann 方程估算纵波和横波速度。

由上可以看出，在Xu-White 模型中充分考虑了岩石基质，泥质含量，空袭度大小和形状及孔隙饱含流体性质的影响。

（二） 地震波场正演模拟在叠前正演模拟研究中，要建立裂隙储层的地质模型和裂缝岩石的岩石物理模型。

首先需要从井中的资料获取岩石的纵横波速度和密度。

然后根据岩石物理模型计算井中的含有裂缝的储层段的岩石的弹性张量和各向异性等效的Thomsen 指数，从而了解裂缝对各向异性的岩石物理参数的影响。

为了从地震或者测井数据中获得裂缝的物理属性，我们需要用到某中理论将岩石裂缝的动力学属性同它的物理属性联系起来，在这理论的发展过程中，有三种理论比较流行，一种是Hudson 的椭圆缝等效介质理论，一种是Schoenberg ，Muir 等的slip-interface 模型，第三种是Pyrak-Nolte 的基于不同频率的Slip-interface 模型，为了从裂缝的物理属性（弹性参数）性质刻画出它的动力学属性（如地震速度），我们将用到裂缝模型，这种理论将裂缝的物理属性和岩石的弹性参数联系起来。

Hudson 和 Schoenberg ，Muir 的裂缝模型是基于long-wavelength-limit 假设的等效介质理论，而Pyrak-Nolte 的理论则没有这种假设，它考虑裂缝的惯性影响和地震速度的频率影响。

Hudson 的模型是一种直观的等效介质理论，它假定整个介质由未包含裂缝的弹性介质和它内部分布的狭长的椭圆形裂隙组成，Hudson 用裂缝密度和裂缝的扁率e α来描述裂缝系统，裂缝密度定义为： e ()3354N e a V φπα==在这里a 是裂缝半径，N/V 是每单位体积里裂缝的数量，φ是裂缝形成的孔隙度，α 是裂缝的扁率，等效的刚度系数按下式给出 ()0126effij ij ij ijC C C C =++表示各向同性背景的刚度系数，表示是一阶和二阶校正，这些校正各自由裂缝的方位，密度，扁率等参数来决定，更进一步，这种理论对解决各种裂缝分布，包括一组或多组平行缝分布，放射状分布或者随机分布的裂缝，这种理论的主要的限制是模型必须含有较少的裂缝密度和裂缝的扁率也必须较小。

对于一种简单的模型是，裂缝由一组平行缝组成，裂缝介质为横向各项同性对称，那么刚度系数的一阶校正为ij C 1,ij ij C C 2()211137C eU λμ=−a()()113327C eU λλμμ+=−b ()()2133327C eU λμμ+=−c()14417C eU μ=−d()1607C e = ,λμ表示没有裂隙岩石的拉梅系数，则由裂隙来决定，对于干裂隙来说，可由以下公式来确定： 13,U U 13,U U ()()()11628334U a λμλμ+=+ ()()()34283U b λμλμ+=+对于包含流体时，当()'/4/3a K 'μμ⎡+⎣⎤⎦的值大到不可忽略时，等式8a ，8b 就如下表示 ()()()1162193341U a M λμλμ+=++ ()()()3421931U b Kλμλμ+=++在这里()()()'42934M c μλμπαμλμ+=+()()()()''4/329K K d μλμπαμλμ⎡⎤++⎣⎦=+在这里和'K 'μ是包含流体的体积模量和剪切模量。

通过得到的井中的裂缝的向异性的参数，假设在井口位置布置采集系统，我们可以计算叠前率和相位的特征，图1 假设沿井布置的裂缝三维采集示意图地震反射在各个方位角的响应，以及各向异性的地震反射振幅与裂缝定向的关系。

这一过程给我们提供了裂缝在井旁地震道的地震响应，包括叠前AVO 特征和叠前各方位角的AVO 特征，及在裂缝影响下的AVO 特征随方位角的变化规律。

通常，岩石中裂缝的密度，裂缝的宽度和所含流体的成份都是影响地震各向异性的因素。

地震各向异性的幅度随着裂缝密度的增加而增加，不同流体对地震各向异性的响应也有不同的影响。

对于含油和含水的裂缝储层而言，由于水和油的弹性体变模量相近，因此，裂缝密度的影响会明显。

正演模拟地震合成记录给我们提供了准确的叠前地震波波场及振幅、频为我们研究具有物理意义的地震属性参数及它们对裂隙的敏感性提供了反演的依据。

这些研究将是们探测和解释裂隙储层的基础。

FRS 岩石物理模型考虑了裂缝方向、裂缝密度、流体的饱和度、孔隙形状和流体压力的影响。

采用地震波场数值模拟技术，模拟裂缝的方向、密度和所含流体变化产生的地震响应特征，确定可用于解决研究区地下裂缝的地震属性。

FRS 地震波场正演模拟技术最突出的特点是：能模拟各向同性和任意各向异性介质地震响应特征。

能模拟地震反射振幅随方位角变化特征。

地震振幅椭圆与裂缝发育方向交互分析。

岩们有通过理论上的正演模拟，才能指导我石物理模拟在FRS 系统中占有最重要地位，我只们实际的叠前地震方位角各向异性特征分析。

三、参数和使用说明模块参数面板和功能描述如下：（一）井中横波反演功能:利用岩石物理模型反演井的横波速度。

所有参数（比如井的横波速度、孔隙的纵横比、Vp/Vs 、泊松比和拉梅系数）将被保存到数据库(图 1)。

图1 井中横波反演参数输入面板使用提示:1)Well选择一口井，列出所选井的所有测井曲线。

2)以下五种测井曲线用来进行横波速度反演。

(1)P-wave sonic log P波声波测井曲线: 选择P波声波测井曲线。

(2)Shale content 泥质含量 (%): 选择解释的泥质含量测井曲线。

(3)Porosity 孔隙度: 选择解释的孔隙度测井曲线。

(4)Water Saturation 含水饱和度: 选择解释的含水饱和度测井曲线。

(5)Density 密度: 选择岩石密度测井曲线3)Display Log Curve此操作产生一个面板，选择此井的一条测井曲线并在测井曲线视图区域显示。

4)Number of Segments: 指定处理的程序段数量，用户可以将处理区间划分为几个程序段，最大为16。

5)Depth Interval: 在当前程序段中指定起始深度和终止深度。

6)Statistic Parameters:统计岩石地球物理模型参数，包括纯泥岩，纯砂岩的P波，S波速度和密度。

图2 统计P波速度图3 统计S波速度操作提示:鼠标左键拾取区域；鼠标中键结束拾取。

在交会图上用左键拾取一封闭的区域，该区域内的点将被认为是异常点，按下中键，这些圈定的异常点将被擦除（图2，3），在用户确认所有的异常点被擦除后，点击OK按钮或Apply按钮，程序将会估计纯砂岩，纯泥岩的速度，密度参数。

7) Analysis Parameters:分析统计的纯砂岩，纯泥岩的速度和密度参数是否正确，这是质量监控的一种手段。

如果用户想确定所估计的纯砂岩，纯泥岩的速度，密度参数是否正确，可以点击“Analysis Parameters ”按钮，如下的曲线对比对话框将弹出，从图中将可以判断所估计的参数是否正确。

图4 模型计算曲线数据与原始曲线对比红颜色曲线表示根据岩石地球物理模型计算出的测井分段曲线，蓝颜色曲线代表该分段曲线的原始值，如果用户发现两曲线段匹配的并不是很好，用户可以重新估测纯砂岩，纯泥岩的速度，密度参数，直到最终模型曲线段和原始曲线段匹配的恰当为止（图4）。

8) P-wave Velocity of Shale 泥岩的纵波速度 9) S-wave Velocity of Shale 泥岩的横波速度图 510) Shale Density 泥岩密度11) P-wave Velocity of Sand 砂岩的纵波速度 12) S-wave Velocity of Sand 砂岩的横波速度 13) Sand Density 砂岩密度14) Matrix Bulk Modulus 基质体积模量 15) Matrix Density 基质密度 16) Fluid Density 流体密度17) Fluid Bulk Modulus 流体体积模量18) Statistic Parameters: 深度间隔划定之后，利用区间内所选的测井曲线计算速度和密度。