双相介质中地震波衰减特性研究及应用

【摘要】：石油和天然气作为当今全球范围内极其重要的资源，在各国能源开采中均占有重要地位。随着油气勘探精度和目标复杂程度的不断提高，基于单相弹性介质的理论已难以解决新油田勘探开发所面临的问题。双相介质考虑到固相和流相两者的弹性特征，体现出地下地层孔隙流体充填情况，故基于双相介质波动理论的方法具有更合理的岩石物理假设，更有利于寻找复杂孔隙油气藏和地下流体。 地震波衰减是地震勘探理论的一个重要研究领域，目前关于双相介质衰减特征的研究涉及较少，而地震波的衰减特征是识别油气储层的重要技术手段。本文主要研究双相介质中地震波的衰减特征，目的试图通过研究地震波衰减特征与油气流体存在的关系，将理论结果应用到实际油气检测中。 针对上述研究内容，本文首先对双相介质模型采用交错网格高阶有限差分方法进行地震数值模拟，设立多个物理模型，包括均匀介质，单双相介质互层，模拟实际薄储层，各向同性和各向异性等模型，探讨了双相介质数值模拟技术，多方面多角度研究双相介质中地震波的传播规律及衰减特征。 相速度与逆品质因子是影响双相介质对地震波传播与吸收的重要参数。本文从Biot各向同性纵波方程出发，在平面简谐波假设条件下，推导出快慢纵波相速度与衰减逆品质因子的解析式，分析了渗透率、黏滞系数、孔隙度等参数在垂直波传播方向对相速度及逆品质因子的影响规律并与相同条件下BISQ模型所描述的相关规律进行了比较。 通过上述对双相介质地震波衰减特性的研究发现地震波在双相介质中传播时，低频能量相对增强，高频能量相对减弱。由此得到通过提取地震资料高低频能量进行油气储层预测的方法，模型试算获得有效结果，将此方法应用于实际工区樊131区块沙三中（上）目的层，取得良好应用效果，证明了该方法具有一定的有效性和正确性。 通过上述研究得到以下结论： 1、通过对一系列双相介质模型的数值模拟，观察到当波从双相介质传至单相介质时，快、慢纵波均产生本身反射波，转换快慢纵波、转换横波、透射波和透射转换横波。慢纵波在固相波场和流相波场中，波形会反相。在VTI介质中，横波传播会产生三分叉现象，三分叉区域形状及大小与弹性参数C13取值相关；快纵波出现波前面尖角。 2、在地震勘探频率范围内，BISQ模型和Biot模型的快、慢纵波速度都不随频率变化。Biot模型的慢纵波相速度随着频率的增加而有显著增加。BISQ模型慢纵波速度随渗透率的增加而有明显增加。BISQ快纵波的逆品质因子对黏滞系数变化敏感。含油储层具有明显的高频衰减快，低频衰减慢的特征。BISQ和Biot模型的慢纵波逆品质因子均随频率增加而减小。 3、双相弹性介质对地震波能量具有衰减作用，导致地震波低频能量相对增强，高频能量相对减弱，而单相弹性介质对地震波能量无衰减，利用这种特征可以检测地下油气的存在。该检测方法在实际工区樊131区块取得良好应用效果。