弱各向异性介质转换波AVO分析与流体识别方法研究

论文摘要

应用振幅随偏移距变化（AVO）等叠前地震信息预测含油气储层已得到了广泛的实践,在国内外油气地球物理勘探与开发领域中取得了大量成功实例,但由于影响地震波振幅变化的因素非常复杂,常规的AVO分析也存在着多解性问题,解决这一多解性的有效途径是利用多波多分量地震勘探信息。纵波和P-SV转换波的联合AVO分析及应用可以大大减少多解性,这点已得到了地球物理工作者的普遍认同；同时,综合二者的AVO属性还可以获得更多更准确的储层岩石物理参数,因此,转换波AVO技术的研究与完善是储层地震勘探亟待解决的课题之一。科学合理地构建地质-地球物理模型也是储层预测和流体识别的关键问题。从南海深水区等油气藏实际数据分析来看,基于双相介质和各向异性介质的储层建模比常规的各向同性介质储层模型更加科学合理。为了更好地利用叠前各种地震信息来精确预测储层和识别流体,人们必须首先研究各向异性等复杂介质中的纵波及转换波的AVO的理论及分析技术,并据此来获取储层的岩性及空间展布信息等。本文从实效性就弱各向异性介质中转换波的反射系数公式进行了系统研究,为了提高计算效率推导了简化公式,建立了各种属性参数计算方法,同时推导了弱各向异性介质中P-SV波弹性阻抗,构建了各向异性介质中广义流体识别因子,得出了一系列有意义的研究成果。本文首先给出了各向同性介质中转换波的反射系数线性近似公式,系统分析了基于该公式的AVO分析算子,认为AVO分析的不同近似式对模型都有不同程度的依赖性。根据四种典型的含气含水层实例分析,P-SV波的AVO响应特征较PP波要复杂,不能同时区分四类含气含水层,尤其是对第一类和第二类基本没有识别效果,对第三类的识别效果较好,说明了转换波的AVO对储层的流体成分不是很敏感。而通过归一化后的反射系数AVA响应曲线呈单调增加或减小同时还放大了异常,对四类AVO类型的含气含水层识别效果都有所提高,对前三类,归一化后的反射系数随着入射角的增加呈单调递增现象,对第四类,反射系数是呈单调递减的,但是反射系数均为正值。最为流行的各向异性介质中转换波反射系数近似公式是Vavrycuk（1999）给出的,但该公式在AVO分析中的适用性不强,因此Petr Jilek（2002）给出了PS波反射系数近似公式的另一种表达形式,适用于任意半空间各向异性介质,由于假设了界面两侧纵横波速度和密度的弱差异性和任意半空间的弱各向异性,所以称此公式为弱差异弱各向异性近似公式,它是关于Thomsen各向异性参数、入射角和方位角的函数,并适用于以下介质组合：各向同性、VTI、HTI和正交各向异性,垂直对称平面的任意方位角适用于HTI介质和正交介质。但是Petr Jilek的表达式比较复杂,因此我们对正交各向异性介质中P-SV波反射系数公式进行了简化,对各向异性参数进行了转换,将其退化到VTI介质和HTI介质两种常用的典型各向异性介质中,结合各向同性中转换波反射系数的近似方式,尝试将反射系数表达成sinθ奇函数的形式,在保证精度的基础上分别保留到sinθ的一次幂、三次幂、五次幂和七次幂,本文将其称之为一阶、三阶、五阶、七阶新近似公式,均为各向同性反射系数与各向异性反射系数扰动项加和的形式,通过不同的理论模型对比了几种表达形式的精度,并做了相应的误差分析,同时针对不同模型做了反射系数的影响因素分析,得出了相应的规律。在得出新近似公式之后,本文首次尝试将归一化反射系数思想用于VTI和HTI介质的P-SV波反射系数三阶新近似公式,利用各向同性情况下四类经典AVO含气含水砂岩模型的具体参数值,在此基础上增加了Thomsen各向异性参数,计算并绘制含气含水砂岩AVA的响应特征,获得了与各向同性介质情况下类似的结果。仿照各向同性条件下的P-SV波AVO截距梯度属性分析方法,以VTI介质为例讨论了P-SV波AVO截距梯度属性,计算结果表明,各向异性介质转换波截距梯度的正负规律跟各向同性介质情况下的规律是类似的,由各向异性参数引起的区别在于截距和梯度取值的大小。不同储层模型的交会图的特征是不同的,但是它们的背景趋势可以拟合成一条直线,由直线的斜率可以求取平均横纵波速度比。在进行AVO属性交会图分析之后可以根据需要得到横波速度剖面,密度剖面和剪切模量剖面,为AVO定性分析提供了有利的途径,在横纵波速度比k一定的情况下对各向异性参数可以进行定量分析,利用该公式也可以进行参数反演。各向同性储层模型弹性阻抗公式也具有多种形式,并且大部分已经应用于叠前实际数据处理中。而对转换波弹性阻抗以及各向异性介质中弹性阻抗的研究及成果都比较少,在研究过程中需借鉴各向同性和各向异性介质中纵波弹性阻抗的方法和理论。因此,利用本文给出的VTI和HTI介质转换波反射系数近似公式推导出了最新的转换波弹性阻抗公式,通过不同模型的正演模拟,对公式精度进行了误差分析,并结合whitcombe的归一化思想,形成了弱各向异性介质中扩展的转换波弹性阻抗公式,最后对影响弹性阻抗公式的主要因素及规律做了总结。通过弹性阻抗的交会分析,也表明了在储层识别方面弹性阻抗比声波阻抗更灵敏。为了从实际地震资料中提取更多地反映储层流体的信息,人们提出了许多流体因子,地震纵波、横波和转换波的综合利用为此也提供了一条有效的途径。这些方法都是使用线性Zoeppritz方程来提取物性参数,例如P波和S波阻抗、速度、泊松比等,同时也可以获得一些利于解释的参数,如弹性模量、拉梅常数以及一些流体因子。通常这些流体因子都可以较好地识别烃类区域。从流体因子建立的岩石物理基础Biot-Gassmann方程出发,分析了填充不同类型的流体时岩石对速度和波阻抗的影响,在此基础上列举了常见的阻抗类流体识别因子,使用四类典型的砂岩模型做数值试验,总结了各个流体因子的对含气含水砂岩的识别能力及敏感性。为了将各向异性参数、入射角和方位角引入到流体识别因子公式中,本文尝试把弱各向异性介质中PP波和P-SV波弹性波阻抗公式代入到已有的流体因子公式中,构成新的广义流体因子公式,这里已有的流体识别因子选择的是高灵敏度流体识别因子Fdanj和灵敏度较弱的μρani识别公式,便于进行灵敏度比较,分析了流体因子Fdani和μρani对三种岩性组合模型的识别效果,同时也分析了Thomsen各向异性参数的影响,得出了相应规律。转换波信息是纵波的补充,同时AVO、弹性阻抗和流体识别都是储层预测的关键技术,在加入各向异性因素之后,可以提高它们对储层预测和流体识别的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 转换波AVO技术研究进展
• 1.2.2 弹性阻抗研究现状
• 1.2.3 流体识别研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及创新点
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 创新点
• 第2章 各向同性介质转换波AVO技术及应用
• 2.1 AVO技术基本概念
• 2.2 各向同性介质中转换波反射系数精确公式
• 2.2.1 Zoeppritz方程精确解
• 2.2.2 Aki-Richards射线参数精确解
• 2.3 P-SV波AVO分析的主要特点
• 2.4 转换波反射系数的典型近似公式
• 2.4.1 不同类型的P-SV波反射系数近似公式
• 2.4.2 线性近似公式精度对比分析
• 2.5 P-SV波反射系数对不同含气含水砂岩的识别
• 2.6 P-SV波AVO正演模拟
• 2.6.1 P-SV波旅行时计算及共转换点确定
• 2.6.2 P-SV波AVO正演模拟
• 2.7 P-SV波AVO属性分析
• 第3章 弱各向异性介质中P-SV波反射系数近似公式及AVO属性分析
• 3.1 各向异性介质概述
• 3.1.1 各向异性介质的分类
• 3.1.2 介质的弹性系数矩阵
• 3.1.3 Thomsen系数
• 3.2 正交各向异性介质转换波反射系数基本公式
• 3.3 VTI介质中P-SV波反射系数线性近似公式
• 3.3.1 修正后线性化公式的建立
• 3.3.2 精度对比及误差分析
• 3.3.3 Thomsen各向异性参数影响分析
• 3.4 HTI介质中P-SV波反射系数线性近似公式
• 3.4.1 线性近似公式的建立
• 3.4.2 精度对比及误差分析
• 3.4.3 反射系数影响因素分析
• 3.5 P-SV波反射系数识别气水砂岩效果对比
• 3.6 弱各向异性P-SV波AVO属性分析
• 3.6.1 截距梯度属性分析
• 3.6.2 地震属性剖面构建
• 3.7 小结
• 第4章 弱各向异性P-SV波弹性阻抗研究
• 4.1 弹性阻抗基本理论
• 4.2 各向异性PP波弹性波阻抗
• 4.3 各向异性P-SV波弹性波阻抗公式推导
• 4.3.1 HTI介质P-SV波弹性阻抗及误差分析
• 4.3.2 VTI介质P-SV波弹性阻抗及误差分析
• 4.4 VTI介质转换波扩展弹性阻抗
• 4.5 新弹性阻抗公式影响因素分析
• 4.5.1 VTI介质模型
• 4.5.2 HTI介质模型
• 4.6 纵波弹性阻抗与转换波弹性阻抗交会分析
• 4.6.1 实际测井数据分析
• 4.6.2 VTI介质25类典型砂岩模型弹性阻抗交会分析
• 第5章 弱各向异性广义流体因子的构建
• 5.1 Biot-Gassmann方程
• 5.2 常见阻抗类流体因子
• 5.3 流体因子敏感性分析
• 5.4 广义流体因子的构建
• 5.5 各向异性广义流体因子构建及识别效果
• 5.5.1 公式构建
• 5.5.2 应用效果
• 5.6 各向异性参数影响分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间取得的科研成果
• 致谢