恒泰艾普软件模块培训教材_流体替代和AVO正演(修改)

LandOcean软件/功能模块培训系列教材GMAXv1.0–FluidSubstitutionandAVOModeling流体置换与AVO正演模拟1.模块功能2.原理和方法3.参数和使用说明4.应用注意事项1模块功能1.1流体置换利用岩石地球物理模型，将岩石孔隙中的原有流体置换成不同类型、不同相的其它流体，计算得到替换后的新的测井曲线数据。1.2地震波衰减曲线（Q曲线）计算利用岩石中的孔隙和流体在不同频率波的传播中对波能量的吸收的不同，来计算地震波衰减曲线。1.3单井弹性波AVO正演模拟在单井上，利用地层对不同入射角的弹性波的反射系数的不同，和地震子波进行褶积得到其AVO响应特征。1.4单井粘弹性波AVO正演模拟在单井上，利用地层对不同入射角的地震波的反射系数和衰减的不同，和地震子波进行褶积得到其AVO响应特征。1.5建立二维弹性波正演模型（含流体和异常体替换）利用井中实测或拟合的纵、横波速度、密度、孔隙度和泥质含量曲线，在层位约束下建立二维弹性波正演模型。所创建的模型包括纵波速度、横波速度和密度剖面。在此二维剖面上，将某一指定区域的岩石孔隙中的原有流体置换成不同类型、不同相的其它流体或异常体，可以得到替换后的弹性波正演模型。1.6建立二维粘弹性波正演模型（含流体和异常体替换）利用井中实测或拟合的纵、横波速度、密度、孔隙度、泥质含量和衰减曲线，在层位约束下建立二维粘弹性波正演模型。所创建的模型包括纵波速度、横波速度、密度和衰减剖面。在此二维剖面上，将某一指定区域的岩石孔隙中的原有流体置换成不同类型、不同相的其它流体或异常体，并考虑岩石中的孔隙和流体在不同频率波的传播中对波能量的吸收差异，得到替换后的粘弹性波正演模型。粘弹性波正演模型比弹性波正演模型更接近实际地震模型。1.7二维弹性波AVO正演模拟输入二维弹性波正演模型，进行AVO正演模拟，正演结果为地震角道集及其能量属性和AVO响应特征。1.8二维粘弹性波AVO正演模拟输入二维粘弹性波正演模型，进行AVO正演模拟，正演结果为地震角道集及其能量、频率属性和AVO响应特征。2原理和方法2.1流体置换利用近年来研究的岩石物理模型和流体置换理论，针对不同流体成份、饱和度、孔隙度、温度压力等性质的油气藏,预测其测井和地震响应，指导油气层测井、地震响应特征研究和储层预测。在流体置换模型发展过程中，有许多的理论模型试图建立地震速度与储层属性（孔隙度，泥质含量，，含水饱和度等）之间的联系，这些理论模型取得了很明显的效果，在流体置换模型中，最经典的理论是Gassmann方程（式1），22111framematrixsatframeframeflmatrixmatrixKKKKKKKK其中satK为饱和岩石的体积模量，frameK是干燥岩石骨架的体积模量，matrixK是矿物的体积模量，flK是孔隙流体的体积模量，是孔隙（也包含裂隙），在Gassmann方程里，认为剪切模量与孔隙流体无关，是一个常量。对于饱和岩石的体积模量，我们可以根据原始的测井资料进行计算（式2，3），如：22423satPSKrVV23satSV在公式中，我们可以看出它仅考虑了整体孔隙度的影响，而没有考虑到孔隙形状等对速度更为复杂的影响。Kuster-Toksoz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-Toksoz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。Xu和White首先利用Kuster-Toksoz模型求取岩石骨架弹性模量，公式（4，5，6，7）：4413matrixmatrixdKAKA1985162matrixmatrixdmatrixmatrixmatrixBKBK,16334NflmatrixliijjlscmatrixmatrixKKATK,1725343NflmatrixiijjlijijlscmatrixmatrixTBTK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。2.2地震波衰减曲线（Q）计算衰减理论依据的一个事实是，地震波在很干燥的岩石里传播，能量没有损失，而如果岩石里存在着孔隙流体，当波在传播过程中，引起孔隙流体的流动，而这种流动是粘滞性的，因此不可避免的将部分能量转换成热能，这样就带来了能量衰减。当地震波在岩石中传播时，对岩石产生挤压作用，由此孔隙的流体也会增加孔隙压力，当在低频情况下，孔隙压力会有充足的时间均衡的分布于整个孔隙空间，而在高频情况下，孔隙压力就不能均衡的分布于整个孔隙空间，在列隙类型的孔隙或质地柔软的孔隙，压力就会剧增，而在质地坚硬的孔隙则增加很小，因此导致孔隙中的流体粘滞性流动，就会产生能量的衰减。因此岩石对地震波的衰减与频率有关系。经实验研究，可以用以下公式（式8）对衰减进行度量：8/21maxLHLHMMMMQ1maxQ表示最大衰减系数的倒数；HM表示高频下的岩石压缩模量；LM表示低频下的岩石压缩模量；对于LM的计算，我们采用Gassmann方程来计算，而对于HM的计算则假定所有的液体在部分饱和岩石中都凝聚在一起，那么气体则充填剩下的空间，则可以认为等效的压缩模量等于完全饱和液体流体充填的压缩模量和完全饱和气体充填的压缩模量之间的调谐值。2.3弹性波AVO正演模拟Zoeppritz方程当我们确定了替代流体以后的曲线以后，我们可以对曲线进行AVO正演模拟。在本软件中利用子波和反射系列进行褶积得到叠前入射角道集，反射系列可以根据Zoeppritz方程（式9）来得到，11221112212221122111111222211111111222222sincossincossincossincossincossin2cos2sin2cos2cos2sin2cos2sin2PPPSSSSSSPPPPPPSPSPSRRVVVVVTVVVTVVVV111119sin2cos2PV其中，1PV和2PV、1SV和2SV分别为介质模型的上覆地层和下伏地层的纵横波速度。1和2分别为介质模型的上覆地层和下伏地层的密度。1、2、1和2分别为反射PP波、反射PSV波、透射PP波和透射PSV波与纵轴的夹角。PPR、PSR、PPT和PST分别是PP波反射系数、PSV波反射系数、PP波透射系数和PSV波透射系数。Shuey’s近似公式Shuey于1985年根据Aki提出的Zoeppritz简化方程做了进一步的研究。他认为：在PPR随着入射角θ变化的过程中，泊松比σ是与之关系最密切的一个弹性参数，于是给出了突出泊松比的相对反射系数近似表达形式。地层用纵波速度pV，横波速度SV及泊松比σ描述时，Zoeppritz简化方程可重新改写成小角度项（式10）、适中角度项和广角项三部分的代数和。22200021sinsin1021PPPPVRRARtgV其中：0,2PPPPPPVVVVRBVV00220112,111AAABBR在Shuey公式中，界面两侧泊松比的差是一个至关重要的因素。公式中把反射系数视为小角度项（第一项）、中等角度项（第二项）和大角度项（第三项）之和，在实际应用中经常忽略大角度项。于是Shuey公式可以进一步简化为（式11）2sin11PPRPG上式即简化的Shuey公式表明，在入射角小于中等角度时，纵波反射系数与入射角正弦的平方成线性关系。其中（式12），0002,121PRGAR式中的0R和0A参见式。式中P和G存在的这种近似关系，常用于提取零偏移距剖面和AVO属性分析。其中G称为振幅随入射角（炮检距）的变化率，它具有特殊的物理意义：1.当正反射（P0）时，如果满足G0，则振幅随炮检距的增加而增加；如果G0，则振幅随炮检距的增加而减小。2.当负反射（P0）时，如果G0，则振幅随炮检距的增加而衰减；如果G0，则振幅随炮检距的增加而增大。2.4粘弹性波AVO正演模拟如果在弹性波AVO正演中考虑到衰减的因素，则认为是粘弹性AVO正演模拟。粘弹性波正演模拟比弹性波正演模拟更接近实际地震传播过程。如果震源子波为to,则经过大地滤波（Q滤波或衰减）后的子波为震源子波与衰减因子的褶积（式13，14）(,)()13jkwtote或1(,)142jwtKwtOwedw粘弹性介质中的地震道就应是这种子波与反射系数函数r(t)褶积（式15）(,)()15stwtrt对反射系列中某一反射系数ir,可以认为反射系数所在的时间为地震波在地下传播经反射所对应的双程旅行时it，该反射系数以上的层可以得到一个等效的eiQ值和一个等效速度eiV。则该反射的记录在频率域为（未考虑透射）（式16）||exp()exp162iiiieieiwxSwrjwtWwQV傅立叶变换具有线性叠加性质，对整个地震道，则有（式17）：17iiSwSw图1流体置换操作面板3参数和使用说明3.1流体置换（图1）1)DataSelection选择井和井曲线选择井，将列出该井已有的计算需要的井曲线名：声波时差，横波时差，密度，泥质含量，孔隙度和饱和度。如果缺少其中某种曲线数据，那么本功能将不能使用。2)FluidSubstitutionParameters流体置换参数设置NumberofFilling：设定需要进行流体置换操作的曲线段数。对每一段需要分别填写下列参数：图2纵波速度，横波速度，密度与泥质含量拟合图3人工交互擦除异常数据点DepthFrom/To：当前分段的起止深度。MineralParameters：根据统计法估计得到纯砂岩的P波速度，S波速度，密度，纯泥岩的P波速度，S波速度，密度，当用户点击按钮时，就会弹出一对话框，分别对以上三种参数进行统计，如图2。如果用户发现交会图上有一些异常点，用户可以通过交互的方式擦除这些异常值点，以得到比较好的统计值。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。图5流体置换后的曲线与原始曲线对比图4模型计算曲线数据与原始曲线对比AnalysisParameters：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“AnalysisParameters”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。红颜色曲线表示根据