振幅解释讲座

东方地球物理公司2005年5月了解振幅解释振幅程金箴编月目录一、前言二、基本原理（一）、岩石物理学的基本知识（二）、地震反射振幅（三）、影响地震振幅变化的其它因素三、地震解释中振幅的应用（一）、几项基础技术工作（二）、厚层反射波振幅的应用（三）、AVO技术的应用结束语东方地球物理公司2005年5月勘探地球物理面临三个大的转变•从常规的构造勘探向地层岩性油藏勘探转变•地震资料的处理、解释从叠后向叠前转变•在国际市场上面临单纯的勘探服务，向勘探、开发和生产一体化的综合油藏信息解决方案的经营服务模式转变东方地球物理公司2005年5月识别出在构造和振幅解释中什么地方是技术占上峰而偏离了科学性。什么是地震解释?目标：•识别烃类异常•确认异常的地质结构=构造解释组分=振幅解释管理上的风险要求识别出在构造和振幅解释中什么地方是技术占上峰而偏离了科学性。什么是地震解释?目标：•识别烃类异常•确认异常的地质结构=构造解释组分=振幅解释管理上的风险要求东方地球物理公司2005年5月我国未来的勘探领域大部分都比较复杂，构造解释处于重要位置但是，在西部和东部许多地区寻找地层岩性油气藏仍然是重要任务西部、东部的解释工作，无论是构造勘探或是隐蔽油气藏的勘探都涉及地震振幅信息的解释利用东方地球物理公司2005年5月东方地球物理公司2005年5月反射波振幅是地震勘探中最重要的信息之一野外作业直接记录在数字磁带上有两个参数•反射波的到达时间•反射波的振幅在处理解释过程中从这两个参数可以导出其它多种信息东方地球物理公司2005年5月地震解释中，对振幅的利用有以下方面•波的对比时利用振幅特征进行反射层位追踪对比•当地层很薄时，用振幅来估算薄层厚度•利用振幅平面分布图预测砂体的平面分布•利用反射振幅异常来检测油气、油水界面•反演计算波阻抗时，有一种方法是由反射波振幅求取界面的反射系数，由振幅出发可以得出合成速度测井曲线•AVO（或AVA）技术，即利用振幅随炮检距的变化来估算流体性质，也有人认为通过估算介质的泊松比进而推断介质的岩性东方地球物理公司2005年5月利用地震信息的技术发展历程•层速度→亮点→调谐现象→子波处理→反演→横波→VSP→Q值估算→AVO•1970年“亮点”技术作为第一个检测油气的技术进入石油界•从亮点技术派生的真振幅处理技术对利用振幅解释非常有用•地震反演技术的出现曾引起震动。在子波处理的基础上，地震记录反演将反射系数转变为波阻抗曲线东方地球物理公司2005年5月利用地震信息推断岩性技术发展历程•纵横波的联合应用提供了更多的信息•VSP的横波和纵波联合应用可得到泊松比，从而推断岩性•利用VSP资料可求出地层吸收系数Q值，为真振幅的恢复提供参数•1992年正式推出AVO（或AVA）技术，是振幅解释的新的阶段。振幅的变化包含了许多信息，可用来提取岩性和各种储集层参数，如流体成分、储集层厚度、速度、孔隙度和密度等东方地球物理公司2005年5月七十年代振幅异常七十年代的振幅异常七十年代的振幅异常东方地球物理公司2005年5月怎样才能利用好反射波振幅信息•了解岩石物理学基本知识，了解岩石物性间变换关系•了解法线入射和非法线入射条件下地震振幅的基本原理•了解采集、处理、解释各环节影响振幅的各种因素•了解岩石特性和反射振幅的关系•了解岩石物性、流体性质和AVO曲线形状的联系等•利用解释工作站手段扩大振幅视觉效果东方地球物理公司2005年5月二、基本原理（一）、岩石物理学（和分析）的基本知识（二）、地震反射振幅（三）、影响地震振幅变化的因素二、基本原理东方地球物理公司2005年5月（一）、岩石物理学的基本知识1.什么是岩石物理学2.弹性常数和弹性波动方程3.纵波速度、横波速度、密度、泊松比4.影响速度的主要因素5.建立区域、地区砂、泥岩速度和密度趋势曲线6.建立速度与密度之间的经验关系经验关系应用范围速度－－密度的转换式7.Gassman方程8.流体替代模拟小结二、基本原理东方地球物理公司2005年5月1.什么是岩石物理学“用岩石、测井资料研究岩石物理性质和它们的相互关系的科学”RobertE.Sherff的定义在储层研究领域我们关注的是地震波速度、孔隙度、渗透率、密度、地层的有效压力等岩石特性和它们之间的关系地震数据（包括振幅）直接与地下岩石物性相关联振幅解释需要知道岩石物理学中的几个基本关系（地震岩石特性和弹性常数之间既存在经验关系也存在理论关系）二、基本原理东方地球物理公司2005年5月岩石参数和地震物理量图1岩石参数和地震物理量关系示意图胜利研究院王玉梅等东方地球物理公司2005年5月应力和应变的关系－－虎克定律：应力==杨氏模量×应变应力==总力/面积==F/A纵向应变εL==ΔL/L（受压缩应力）横向应变εW==ΔW/W（受拉伸应力）切应变εSH==Δy/x==tanθ（受剪切应力）泊松比σ==εW/εL（横向应变与纵向应变的比值）2.弹性常数和弹性波动方程二、基本原理东方地球物理公司2005年5月二、基本原理三种静态应变压缩拉伸切变东方地球物理公司2005年5月定量描述一个物体强度最常用的三个弹性常数•杨氏模量==拉伸应力/拉伸应变==拉伸应力/εL==拉伸应力/ΔL/L•体积模量==围压应力/体积应变==压应力/ΔV/V(V是体积)•切变模量==切应力/切应变==切应力/εSH二、基本原理东方地球物理公司2005年5月二、基本原理应力—应变关系实验室测定应力—应变关系实验室测定应力—应变关系(实验室测定)东方地球物理公司2005年5月弹性常数是表示介质性能的物理量一共有五个弹性常数，它们是:杨氏模量（杨氏模量==拉伸应力/拉伸应变）体积模量（围压应力/体积应变）切变模量（切应力/切应变）泊松比（横向应变与纵向应变的比值）拉梅系数λ（与弹性体的热力学有关）二、基本原理东方地球物理公司2005年5月二、基本原理体积模量成分全体积模量：Ｋ＝f（Ｋf，Kma，Kdry，φ）东方地球物理公司2005年5月弹性波动方程在地震勘探中，弹性波动方程是举足轻重的。无论是纵、横波速度和弹性常数的关系，还是偏移和正、反演技术，它都是重要的基础推导弹性波动方程从牛顿第二定律开始，牛顿定律：力==质量×加速度虎克定律的力是介质的弹性产生的，如下：应力==弹性常数×应变二、基本原理东方地球物理公司2005年5月两种力列成一个方程，经过推导可得出波动方程纵波的波动方程为：ρə2θ1ə2θ▽2θ−—————==0或▽2θ−————==0λ+2μət2VP2ət2横波的波动方程为：ρə2φ1ə2φ▽2φ−————==0或▽φ2−————==0μət2VS2ət2从波动方程可解出纵、横波速度与弹性常数的关系二、基本原理东方地球物理公司2005年5月3.纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、泊松比在研究岩性和储层过程中，通常从研究纵波（P波）速度、横波（S波）速度入手速度由介质的弹性常数决定，根据波动方程可以得到纵、横波速度与体积模量、剪切模量、密度的关系式为求解速度，需知道密度。密度ρ为孔隙度φ的函数，岩石的体密度（ρ）和基质（颗粒）密度及孔隙流体密度有关由于体密度和孔隙度有关，故流体密度和含水饱和度SW有关基质密度ρma需要表达成为各种矿物密度的体平均值二、基本原理东方地球物理公司2005年5月二、基本原理3/4Ks/kmVP/s/kmVSＫ=体积模量GPa.1Gigapascal=1.45×105psiμ=剪切模量GPaρ=密度gm/cm3s/ft350，13s/km07.465.244Vs/ft000，20s/km10.62.3765.2443/440V2.65gm/cm44GPa40GPaK:S3无孔隙砂岩3/4Ks/kmVP/s/kmVSＫ=体积模量GPa.1Gigapascal=1.45×105psiμ=剪切模量GPaρ=密度gm/cm3s/ft350，13s/km07.465.244Vs/ft000，20s/km10.62.3765.2443/440V2.65gm/cm44GPa40GPaK:S3无孔隙砂岩纵波速度、横波速度与弹性常数的关系东方地球物理公司2005年5月二、基本原理体积岩石质量度密总体积孔隙空间孔隙度整个岩石的密度flma1ρma=岩石颗粒（基质）密度ρfl=孔隙流体密度WBRWHYDlfSS1式中ρHYD=烃类密度ρBR=盐水密度SW=含水饱和度－充注盐水的孔隙空间的百分比体积岩石质量度密总体积孔隙空间孔隙度整个岩石的密度flma1ρma=岩石颗粒（基质）密度ρfl=孔隙流体密度WBRWHYDlfSS1式中ρHYD=烃类密度ρBR=盐水密度SW=含水饱和度－充注盐水的孔隙空间的百分比密度和孔隙度的关系东方地球物理公司2005年5月泊松比、速度比通常用泊松比和VP/VS值来描述岩石的类别它是一种弹性常数，即在拉伸应力（或压缩应力）作用下物质的横向压缩（或增长）和纵向压缩之比实验室进行岩石挤压实验时，同样能够测量出泊松比早在1955年Koefoed就提出用P波和S波速度比来区分岩性二、基本原理东方地球物理公司2005年5月二、基本原理L/LW/W2PS2PSV/V1V/V5.02/1SP5.01VV动态L/LW/W2PS2PSV/V1V/V5.02/1SP5.01VV动态泊松比、速度比的关系东方地球物理公司2005年5月二、基本原理岩石的泊松比东方地球物理公司2005年5月VP/VS值和泊松比值区分不同岩性的重要性在一定深度,泥岩的泊松比要比砂岩的大，尤其是饱含气砂岩当深度变浅时，泥岩和砂岩的泊松比朝0.5移动当深度变深时，泥岩和砂岩有分离的趋势且有较小的泊松比值，泥岩的泊松比仍然要比砂岩的大白云岩的泊松比随深度的变化不像泥岩、砂岩的那么大二、基本原理东方地球物理公司2005年5月各向同性介质泊松比值在0.0和0.5之间岩石固结愈好泊松比愈小。风化层的泊松比可高达0.45根据经验，固结岩石的VP/VS小于2.0（泊松比小于0.333）岩石中孔隙充水时，VP/VS在1.4-2.0变化。当空隙中充气时VP/VS值可从1.3变到1.7。未固结岩石的VP/VS值可大于2.0.应变后体积等于原始体积时泊松比的值是0.5（流体）气体替代了孔隙空间中的水时，岩石的泊松比总是减小的二、基本原理东方地球物理公司2005年5月4.影响速度的主要因素为识别振幅异常，需要知道影响速度变化的环境因素包括：流体密度—未固结的碎屑岩来说，孔隙流体密度变化，能极大改变岩石速度。大于2000m深度后影响很小基质密度—较致密的岩石一般要比较轻的岩石有更高的速度。深层反射系数往由密度确定地质年代/深度—通常是次要因素含气饱和度—含一点气，速度会明显变化，＞５％后对速度影响很小孔隙度—孔隙度既改变岩石的密度也改变它的弹性模量，所以，增加孔隙度导致速度降低。胶结作用—颗粒的胶结作用一般是随着年代而增加，它降低岩石的孔隙度并增加岩石的弹性模量，从而增加岩石的速度。孔隙压力／上覆层压力—孔隙压力是岩石孔隙所含流体产生的压力。上覆岩层压力减去孔隙压力称之为有效压力。如果有效压力保持常数，则认为速度没有明显的变化。有效压力是控制速度的首要因素。泥质含量——一般情况下，当泥质含量增加时P波速度减小。二、基本原理东方地球物理公司2005年5月影响地震速度的因素定性综述影响地震速度的因素定性综述二、基本原理东方地球物理公司2005年5月5.建立区域和地区砂岩、泥岩速度和密度的趋势曲线影响速度的主要因素在不同地区有不同的变化规律。因此，为了下一步的振幅解释定量化，需要知道一个区域和地区砂岩、泥岩的速度和密