非均质储层孔隙结构特征及流体分布尺度与地震波速度频散关系研究

Seismic velocity dispersion is an important factor in the development of oil and gas seismic exploration theory. The mechanism of seismic velocity dispersion is complex. Many dispersion theoretical model has been established. But a universal scientific conclusion about the mechanism of seismic velocity dispersion and its key factors is not yet made. Based on the results of previous studies and our group work, The hypothesis can get is that the changes in pore fluid pressure in the low frequency is the main reasons to induce seismic velocity dispersion, and pore structure characteristics and fluid distribution scale is the decisive factors that control the fluid pressure equilibrium. This application plan to carry out the study of the relationships among pore structures, fluid movement and its distribution scale and the characteristics frequency of seismic velocity dispersion, determine the theoretical link between different pore characteristics, fluid distribution scale and velocity dispersion, establish a new dispersion theoretical model. The different with the previous work is that the pore characteristics and fluid distribution scale will be introduced into the characteristic frequency equation, the low-frequency measurement system will be firstly used to verify and theoretically analyze the seismic velocity dispersion result directly measured in the low-frequency range. By this study, a new theoretical model of seismic velocity dispersion will be established，which will greatly enhance the level of the theory of China's oil and gas exploration and development.

低频条件下地震波速度频散制约了地震油气勘探理论的发展。地震波速度频散机理复杂，前人已提出多种速度频散理论模型，但在速度频散的机理及其关键影响因素等基本问题上尚未形成普适的科学结论。根据前人及课题组前期工作，本课题假设：低频条件下孔隙流体压力变化是产生速度频散的主要原因，而岩石孔隙结构特征与流体分布尺度是控制孔隙流体压力平衡的决定性因素。课题组将开展岩石孔隙结构特征、孔隙流体运动及其分布尺度与速度频散的特征频率关系研究，确定不同孔隙特征及流体分布尺度与速度频散的理论关系，实验验证地震波速度频散的主控因素，建立广义孔隙特征及流体分布尺度参数与速度频散松弛时间理论模型。课题创新之处是将岩石孔隙结构特征及流体分布尺度引入到衰减特征频率理论模型中，并采用应力-应变实验方法直接在低频范围进行速度频散的机理分析与理论验证。本项研究将建立地震波速度频散理论新模型，有力地提升我国油气资源勘探开发的理论水平。

实际油气储层的典型特征是孔隙结构复杂，使得孔隙流体分布不均匀。地震波在这类介质中传播时，走时和振幅都将发生复杂的变化，严重制约了地震定量解释的能力与可靠性。本项研究针对非均质储层孔隙结构特征及孔隙流体分布尺度与地震波速度频散关系开展了岩石孔隙结构参数、等效介质理论方法、孔隙流体分布与地震波频散关系等基础实验与理论研究。岩心实验结果表明，孔隙半径、周长、纵横比等参数对孔隙度和渗透率的作用很弱；岩石孔隙度、纵横比对地震波速度有控制作用，孔隙平均周长及分数维对速度比无趋势性作用；椭球率孔隙结构参数与速度比存在一定相关性。低频实验结果显示，致密岩石样品地震波速度频散现象较严重，高孔隙、粒间孔为主的砂岩样品没有观测到地震速度频散现象。各向异性介质等效理论方法研究给出了多孔各向异性介质岩石物理模型，数值分析了孔隙结构与弹性参数关系，结果表明：孔隙介质中孔隙纵横比较大的椭球形孔隙对介质速度的影响并不是很大，而纵横比较小的币形孔隙对介质弹性性质影响大；基于岩心孔隙结构参数，本项研究定义了广义形状指数参数，并将其与孔隙椭球率结构参数关联，将岩心确定的孔隙结构参数引入到等效介质理论模型中。实验测试数据与孔隙形状指数参数分析表明，具有简单孔隙结构、以大孔隙为主的岩石，广义形状指数是影响地震波速度的主要因素，广义形状指数间接地反映了孔隙结构特征。通过理论计算表明：速度频散发生频带与扩散特征长度密切相关，饱水斑块的尺度决定了特征长度的大小，特征长度主要与流体分布方式以及岩石骨架性质及孔隙流体饱和状态有关。高孔隙、低广义形状指数参数的岩石，地震波速度对孔隙流体性质变化不敏感。随机斑块分布模型可定量解释流体分布尺度与地震波速度频散关系，结合地震波速度与广义形状指数关系，可根据地震波速度-孔隙结构参数-孔隙流体分布尺度关系，分析地震-测井频带范围地层速度-孔隙结构与孔隙流体关系，提高地震流体识别的有效性。