复杂各向异性介质弹性阻抗张量理论研究与应用

Orthorhombic anisotropy is one of the most common forms of anisotropy in sedimentary basin. However, the elastic impedance in this complex anisotropic system is not appropriately defined; besides, the rock physics modeling and seismic inversion for complex anisotropic media, such as shale, are still to be solved. In this project, we would study the theory of anisotropic impedance, the genesis of seismic anisotropy and its modeling, and the application of anisotropic impedance seismic exploration. In this sense, we first define the seismic elastic impedance tensor in the orthorhombic media, and analyze its properties; secondly, we study the shale core sample and log data, in order to establish accurate anisotropic rock physics models for complex anisotropic media; last but not the least, methodologies of anisotropic seismic elastic impedance would be studied, as well as the techniques of quantitatively interpretation of shale gas reservoir. This research provides the basic theory and techniques for the delineation of complex anisotropic media, it also it helps the development of seismic exploration techniques of shale gas reservoir.

虽然正交各向异性是沉积盆地中最为常见的地震各向异性形式之一，但目前这种复杂各向异性系统的弹性阻抗尚无明确的物理定义，并且针对以页岩为代表的复杂各向异性介质的岩石物理表征方法和地震反演方法也是现阶段一个国际性的难题。针对上述问题，本项目将从地震弹性阻抗张量理论、各向异性的成因和表征、应用途径这三个方面展开研究。首先，开展正交各向异性系统弹性阻抗张量的理论研究，在此基础上进行阻抗特征及敏感参数分析；其次，以地震各向异性响应最为显著的页岩作为具体研究对象，开展岩石物理实验和建模方法研究，并以此为基础建立页岩物性特征与各向异性弹性阻抗张量的关系。最后以前面两方面理论研究为基础，探索各向异性地震弹性阻抗的反演方法和针对页岩储层的定量解释方法。通过本项目的研究，为复杂各向异性介质的地震描述提供新的理论依据和技术支持，从而推动页岩气储层地震勘探技术的发展。

虽然正交各向异性是沉积盆地中最为常见的地震各向异性形式之一，但目前这种复杂各向异性系统的弹性阻抗尚无明确的物理定义，并且针对以页岩为代表的复杂各向异性介质的岩石物理表征方法和地震反演方法也是现阶段一个国际性的难题。本项目针对上述问题从以下三个方面开展研究：(1) 通过分析各向异性介质应力场与速度场之间的关系，提出了弹性阻抗张量这一概念，并推导出对应不同类型地震波的解析方程。与传统的阻抗标量不同，弹性阻抗张量并非反射地震波的一个衍生属性，它能够表示每个应力分量与速度分量间的关系，因此完备的描述了介质的力学特性。(2) 针对地震各向异性响应最为显著的页岩开展岩石物理实验研究，揭示了页岩固有地震各向异性的成因和影响因素，并以此为基础，采用模块化的设计思路，提出了可根据实际地质约束条件的变化不断完善的页岩各向异性岩石物理模型。该模型能够准确的模拟由粘土矿物颗粒的水平定向排列、干酪根的几何形态和分布、不同类型的孔隙空间、含气性等特征导致的页岩固有各向同性，因此可广泛适用于具有不同岩石特性、不同流体特性、不同储层环境、不同成熟度的页岩油气储层的描述和定量解释。(3) 结合以上两部分内容，针对具有显著TI特征的页岩油气储层提出了地震反演新方法，新方法在反演精度和解释能力等方面较经典的弹性阻抗有很大的提升，并且弥补了现有研究在各向异性介质地震反演和储层描述方面的不足。在此基础上，发展了改进的基于统计岩石物理的页岩脆性定量解释方法和页岩含油气性预测方法。研究成果在物理模型数据和多个页岩探区实际地震资料上进行了应用。本项目的研究，为复杂各向异性介质的地震描述提供新的理论依据和技术支持，从而推动页岩气储层地震勘探技术的发展。