超压碳酸盐岩的弹性波速度研究—以河坝地区为例

The corresponding characteristics of elastic wave velocity to overpressure in carbonates and its simulation experiment are the foundamental research aspects yet remain challenges in overpressure prediction in carbonates. However, the prediction methods and origin theories of overpressures in clastics are not applicable for the study of overpressures in carbonates. In this study, we design a physical simulation experiment to investigate the corresponding characteristics of elastic wave velocity to overpressure by measuring the elastic parameters of carbonate samples under different conditions of overpressure and fluids. By comparing the elastic parameters between the overpressured carbonates and normal-pressured carbonates, the corresponding characteristics of elastic wave velocity to overpressure in carbonates can be summarized and testified. Meanwhile, the variation of elastic parameters under different fluid types demonstrating high frequency signals and low frenquency signals are recorded in order to determine the velocity corresponding characteristics to different altitude of overpressure. Then in combination with the inversion of pre-stack seismic wave elastic parameters, a geological-geophysical conceptual model of the elastic wave velocity (elastic parameters) under different overpressure strength and fluid types can be established. This research is aimed to strengthen research of elastic wave velocity in carbonates, and further provide a scientific methodology for overpressure prediction in carbonates.

碳酸盐岩弹性波速度对超压的响应及物理模拟实验研究是碳酸盐岩超压预测的难题和基础性研究问题，而有关碎屑岩超压预测与成因研究的理论和方法不适用于碳酸盐岩。本项目利用碳酸盐岩岩心样品设计不同超压和不同孔隙流体条件下开展碳酸盐岩弹性参数的物理模拟实验，观测弹性波速度对碳酸盐岩超压的响应。通过对比不同压力条件下碳酸盐岩弹性性质的差异性，验证超压对碳酸盐岩弹性波速度的影响，明确超压碳酸盐岩弹性波速度的响应机制；对比研究基于低频信号和高频信号的不同孔隙流体碳酸盐岩弹性性质的变化特征，厘定弹性波速度与不同超压的关系，结合叠前地震弹性参数反演提出不同超压和不同孔隙流体条件下碳酸盐岩弹性波速度（弹性参数）的地质-地球物理概念模型。通过本项目研究希望推进超压碳酸盐岩弹性波速度研究，为碳酸盐岩的超压预测提供科学依据。

碳酸盐岩弹性波速度对超压的响应及物理模拟实验研究是碳酸盐岩超压预测的难题和基础性问题，而有关碎屑岩超压预测与成因研究的理论和方法不适用于碳酸盐岩。本项目利用碳酸盐岩岩心样品，以川东北典型地区为实验区，开展碳酸盐岩弹性参数的物理模拟实验，分析不同压力条件下弹性波速度对碳酸盐岩超压的响应机制，厘定弹性波速度与不同超压的关系模型。基于多孔介质弹性力学理论和方法，利用岩石物理模型和弹性波速度模型求取地层条件下超压预测的岩石弹性参数，建立碳酸盐岩地层超压预测的理论模型。通过研究获得重要结论：①物理模拟实验揭示碳酸盐岩的弹性性质、有效应力与岩石骨架弹性性质对超压都具有明显的响应关系。超压发育引起孔隙体积、孔隙形状、岩石整体体积等发生变化；孔隙压力变化导致孔隙流体弹性性质变化，孔隙流体弹性性质变化引起岩石骨架弹性性质变化。岩石弹性性质变化呈现一定规律性，弹性波（纵横波）速度随孔隙压力的增大呈减小趋势；干燥岩石体积模量随有效应力增大呈增大趋势；岩石体积模量随孔隙压力增大呈减小趋势。由于孔隙度、含气性、密度、压实程度等众多因素都会影响岩石弹性波速度，无法建立直接的弹性波速度与地层压力的定量关系。②基于多孔弹性力学推导了孔隙压力—岩石弹性的理论模型。通过岩石物理模拟实验改进了理论模型，检验了模型的适用性，优选了关键弹性参数的计算模型，建立适用于致密胶结碳酸盐岩的“超压量化理论模型”（为本项目关键数据成果）。“超压量化理论模型”的关键弹性参数简化为：岩石基质体积模量、孔隙流体体积模量、岩石骨架体积模量、孔隙度、非弹性校正项、围压、构造应力附加项（详见正文）。③实现了依据钻测录井资料和地震AVO资料的碳酸盐岩地层超压预测，用实测数据进行了检验和误差分析，取得很好的应用效果。通过本项目的研究不仅为碳酸盐岩地区天然气保存条件研究提供依据，而且创新了超压预测的研究思路，提出了不同于碎屑岩超压预测的理论和技术方法。