基于Spanos耦合方程的致密油气储层AVO/AVA响应特征分析方法

AVO/AVA is a technology of using information of variation of amplitude versus offset/angle of incidence to investigate the lithology of subsurface media and detection of oil and gas in the field of seismic exploration. How to utilize the AVO/AVA effects in complicated oil and gas reservoir is one of the difficult and hot spots in the field of oil and gas exploration. This program will simplify “Spanos’ equation” to obtain the P and S wave equations described the features of the waves in tight oil and gas reservoir, and investigate AVO/AVA effects based on the obtained P and S wave equations for the key scientific problems that how to simplify the“Spanos’ equation” based on the main characteristics of the reservoir and how to approximate the reflection coefficient formula in order to apply them to predict lithology of rocks and infer the characterized parameters of oil and gas reservoir. In other words, we’ll derive the basic AVO/AVA equations included the reflection coefficients and their approximations, establish the relationship between the elastic parameters in P and S wave equations and characteristic parameters of oil and gas reservoir, and relate AVO/AVA attributes to the lithology of the rocks and fluid properties in hydrocarbon reservoirs..The research work mentioned above will promote the AVO technology and provide the potential theory and method for the problems of lithology prediction of reservoir and detection of fluids in tight oil and gas reservoir.

AVO/AVA分析是一项利用振幅随偏移距或入射角变化的信息研究介质岩性、检测油气的地震勘探技术。复杂油气储层介质中如何利用AVO/AVA效应是油气勘探领域研究的难点和热点之一。本研究针对“如何抓住待分析问题的主要因素，对Spanos方程进行简化，得到能描述致密油气介质中波传播规律的控制方程？如何对反射系数进行近似，使其能用于储层岩性、物性以及储集特征参数反演？”这一科学问题，拟简化“Spanos方程”得到一种描述复杂油气储层介质中P波、S波传播规律的控制方程，以此为理论基础，研究储层的AVO/AVA响应。基于所得P波、S波方程推导反射系数公式及其近似式；给出该波动方程中弹性参数与油气储层储集特征参数之间的关系以及AVO/AVA响应与储层岩性、流体性质之间的关系。本研究将推动AVO技术的发展，为解决复杂油气介质（如：致密油气储层）中储层岩性预测、含油气性检测等方面的问题提供可能的理论与方法。

AVO/AVA分析是一项利用振幅随偏移距或入射角变化的信息研究介质岩性、检测油气的地震勘探技术。复杂油气储层介质中如何利用AVO/AVA效应是油气勘探领域研究的难点和热点之一。本研究针对“如何抓住待分析问题的主要因素，对Spanos方程进行简化，得到能描述致密油气介质中波传播规律的控制方程？如何对反射系数进行近似，使其能用于储层岩性、物性以及储集特征参数反演？”这一科学问题，拟简化“Spanos方程”得到一种描述复杂油气储层介质中P波、S波传播规律的控制方程，以此为理论基础，研究储层的AVO/AVA响应。本项目首先研究了所得波动方程中弹性参数与油气储层储集特征参数之间的关系以及AVO/AVA响应与储层岩性、流体性质之间的关系。研究结果表明: P波、S波的衰减与介质的孔隙度、渗透率、流体的粘度相关，其中渗透率和流体的粘度起主导作用。分析了三种典型储层（泥岩-致密砂岩、致密砂岩-含气孔隙砂岩、含气孔隙砂岩-含油孔隙砂岩）介质界面上波的反射系数和透射系数随入射角和频率的变化规律。反射/透射系数的幅度和相位在低频变化较为明显，特别地，在气层-油层界面反射波和透射波能量在低频远大于高频能量。其次，基于所得P波、S波方程推导了波在介质界面上的反射/透射系数，并给出了具有明确物理意义的AVO/AVA近似公式（截距-梯度-曲率公式）。所得反射系数的两项和三项近似公式在35°入射角范围内具有很高的精度。基于所得P波和S波方程的反射系数在低频段范围有明显的频率依赖性，不同的储层介质界面上反射系数的频率依赖性具有不同的特征。最后将所得反射系数及其AVO/AVA响应与基于弹性波理论、孔隙弹性理论（Biot方程）的反射系数及其AVO/AVA响应进行对比研究，表明含流体储层介质中基于本研究所得的AVO响应具有明显的频率依赖性。这种频率依赖性有利于地震解释尤其是围岩和波阻抗差异小的储层界面，为解决复杂油气介质（如：致密油气储层）中储层岩性预测、含油气性检测等方面的问题提供可能的理论与方法。