生物礁模型波动方程正演模拟及其地震响应特征分析

韦柳阳 (成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059)

贾刚刚 (阿派斯油藏技术(北京)有限公司，北京 100106)

肖 为 (中海油能源发展股份有限公司钻采院，广东 湛江 524057)

生物礁模型波动方程正演模拟及其地震响应特征分析

韦柳阳 (成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059)

贾刚刚 (阿派斯油藏技术(北京)有限公司，北京 100106)

肖 为 (中海油能源发展股份有限公司钻采院，广东 湛江 524057)

为了解生物礁储层地震响应特征，建立典型的储集层模型，利用数值模拟技术模拟碳酸盐岩内部不同孔隙度条件下的地震响应特征。研究表明：①在相同孔隙度不同流体情况下地震反射波组特征差异较小，在相同流体不同孔隙度的情况下，地震反射波组特征差异较大。总体上看，孔隙度比流体对地震响应特征的影响更大，但不同流体情况下礁体底界的反射特征有一定差异。②正演模拟地震记录的叠前反演结果表明Vp/Vs(纵波速度/横波速度)、泊松比和拉梅常数对流体性质均比较敏感。③在叠前反演获得的各参数中，纵波阻抗和密度参数反演效果最好，横波阻抗和Vp/Vs参数次之。

生物礁；正演模拟；流体识别

正演数值模拟技术是研究各种地震地质条件下构造、物性和岩性等各种地质因素与地震波响应特征(运动学和动力学特征)之间关系的一门技术，是勘探地球物理学的一个重要组成部分[1]。为了便于识别生物礁储集层和检测流体，进行生物礁储集模型叠前波动方程数值模拟是一种很好的手段[2]。下面，笔者对生物礁模型波动方程正演模拟及其地震响应特征进行了研究。

1 典型生物礁储集层模型的建立

图1 楔状生物礁体模型

依据实际测井数据建立一个位于碳酸盐岩内部的典型楔状生物礁体模型(见图1)，模型分为3层，上部地层为碎屑岩(Vp=3200m/s，Vs=1428m/s，密度为2.455g/cm3，Vp、Vs分别表示纵波与横波速度)，中部地层为致密碳酸盐岩(Vp=5300m/s，Vs=2530m/s，密度为2.614g/cm3)，下部地层为碎屑岩(Vp=3630m/s，Vs=2045m/s，密度为2.444g/cm3)。楔状礁体位于碳酸盐岩内部，其最大高度为50m，最大长度为2km，呈横向对称分布。礁体内部流体性质、孔隙度大小以及弹性参数取值如表1所示。数据来源于珠江口盆地(东部)东沙隆起惠州地区和流花地区的实际测井资料。选用的子波主频为50Hz，模拟方程为粘弹性波动方程[3]，其中品质因子Qp和Qs因孔隙度大小和流体性质而异。

2 典型生物礁储集层模型正演响应特征分析

表1 不同孔隙度和流体的楔状礁体参数表

建立典型的储集层模型，利用数值模拟技术模拟碳酸盐岩内部不同孔隙度条件下的地震响应特征，识别有利的碳酸盐岩储层。针对薄层，分析调谐效应对于储层识别的影响；建立不同流体模型，利用数值模拟技术模拟不同流体的地震响应特征，寻找含油气碳酸盐岩的识别规律；通过对正演道集进行反演，检验叠前弹性反演的精度。

2.1不同孔隙度生物礁模型的地震响应特征

图2 不同孔隙度含水楔状礁体模型地震响应图

不同孔隙度含水楔状礁体模型的模拟结果如图2所示。由图2可知，孔隙度越大，碳酸盐岩内楔状礁体轮廓越清晰(反射能量变强)，楔状礁体底及下伏地层反射“下凹”现象越明显，楔状礁体左右边界的薄层调谐现象也越清晰。此外，楔状礁体顶部位置，在上覆碎屑岩与碳酸盐岩分界面上反射幅度也随着孔隙度增大而变小，这是由于礁体顶部距离上覆地层分界面太近引起干涉现象，致使礁体内部变化影响到上面反射。引起上述地震反射特征变化的原因是随着孔隙度增大，礁体的波阻抗变小，致使礁体与碳酸盐岩围岩之间的波阻抗差加大。

2.2不同流体生物礁模型的地震响应特征

图3 孔隙度为5%的不同流体楔状礁体模型地震响应图

图4 孔隙度为25%的不同流体楔状礁体模型地震响应图

不同流体、不同孔隙度楔状礁体模型的模拟结果如图3～图5所示，对比图中各种孔隙度情况下含水与含油气楔状礁体模型地震响应结果，可以发现如下特征：①在孔隙度相同的情况下，含水与含油楔状礁体地震响应差异很小，随着孔隙度的增大，含油楔状礁体地震响应比含水更突出。在低孔隙度条件下，2种流体楔状礁体地震反射几乎没有差异(见图3)。在高孔隙度条件下，由于含油楔状礁体阻抗略小于含水，致使礁体与围岩的波阻抗差加大，对于礁体底界面的反射能量有略微的增强，并且楔状礁体左右边界的薄层调谐现象也越来越清晰(见图4)。②15%孔隙度的含水和含气2种楔状礁体地震响应对比显示(见图5)，两者之间形态上差异比较小。由于含气对高频信号的强吸收作用，致使含气楔状礁体底反射同相轴变粗(或频率降低)，并且含气楔状礁体以下反射波组被严重吸收，振幅明显小于横向周围的反射。

综上所述，在相同孔隙度不同流体情况下地震反射波组特征差异较小，在相同流体不同孔隙度的情况下地震反射波组特征差异较大。整体上看，孔隙度比流体对地震响应特征的影响更大，但不同流体情况下礁体底界的反射特征有一定差异。

2.3生物礁储层流体识别的敏感参数分析

图5 孔隙度为15%的不同流体楔状礁体模型地震响应图

图6 Vp/Vs反演结果图

图7 Lambda-Rho反演结果图

对叠前波动方程正演模拟得到的叠前道集进行了叠前弹性反演，对反演结果分析，寻找对流体敏感的属性。图6所示为Vp/Vs反演结果图。从图6可以看出，含水与含油的Vp/Vs值差异比较大，含水和含油的Vp/Vs值随着孔隙度的增加均呈逐渐减小的趋势。在孔隙度差别较小的情况下，含油的Vp/Vs值比含水的Vp/Vs值更小，因而可以通过Vp/Vs值可以区分油水。但在孔隙度差别很大的情况下，不能直接通过Vp/Vs值来区分油水，因为此时不好判断是高孔隙的水还是低孔隙度的油所造成的Vp/Vs的异常变化。因此，可以将Vp/Vs值作为识别流体的参数，但是需要考虑孔隙度的影响。

图7所示为Lambda-Rho反演结果图。由图7可知，该参数对孔隙度大小和流体性质都很敏感，其中对孔隙度敏感性比对流体性质的敏感性更强(孔隙度由15%增加到25%时Lambda-Rho值有明显地减小，流体由水到油时Lambda-Rho值有一定减小)。因此，Lambda-Rho也可以作为识别流体的属性参数，但是同样需要考虑孔隙度的影响。

2.4叠前反演弹性参数的精度检验

叠前反演可以获得生物礁储层的纵波速度及阻抗、横波速度及阻抗和密度等参数，进而转换得到Vp/Vs、Lambda-Rho、Mu-Rho、拉梅常数和剪切模量等参数。图8和图9所示分别为选取某一道各参数模型与反演结果曲线对比图。可以看出，整体上反演结果都比较好，其中纵波阻抗Zp反演结果与模型之间差异最小，横波阻抗Zs模型与反演结果之间的差异要大于对应的纵波阻抗差异，密度模型和反演结果之间的差异比较小，要略好于对应的横波阻抗差异。对比Vp/Vs模型和反演结果，能够发现两者之间存在一定差异，即反演结果精度有所降低。总之，在叠前反演获得的各参数中，纵波阻抗和密度参数反演效果最好，横波阻抗和Vp/Vs参数次之。

注：Zp为纵波阻抗；Zs为横波阻抗；Density为密度；Vp/Vs为纵波速度与横波速度比；线框所示部位为生物礁储层。

图9 各种弹性参数模型与反演结果对比图(孔隙度15%，含油)

3 结 论

(1)在相同孔隙度不同流体情况下地震反射波组特征差异较小，在相同流体不同孔隙度的情况下，地震反射波组特征差异较大。总体上看，孔隙度比流体对地震响应特征的影响更大，但不同流体情况下礁体底界的反射特征有一定差异。

(2)正演模拟地震记录的叠前反演结果表明Vp/Vs、泊松比和拉梅常数对流体性质都比较敏感。

(3)叠前反演获得的各参数中，纵波阻抗和密度参数反演效果最好，横波阻抗和Vp/Vs参数次之。此外，选取合适初始模型是提高叠前反演结果精度的前提[4]。

[1]李三福,肖为,朱美娟,等.深水礁滩相储层地震模型的正演模拟及其地震响应特征分析[J].工程地球物理学报,2011,8(1):91-96.

[2]周怀来,李录明,罗省贤,等.碳酸盐岩储集层模型数值模拟与分析[J].物探化探计算技术,2011,33(1):20-24.

[3]张宝金,曹景忠,马在田，等.基于波动理论的地震波参数反演讨论[J].勘探地球物理进展,2002,25(3):42-46,78.

[4]宋洪勇,熊小军,林凯,等.碳酸盐岩生物礁储层的流体替换研究[J].长江大学学报(自科版),2010,7(1):47-50.

2013-06-13

韦柳阳(1983-)，男，硕士生，现主要从事地球物理勘探方面的研究工作。

P631.4

A

1673-1409(2013)26-0075-04

[编辑] 李启栋