油氣勘探中的地震波速度影響因素分析

韓慶利

(大慶油田鉆探工程公司地球物理勘探一公司2284隊(duì),黑龍江大慶 163000)

油氣勘探中的地震波速度影響因素分析

韓慶利

(大慶油田鉆探工程公司地球物理勘探一公司2284隊(duì),黑龍江大慶 163000)

在油氣的勘探過程中，地震波在地層的傳播速度是一個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)于研究地下地質(zhì)的構(gòu)成有著很重要的意義。本文主要是分析了地震波速度的影響因素，包括巖石彈性常數(shù)、巖性、密度、構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代、埋藏深度、孔隙度和含水性。然后探討速度場(chǎng)的建立以及在對(duì)巖性解釋中的應(yīng)用，以此來尋求更為合理準(zhǔn)確的勘探方式。

油氣勘探 地震波 速度

地震波在地層中的傳播速度是油氣勘探過程中一個(gè)很重要的參數(shù)，如在研究地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)時(shí)，基本公式為H=V*t/2(H是界面深度，V是地震波的傳播速度，t是雙程旅行時(shí))，但很難精確測(cè)定速度的數(shù)值。

嚴(yán)格來說，在同一巖層中的各個(gè)不同部分或沿不同方向，地震波的傳播速度是不同的。但在現(xiàn)實(shí)中不可能達(dá)到這種精度，只能對(duì)極其復(fù)雜的實(shí)際情況作簡(jiǎn)化，建立各種簡(jiǎn)化介質(zhì)模型，并使用不同概念的速度。目前在石油地震勘探中主要利用縱波，因此以下談到的波速都是特指縱波速度。

1 地震波速度的影響因素

地震波速度的影響因素主要有巖石彈性常數(shù)、巖性、密度、構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代、埋藏深度、孔隙度和含水性。

1.1 與巖石彈性常數(shù)的關(guān)系

泊松比v的值在大多數(shù)情況下約等于0．25，只有在最為疏松的巖石中v≈0.5。楊氏模量E的大小和巖石的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著巖石密度的增加，E比p增加的級(jí)次高。所以當(dāng)巖石密度增加時(shí)，地震波的速度不是減少反而是增加。

1.2 與巖性的關(guān)系

大多數(shù)火成巖和變質(zhì)巖只有很少孔隙或沒有孔隙，地震波速度主要取決于構(gòu)成這些巖石的礦物本身的彈性性質(zhì)。沉積巖中的巖石速度密切地依賴于孔隙率和充滿于孔隙中的物質(zhì)。

1.3 與密度的關(guān)系

沉積巖中的波速與巖石密度有密切關(guān)系?？捎眉拥录{公式表示。ρ=0.31*V1/4。密度單位為g／cm3，速度單位為m／s。

1.4 與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系

同樣深度、成分相似的巖石，當(dāng)?shù)刭|(zhì)年代不同時(shí)，波速也不同，年老的巖石比年青的巖石具有較高的速度。在強(qiáng)烈褶皺地區(qū)，經(jīng)常觀察到速度的增大，而在隆起的構(gòu)造頂部，則發(fā)現(xiàn)速度減低。一般來說，地震波在巖石中的傳播速度隨地質(zhì)過程中的構(gòu)造作用力的增強(qiáng)而增大。速度隨壓力的增加而增加，壓力的方向不同，地震波沿不同方向傳播的速度也不同。

1.5 與埋藏深度的關(guān)系

在巖石性質(zhì)和地質(zhì)年代相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大。一般地說，在淺處速度梯度較大I深度增加時(shí)，梯度減小。根據(jù)地層的埋藏深度z和電阻率R計(jì)算波速的經(jīng)驗(yàn)公式表示如下：

V=2×103(z×R)1/6

1.6 與孔隙度和含水性的關(guān)系

關(guān)于液體速度，顆粒速度與孔隙率之問的時(shí)問平均方程：

V是地震波在巖石中的實(shí)際速度；Vf是波在孔隙流體中的速度；Vr是巖石基質(zhì)的速度；ψ是巖石的孔隙率。此公式使用條件是巖層孔隙中只有油、氣或水一種流體，并且流體壓力與巖石壓力相等。在此基礎(chǔ)上得到的百靈公式經(jīng)過多方測(cè)試，在運(yùn)用圣百靈公式估算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差較小。

式中，SW為水飽和度；Vm為除泥巖外的固相綜合速度，在碎屑巖中為砂質(zhì)速度Vab，碳酸鹽巖中為灰質(zhì)及白云質(zhì)速度Vc、VD或其綜合速度；VCH為烴類速度，可以是油速Vo或氣速Vg或其綜合速度；Vab、Vw，分別為巖石中泥質(zhì)及孔隙水速度。這個(gè)公式考慮到了骨架成分、泥質(zhì)含量、孔隙率、流體成分、飽和度以及溫度、壓力、地下水含鹽度等對(duì)穿過該油氣層的地震波速度的影響。

2 應(yīng)用地震速度在油氣勘探中進(jìn)行巖性解釋

目前國內(nèi)外速度場(chǎng)研究可歸納為兩種方法：第一種是基于Dix公式的方法，主要包括平均速度法、層速度法和地震層位控制法，適用于地層傾角較小的地區(qū)。第二種是基于射線追蹤的方法，主要有模型迭代法，射線追蹤相干反演法等，適用于各種地層傾角，精度較高且速度點(diǎn)歸位準(zhǔn)確，為識(shí)別地層巖性、確定其巖性變化規(guī)律和構(gòu)造落實(shí)，乃至尋找地下油氣藏提供有力的手段。

在埋深相同的情況下，可以假設(shè)溫度條件、負(fù)載條件及流體的壓縮性相同或者差別很小，這樣就可以認(rèn)為地震波速度的差異主要是由巖性決定的。地震波通過不同巖性介質(zhì)的傳播速度不同，那么沉積體系域內(nèi)部巖性和巖相的橫向變化在地震層速度上應(yīng)該有所反映。速度分析為巖性解釋提供了大量的速度譜及疊加速度信息，通過一定的計(jì)算就可以轉(zhuǎn)換出地層層速度和砂巖指數(shù)。由疊加速度到層速度。要經(jīng)過傾角校正和利用DIX公式計(jì)算層速度兩個(gè)步驟的轉(zhuǎn)換。

壓實(shí)模型是純砂巖速度和純泥巖速度與埋藏深度的關(guān)系，砂泥巖壓實(shí)模型是由多個(gè)單晶砂泥巖壓實(shí)曲線綜合而來，是地震速度巖性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。在砂泥巖地層剖面中，通過巖石物理體積模型可以建立巖性指數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型，對(duì)于地下給定任意一點(diǎn)，只要給出一個(gè)層速度值，并按深度(由地震速度擬合求得)在純砂巖和純泥巖壓實(shí)模型是那個(gè)確定出相應(yīng)的深度處的純砂巖速度和純泥巖速度，就可以求出一個(gè)砂巖指數(shù)值。

地震波傳播速度參數(shù)貫穿于地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的整個(gè)過程。速度解釋是油氣勘探開發(fā)中的重要步驟，它需要地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、巖石物理學(xué)的精密結(jié)合，相互促進(jìn)認(rèn)識(shí)，相互彌補(bǔ)才能得到比較可靠的，更接近于真實(shí)情形的速度值，以更好的為油氣勘探與開發(fā)服務(wù)。

[1]劉雅寧,劉國峰,張致付.地震波傳播和成像中的多尺度計(jì)算問題[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2014.1.

[2]張帥,祝有海,劉豪,王平康,龐守吉,趙春晨.地震波形分類技術(shù)在淺水湖盆砂體預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013.5.