砂礫巖體跨頻段地震巖石物理響應(yīng)特征

摘 要 砂礫巖體不僅是重力流沉積的主要研究對象，在油氣勘探和水文地質(zhì)勘探領(lǐng)域同樣占據(jù)重要地位。選用東營凹陷北部陡坡帶典型砂礫巖樣品，分析其物性，測量其超聲頻段彈性波速度，依據(jù)統(tǒng)計學理論計算指示因子，尋找?guī)r性及流體敏感參數(shù)；基于超聲頻段彈性波速度反演裂隙密度和軟孔隙特征，計算砂礫巖頻散特征并與地震頻段彈性參數(shù)測量結(jié)果對比，分析跨頻段（地震頻段和超聲頻段）巖石物理響應(yīng)特征。結(jié)果表明：（1）依據(jù)敏感參數(shù)，砂礫巖與泥巖、礫巖差異明顯，但砂礫巖與砂巖之間不易區(qū)分；對于流體，砂礫巖儲層中氣和水易區(qū)分，但油和水不易區(qū)分；（2）在原位儲層壓力下，相較于砂巖、礫巖、泥巖和灰?guī)r，砂礫巖縱波速度頻散范圍更大，裂隙密度更大，相應(yīng)的閉合壓力范圍也較大；（3）頻散特征滿足“噴射流”機制，其中微裂隙縱橫比為一組分布，頻散發(fā)生的頻率范圍及幅度可作為區(qū)分油和水的敏感參數(shù)。研究成果為區(qū)分砂礫巖儲層中不同頻段地震波響應(yīng)特征及進一步識別流體類型提供了理論依據(jù)，有助于實現(xiàn)儲層與非儲層的地震精準預測。

關(guān)鍵詞 砂礫巖；儲層敏感參數(shù)；低頻巖石物理；頻散；裂隙密度

第一作者簡介 孫超，男，1988年出生，副教授，地震巖石物理、油氣地球物理，E-mail： sunchao@cumt.edu.cn

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

砂礫巖體，是指主要由粒徑大于2 mm的礫石和砂巖一并構(gòu)成的粗粒碎屑沉積體，其內(nèi)部礫巖、砂巖和泥質(zhì)雜基含量不一[1?2]，常見沖積扇、近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、深水濁積扇、滑塌濁積扇等不同成因的扇體在斷陷湖盆陡坡帶形成快速堆積、有序發(fā)育的扇體群[3?4]。作為重力流沉積的主要研究對象，砂礫巖體受到全球沉積學界的重點關(guān)注[5?7]，同時也在油氣勘探和水文地質(zhì)勘探領(lǐng)域占據(jù)重要地位[1，8?10]，尤其是準噶爾盆地瑪湖凹陷特大型礫巖油藏和渤海灣盆地渤中19-6大型整裝凝析氣田的連續(xù)發(fā)現(xiàn)，使得砂礫巖體迅速成為我國油氣資源規(guī)模增儲的接替陣地[1，11?14]。由于砂礫巖體多靠近生烴中心，常與深湖相烴源巖直接接觸或被其包裹，因而具有優(yōu)越的成藏條件[1，4，8]。然而，在構(gòu)造活動強烈、古地形起伏多變、物源近、坡度陡的沉積背景下，砂礫巖體往往表現(xiàn)出沉積動力復雜、扇體遷移疊置、巖性巖相多樣、內(nèi)部非均質(zhì)性強等突出特征，導致砂體成層性差、儲層相變快且預測風險較高[1，15?18]。另外，埋藏后的差異性流體―巖石作用過程進一步加劇了儲層孔喉結(jié)構(gòu)和油水關(guān)系的復雜性[13，19?20]。

巖石作為不同沉積、成巖過程的產(chǎn)物，其物理性質(zhì)必然攜帶不同地質(zhì)過程的地震屬性信息[13，21]。顯然，借助巖石物理實驗建立儲層巖性、物性、流體與地震屬性之間的關(guān)系，能夠有效約束地震反演，進而提高儲層預測精度[22]。在眾多屬性中，由于地震波頻散特征與流體流動密切相關(guān)而顯得極為重要。當?shù)卣鸩ń?jīng)過巖石儲層時，誘發(fā)流體流動，導致能量損耗，從而產(chǎn)生地震波頻散現(xiàn)象，稱為波致流[23?26]。Gregory[27]對孔隙度為4%～41%的巖石樣品進行了超聲縱波速度測量，發(fā)現(xiàn)在低孔隙度巖石中，流體飽和度對縱波速度的影響要比在高孔隙度巖石中更加顯著。Domenico[28]測量了鹽水飽和度對疏松含氣砂巖縱波速度的影響，發(fā)現(xiàn)在低鹽水飽和度時，速度測量值與理論值基本一致，而在高鹽水飽和度時，速度測量值與理論結(jié)果存在差異，并認為這種差異與波致流現(xiàn)象相關(guān)。Toks?z et al.[29]在實驗室中使用超聲波法測量了鹽水飽和的砂巖和灰?guī)r，發(fā)現(xiàn)存在縱波衰減，且隨著有效壓力增加，縱波衰減顯著減小。Kinget al.[30]使用超聲透射法測量了砂巖儲層樣品的縱、橫波速度，對于鹽水飽和樣品，研究發(fā)現(xiàn)實驗測量結(jié)果與Gassmann[31]預測結(jié)果不相符，孔隙尺度上的流體流動即噴射流理論可為其測量結(jié)果提供合理的解釋。Lebedev et al.[32]使用超聲波研究了飽和度對砂巖的影響，在低飽和度時的測量結(jié)果接近Gassmann-Wood（GW）邊界，而在高飽和度時，測量結(jié)果接近Gassmann-Hill（GH）邊界，在中等飽和度時位于GW和GH邊界之間，同樣認為這種現(xiàn)象由波致流現(xiàn)象引起。

實驗研究表明，頻散和衰減普遍存在，但測量頻段主要集中在超聲頻段，難以確定地震頻段相應(yīng)的頻散和衰減機制。為實施地震頻段測量，Spencer[33]首先利用應(yīng)力—應(yīng)變法在4～400 Hz 測量了水飽和砂巖的衰減，并使用應(yīng)力松弛理論解釋實驗數(shù)據(jù)。Batzle et al.[34]在地震頻段測量了砂巖速度頻散和衰減，并定義“流體流動性”控制頻散和衰減特征。Mikhaltsevitch et al.[35]對完全水飽和狀態(tài)下的低滲透砂巖開展地震頻段衰減測量，但未解釋測量結(jié)果。Subramaniyan et al.[36]測量了楓丹白露砂巖的頻散和衰減，其實驗結(jié)果表明噴射流存在。Pimienta et al.[37]在對飽和楓丹白露砂巖的寬頻帶（0.005～100 Hz，1 MHz）測量中觀察到兩個衰減峰值，并將其解釋為與噴射流和排水/不排水過渡的組合。未晛等[38]利用應(yīng)力—應(yīng)變低頻巖石物理測量裝置研究了孔隙流體對不同滲透率巖石地震波速度的影響，揭示在低飽和度下，致密砂巖在地震和超聲頻段下沒有明顯的頻散，但在高飽和度下縱波速度的頻散變得明顯。另外，針對砂巖儲層[39]和灰?guī)r儲層[40]，筆者曾分別測量了二者在地震頻段與超聲頻段的頻散和衰減特征并分析了其機理，認為流體在不同尺度的流動是引發(fā)地震波頻散和衰減的本質(zhì)原因，為使用地震波速度頻散和衰減屬性預測流體性質(zhì)提供了可能。

上述研究獲得了大量的頻散、衰減數(shù)據(jù)和重要的理論認識，有效地指導了砂巖和灰?guī)r儲層的地球物理勘探工作，但目前缺少對斷陷湖盆砂礫巖體巖石物理響應(yīng)特征的系統(tǒng)總結(jié)，其復雜的沉積特征、孔隙結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)性對地震波彈性響應(yīng)的影響在根本上限制著流體反演方法的可靠性和流體識別結(jié)果。因此，本文針對東營凹陷陡坡帶典型砂礫巖樣品開展跨頻段（地震頻段和超聲頻段）彈性參數(shù)測量與分析，通過實驗結(jié)果探究敏感彈性參數(shù)，總結(jié)頻散規(guī)律及機制，為砂礫巖儲層的巖性和烴類檢測提供巖石物理依據(jù)。

1 實驗設(shè)備與測量方法

本文測量裝置分為地震頻帶測量單元和超聲頻帶測量單元。地震頻帶測量單元的有效測量頻率范圍為1～100 Hz，設(shè)備配置與Borgomano et al.[41]研發(fā)的設(shè)備基本一致。圖1顯示了該裝置的設(shè)計圖，包括A：軸壓加載，用以加載軸向壓力；B：壓電陶瓷震源，用以激勵震源產(chǎn)生正弦信號；C：胡克腔，用以加載圍壓，可加載到60 MPa；D：加溫套，用來加載溫度，可達150 ℃；E：底座，用于調(diào)整高度；F：應(yīng)變片，用以測量巖石樣品和鋁制樣品的軸向和徑向應(yīng)變；G：超聲探頭，用以測量巖石的超聲波速度；H：參考鋁樣；I：加壓流體泵；J：惠斯通電橋，用以識別應(yīng)變片的微弱信號；K：氣瓶。

地震頻帶測量單元的工作原理為應(yīng)力—應(yīng)變法。在測量過程中，測試樣品和鋁制參考樣品被黏合在一起并沿其軸線垂直對齊，以使應(yīng)力能夠在橫向和軸向方向均勻分布。當在測試樣品上施加特定頻率的正弦應(yīng)力時，應(yīng)變片可以檢測軸向和徑向應(yīng)變，據(jù)此計算巖石模量和泊松比：

E = Eal × εal /εax （1）

v = εra /εax （2）

式中：Eal是參考鋁樣的楊氏模量，值為72 GPa。εal為參考鋁樣的軸向應(yīng)變，εax為測試樣品軸向應(yīng)變，εra為參考鋁樣的徑向應(yīng)變?；诟飨蛲约僭O(shè)，可以利用楊氏模量，泊松比和密度計算巖石樣品的縱、橫波速度，具體參考巖石物理手冊第二章相關(guān)內(nèi)容[42]。

超聲頻帶測量單元的工作原理為行波法。P波和S波探頭鑲嵌在參考鋁樣內(nèi)部（圖1，H），上部探頭激發(fā)頻率為1 MHz的信號，下部探頭接收該信號，假設(shè)樣品長度為L，對零時間為t0 （聲波經(jīng)過參考鋁樣的時間），時間為tr，則縱、橫波速度為：

VP，S =L/tr - t0（3）

2 樣品描述與物性測量

濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡帶因坡度陡、物源近、構(gòu)造活動強烈，在沙河街組三段、四段時期發(fā)育沖積扇、扇三角洲、近岸水下扇、濁積扇等多種類型的砂礫巖沉積體[2，8，15]。本次實驗共鉆取沙三段40塊巖心樣品，顆粒粒度涵蓋細礫巖、砂質(zhì)礫巖、礫質(zhì)砂巖、細砂巖等各粒級代表性樣品?？紫抖鹊臏y試結(jié)果（圖2）顯示，大部分樣品孔隙度集中在0～14%，少量樣品孔隙度大于20%，其中不同巖性孔隙度分布范圍重疊；滲透率測試結(jié)果（圖3）顯示，大部分樣品的滲透率集中在10-5～10-3 μm2，少量樣品滲透率高于10-2 μm2，不同巖性滲透率分布范圍重疊交叉且滲透率和孔隙度呈弱正相關(guān)關(guān)系。整體來看，以扇中分支水道含礫砂巖、細砂巖孔滲條件最優(yōu)，其次為扇根主水道礫巖，泥巖物性最差。

在此基礎(chǔ)上，選取21塊代表性樣品開展超聲測量，依據(jù)巖性分組：礫巖6塊，砂巖8塊，含礫砂巖5塊，泥質(zhì)砂巖1塊，灰?guī)r1塊。為揭示砂礫巖體的頻散特征，優(yōu)選出4塊典型巖石樣品進行地震頻帶測量，樣品信息為：16號砂質(zhì)礫巖（圖4a）、8號細礫巖（圖4b）、10 號細砂巖（圖4c）和13 號礫質(zhì)砂巖（圖4d）。樣品所在深度、物性參數(shù)、礦物組成和顆粒體積模量等信息如表1～3所示，顆粒體積模量K0通過Voigt-Reuss-Hill 平均法[42]計算得出。因4塊樣品的礦物組分類似（表3），對應(yīng)體積模量差異不大。從滲透率的角度分析，細砂巖和礫質(zhì)砂巖的滲透率較低，而砂質(zhì)礫巖和細礫巖的滲透率較高；從孔隙度的角度分析，礫質(zhì)砂巖和砂質(zhì)礫巖的孔隙度較高，而細砂巖和細礫巖的孔隙度較低。

3 結(jié)果與分析

3.1 超聲頻段縱、橫波速度

對21塊樣品分別飽和氣、水和油（表4）后進行超聲測量，獲得縱橫波速度（圖5）。

對于干燥樣品，縱、橫波速度特征如下：灰?guī)r具有最高的縱波速度，超過了6 560.0 m/s，而泥巖的縱波速度次之，介于5 500.0～5 700.0 m/s；礫巖和砂巖的縱波速度差異較大，分布范圍分別為3 900.0～6 400.0 m/s 和2 170.0～6 600.0 m/s。橫波速度特征類似，灰?guī)r同樣具有最高的橫波速度，超過4 050.0 m/s，而泥巖的橫波速度最低，基本介于3 260.0～3 350.0 m/s；礫巖和砂巖的橫波速度也存在較大的差異，分別為1 990.0～4 000.0 m/s和1 200.0～4 060.0 m/s。

對于飽和水的樣品，其縱、橫波速度具有以下特點：灰?guī)r的縱波速度最高，超過6 660.0 m/s，泥巖次之，速度介于5 800.0～5 890.0 m/s。礫巖、含礫砂巖和砂巖的縱波速度跨度較大，速度介于3 270.0～6 600.0 m/s。對比干燥樣品，飽和水縱波速度整體提升。另一方面，灰?guī)r的橫波速度最高，超過4 000.0 m/s，而礫巖的橫波速度介于2 000.0～4 000.0 m/s，砂巖的橫波速度介于1 200.0～3 700.0 m/s。對比干燥樣品可知，流體對橫波存在一定影響，但比對縱波的影響幅度小。

對于飽和油的樣品，其縱、橫波速度具有以下特點：灰?guī)r縱波速度最高，大于6 640.0 m/s；泥巖次之，縱波速度在5 800.0 m/s以上；礫巖的縱波速度介于4 820.0～6 640.0 m/s；砂巖的縱波速度介于3 200.0～6 500.0 m/s。從橫波速度看，灰?guī)r橫波速度同樣最高，超過4 000.0 m/s；泥巖橫波速度為3 300.0 m/s左右；礫巖橫波速度介于2 000.0～4 000.0 m/s；砂巖橫波速度介于1 200.0～4 000.0 m/s。對比飽和水樣品，飽和油與飽和水的縱波速度基本相似。

綜上，灰?guī)r的速度高于礫巖、泥質(zhì)砂巖和含礫砂巖，表明當砂巖中存在泥質(zhì)或礫石時，其非均質(zhì)性更強，速度差異也更大。

除了流體和巖性影響速度外，壓力同樣影響速度。由測量結(jié)果可知，無論是干燥還是飽和狀態(tài)，五種巖石的縱、橫波速度隨著壓力的增大而增大，總體呈現(xiàn)非線性增長，其變化率在較高壓力處小，在較低壓力處大。引起這種變化規(guī)律的原因是巖石中存在裂縫等縱橫比較小的軟（易壓縮）孔隙，其隨有效壓力增加逐漸閉合，導致巖石骨架剛度變大，進而引發(fā)相應(yīng)的縱、橫波速度以及彈性模量的增大。由于砂巖和砂礫巖具有較高的孔隙度，需要40～50 MPa的壓力才足以使得巖石中軟孔隙完全閉合，即速度壓力曲線呈現(xiàn)輕微的變緩的趨勢。相對而言，泥巖和灰?guī)r孔隙度較低，隨著壓力的變化規(guī)律并不敏感。將巖石完全飽和水或油后，砂巖的縱波速度壓力敏感性降低，其原因是可壓縮性更小的水替代了孔隙中原有的空氣，降低了巖石的整體可壓縮性（即巖石剛度提升）。

3.2 地震頻段縱、橫波速度

通過楊氏模量和泊松比計算得出16號樣品在水飽和狀態(tài)下的縱波速度和橫波速度（圖6a，b）。設(shè)備所測楊氏模量E的不確定度約為5％，泊松比的不確定度約為4％。基于這些不確定度推導出的縱波速度不確定度約為6%[40]。在1 MPa壓力下時，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，16 號樣品縱波速度從2 913.6 m/s增加到3 430.9 m/s，頻散幅度約為17%。當壓力增加到5 MPa 時，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，縱波速度從3 066.7 m/s增加到3 546.8 m/s，頻散幅度約為15.7%。當壓力增加到20 MPa時，縱波速度從3 644.8 m/s增加到3 968.8 m/s，頻散幅度約為9%。因此可以明確，隨著壓力增加，頻散幅度減小。通過表1可知，16號樣品所在深度為2 991.0 m，根據(jù)Avseth et al.[43]中提到的關(guān)于有效壓力與深度間的換算關(guān)系，當孔隙壓力為靜水壓力時，30 MPa的有效壓力能夠近似巖心所處地層的壓力條件。在30 MPa壓力下，隨著頻率從1 Hz 到1 MHz，地震波速度從3 860.0 m/s增加到4 059.0 m/s，頻散幅度降低到6%，表明在地下原位儲層中，16號樣品的頻散變低。

在水飽和狀態(tài)下，8號樣品的縱波速度和橫波速度（圖6c，d）的不確定度約為6%[40]。在1 MPa 壓力下，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，縱波速度從4 292.2 m/s增加到4 849.1 m/s，頻散幅度約為12%。當壓力增加到5 MPa 時，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，縱波速度從4 514.0 m/s增加到4 985.0 m/s，頻散幅度約為10.4%。當壓力增加到20 MPa時，縱波速度從4 928.0 m/s增加到5 125.0 m/s，頻散幅度約為4%。與16號樣品所得規(guī)律一致，隨著壓力增加，頻散幅度減小。通過表1可知，8號樣品所在深度為2 713.0 m，根據(jù)Avseth et al.[43]中提到的關(guān)于有效壓力與深度間的換算關(guān)系，當孔隙壓力為靜水壓力時，30 MPa的有效壓力能夠近似巖心所處深度地層的壓力條件。在30 MPa壓力下，隨著頻率從1 Hz增加到1 MHz，縱波速度從5 103.0 m/s增加到5 202.0 m/s，頻散幅度降低到2%，這表明在地下原位儲層壓力下，8號樣品的頻散變得很低，基本可以忽略不計。

在水飽和狀態(tài)下，10號樣品的縱波速度和橫波速度（圖6e，f）的不確定度約為6%[40]。當壓力為1 MPa時，隨著頻率從1 Hz增加到1 MHz，縱波速度從3 960.0 m/s 增加到4 369.0 m/s，頻散幅度約為10%。當壓力增加到5 MPa時，隨著頻率從1 Hz增加到1 MHz，縱波速度從4 017.0 m/s增加到4 395.0 m/s，頻散幅度約為9%。當壓力增加到20 MPa時，縱波速度從4 499.0 m/s 增加到4 646.0 m/s，頻散幅度約為3%。隨著壓力增加，頻散幅度減小。通過表1可知，10號樣品所在深度為2 822.8 m，根據(jù)Avseth et al.[43]中提到的關(guān)于有效壓力與深度間的換算關(guān)系，當孔隙壓力為靜水壓力時，30 MPa的有效壓力能夠近似巖心所處2 800.0 m深度地層的壓力條件。在30 MPa壓力下，隨著頻率從1 Hz增加到1 MHz，地震波速度從4 645.0 m/s 增加到4 723.3 m/s，頻散幅度降低到2%，這表明在地下原位儲層中，10號樣品的頻散相對較低，可以忽略不計。

在水飽和狀態(tài)下，13號樣品的縱波速度和橫波速度（圖6g，h）的不確定度約為6%[40]。在1 MPa壓力下，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，縱波速度從3 104.1 m/s增加到3 677.7 m/s，頻散幅度約為18%。當壓力增加到5 MPa 時，隨著頻率從1 Hz 增加到1 MHz，縱波速度從3 227.4 m/s增加到3 744.9 m/s，頻散幅度約為16%。當壓力增加到20 MPa時，縱波速度從3 752.1 m/s 增加到4 009.3 m/s，頻散幅度約為7%。隨著壓力增加，頻散幅度減小。通過表1可知，13號樣品所在深度為2 744.7 m，根據(jù)Avseth et al.[43]中提到的關(guān)于有效壓力與深度間的換算關(guān)系，當孔隙壓力為靜水壓力時，30 MPa的有效壓力能夠近似巖心所處2 744.7 m 深度地層的壓力條件。在30 MPa壓力下，隨著頻率從1 Hz增加到1 MHz，地震波速度從3 959.0 m/s增加到4 081.2 m/s，頻散幅度降低到3%，這表明在地下原位儲層中，13號樣品的頻散相對較低。

3.3 敏感因子計算與分析

在常規(guī)巖石物理分析中，尋找敏感參數(shù)區(qū)分巖性及流體是常用的分析手段。本文采用Dillon et al.[44]提出的統(tǒng)計學方法尋找敏感參數(shù)，即構(gòu)建指示因子區(qū)分兩組數(shù)據(jù)，從而獲得敏感屬性參數(shù)：

I = X - X'/σX′（4）

式中：I 為指示因子，X 為特定物相的特定屬性的平均值，X′為參考物相的特定屬性的平均值。σX′為參考物相的特定屬性的標準差。當I 大于2時，表明兩組物相數(shù)據(jù)的中心點距離大于參考相數(shù)據(jù)的范圍，因此兩組物相數(shù)據(jù)可以區(qū)分。在區(qū)分砂巖和礫巖時，X 為礫巖特定屬性平均值，X′為砂巖特定屬性平均值，σX′為砂巖特定屬性標準差。在區(qū)分流體時，例如水和氣，則X 為樣品飽和水屬性平均值，X′為樣品飽和氣屬性平均值，σX′為樣品飽和氣屬性標準差。以泥巖為參考相，獲得飽和氣、水和油時的礫巖、砂礫巖及砂巖的指示因子（圖7a～c）。在三種飽和狀態(tài)下，主要的敏感彈性參數(shù)為ρ，K，λ，λρ，λΦ。對比砂礫巖、礫巖及砂巖的指示因子可知，砂礫巖與泥巖的區(qū)分度最大。圖7d為油飽和樣品在選取λΦ 和K 作為敏感參數(shù)時的交會圖，可見砂礫巖確實較砂巖和礫巖與泥巖區(qū)分度更好。此外，在敏感參數(shù)選取λΦ 和K時，砂礫巖的指示因子大約是礫巖指示因子的兩倍，因此，砂礫巖和礫巖可區(qū)分（圖7d黃色和青色數(shù)據(jù)點）。

以水為參考相，可計算得到砂巖、礫巖及砂礫巖的流體指示因子（圖8a～c）。綜合三種巖性，氣—水差異明顯，主要的敏感彈性參數(shù)為v，ρVp/Vs，ρv，λv。然而，油—水差異很小，沒有敏感彈性參數(shù)可以區(qū)分。選取v 和ρVp/Vs 作為敏感參數(shù)時的交會圖（圖8d）分析砂礫巖儲層，可見氣—水可明顯區(qū)分，但油—水無法區(qū)分。

綜合上述敏感因子分析可知：從巖性上看，砂礫巖與其他巖性較容易區(qū)分；從流體上看，砂巖、礫巖及砂礫巖中飽和流體為水—氣和油—氣容易區(qū)分，但油—水之間不易區(qū)分。

3.4 裂隙密度反演與分析

參照鄧繼新等[45]的研究認識，利用超聲頻帶縱、橫波速度計算表1中各樣品的裂隙密度：

式中：Kh，vh和Gh是巖石骨架無微裂隙體積模量，泊松比和剪切模量，可通過縱、橫波速度高壓極限測量結(jié)果獲得，ε 是裂隙密度。Kd和Gd是由縱、橫波計算所得干燥樣品體積模量和剪切模量。圖9是裂隙密度隨壓力的演化結(jié)果：在1 MPa壓力下，砂質(zhì)礫巖（圖9a）和礫質(zhì)砂巖（圖9d）裂隙密度約為0.9，而砂巖（圖9c）和礫巖（圖9b）的裂隙密度約為0.2；隨著壓力增加，所有樣品的裂隙密度均降低。上述四塊樣品所在的深度為2 700.0～2 900.0 m，根據(jù)Avseth et al.[43]中提到的關(guān)于有效壓力與深度間的換算關(guān)系，當孔隙壓力為靜水壓力時，20～30 MPa的有效壓力能夠近似巖心所處深度地層的壓力條件。因此，對于砂礫巖（圖9a，d）而言，原位壓力裂隙密度約0.2，而礫巖（圖9b）和砂巖（圖9c）的原位壓力裂隙密度約0.04，是砂礫巖裂隙密度的1/5。

參照Duan et al.[46]和Sun et al.[47]的研究，基于裂隙密度，可計算巖石中未閉合軟孔隙的最小初始縱橫比：

式中：εp為特定壓力的裂隙密度。Kd（εp）為特定壓力情況含氣體積模量，可通過特定壓力的縱、橫波速度（圖6）計算。ε0和εp分別為壓力為0和p 時的裂隙密度。則樣品中軟孔隙的縱橫比值隨壓力的變化關(guān)系為：

通過裂隙密度和裂隙縱橫比計算軟孔隙度Φc為：

軟孔隙隨縱橫比分布的演化關(guān)系（圖10）表明：在1 MPa壓力下，砂礫巖（圖10a，d）樣品中裂隙縱橫比分布的最大值為2.2×10-3，而砂巖（圖10c）和礫巖（圖10d）的裂隙縱橫比分布的最大值為1.2×10-3。隨著壓力增加，裂隙縱橫比分布范圍逐漸減小，這是因為壓力增加使小縱橫比的裂隙閉合，同時使大縱橫比的微裂隙縱橫比變小。當壓力達到儲層原位壓力時（20～30 MPa），砂礫巖的縱橫比分布的最大值為1.2×10-3，砂巖和礫巖的縱橫比分布的最大值為0.6×10-3，與此同時，軟孔隙度變少，但砂礫巖的軟孔隙度約為細礫巖和細砂巖軟孔隙度的10倍。

裂隙密度及縱橫比與巖石的頻散特征密切相關(guān)[48?49]，參照鄧繼新等[45]計算速度的方法，可計算表1中樣品飽和水時縱、橫波速度的頻散特征（圖6，實線）。該預測結(jié)果與實驗結(jié)果完美匹配，表明砂礫巖體頻散特征滿足“噴射流”機制?；趪娚淞骼碚?，相對于水，油的高黏度使流體交換需要更多的時間來達到平衡，特征頻率向低頻移動，降低頻散出現(xiàn)頻率范圍，從而使地震頻帶的頻散范圍增大；反之，可以利用頻散范圍區(qū)分油和水，從而解決傳統(tǒng)敏感參數(shù)無法區(qū)分油水的問題。圖6中的加號為20 MPa下飽和油樣品的速度，可以看到，與上文分析一致，頻散發(fā)生的頻率范圍更低，頻散幅度更大。

壓力增加將導致裂隙密度（圖9）減小，進而改變速度頻散特征。因此，探究儲層壓力下巖石樣品的裂隙密度及其對應(yīng)的頻散特征十分必要。不同巖性下速度頻散范圍（圖11a，b）、裂隙密度（圖11c）及裂隙閉合壓力（圖11d）之間的關(guān)系顯示：砂礫巖縱波速度頻散最大，最大值為16%，砂巖次之，最高值為12%，礫巖更小，最大值為10%，泥灰?guī)r最小，最大值為4%；各巖性橫波速度頻散范圍均小于5%，其中砂礫巖橫波頻散范圍偏大，泥灰?guī)r頻散最小，幾乎可以忽略；砂礫巖體裂隙密度最大，砂巖次之，礫巖和泥灰?guī)r裂隙密度較?。簧暗[巖微裂隙閉合壓力介于40～45 MPa，砂巖的閉合壓力介于20～40 MPa，泥灰?guī)r需要的壓力最小，介于6～10 MPa。

總體而言，砂礫巖裂隙發(fā)育，其速度頻散特征與泥灰?guī)r存在明顯差異且具有流體敏感性。因此，傳統(tǒng)流體反演方法，如常用的Gassmann流體項反演方法[49]等，均需要考慮頻率的影響才可對砂礫巖儲層內(nèi)部流體進行有效識別和區(qū)分。研究中尚未考慮砂礫巖儲層的強非均質(zhì)性，其導致的強各向異性對于地震波彈性響應(yīng)的影響同樣值得深入探究。此外，由于噴射流機制對應(yīng)的特征頻率出現(xiàn)在較高頻段，而在103～106 Hz之間缺少相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)與預測結(jié)果進行比對，后續(xù)研究工作還需在高頻段為其尋找更加有力的證據(jù)。

4 結(jié)論

（1） 超聲頻帶測量結(jié)果表明，區(qū)分砂礫巖與泥灰?guī)r的主要敏感彈性參數(shù)（優(yōu)選屬性）為ρ，K，λ，λρ，λΦ，區(qū)分氣—水的主要敏感彈性參數(shù)為v，ρVp/Vs，ρv，λv，無敏感參數(shù)可區(qū)分油—水。

（2） 地震頻帶測量結(jié)果表明，儲層壓力下砂礫巖縱、橫波速度頻散較泥、灰?guī)r更強，反演所得裂隙密度更大。

（3） 聯(lián)合超聲和地震頻帶縱、橫波速度測量結(jié)果，確定了砂礫巖中的重要頻散物理機制為噴射流機制，預測其頻散特征的裂隙縱橫比為一組分布?；趪娚淞骼碚?，飽和油和水的巖石樣品的頻散所在的頻帶不同，因此可作為區(qū)分油—水的敏感參數(shù)。

致謝 感謝中石化勝利油田分公司物探研究院提供的砂礫巖樣品，感謝審稿專家提出的寶貴修改意見。

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