地震岩石物理研究进展

地震岩石物理(Seismic Rock Physics)是研究岩石物理性质与地震响应之间关系的一门学科,旨在通过研究不同温度压力条件下岩性、孔隙度、孔隙流体等对岩石弹性性质的影响,分析地震波传播规律,建立各岩性参数、物性参数与地震速度、密度等弹性参数之间的关系.本文主要论述了半个多世纪以来,国内外地震岩石物理在岩石、流体基础研究、烃类检测等方面取得的主要进展,并分析目前国内岩石物理的研究现状、存在的问题、最新研究动向及展望.     

烃类储集层的递增可采层厚度模拟

本文在做理论地震图的过程中,系统地使用了岩石物理性质参数(如孔隙度、页岩体积、水的饱和度等).因此一维褶积模型或合成地震图提供了更多的关于烃类储集层的地震波波形信息。这种模拟技术的应用,即IPT模拟技术(递增可采层厚度模拟Incremenal Pay Thickness modeling),已经对墨西哥湾几种近海地震响应振幅异常提供了有价值的解释。通过在积分中引入岩石物性,地震波形响应和预期的烃类可采层厚度的比较结果已经推广到用于包括对总可采层厚度、可采层有效曝度、可采层有效孔隙地层厚度和含烃量等的估计。对这些一维合成数据很容易进行二维显示,二维显示常常表现出合成数据与真实的地震资料之间的非正常波形关系。异常的观测波形响应包括复调谐曲线;甚至在不能分辨的薄储集层中的特征等时线测量结果;以及烃-流体界面的在地震波形中引起的极值变化。尽管IPT模拟的例子给出了对烃类储集层的地震响应的可变性和不唯一性,但如果恰当选择相对于可采层厚度的振幅-等时线IPT模拟即对应于总可采层厚度、可采层有效厚度、可采层有效孔隙地层厚度或含烃量的波峰、波谷和平均振幅,则它们常常显示出地震资料对可采层厚度有良好预测性。     

深部流体及有机-无机相互作用下油气形成的基本内涵

含油气盆地作为地球系统中相对稳定的克拉通块体,从早期烃源岩发育环境、油气形成、储层溶蚀改造到油气聚集或者破坏都受到地球系统演化的影响.深部流体作为联系盆地内、外因素的纽带,以有机-无机相互作用的方式贯穿了油气形成和聚集的全过程.深部流体携带的营养物质促进了成烃生物的勃发和碳氢源的额外补充,有利于优质烃源岩的发育和提高烃源岩生烃潜力,其携带的能量促进了烃源岩早熟和高成熟烃源活化加氢生烃.深部富CO_2流体对碳酸盐岩、碎屑岩储层的溶蚀改造,改善了深层储集体空间,使得油气储集空间向更深延伸.深部超临界CO_2对深层滞留原油的萃取和泥页岩中CH_4的驱替,提高了深层和致密储层中烃类流动性.同时,深部流体携带的物质(C、H、催化物质)和能量不仅能够促使费托合成无机CH_4,促使有机质热演化生烃形成"热液石油",而且也能使得有机来源的原油发生热蚀变.因此,从地球层圈相互作用的视角看,深部流体不仅对沉积盆地输入了大量的外源C和H,改善了油气赋存空间,而且也提高了油气富集聚集效率.     

烃源岩非均质性与异常高压形成机制

通过大量烃源岩光片显微荧光观察,发现烃源岩因有机质含量及其与无机矿物之间的赋存关系不同,在演化过程中可形成两种不同润湿性质微层,即油润湿微层和水润湿微层.烃源岩中油润湿微层和水润湿微层交互分布并相互交错,使内部形成了多个不同润湿性质的空间;不同润湿性质空间强大的毛细管力阻碍了流体的相互流动,形成了近乎独立的封闭流体系统.空间所承受作用力为全部上覆地层压力,这种不同流体空间的封闭性承压使其内部呈现高压状态.烃源岩中多个封闭流体空间相互叠置,形成了烃源岩异常高压层.因此有机质的含量及赋存状态是决定异常高压形成的内在因素,烃源岩演化过程不同润湿性微层形成、分布及演化决定了异常高压的强度、范围等.     

鄂尔多斯盆地致密油储层启动压力梯度对比分析

为探讨非常规致密砂岩油藏储层启动压力梯度问题,以鄂尔多斯盆地HQ、HS地区长6、长8储层为研究对象,开展启动压力实验,对比分析不同储层的启动压力梯度.研究表明,单相水状态水相、束缚水状态油相,均具有随渗透率降低,拟启动压力梯度、真实启动压力梯度升高的趋势.当渗透率低于0.3×10-3 μm2,拟启动压力梯度、真实启动压力梯度均随渗透率降低而快速升高.饱和油束缚水状态油相拟启动压力梯度、真实启动压力梯度高于单相水状态水相的拟启动压力梯度、真实启动压力梯度.HQ地区水相、油相的拟启动压力梯度、真实启动压力梯度低于HS地区;长8储层水相、油相的拟启动压力梯度、真实启动压力梯度低于长6储层.研究区储层,水相、油相拟启动压力梯度、真实启动压力梯度由小到大的顺序为HQ地区长8储层、HS地区长8储层、HQ地区长6储层、HS地区长6储层.不同维度对比分析得出的启动压力梯度,对于鄂尔多斯盆地致密油开发具有指导意义,对于其他地区致密油的有效动用仍具有借鉴和示范意义.     

铀在Ⅲ型烃源岩生烃演化中作用的实验研究

有机-无机相互作用在矿产资源形成中存在普遍、意义重要,有机油气煤和无机铀同盆共存、富集成藏(矿)的深层原因即为有机-无机相互作用.本文在Ⅲ型低熟烃源岩中加入碳酸铀酰溶液的条件下进行生烃热模拟实验,以探讨油气生成过程中无机铀所产生的影响.生烃实验结果揭示,铀的参与,可使烃源岩中烃气产出率有所提高,总气量增加,产出的总烃量(重量或体积)增加;并可降低烃源岩生烃门限温度,在相对较低温阶段生成液态烃.铀可使产物中饱和烃增多,促使低分子量烃类产生,从而使CH4的产出量提高,生成的烃类的干气化程度增加.铀可能是未熟-低熟油气生成可能的无机促进因素之一.     

岩石物理分析技术在储层预测中的应用

岩石物性分析是储层描述的基础工作,通过研究岩石的物性参数,建立岩石的体积模型.根据Gassmann理论,求取地层在含有不同流体时的密度、剪切模量、体积模量,通过分析测井曲线重构,完成测井曲线的环境校正,计算出测井的横波曲线.通过计算改善地震与测井之间1相关性,提高测井约束反演的质量和对油气的识别能力.     

岩浆热场对油气成藏的影响

在油气勘探领域,沉积岩一直是研究的热点和焦点,对火成岩国内外均较少涉及且普遍认为它对油气的生成和聚集成藏有破坏作用.随着研究的进展,人们发现,岩浆侵入和喷出活动对油气成藏具有重要的作用,而且,岩浆岩本身还可能是很好的油气储层.研究表明,由岩浆侵入和喷出带来的热所形成的热场(岩浆热场)与油气成藏的关系几乎是全方位的,它几乎参与了油气生成、演化的全过程,既有有利于油气成藏的积极的一面,也有破坏油气成藏的消极的一面.大体表现在下述5个方面:(1)岩浆热场不仅可以造成围岩的变质和变形,其所带来的大量热和流体对油气的生成、运移、聚集以及油气藏的形成与保存有明显影响.(2)岩浆热场提高了有机质的热演化程度,使生油门限变浅,使烃源岩达到高成熟或过成熟,使烃源岩中残余有机质丰度降低.岩浆热场提高了盆地的地温梯度,使原本成熟度低的烃源岩达到生油窗的温度范围,促进生烃作用进程,加速烃源岩的热成熟,并为油气运移和聚集提供了运移通道、储集空间、封盖遮挡条件和圈闭构造,有利于油气的运移、聚集和成藏.岩浆热场带来的流体主要是由多元组分构成的超临界流体,其上升、对流、循环可使热场范围内的物质与能量发生调整和再分配.在流体上升过程中,可萃取、富集沉积物中的分散有机质,对生烃产生显著的加氢作用,从而为油气的形成补充物源.流体还能与围岩储层发生反应,改善储层的孔渗条件,有利于油气的聚集成藏,抑制烃类的热裂解.(3)岩浆热场还与非常规油气(页岩气、天然气水合物、煤层气等)有关.岩浆热场的作用主要是使泥页岩成熟度提高,岩浆侵入造成的构造压力使泥页岩产生大量裂缝,提高了泥页岩的有机孔隙度以及泥岩对页岩气的吸附力,使位于岩浆热场中的泥页岩生烃强度大、储集性好、吸附能力强,成为页岩气有利的富集区.(4)有机的煤、油、气与无机的金属相伴成矿(成藏)是最具吸引力的.油气田中常伴有各种金属元素,当含上述元素的热液与有机质相遇时,会促使有机质向烃类物质转化.有机与无机矿床(藏)时空上的密切联系,说明有机-无机质相互作用是多种能源矿产共存成藏(矿)的重要因素.有机油、气、煤所具有的吸附作用、还原环境和络合作用对无机铅锌金铜铀的沉淀、富集和成矿有利;同样,在烃类生成过程中,无机组分有时也具有催化剂的作用,也能使有机碳更多的与氢结合生成更多的烃类.(5)岩浆热场还是一把双刃剑,对油气成藏既有有利的一面,也有不利的一面.研究表明,油气大量生成和运移时期以前发生的岩浆活动对油气藏保存无不利影响,油气生成运移期或其以后的岩浆活动,则有可能对油气藏起明显的破坏作用.新形成的高温热场可能吞噬和破坏储油层及其结构,使油气向上散逸.此外,高温岩浆侵入生油层后,还会对周围生油母质及生成的油气进行烘烤使之炭化.     

面向含水层的震电效应数值模拟

为了更好地理解和解释土壤结构、多相流混合物和流体矿化度对震电测量的影响,本文基于Pride和Revil分别提出的动电耦合控制方程组,采用LAC广义反射与透射系数法对均匀、横向各向同性的多层含流体孔隙介质进行数值模拟研究.本文分别研究了包气带、不同土壤结构的地层和污染物侵入含水层等三种不同地质背景的震电信号.数值结果表明：含水饱和度剧烈变化比均匀变化能激发出更强的动电效应;按照含水饱和度划分的地层层厚与主导的地震波长一致时,震电信号振幅最大;由于S波比P波波长短,所以S波转换的磁场分辨“薄层”能力更强;Pride与Revil的理论模型在地层富含黏土且孔隙中流体部分饱和时存在差异;当土壤为三孔的形式且富含黏土矿物时,基本上不满足“薄”双电层假设条件;黏土含量越高,砂土含量越低,电场总场及界面响应振幅越大;和依照饱和度划分的地层对比,震电信号不仅可以探测到含非水相液体(NAPL)地层的存在,而且分辨率远高于前者;非水相液体的密度和黏度会对震电信号产生明显影响;震电信号同样对流体矿化度变化敏感,非同震电磁信号对流体矿化度变化敏感主要体现于矿化度变化界面附近的隐失波,自由表面附近接收的震电信号无...     

基于叠前弹性阻抗反演的古近系流体识别

对于地震-地质条件十分复杂的古近系地层,Gassmann流体因子相对常规岩石物理参数通常具有更好的油气检测能力.然而,在由叠前反演结果计算流体因子的过程中往往会引入新的中间误差.为此,首先基于饱和流体多孔弹性介质理论推导了 Zoeppritz方程的Russell近似表达式,该方程将纵波反射系数表示为流体因子f、剪切模量μ以及密度ρ的函数.进而结合叠前弹性阻抗反演理论,实现了流体因子f的直接计算.该方法兼顾了弹性阻抗反演算法较强的抗噪能力和流体因子较强的油气识别能力,同时有效避免了传统叠前反演方法在间接计算流体因子过程中产生的累积误差.将该方法应用于渤海油田锦州A构造古近系油气检测,研究结果表明,流体因子f反演结果能够有效识别并清晰刻画出研究区古近系东营组强、中、弱等不同振幅对应的油气层.研究成果指导该区井位部署并得到钻探结果证实,为渤海油田古近系油气勘探开发提供了有力的技术支撑.     

中国海相碳酸盐岩层系油气形成与富集规律

近年来,随着对我国海相碳酸盐岩层系油气形成与富集机理认识的深化,油气勘探不断取得新发现.塔河大油田和普光大气田的发现为我国海相碳酸盐岩层系油气形成与富集机理的深入研究提供了地质实例.由于我国海相碳酸盐岩层系发育时代老、经历构造改造期次多、烃源岩差异性热演化、礁滩相复合体与风化壳岩溶储集体等多样性储层发育、盖层发育不均一（特别是膏盐岩）和后期油气藏多期改造与调整等因素,使得我国海相碳酸盐岩层系油气形成具有以下几方面特征：1）发育于斜坡带的海相优质烃源岩多以硅质或钙质伴生的泥岩或灰泥岩为主,有机质含量高,生烃潜力大,不同区域热演化存在差异性;2）优质储层的形成主要受原始沉积环境和后期成岩改造作用（包括成岩、构造和流体）控制,斜坡带、不整合面、断裂带附近和流体活动区域优质储层发育;3）优质盖层,特别是膏盐岩盖层,是海相碳酸盐岩层系大中型油气田形成的关键,大型天然气田盖层多以膏盐岩为主.基于我国海相碳酸盐岩层系形成时间早和多期构造运动的叠加与改造,油气富集区域主要集中在斜坡带和构造活动枢纽部位,因为斜坡带生储盖组合配置良好,不仅发育优质烃源岩,而且储层多以礁滩复合体为主,盖层样式多;构造活动枢纽部位因长期处于油气运移有利部位和构造活动相对稳定区域,有利于油气聚集和保存.     

气烟囱的地球物理响应特征及油气勘探

本文借助于地震数据及其与之相关的属性体,研究气烟囱在地震体上烃类泄露路径、浅层气、海底麻点等异常特征与油气的密切关系.针对气烟囱对不同叠置组合地层本身的改造及由于流体迁移导致地层含气引起的地震响应异常现象进行分类:与多边形断层相关的管状,与底辟活动相关的穹窿状以及与烃源岩及下伏含气储层超压有关的网状及线状三种类型,其中第三种类型对油气聚集最为有利.针对以上三种类型开展了烃类泄露相关描述、识别及其解释等工作,并分析了气烟囱根部烃类运移供给能量及上覆地层的渗透能力决定了气烟囱规模及样式不同.在以上研究的基础上,总结了气烟囱相对应的三种成藏模式,有助于分析油气运聚成藏路径,为寻找油气藏,减小钻遇风险,成功勘探和开发提供思路.     

叠前FAGVO计算方法及应用（英文）

地下储层含烃类流体引起地震信号频率的衰减,目前对叠后地震资料的频率衰减研究较多,但是涉及叠前道集上的频率衰减研究较少。作者综合叠前AVO的计算公式及频率衰减积分计算式,对叠前部分叠加角道集的频率衰减梯度差值(Frequency Attenuation Gradient vs.Offset,简称FAGVO)的计算公式进行了推导,显示完全弹性介质的FAGVO为零,粘弹性介质的FAGVO为负值,且FAGVO的绝对值大小与介质粘度、频率变化、反射系数及高频的衰减有关。FAGVO可以消除部分影响地下岩层频率变化因素的干扰,从而突出含烃储层频率衰减梯度的异常,达到利用叠前部分叠加道集进行含烃类流体检测的目的。该方法经过二维波动方程正演模型的验证,检测效果理想,且该方法对钻井信息的依赖较小,可应用于油气地震勘探阶段,尤其是无井区的勘探,既经济又高效。     

莺歌海盆地底辟带热流体输导系统及其成因机制

莺歌海盆地底辟带热流体输导系统以垂向断裂和裂隙系统为主 .根据断裂和裂隙系统形成机制及其赋存特征 ,划分为三种类型 ,即弥散型层内流体压裂、穿刺型断裂、拱张型断裂 .这些断裂和裂隙系统的发育不仅影响到盆地温度场和压力场的变化 ,而且还影响到超压体系中烃类气体的运移 ,它构成烃类气体垂向输导的主要通道 .超压流体囊幕式突破使得这些断裂和裂隙系统呈幕式开启和封闭 ,从而构成了莺歌海盆地多源混合、多期运聚的天然气成藏模式 .     

库车坳陷克拉苏逆冲带晚期快速成藏机理

基于库车坳陷克拉苏逆冲带喀桑托开背斜带克拉1、克拉2和克拉3构造油气生、运、聚过程分析, 以及通过一系列油气藏地球化学证据表明, 烃源岩晚期快速生烃与超压流体主排放通道及其控制的天然气快速汇聚输导体系是逆冲带天然气晚期快速成藏的2个重要条件. 由于逆冲带构造叠加导致的地层重复加厚, 使得下伏烃源岩快速深埋, 在较短的2.3 Ma时间内烃源岩成熟度自1.3% Ro增加到2.5%Ro, 熟化/生烃速率达到了0.539%Ro/Ma, 表现出逆冲构造叠加作用对烃源岩生烃的显著加快效应, 以及逆冲带烃源岩在短期内可以为晚期成藏快速提供充足的气源. 该背斜带具有多种构造样式, 只有断层扩展褶皱相关断层才能形成切穿膏泥岩盖层的超压流体主排放通道, 由此导致的盐下流体低势区成为天然气快速汇聚的有利部位. 露头构造、地震剖面解释构造和自生高岭石与储层物性证据一致表明, 克拉2构造相关断裂形成的超压流体主排放通道及其天然气快速汇聚输导体系是该大型气田成藏的关键; 而克拉2构造两侧的克拉1和克拉3构造由于不具备天然气快速汇聚输导体系, 从而不利于天然气聚集成藏.     

双相介质的AVO正演模拟

岩石的孔隙度、流体饱和度等信息是影响地震波振幅随炮检距变化（AVO）的重要因素.本文在实验给定了岩石的物性参数（孔隙度及孔隙流体的不同相态）,利用Gassmann方程计算储层条件下的纵、横波速度,通过模拟不同类型的孔隙流体的地震响应,研究双相介质中流体成分的变化对地震反射波AVO的影响.     

J_3-K_1构造事件对南方海相源盖成藏要素的控制作用

烃源岩的热演化、盖层的封闭性动态演化均受构造演化控制.中国南方海相层系经历了多期构造事件的叠加改造,明确控制源盖动态演化的关键构造事件,对保存条件有效性研究具有重要意义.从南方海相层系埋藏史类型、海相烃源岩的生烃过程、盖层的封闭性演化、油气藏保存和古油藏破坏与J3-K1构造事件的关系,论述了J3-K1构造事件对南方海相源盖成藏要素的控制作用.结果表明,J3-K1期间持续沉降埋深的地区,海相烃源岩长期持续生烃,生烃结束时间相对较晚,上覆盖层封闭性不断加强,油气得以保存.J3-K1期间遭受挤压变形、褶皱冲断、抬升剥蚀的地区,形成了早抬型埋藏史类型、海相烃源岩的生烃过程在J3-K1期间终止(或中止)、盖层封闭性减弱或被剥蚀殆尽,海相油气的保存条件遭受破坏.中国南方海相油气勘探的战略选区方向为J3-K1期间持续埋深沉降的地区.     

油源断裂输导油气至多套盖层运移区预测方法及其应用

含油气盆地下生上储式生储盖油气分布明显受到油源断裂输导油气至多套盖层运移区分布的控制,基于油源断裂输导油气至多套盖层运移模式研究的基础上,通过油源断裂、多套盖层封闭区和不封闭区分布的确定,将其叠合建立了一套用于预测油源断裂输导油气至多套盖层运移区的方法,并选取渤海湾盆地南堡凹陷中浅层作为实例利用上述方法对其油源断裂输导天然气至东三段、东二段泥岩和馆三段火山岩3套盖层运移区的进行了预测,结果表明:南堡凹陷油源断裂输导天然气至东三段、东二段泥岩盖层和馆三段火山岩盖层运移区分布特征不同,输导天然气至东三段泥岩盖层运移区主要分布在凹陷的中部和东部局部地区,分布面积相对较大.油源断裂输导天然气至东二段泥岩盖层运移区主要分布在凹陷北部的东部和西部及南部的局部地区,分布面积也相对较大.油源断裂输导天然气至馆三段火山岩盖层运移区主要分布在凹陷西南局部地区,分布面积相对较小.油源断裂输导天然气穿过三套盖层运移区主要分布在凹陷东南地区和北部及西部边部地区,分布面积相对较大.与目前南堡凹陷中浅层已发现天然气分布有着很好的吻合关系,证实利用该方法用于预测油源断裂输导油气至多套盖层运移区是可行的.     

含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

地下岩石由岩石骨架和孔隙流体组成,通常流体含黏性.地震波在地下介质中传播时受岩石骨架和黏性流体的影响会呈现出复杂的变化.本文将流、固体位移和应力连续作为边界条件,推导出含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数方程;通过建立上层为饱油、下层为饱盐水的砂岩孔隙介质模型,开展反透射系数特征研究,分别分析不同频率、不同黏滞系数条件下,含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数随入射角的变化.研究表明,孔隙介质分界面上和等效介质分界面上的反透射系数分别随入射角的变化趋势基本一致,说明方程推导和数值计算的正确性;快纵波反透射系数受频率、流体黏性的影响较小,而快横波反透射系数在一定入射角范围内受频率、流体黏性的影响比较大;由于黏性孔隙流体的作用,慢纵波和慢横波的反透射系数受入射角、频率及流体黏性的影响都很大.     

罗斯海海域大地水准面异常的成因研究

本文利用数值法求解瞬时地幔对流问题以模拟大地水准面异常.利用两个较新的S波速度异常层析模型SEMUCB_WM1和TX2019slab,将其转换为密度异常作为控制方程的浮力驱动项;采取的黏度结构模型中,上下地幔的黏度比为1∶50.为了研究地幔不同结构对罗斯海海域大地水准面异常的影响,分别提取上、下地幔的密度异常正/负值,作为对流控制方程的输入项,计算相应的模拟大地水准面异常.将模拟大地水准面异常与观测值进行对比,发现罗斯海海域的大地水准面异常主要来自下地幔及上地幔的负密度(波速)异常,下地幔正密度异常对该区域大地水准面负异常也有一定的贡献.本文认为,地幔密度负异常在罗斯海海域大地水准面异常的形成中占据主导作用,地幔对流的动力学效应对该区域大地水准面异常的形成影响较弱.