地球物理的未来

地球物理的未来——精确描述储层岩石特性

Roger A.Young等

地球物理的未来在于岩石，情况一直都是这样。为了更好地服务于油气勘探业务，地球物理的最终目标将是地下岩石所有重要性质的一个完整而精确的再现。要达到这一理想目标，我们不仅要知道那里有油气沉积，还要知道沉积有多大，产出有多快，开发该油藏所需井的最佳数量是多少，以及钻井和生产时会遇到何种条件。

我们需要知道的重要岩石性质有以下几点：

— 岩性是什么——是储层岩石性质、非储层岩石性质还是盖层性质？ — 岩石的几何形状是什么——它们有多深，储层是在圈闭中吗？ — 储层岩石的孔隙度是多少？ — 储层岩石的渗透率是多少？ — 储层的流体类型是什么？ — 岩石中的孔隙压力是多少？

大多数情况下，这些问题的答案是包含在地震数据中的。

我们的进步是显著的。在大公司大型研究与开发预算的推动下，我们已经看到共深度点成像、三维和多分量数据采集、多种震源、地球物理工作站和办公室规模解释中心的出现。最近在深度成像、叠前偏移和三维可视化方面的进步必将促进更高级的算法和更强大计算机的研制。

数据准备

解释将永远成为地震数据处理的关键部分。为了获得可解释的数据集，我们可以考虑三级数据准备： — 第一级是普遍地产生叠加记录剖面的操作数据集（静校正、噪声抑制、时差）。该操作的目的是获得清晰可见的数据集。

— 第二级是提取在叠加（或未叠加）剖面中不能轻易辨别的各种属性。这些属性包括：希尔伯特变换（瞬时相位、频率和振幅）、λ-ρ、μ-ρ、AVO类别、近地震道和远地震道叠加、阻抗和速度。数据准备的第二级产生了使熟练解释人员能用来指导和约束解释的数据格式。

— 第三级是从地震数据中提取基本岩石特性（岩性、孔隙度、渗透率、流体类型和孔隙压力）。这一级数据是以岩石为基础的综合的关键部分；数据以这样一种方式提交是为了对所有参与发现和开发油气沉积的学科都有用。这是未来的开发将产生最大影响的领域。

早期以及正在进行的将各种第二级地震属性与基本岩石特性联系在一起的尝试一般是通过统计分析实现的。当你离开用来导出统计关系的控制点时，统计关系会变得不可靠。根据定义，确定性方法是建立在物理定律基础上的，因此应在整个数据集中都是相对不变的。这两种方法都有它们的用途，统计技术在完全确定性方法还没有开发的地方尤其有用。

以下几个例子说明了地球物理技术未来可能的发展方向。 地震岩石物理学，AVO

近十年来，地震岩石物理学已在地球物理界的某些方面进行了实践，它的影响正在增加，在这里讨论它是因为它正在演化成为以岩石为基础的综合方法的一个整体部分。

它利用测井分析对完全不同的物理岩石性质进行了测量比较，以导出对有用的基本岩石性质的估计。例如，用两种最常使用的测井方法测量电子浓度和氢原子浓度；这些值本身都不是最常使用的，但当转换成适当的单位和交会图时，就可很好地估计岩石的孔隙度和岩性。类似地，在地震岩石物理学中，为了获得基本岩石性质，要测量两个独立的参数并绘制交会图。在它的最普遍应用中，地震岩石物理可从地震数据中提取对剪切和压缩阻抗的估计并绘制交会图，以获得岩性、孔隙度和流体信息。

AVO分析是一项具有相当长历史的技术，目前这项技术正努力将地震数据与岩石性质相联系。这种确定性方法已证明在正常到中等超压的砂页岩层序中寻找油气藏方面很有效。

这项技术并不是必须要用模型驱动，但确实需要一些富有经验的解释。已尝试将这项技术应用于高超压环境和复杂岩性地区，获得了更多的有限成功。这项技术有许多假设。计算是直接的，只需要访问未叠加道集。某些扩展和定义AVO类型的建议有望拓宽这项技术的应用范围。

几年前，在传统的AVO分类中增加了第四类。这使得解释人员可以在传统AVO过去工作过的相同类型岩石分类并有意探索另一种砂岩类型。重要的是，增加一个新的类别发出的信号是，对AVO的新看法已经形成，也许几年后会增加第五个类别。

去年秋天发表了一个新的方案，总共包含了10种类别（图1）。如图所示，在这一方案中，整合砂岩是那些气和清洁岩性（页岩很少）的影响相同的岩石——它们都移向西南方。在不整合砂岩中，气具有同样的影响——使砂岩移向西南方，但清洁岩性却指向东北方。传统的AVO类别为1、2、3类，它们的性质是众所周

图1 AVO类型的新分类是AVO梯度（G）和振幅大小（P）的函数。P和Ｇ都是无量纲的，其值按相同的比例放大。

知的。类型1和2经常在超压砂岩中发现，在含气的地方，它们变得很整合。类型4和5通常对应于浅层砂岩并可能意味着水流动的危险。在其它环境中，这些类型可能对应于煤层。

随着工作取得进展，其它关系也将被揭示。对新方案的分歧仅仅是了解的开始。但很显然，不同的岩石类型占有不同的类别。

根据地震数据探测页岩/非页岩边界的算法已取得很大进展，而地震岩石物理学在岩性预测方面的应用显示了一些很有希望的结果。该新方法的功能显示在图2中。新方法的许多动人之处并不是它提供了一种直接油气指示，而是它能提取地震数据中已经包含的信息并把它们转变成对所有学科都很容易理解的形式——以岩石为基础的综合。

预测

图2 地震岩石物理分析与AVO分析结合在一起产生了基本岩石性质，包括该例子中怀俄明绿河盆地的煤层分布。地震岩石物理（左）最初与孔隙度估计（中）一起提供了页岩和非页岩的双岩性解释。

孔隙压力预测是正在产生提取信息新方法的另一个领域。该方法的基础是经验观察，相对于正常压力的页岩来说，超压的产生通常伴随着超压页岩声速度的

降低。在历史上，该方法曾用来计算速度场，通常是根据叠加或时差速度进行转换，并将它与根据正常压实页岩预测的速度场进行比较。更多的改进来自更好的速度拾取、对矩心效应的更好了解和计算、以及对正常压实含义的更好了解。

图3 以岩石为基础的综合方法应用于一个典型的钻井问题

仍然没有被普遍重视的是，剖面中砂的存在也具有加速时差速度的效应，这可能对超压页岩的慢速产生掩蔽。矩心的概念似乎是众所周知的，但用于处理它们的好的技术只是最近才得以应用，这是通过将岩性预测（使用地震岩石物理学）与孔隙压力预测结合在一起来实现的。

图3显示了矩心概念和了解超压砂岩几何形状的重要性。图中说明了以岩石

为基础的综合方法是如何应用于典型钻井问题的。通过地震岩石物理学识别出了一个陡倾角砂层。建议在砂层的上倾边缘打一口探井。用描述的技术之一根据地震数据计算了页岩孔隙压力，而井眼与砂层预计相遇之处的页岩孔隙压力预计为13ppg。如果砂岩的矩心压力回到砂岩底部附近的最大页岩孔隙压力（13.6ppg，一个较高但保守的数字），那么通过计算到砂岩顶部的气梯度，就可以计算矩心效应。在图3所示的例子中，司钻应防备2ppg的井涌。

孔隙压力预测的突变预示着将出现一种以有效应力与频率传送置信度之间的关系为基础的独立技术。孔隙压力的增加与有效应力的减少与高频传输的损失有关。通过量化这种关系，就可获得对孔隙压力的两种不同的估计（以频率为基础和以速度为基础），并可进行更高精度的比较。当我们了解了差异在何时和何处发生时，每项技术的可靠性就将得到提高。

地球物理的未来

如果地球物理的长远未来在于岩石，那么通向未来的桥梁就是以岩石为基础的综合。地震数据是唯一的，它们可提供全三维的数据体，不仅能够产生有价值的信息，而且还能提供与这些信息关联的框架。

在地质学家谈论岩相的地方，岩石物理学家谈论的是孔隙度，而工程师想知道渗透率，只提供阻抗的岩石物理方案确实不能提供真正有价值的信息或真正有用的框架。

地震岩石物理学是一门相对较新的学科，目的在于获得地震数据以外的有关岩石物理类型的信息。但更重要的是，地震岩石物理的具体目的应是从地震数据中获得像岩性、孔隙度和流体成分这样的信息，并且不考虑对油藏工程师和地质学家没有帮助的特性，如λ-ρ或阻抗。

地球物理的未来是明确的，它就在岩石中。测井分析提供了有用的类比，测井分析史告诉我们，像岩性、孔隙度和流体成分这样有用的岩石性质可从一系列测量中获得。地震和地震岩石物理的未来在于把地震数据转变成像岩性、孔隙度和流体这类性质的创新方法——这是以岩石为基础的综合方法的关键元素，并且是通向地球物理未来的桥梁。