[发明专利]复杂含流体粘弹性地层建模及其地震波场数值模拟方法

说明书

本发明属于油气和地热资源地震勘探领域，涉及一种复杂地质构造的粘弹性介质建模方法，实现了复杂含流体粘弹性地层模型的建模和依赖频率的地震响应数值模拟方法。通过将岩石物理建模与地震波场模拟方法相结合，建立了适用性更好的岩石物理建模方法以及地震波场数值模拟方法，从而能够得到准确反映复杂含流体粘弹性地层的地震波场频散和衰减信息的数值模拟结果。本发明的方法可直观有效地确定复杂含流体粘弹性介质对地震波场响应的影响规律，更好地为油气和地热资源地球物理勘探提供支持。

技术领域

本发明属于常规油气、非常规油气(如页岩油气、深层致密油气)和地热资源地震勘探领域，实现了一种复杂含流体粘弹性地层模型的建模，以及复杂含流体粘弹性地层依赖频率的地震响应数值模拟方法。

背景技术

当前，能源供求关系深刻变化，我国能源资源面临一系列挑战。常规油气、非常规油气(如页岩油气、深层致密油气)和地热资源作为最重要的能源，如何实现它们的高效勘探开发一直是业界的研究热点。地震勘探是勘探地下地质资源的重要手段，其中，由于地层岩石的粘弹性以及多孔岩石中的流体引起的地震波异常特征是业界关注的重点。如岩石由于流体的侵入以及高温高压下含流体多孔岩石产生的粘弹性力学行为，或页岩压裂过程中对页岩储层的改造等，均会导致地震波场的异常表现。

实际地层是具有粘滞性的粘弹性介质，粘弹性介质的存在与地震波依赖频率的衰减和速度频散有着直接的关系，主要表现为反射波的振幅减弱、同相轴不连续、主频降低、波形的相位畸变等特征，地震衰减也降低了地震资料的分辨率。岩石物理建模和地震波场数值模拟是研究含流体粘弹性储层地震波传播特征的重要手段，用来描述地震波衰减与速度频散的岩石物理模型种类繁多，但这些模型在适用性方面均存在一定的局限性；由于地下介质的复杂多样性，常规声学波动方程也难以准确刻画粘弹性介质引起的地震波频散和衰减等异常特征。本发明通过将岩石物理建模与地震波场模拟方法相结合，建立适用性更好的岩石物理建模方法以及地震波场数值模拟方法，确定地震波频散和衰减的机理，可以更好地为油气和地热资源地球物理勘探服务。因此，本发明建立的复杂含流体粘弹性地层建模及其地震波场数值模拟方法契合国家能源战略需求，为油气资源与地热能的高效勘探开发、加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系提供支持，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用性好的、针对复杂含流体粘弹性地层建模及其地震波场数值模拟的方法，从而能够得到准确反映复杂含流体粘弹性地层的地震波场频散和衰减信息的数值模拟结果。所述方法包括以下主要步骤：

(1)依据测井资料、岩心在实际温压条件下的实验室测量结果，获得含流体岩石物理建模所需参数，主要包括：岩石的孔隙度、密度和基质体积模量、干岩石骨架的体积模量和剪切模量，流体的饱和度，并计算岩石中混合流体的等效体积模量和密度；

(2)利用上述含流体岩石物理建模所需参数，计算低频极限情况下含流体岩石的等效体积模量K₀和低频极限相速度V₀；

(3)利用含流体岩石的粘弹性频散特征参数Q_c和ω_c，建立高频极限相速度V_∞、松弛系数和粘滞系数υ的解析计算公式：

(4)建立含流体粘弹性地层的全频带相速度V(ω)解析计算公式，其中ω表示频率：

(5)获得全频带相速度、松弛系数和粘滞系数后，按以下步骤实现复杂含流体粘弹性地层的地震波场数值模拟：

①输入频率为ω_n时的震源波场S(ω_n)，ω_n＝n×dω，dω为频率采样间隔，频率采样序号n∈[0,N]，N为最大频率采样序号；Δz为深度采样间隔，深度z_i＝i·Δz，深度采样序号i∈[0,I]，I为最大深度采样序号；令