地震波阻抗資料預(yù)測(cè)地層壓力

地震波阻抗資料預(yù)測(cè)地層壓力1968年，潘貝克提出利用地震層速度預(yù)測(cè)地層壓力的方法。隨著巖石物理研究的不斷深入和地震技術(shù)的不斷提高，使地震技術(shù)預(yù)測(cè)地層壓力成為可能，其精度大幅度提高。在地震壓力預(yù)測(cè)中，經(jīng)常使用的資料是地震速度譜資料和地震反演得到的地震波阻抗資料。由于地震速度譜資料在縱向上測(cè)點(diǎn)較少，不能滿足壓力精確預(yù)測(cè)的需要。反演波阻抗資料在縱向上是連續(xù)的，可用的信息較多，是壓力預(yù)測(cè)的主要基礎(chǔ)資料。地震波在地層介質(zhì)中的傳播速度與地層的巖性、巖層的壓實(shí)程度、巖層的埋藏深度以及巖層的地質(zhì)時(shí)代等因素有關(guān)，一般情況下，地震波的傳播速度隨地層埋藏深度的加大而增加。因此，同樣巖性的巖石，埋藏深、時(shí)代老，要比埋藏淺、時(shí)代新的巖石波傳播速度要大。但在高壓地層段內(nèi)，由于巖層孔隙空間充填氣體或液體，壓力的增大和巖石密度的減小，使波在液體和氣體中傳播的速度要低于在巖石骨架固體中的傳播速度。因而，孔隙度和波傳播速度有反比關(guān)系，即同樣巖性巖石，當(dāng)孔隙度大時(shí)，其速度相對(duì)較小?？紫抖鹊淖兓馕吨鴰r石密度的變化，它同密度亦有反比的關(guān)系，即孔隙度變大，密度相對(duì)減小。因此，速度的變化實(shí)際隨巖石密度的增大而增大。綜上分析，地震波在地層介質(zhì)中的傳播速度與巖層埋藏深度、巖石沉積年代和巖石密度有正比關(guān)系，與巖石孔隙度變化成反比關(guān)系，這些特性與常規(guī)聲波測(cè)井的規(guī)律性是一致的，因此，用地震波進(jìn)行地層壓力預(yù)測(cè)的理論是可行的。異常高壓地層具有高孔隙度、低密度的特點(diǎn)，因而在地震速度上具有低速的特征。在淺層正常壓實(shí)帶，地震層速度隨著深度的增加而不斷增大，具有很強(qiáng)的規(guī)律性。但是，若在地下某一深度出現(xiàn)異常高壓，則表明該深度的地層處于欠壓實(shí)狀態(tài)，其孔隙度比相同深度處正常壓實(shí)的孔隙度高，地震層速度比相同深度處正常壓實(shí)的地震層速度小。利用這一特征，即地震層速度在同一深度上處于異常壓實(shí)帶和處于正常壓實(shí)帶的差異，可以定量的計(jì)算地下地層壓力。地震層速度預(yù)測(cè)地層壓力的方法，常用的有圖解法和公式法兩大類。圖解法包括等效深度圖解法、比值法和量版法三種。公式法包括壓實(shí)平衡法、等效深度公式計(jì)算法、Eaton法、Fillipone法和Martinez法等。盡管如此，關(guān)于異常壓力形成機(jī)理仍存在許多有爭議的問題，異常壓力數(shù)值模擬也存在一些地質(zhì)影響因素難以量化的問題，另外，異常壓力對(duì)油氣成藏的控制作用也不十分明確。Fillippone法與劉震法Fillippone法是有加利福尼亞聯(lián)合石油公司的W.R.Fillppone提出的。他在1978年和1982年通過對(duì)墨西哥灣等地區(qū)的測(cè)井、鉆井、地震等多方面資料的綜合研究，先后提出兩套不依賴正常壓實(shí)趨勢(shì)線的簡單而實(shí)用的計(jì)算公式，并在墨西哥灣等地的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，具體公式如下（！）(2)式中：、分別為孔隙度接近于零和剛性接近于零時(shí)的地層速度，前者近似于基質(zhì)速度，后者近似于孔隙流體速度；、分別為地層的最大和最小壓實(shí)速度；為預(yù)測(cè)層段的層速度，它可以從地震反演后合成的Seilog或Velog資料中獲得。這兩類公式在形式上是一樣的，只是、、、各自隨深度變化的規(guī)律不同，即它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式不同，即(3)(4)式（3）中：K=（-）/（T-T0），、分別表示T和T0時(shí)刻的均方根速度，T與T0分別為某一層底面和頂面的雙程旅行時(shí)；=-KT0。式（4）中：，；，為T1時(shí)刻的均方根速度，T1為計(jì)算點(diǎn)處的雙程旅行時(shí)。對(duì)于式（1）、（2）中的上覆地層壓力均可采用如下經(jīng)驗(yàn)公式(5)式中：為平均密度；H為計(jì)算點(diǎn)埋深；系數(shù)0.465位單位換算系數(shù)，也有人稱之為靜水壓力梯度值，我以為均不適合。若稱之為單位換算系數(shù)，則其值為0.4335而不應(yīng)當(dāng)是0.465；若稱之為靜水壓力推動(dòng)，則等式兩端的量綱不同。利用上述公式，蔣鳳仙在拖船埠地區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，采用第一類公式計(jì)算的壓力值得精度較高，誤差均小于10%，其中最大誤差為9%，而最小誤差為2.8%。而利用第二類公式計(jì)算的壓力值得精度普遍較低，最大預(yù)測(cè)誤差為39%，最小誤差為0.2%，平均誤差為21.99%。這表明拖船埠地區(qū)地層的最大、最小壓實(shí)速度較符合線性規(guī)律，事實(shí)上也正是如此。進(jìn)一步分析式（1）不難發(fā)現(xiàn)，該式實(shí)際上只在兩個(gè)極點(diǎn)處是成立的，即=時(shí)，地層為致密巖石，無流體存在，故地層壓力=0；當(dāng)=時(shí)，巖石為純流體塊，無基質(zhì)存在，故地層壓力=。當(dāng)實(shí)際地層速度不滿足這兩個(gè)極限條件時(shí)，壓力的估算主要是靠線性內(nèi)插的辦法來求得。也就是說，式（1）實(shí)際上隱含了地層壓力與速度之間呈線性變化這樣一個(gè)假設(shè)條件。然而實(shí)際的地層未必都滿足這種變化規(guī)律。劉震（1990）通過對(duì)遼東灣遼西凹陷的壓力測(cè)試資料的分析發(fā)現(xiàn)，在異常壓力幅度不太大的中、淺層深度范圍內(nèi)，地層壓力與速度呈對(duì)數(shù)關(guān)系，于是他將Fillipone公式修正為(6)上式在遼西凹陷的壓力預(yù)測(cè)中取得了較好的效果。但是，需要說明的是，經(jīng)修正后的式（6）仍然未能擺脫經(jīng)驗(yàn)的局限性，同式（1）一樣仍然只在兩個(gè)極限點(diǎn)才是成立的。這類方法的一個(gè)共同特點(diǎn)是，它們可以計(jì)算出從淺到深各個(gè)層速度點(diǎn)的壓力值。由于其不依賴正常壓實(shí)趨勢(shì)線，因此具有很大的推廣價(jià)值，特別是在初探區(qū)，這種方法尤為適用。其計(jì)算的精度除與公式中各參量的取值有關(guān)外，更重要的是取決于工區(qū)的實(shí)際情況與相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的符合程度。實(shí)踐證明，這類方法在我國的許多探區(qū)的應(yīng)用效果均好于其它方法。方法改進(jìn)地震地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)在油氣勘探和開發(fā)中的實(shí)用價(jià)值，關(guān)鍵在于地震預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。由于影響速度的因素是多方面的，因此要想利用層速度來作出準(zhǔn)確的壓力預(yù)測(cè)，理論上應(yīng)當(dāng)消除除壓力之外的其它任何因素對(duì)速度的影響，只保留壓力的影響。然而，在實(shí)際工作中消除壓力以外的因素對(duì)速度的影響是很難實(shí)現(xiàn)的。為此在巖石物理實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際資料分析的基礎(chǔ)上，假定當(dāng)?shù)貙訅毫εc縱波速度之間近似為線性關(guān)系或?qū)?shù)關(guān)系時(shí)，我們便可分別建立如式（1）或式（6）所示的壓力預(yù)測(cè)方程。當(dāng)存在其它因素對(duì)速度的影響時(shí)，這種關(guān)系就會(huì)遭到破壞，此時(shí)為了保持這種關(guān)系的不變性，我們?cè)谏鲜龆街蟹謩e引入一個(gè)隨速度變化的校正系數(shù)，得到如下兩個(gè)預(yù)測(cè)方程(7)(8)式中，、分別為速度校正系數(shù)。一般來說，只要事先可以獲得十?dāng)?shù)個(gè)深度點(diǎn)的層速度值和相應(yīng)的壓力值，確定校正系數(shù)是十分容易的，具體做法如下。首先利用式（1）和式（6）由已知點(diǎn)的速度值來估算地層的壓力值，然后將實(shí)測(cè)壓力值與估算壓力值作比較，并與各速度值構(gòu)成數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行回歸分析，便可確定所需校正系數(shù)的關(guān)系式。圖2和圖3分別是根據(jù)JLK地區(qū)5口井（LN53、LN57、LN58、J101、J102）的實(shí)際資料與預(yù)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析得到的校正系數(shù)曲線。相應(yīng)回歸方程為(9)(10)當(dāng)確定了校正系數(shù)之后，便可以利用（9）和式（10）來進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)。圖4和圖5便是采用這兩個(gè)公式對(duì)JLK地區(qū)5口井近100多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)所得預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值得交會(huì)圖。由圖可見，圖中各交點(diǎn)均集中分布在45?線附近。為便于比較，圖6和圖7分別顯示了同樣的5口井采用式（1）和式（6）進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)所得預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的交會(huì)圖。顯然圖中各交會(huì)點(diǎn)藥比圖4和圖5分散得多，且各點(diǎn)與45?線的偏差較大。進(jìn)一步對(duì)各種方法的預(yù)測(cè)誤差作統(tǒng)計(jì)分析，并將分析結(jié)果列于表1。有表1可見，采用加入校正系數(shù)之后的Fillipone公式和劉震公式所得壓力預(yù)測(cè)值的精度成倍地提高了。為了更好地說明這一方法的有效性，我們又分別由各單井、雙井、3井和4井資