巖石物理省公共課一等獎(jiǎng)全國賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

巖石物理學(xué)

RockPhysics

講課人：魏建新第1頁課程安排上課時(shí)間:第1－12周，共48個(gè)課時(shí)。課外練習(xí)：2次考試：課內(nèi)考試，形式？第2頁主要參考書1、巖石物理學(xué)，陳顒黃庭芳，北京大學(xué)出版社，。2、油層物理學(xué)，楊勝來，魏俊之.石油工業(yè)出版社，1994年3、地下聲音－地震波應(yīng)用，[美]J.E懷特著，陸其鵠，齊國英譯，地震出版社，1986年。4、孔隙介質(zhì)聲學(xué)，[法]T.布爾貝，O.庫索，B.甄斯納著，許云譯，石油工業(yè)出版社，1994年5、TheRockPhysics,Handbook,G.Mavko,T.Mukerji,J.dvorkin,CambridgeUniversityPress,19986、地震振幅解釋，[美]FredJ.Hilterman，孫夕平，趙良武等譯，石油工業(yè)出版社，年12月7、Seismicandacousticvelocitiesinreservoirrocks,Vol.3:Recentdevelopment，Wang,Z.,andNur,A.,Eds。8、Fundamentalsofseismicrockphysics.Zhijing（Zee）Wang王之敬Geophysics,Vol.66,No.2，2001，第3頁參考書巖石物理學(xué)第4頁第一章引言巖石物理學(xué)(Petrophysics

Rockphysics)Petrophysics有表示“石,巖”之義,表“含石油”之義，在石油工程和測井中慣用此詞。石油工程專門有一門“油層物理學(xué)”Petrophysics課。Rockphysics在巖石力學(xué)，地震勘探中較慣用。二者沒有嚴(yán)格區(qū)分。第5頁主要研究內(nèi)容可歸結(jié)為：從試驗(yàn)和理論上研究：1)巖石本身各種物理性質(zhì)；2)這些性質(zhì)間相互關(guān)系；3)它們在地球物理和巖石物理數(shù)據(jù)中反應(yīng)。

比如在地球物理學(xué)和油氣勘探中作用。第6頁1.1巖石物理學(xué)研究意義

地球結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)必定與巖石各種物理性質(zhì)親密相關(guān)。巖石不一樣于其它材料特征，也就決定了巖石物理學(xué)所含有獨(dú)特研究內(nèi)容、方法和伎倆。

巖石物理學(xué)研究重點(diǎn)是與地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、油儲地球物理學(xué)、地?zé)釋W(xué)和環(huán)境科學(xué)親密相關(guān)特征。巖石物理學(xué)研究特點(diǎn)，反應(yīng)了這門學(xué)科基礎(chǔ)性和應(yīng)用性。第7頁巖石物理學(xué)特點(diǎn)巖石物理學(xué)是一門高度交叉綜合性學(xué)科。針對不一樣研究領(lǐng)域，巖石物理研究內(nèi)容不一樣，如：能源勘探(如石油工業(yè))，以巖石彈性為主；地質(zhì)災(zāi)害(天然地震)，以巖石力學(xué)性質(zhì)；環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測，以流體流動(dòng)；其中石油工業(yè)是主要研究力量。第8頁尤其強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)第一，巖石材料特殊，地球內(nèi)部特殊環(huán)境第二，在巖石各種性質(zhì)中，研究重點(diǎn)是那些與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)、能源和資源勘察與開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害成因與減災(zāi)、環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測有親密關(guān)系特征。第三，巖石物理學(xué)在油儲問題研究領(lǐng)域較成功。第四，國內(nèi)在這方面研究較為微弱。第9頁巖石物理學(xué)研究基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)是各種測試技術(shù)：尤其是以試驗(yàn)室測試和測井技術(shù)測試為主。在試驗(yàn)室利用各種物理測試伎倆，測試巖石各種物理量，取得巖石性質(zhì)與物理參數(shù)之間關(guān)系。理論上，提出巖石中各種物理性質(zhì)之間普通關(guān)系(理論模型)。兩個(gè)方面：1)針對巖石特征在假設(shè)條件下提出簡化模型；2)解釋試驗(yàn)觀察到現(xiàn)象和結(jié)果。第10頁地球物理中測量技術(shù)四方面：

1、空間觀察2、地面觀察：3、井中觀察：電纜測井、VSP和井間地震、隨鉆測量、取芯，用于研究地層物理性質(zhì)，確定油氣位置，劃分油水層。4、試驗(yàn)室觀察：巖芯分析，巖芯各種物理量測試，模擬地層測試等。第11頁空間觀察航磁，紅外遙感，航空放射性測量，衛(wèi)星拍照等。用于確定大地結(jié)構(gòu)，確定地表形態(tài)。第12頁第13頁地面觀察地質(zhì)觀察、地球物理方法(天然地震，人工地震，各種重、磁、電等)、地球化學(xué)方法。用于確定有利地質(zhì)結(jié)構(gòu),尋找油氣分布等。第14頁井中觀察地震井中觀察：VSP、井間地震和水平井。測井技術(shù)：測井，取芯，各種物理方法測試技術(shù)，主要用于研究地層物理性質(zhì)，確定油氣位置，劃分油水層。第15頁各種測井曲線第16頁試驗(yàn)室測試技術(shù)測試各種物理量，歸納經(jīng)驗(yàn)公式，驗(yàn)證模型。各種新測試方法研究:1)巖芯分析2)聲學(xué)參數(shù)測試3)電學(xué)參數(shù)測試第17頁研究方法一：正問題經(jīng)過已知礦物、巖石本身性質(zhì)和改變，研究其物理性質(zhì)在巖體中可能有改變，這是一個(gè)由微觀到宏觀推演過程，通常稱為正演。試驗(yàn)室研究主要為正問題。第18頁研究方法二：反問題已知地質(zhì)、巖體物理性質(zhì)，怎樣反過來推演巖石和礦物性質(zhì)，這是一個(gè)由宏觀到微觀，由整體到局部反演。野外各種測試研究主要是反問題。第19頁研究方法三：應(yīng)用問題正問題和反問題有機(jī)結(jié)合，區(qū)域性局部規(guī)律總結(jié)成普通性規(guī)律。比如：人為地改變礦物、巖石特征，來預(yù)測可能影響到巖體和地質(zhì)特征改變。在巖石物理學(xué)中含有主要潛在應(yīng)用價(jià)值。第20頁試驗(yàn)室詳細(xì)研究方法首先采集各種有地質(zhì)意義巖石，在試驗(yàn)室中分別研究各種原因?qū)ζ湮锢硇再|(zhì)影響，將大量試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)歸納得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。在建立合理而簡化數(shù)學(xué)物理模型基礎(chǔ)上，將由試驗(yàn)得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)系外推到實(shí)際地球問題中去。注意：若沒有適當(dāng)模型，把試驗(yàn)室簡單地、小尺度試驗(yàn)得到外推到大尺度自然界，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)論。

第21頁其次

巖石物理學(xué)是一門高度跨學(xué)科學(xué)科分支，這就決定了在巖石物理學(xué)中，對于所研究巖石不一樣物理性質(zhì)，必定要用到上述對應(yīng)學(xué)科中對應(yīng)物理方法和伎倆。

第22頁1.2石油工業(yè)巖石物理研究油氣勘探目標(biāo)就是為了尋找在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)及地質(zhì)歷史條件下生成烴類儲層。為了探測和表征這些儲層，地球科學(xué)家使用很有限維數(shù)數(shù)據(jù)（地面數(shù)據(jù)和井下數(shù)據(jù)）來預(yù)測三維儲層結(jié)構(gòu)，巖石性質(zhì)，流體性質(zhì)及它們隨時(shí)間，自然溫度條件下改變。所以，這種反問題處理方法不是唯一。第23頁石油工業(yè)面臨問題在儲層勘探和開發(fā)中，為了降低包括經(jīng)濟(jì)原因上冒險(xiǎn)，面臨挑戰(zhàn)就是怎樣控制一些不確定原因來圈定儲層。包括二大問題：1)多學(xué)科：地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)、工程技術(shù)和巖石物理學(xué)2)儲層尺度：從盆地到儲層，到斷塊，巖芯，礦物顆粒和孔隙；從地震，井間地震，到測井，第24頁巖石物理橋梁作用第25頁巖石物理橋梁作用

巖石物理學(xué)是儲層描述中一個(gè)主要工具，因?yàn)榇蠖鄶?shù)進(jìn)行儲層描述技術(shù)都是基于巖石物理性質(zhì)。

巖石可測量物理性質(zhì)（諸如地震速度）能夠反應(yīng)地下巖石和儲層有用信息。巖石物理學(xué)含有可解釋性，巖石物理是一門用來研究巖石物理參數(shù)和一些相關(guān)性質(zhì)學(xué)科，其測量數(shù)據(jù)能夠被解釋。所以，它不但僅是儲層描述工具，也為全部地學(xué)家提供了物理基礎(chǔ)。第26頁主要服務(wù)對象當(dāng)前，在石油工業(yè)主要服務(wù)對象是儲層描述和采收率監(jiān)測，主要服務(wù)有：地震和測井解釋、儲量估算、提升采收率。對儲層巖石物理特征完全描述，意味著要確定各個(gè)儲層、定義相關(guān)解釋算法所需巖石物理參數(shù)。對于地學(xué)家來說這是一個(gè)新方向。儲層描述技術(shù)發(fā)展是石油工業(yè)中從勘探到開發(fā)一個(gè)實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)變結(jié)果。第27頁研究對象油氣儲集體－－沉積巖沉積巖本身性質(zhì)，有幾十種參數(shù)(諸如：礦物成份、孔隙度、密度、顆粒大小和形狀、顆粒連接和膠結(jié)程度等)用來描述巖石。沉積巖物理性質(zhì)（彈性、電性、磁性等）。第28頁石油行業(yè)中巖石物理幾個(gè)特點(diǎn)

1、巖石物理是一門多學(xué)科科學(xué)

為了預(yù)測巖石參數(shù)，必須盡可能研究巖石屬性不一樣方面。包括到儲層特征及采收率監(jiān)測以下方面：1)聲波性質(zhì)2)電學(xué)性質(zhì)3)水利屬性4)機(jī)械屬性5)巖相屬性6)孔隙流體屬性其中主要集中在儲層巖石和流體聲波方面屬性。

第29頁2、試驗(yàn)方法促使新知識產(chǎn)生

不停地建立新模型用來模擬多孔巖石屬性和參數(shù)。理想多孔介質(zhì)是怎樣來影響物理屬性，與巖石預(yù)測還差多少。人們做了許多努力（Schwartz,1984）來建立多孔巖石模型（Barryman,1994），不過結(jié)果卻十分有限。理論模型在地學(xué)科學(xué)方面應(yīng)用還處于一個(gè)有限水平上。

對新區(qū)域了解。第30頁為了確定巖石物性和物理參數(shù)關(guān)系，試驗(yàn)室就進(jìn)行了對應(yīng)研究。只有經(jīng)過對巖石樣品試驗(yàn)研究才能提供一些相關(guān)制約原因和最高質(zhì)量數(shù)據(jù)?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，速度和巖石參數(shù)之間物理關(guān)系才能確定。這些關(guān)系可能延伸到一個(gè)比較大范圍，甚至無法測定。許多測定數(shù)據(jù)，比如，統(tǒng)計(jì)，井間數(shù)據(jù)，VSP地震數(shù)據(jù)因?yàn)槿狈?shù)控制而顯得不十分可靠。所以這些測量方法標(biāo)準(zhǔn)和解釋必須依靠于試驗(yàn)室關(guān)鍵方法和巖石物理學(xué)知識。

3、試驗(yàn)室研究意義第31頁4、巖石物理學(xué)能力：綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和從數(shù)據(jù)中得到知識必須與大百分比尺度測量方法相結(jié)合起來。在采取正確方法得到經(jīng)典性數(shù)據(jù)同時(shí)，還應(yīng)尋找?guī)r石特征與巖石參數(shù)之間物理方面相關(guān)性。經(jīng)過相關(guān)性從大量含有噪聲數(shù)據(jù)中確定最終要參數(shù)測量數(shù)據(jù)解釋就能夠走向含有能夠了解不確定性正確軌道。在確定測量特征之后認(rèn)知巖石參數(shù)是巖石物理學(xué)作用。

第32頁5、儲層技術(shù)發(fā)源地

巖石物理研究課題許多結(jié)果已經(jīng)反應(yīng)到地震儲層技術(shù)發(fā)展上。1)亮點(diǎn)技術(shù)發(fā)展是基于在試驗(yàn)室觀察到事實(shí)。含氣飽和巖石相對于鹽水飽和巖石含有更低速度。2)速度各項(xiàng)異性試驗(yàn)研究，裂縫儲層地震探測也得到了發(fā)展。3)基于試驗(yàn)研究熱強(qiáng)化采油監(jiān)測技術(shù)。4)還有AVO，4D地震油藏監(jiān)測第33頁巖石物理學(xué)作用推進(jìn)地球物理勘探數(shù)據(jù)處理和解釋技術(shù)發(fā)展第34頁6、研究方式地震特征受到許多原因復(fù)雜影響（諸如壓力、溫度、飽和度、流體類型、孔隙度、孔隙類型等等），這些原因經(jīng)常是內(nèi)在關(guān)聯(lián)，當(dāng)一個(gè)原因改變時(shí)許多原因也同時(shí)改變。這些改變對地震數(shù)據(jù)產(chǎn)生正面或負(fù)面影響。所以，在將巖石物理信息應(yīng)用于地震解釋中時(shí)，必不可少地要進(jìn)行單一參數(shù)改變（其它固定不變）影響研究。

第35頁7、研究方向開發(fā)(地球物理)一方面地球物理具有在遠(yuǎn)離鉆孔條件下確定巖石彈性性質(zhì)能力，生產(chǎn)(巖石物理和石油工程)其次探儲工程師還要求在遠(yuǎn)離鉆孔條件下辨別巖石物理特征，為改進(jìn)對儲集層描繪和定性，人們正迅速地推動(dòng)地球物理、石油物理和儲集層數(shù)據(jù)綜臺研究。第36頁怎樣對待巖石物理許多影響巖石特征原因無法定量化。對巖石物理研究問題，應(yīng)用一些哲學(xué)道理：認(rèn)可沒有絕對準(zhǔn)確處理方案。相信巖石特征是有原因受到巖石參數(shù)控制，而且這些物理相關(guān)性是能夠認(rèn)知。相信自然界給了我們一個(gè)暫停。在特定條件下，巖石特征與巖石參數(shù)之間關(guān)系是能夠簡化。能夠接收含有可了解不確定性并不完善處理方案。并了解統(tǒng)計(jì)趨勢，高峰和低谷都不利于處理這些不確定性。

第37頁巖石物理兩個(gè)研究領(lǐng)域按測試方法和伎倆分，巖石物理學(xué)研究主要分為試驗(yàn)室測試和井中測試兩個(gè)方面。試驗(yàn)室測量與井中測量存在尺度上差異。這兩種方法起到互補(bǔ)作用。兩種方法除尺度上有差異外，在測試類型、規(guī)模、信噪比和結(jié)果可靠性方面也存在差異。第38頁油氣勘探中研究主要內(nèi)容地震勘探方面1)巖石、流體等性質(zhì)對彈性波傳輸影響；2)巖石導(dǎo)電率及電磁波在巖石中傳輸影響；3)裂縫對巖石彈性及流體輸送影響。油氣開發(fā)(石油物理和石油工程)方面1)巖石、流體等性質(zhì)對油氣運(yùn)移影響；2)地震方法監(jiān)測和提升石油采收率中巖石物理第39頁在測井方面研究巖石電學(xué)：(1)低電阻率儲層物性參數(shù)；(2)復(fù)雜儲層巖電關(guān)系；(3)巖石電化學(xué)特征；(4)巖石復(fù)電阻率；(5)巖石電頻散問題核磁共振第40頁巖石物理學(xué)發(fā)展巖石物理學(xué)發(fā)展，取決于石油工程技術(shù)與測井技術(shù)進(jìn)展.而是取決于物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)以及地球物理觀察技術(shù)進(jìn)步。對于巖石物理學(xué)研究，尤其要注意多學(xué)科綜合應(yīng)用，以及交叉學(xué)科相互滲透。第41頁石油經(jīng)濟(jì)對巖石物理影響

全部儲層項(xiàng)目都必須依據(jù)今天油價(jià)進(jìn)行調(diào)整。地球科學(xué)家今天所面臨挑戰(zhàn)不是創(chuàng)造新技術(shù)，而是設(shè)計(jì)出更有效項(xiàng)目，它應(yīng)該包含：

確定決定經(jīng)濟(jì)成功必須處理首要問題。

設(shè)計(jì)一個(gè)最適宜處理問題計(jì)劃（團(tuán)體工作最好是整體化，并采取現(xiàn)有技術(shù)）。

這個(gè)技術(shù)計(jì)劃水平必須和今天經(jīng)濟(jì)相結(jié)合。

第42頁巖石物理學(xué)應(yīng)用巖石物理學(xué)應(yīng)用主要在儲層特征描述和動(dòng)態(tài)監(jiān)測上。90年代開始巖石物理方面解釋逐步與地面地球物理(主要是地震)解釋結(jié)合起來，對儲層特征描述經(jīng)歷了1)靜態(tài)屬性描述2)綜合特征描述3)建立動(dòng)態(tài)儲層特征模型三種解釋方法。第43頁靜態(tài)屬性描述：依據(jù)幾個(gè)主要參數(shù)，與經(jīng)巖芯錄井校準(zhǔn)高分辨率三維地震結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行地層油氣評價(jià)。綜合儲層模型要求地質(zhì)、地震和巖石物理數(shù)據(jù)一致，方便進(jìn)行儲層描述。動(dòng)態(tài)模型是綜合靜態(tài)描述與生產(chǎn)信息一起建立，即要監(jiān)測產(chǎn)油過程對地層原因(特征)影響，重復(fù)修改然而作出評價(jià)。第44頁利用各種方法建立儲層模型第45頁巖石物理研究和應(yīng)用意義：

在傳統(tǒng)地震勘探中,缺乏各地域巖石物性系統(tǒng)地研究（尤其是儲層巖石物性）處理和解釋側(cè)重于結(jié)構(gòu)圈閉及巖性定性解釋。限制了地震資料精細(xì)處理和應(yīng)用范圍。

復(fù)雜勘探區(qū),地震資料難以得到較滿意結(jié)果,進(jìn)行解釋所使用數(shù)學(xué)模型有缺點(diǎn)外,怎樣獲取勘探區(qū)內(nèi)儲層巖石物性參數(shù),是一個(gè)主要原因。在開采過程中，地層壓力對孔隙度、滲透率影響以及孔隙、裂隙對油氣運(yùn)移、注水或注氣影響需要有定量物了解釋。第46頁4.原有經(jīng)典公式或是其它地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式,應(yīng)進(jìn)行修正和補(bǔ)充，降低偏差。必要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室結(jié)果對原有理論和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行。5.實(shí)驗(yàn)室對巖石物性研究結(jié)果一方面可用于地震勘探、開發(fā)地震、測井資料解釋,其次可把從地震和測井資料中得到參數(shù)結(jié)合起來,建立新巖石物理模型,為地震和測井資料解釋服務(wù),使解釋精度大大提高。第47頁巖石物理準(zhǔn)則作用過去50年間，在研究與地震勘探學(xué)和天然地震學(xué)相關(guān)巖石和礦物物理特征方面取得了巨大進(jìn)步。當(dāng)前己發(fā)展了很多理論，同時(shí)進(jìn)行了很多試驗(yàn)。許多這么理論與試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)在推進(jìn)地球科學(xué)和勘探技術(shù)方面起到了主要準(zhǔn)則作用。Zhijing（Zee）Wang

（雪佛龍企業(yè)）王之敬總結(jié)了地震巖石物理學(xué)基本準(zhǔn)則--GEOPHYSICS,VOL.66,NO.2，，P.398–412,第48頁影響沉積巖石地震特征原因（其主要性從上到下遞增）

巖石特征流體特征環(huán)境壓實(shí)粘性頻率固結(jié)史密度應(yīng)力史時(shí)代可濕性沉積環(huán)境膠結(jié)流體成份溫度結(jié)構(gòu)相位油藏過程體積密度流體類型開采歷史粘土含量氣-油，氣-水比地層幾何形態(tài)學(xué)各向異性飽和度凈油藏壓力裂縫孔隙度巖性孔隙形狀第49頁懸而未決問題

在利用理論或經(jīng)驗(yàn)公式之前了解適用性范圍因?yàn)閹r石是那么復(fù)雜且不一樣區(qū)域改變不一，欲求得一個(gè)普遍巖石物理理論或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系是不可能。

盡可能利用巖石物理數(shù)據(jù)和知識巖石物理學(xué)在開發(fā)4D地震、AVO、巖石物性反演等地震技術(shù)中起到了基本準(zhǔn)則作用，但它也已經(jīng)指導(dǎo)性地應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)解釋工作。

彌散實(shí)際量級至今仍是未知

數(shù)據(jù)標(biāo)度恰當(dāng)取樣

第50頁1.3本課程內(nèi)容是一門地球物理勘探專業(yè)專業(yè)課

主要介紹石油儲層巖石很多物理性質(zhì)(尤其是彈性和電性)與巖石本身特征間一些基本關(guān)系；講述巖石物理學(xué)基本概念和理論；介紹與地震勘探、資源環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害方面工作和科學(xué)研究方面應(yīng)用。

第51頁本課程內(nèi)容和課時(shí)安排第一章引言（2