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1、 (宁),(汉) 第一部分第一部分 理论基础理论基础孔隙结构动力学孔隙结构动力学透明地球物理学原理透明地球物理学原理及其在油气勘探开发中的应用及其在油气勘探开发中的应用1油气勘探开发油气勘探开发流程流程油油气气勘勘探探目目标标油气远景选区油气远景选区确定勘探目标确定勘探目标构造研究构造研究储层研究储层研究成藏研究成藏研究探井论证探井论证综合评价综合评价综综合合地地球球物物理理地震资料地震资料 井资料井资料 物物性性研研究究油油藏藏体体系系速速度度研研究究油田开发油田开发2勘勘探探开开发发风风险险与与成成本本最最小小化化储层到产层预测与评价一体化储层到产层预测与评价一体化探井与开发井一体化探井与
2、开发井一体化钻井轨迹与井身结构最佳化钻井轨迹与井身结构最佳化单井产量最大化、采收率最大化、单井产量最大化、采收率最大化、剩余油最小化剩余油最小化储层预测与烃源岩评价一体化储层预测与烃源岩评价一体化 油油气气工工业业目目标标反射地震学如何实反射地震学如何实现这个现这个理想目标理想目标？3烃源岩性质烃源岩性质储层储集性能储层储集性能盖层封闭性盖层封闭性圈闭识别与分布圈闭识别与分布生储盖的空间配置生储盖的空间配置烃源岩生烃史烃源岩生烃史输导体系与油气运聚输导体系与油气运聚油气藏调整、改造与破坏油气藏调整、改造与破坏静态地质要素静态地质要素（物质因素）（物质因素）动态成藏过程动态成藏过程（核心问题）（
3、核心问题）温度和压力场的演化温度和压力场的演化（能量因素）（能量因素）油油气气成成藏藏体体系系反反射射地地震震如如何何实实现现圈闭识别与分布圈闭识别与分布地震地层压力预测地震地层压力预测输导体系与油气富集程度输导体系与油气富集程度油气藏评价油气藏评价直接检测油气直接检测油气地震储层研究地震储层研究生储盖的空间配置生储盖的空间配置盖层封闭性盖层封闭性非常规与优质油气藏非常规与优质油气藏4如果实现如果实现全空间三维地质填图全空间三维地质填图透明地球透明地球目标目标就能够就能够确定油气成藏体系的物确定油气成藏体系的物质、能量、成藏过程三要素质、能量、成藏过程三要素达到达到预测与评价烃源岩、储层、产层
4、预测与评价烃源岩、储层、产层空间分布特征及其相互配置关系空间分布特征及其相互配置关系目的目的实现实现最大限度地降低勘探开发风险最大限度地降低勘探开发风险与投资成本与投资成本理想目标理想目标5地地下下地地质质填填图图岩石属性岩石属性构造属性构造属性地质年代地质年代微观空间关系微观空间关系宏观空间关系宏观空间关系如如果果不不考考虑虑地地质质演演化化，地地球球物物理理可可以以实实现现静静态态地地下下物物质质填填图图。介质类型介质类型空间结构空间结构宏观空间关系宏观空间关系属于构造成像范畴，主要从地震波属于构造成像范畴，主要从地震波运动学角度思考问题。运动学角度思考问题。介质属性与微观空间关系（微构造
5、因素）介质属性与微观空间关系（微构造因素）属于属于物物质成像质成像范畴，主要从地震波动力学与岩石物理角范畴，主要从地震波动力学与岩石物理角度思考问题。度思考问题。6 7砂岩结构示意图A 未固结均匀砂层；B 未固结不均匀砂层；C 固结砂岩塔河油田奥陶系油藏4号区块油藏剖面示意图 砂岩砂岩碳酸盐岩碳酸盐岩孔隙型缝洞型储集体类型储集体类型8这些照片反映了地球介质的这些照片反映了地球介质的另一个侧面另一个侧面多孔性多孔性！我们应该从这个角度出发，建我们应该从这个角度出发，建立新的波动理论，解释地震资立新的波动理论，解释地震资料，促进地震学的发展。料，促进地震学的发展。9地地层层岩岩石石的的特特性性骨架
6、特性骨架特性渗滤特性渗滤特性流体作用流体作用孔隙流体输运因素孔隙流体输运因素岩石微构造因素岩石微构造因素孔隙、裂隙、节理、孔隙、裂隙、节理、层理、结构面等层理、结构面等孔隙形状孔隙形状孔隙度孔隙度孔隙连通性孔隙连通性孔喉半径孔喉半径流体性质流体性质流固作用流固作用10二维抽象二维抽象将微构造空隙空间抽象为将微构造空隙空间抽象为管状结构，按照等距排列管状结构，按照等距排列方式置于固体空间之中方式置于固体空间之中由于微构造因素的存在，致使地层岩石不符合连续介质由于微构造因素的存在，致使地层岩石不符合连续介质“密密度极限处处存在、虎克定律处处成立度极限处处存在、虎克定律处处成立”的定义的定义 ，所以
7、，地层岩石是非连续介质。所以，地层岩石是非连续介质。一维抽象一维抽象将微构造空隙空间与固体将微构造空隙空间与固体空间抽象为相间层状结构空间抽象为相间层状结构三维抽象三维抽象将微构造空隙空间抽象为将微构造空隙空间抽象为球状结构，按照等距排列球状结构，按照等距排列方式置于固体空间之中方式置于固体空间之中1、如何描述地球介质？、如何描述地球介质？113、力学讨论、力学讨论地震勘探就是利用地下介质波阻抗差异，通过观测和分析大地对地震勘探就是利用地下介质波阻抗差异，通过观测和分析大地对（人工或天然）地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态。（人工或天然）地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态。二个要素：地
8、震波与地球介质二个要素：地震波与地球介质观测信号：大地对地震波的响应观测信号：大地对地震波的响应研究目标：地下岩层的性质和形态研究目标：地下岩层的性质和形态形态就是构造，形态就是构造，属于常规成像属于常规成像性质就是岩石类型，性质就是岩石类型，属于物质问题属于物质问题波阻抗属于力学性质范畴波阻抗属于力学性质范畴弹性弹性弹性力学弹性力学（弹性介质）（弹性介质）正在使用的理论正在使用的理论弹性、粘滞性弹性、粘滞性粘弹性力学粘弹性力学（粘弹性介质）（粘弹性介质）国外正在国外正在发展的理论发展的理论弹性、粘滞性、弹性、粘滞性、弱化性弱化性流变力学（流变介质）流变力学（流变介质）我们正在发展的理论我们正
9、在发展的理论12地地震震波波理理论论架架构构连续介质连续介质非连续介质非连续介质流变介质理论流变介质理论（流变力学）（流变力学）3、力学讨论、力学讨论弹性介质理论弹性介质理论（弹性力学）（弹性力学）粘弹性介质理论粘弹性介质理论（粘弹性力学）（粘弹性力学）弹性弹性粘性粘性弹性弹性弹性弹性粘性粘性介质模型介质模型力学理论力学理论介质性质介质性质弱化性弱化性13由于由于孔隙、裂隙、缝隙、结构面等微构造因素孔隙、裂隙、缝隙、结构面等微构造因素的存在，地球的存在，地球介质不满足介质不满足“密度极限处处存在，胡克定律处处成立密度极限处处存在，胡克定律处处成立”的连的连续介质定义，不属于连续介质的范畴，所以
10、，地球介质为非续介质定义，不属于连续介质的范畴，所以，地球介质为非连续介质。连续介质。什么是地球介质的什么是地球介质的弱化性弱化性？假定地球介质力学性质符合正交特性，如果假定地球介质力学性质符合正交特性，如果将孔隙、裂隙、将孔隙、裂隙、缝隙、结构面等微构造因素导致地球介质力学性质的弱化抽缝隙、结构面等微构造因素导致地球介质力学性质的弱化抽象为空白区象为空白区，那么，弹性区、粘性区、空白区组成非连续介，那么，弹性区、粘性区、空白区组成非连续介质的流变力学模型；因此，地球介质具有三种力学性质：质的流变力学模型；因此，地球介质具有三种力学性质： 弹性、粘性、弱化性弹性、粘性、弱化性 区间内聚定理规范
11、三种力学性质的关系。区间内聚定理规范三种力学性质的关系。14三维非连续介质三维非连续介质流变力学模型流变力学模型力学等效原理示意图力学等效原理示意图由力学等效原理，推导出相应的地层岩石本构力学关系与波动方程。由力学等效原理，推导出相应的地层岩石本构力学关系与波动方程。因该理论考虑到因该理论考虑到孔隙和孔隙形状孔隙和孔隙形状(骨架特性骨架特性)孔隙连通性和孔喉半径孔隙连通性和孔喉半径(渗渗滤特性滤特性)，故称为孔隙结构动力学理论。故称为孔隙结构动力学理论。15大量物理试验证明：大量物理试验证明：（1）孔隙度越大，介质的损伤程度越高；）孔隙度越大，介质的损伤程度越高；（2）孔隙结构越简单，介质的损
12、伤程度越小；）孔隙结构越简单，介质的损伤程度越小；（3）孔隙压力越大，介质的损伤程度越高；）孔隙压力越大，介质的损伤程度越高；（4）围压越大，介质的损伤程度越小。）围压越大，介质的损伤程度越小。式中式中是比例系数，是比例系数，是孔隙度，是孔隙度，是孔隙压力，是孔隙压力，是围压，是围压，是与介质类是与介质类型有关的损伤属性，型有关的损伤属性，是孔隙结构谱分维。是孔隙结构谱分维。 16压力导致各向异性压力导致各向异性左图：左图：损伤模型损伤模型结果（虚线为相速度，实线为群速度）；结果（虚线为相速度，实线为群速度）；右图：右图：Mavko(1995, Geophysics)的结果的结果 。两图中两图
13、中实心点实心点和和小圆圈小圆圈为为Nur与与Simmons (1969) 的实验结果。的实验结果。VpVs前人物理实验数据对孔隙结构动力学理论的检验前人物理实验数据对孔隙结构动力学理论的检验 17数字岩心扭曲度分布数字岩心扭曲度分布 YB5井须家河组砂岩扭曲度、损伤因子曲线扭曲度高，扭曲度高，损伤因子大损伤因子大扭曲度高，扭曲度高，损伤因子大损伤因子大劣质储层？劣质储层？压力异常变压力异常变化层？化层？扭曲度低，扭曲度低，损伤因子大损伤因子大优质储层？优质储层？压力正常变压力正常变化层？化层？孔隙结构动力学理论在测井资料分析中的应用孔隙结构动力学理论在测井资料分析中的应用18孔隙孔隙和孔隙形状和孔隙形状（骨架特性（骨架特性 ）孔隙连通性孔隙连通性和孔喉半径和孔喉半径（渗滤特性）（渗滤特性） 土壤与农土壤与农作物生长作物生长 多孔材料多孔材料制制 作作 食品与食品与药品加工药品加工 生物医学生物医学 土木工程土木工程 孔隙结构孔隙结构动力学动力学油气与地油气与地下水开采下水开采 孔隙介质孔隙介质声声 学学 地球物理学地球物理学 自然界内禀特性自然界内禀特性1920
