[发明专利]基于自适应基质矿物等效弹性模量反演的横波速度估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及勘探地球物理领域中的横波速度估算问题，是一种基于自适应基质矿物等效弹性模量反演的横波速度估算方法，用于解决常规的基于Xu-White模型的横波速度估算方法中基质矿物的弹性模量(体积模量和剪切模量)难以准确设定的问题，有效地提高横波速度估算方法的精度和可靠性。

背景技术

在测井资料中，通常缺乏横波测井资料，这给地震波的正演模拟和地震属性的参数反演都带来了一定的困难。常规的横波速度估算方法主要有以下4类：(1)基于经验关系式的方法，如Han(1986)、Greenberg(1992)、Castagna(1993)，楚泽涵(1995)、Goldberg(1998)等，其缺陷是受地域性影响大，精度较低；(2)基于Xu-White模型的方法，它是Xu和White(1995)基于Gassmann方程、Kuster-Toksoz模型和微分等效介质模型(DEM)发展的一种含泥砂岩模型的横波速度估算方法，其缺陷是计算效率低且需要已知基质矿物(砂岩和泥岩)的弹性参数(往往难以准确的设定)；(3)基于简化的Xu-White模型的方法，它是Keys和Xu(2002)采用干岩近似理论对常规的Xu-White模型(1995)进行近似，通过求解线性常微分方程组来确定岩石骨架弹性模量，有效地提高了计算效率，其缺陷是仍需要已知基质矿物(砂岩和泥岩)的弹性参数；(4)基于测井约束反演的方法(郭栋等，2007)，它先设定一组基质矿物的初始值，再基于该初始值采用Xu-White模型估算纵波速度和密度，并以测井得到的纵波和密度曲线为约束，反演出最优的基质矿物的弹性模量及其对应的横波速度，其优点是不需要准确地设定基质矿物的弹性模量值，缺陷是需要反演的未知数太多(5个目标参数)，多解性较强，降低了横波估算的可靠性。

综上所述，基质矿物的弹性模量的准确设定对横波速度估算方法的精度起着至关重要的作用。常规的基质矿物的弹性模量的设定方法主要有以下5类：(1)对于单基质矿物岩石，参考国内外的岩石物理测试值进行设定，其缺陷是同一基质矿物的弹性模量值的变化范围较大，难以准确地设定；(2)对于多基质矿物岩石，采用等效介质理论(如V-R-H平均)计算等效弹性模量(多种基质矿物的综合影响值)，其缺陷是难以准确地设定每种基质矿物的百分比含量及弹性模量值；(3)基于测井资料，采用统计法选取物性较均匀的深度段进行统计分析(张金强等，2010)，其缺陷是对结构复杂的岩石或非均质性强的地层，误差较大；(4)通过取岩心和岩石物理测试，基于实验室测试值计算岩石基质矿物的弹性参数，其缺陷是代价昂贵；(5)自适应基质矿物体积模量反演方法(林凯和熊晓军等，2011)，其适用于已知横波速度的情况，且只能计算基质矿物的等效体积模量，不能直接应用于计算基质矿物的剪切模量。

发明内容

本发明是要提供一种基于自适应基质矿物等效弹性模量反演的横波速度估算方法，它基于单个测井深度点的测井资料，采用两种不同的流体项计算方法从两个不同的角度对相同的流体项进行反演求解，有效地反演出干岩石的泊松比、基质矿物的等效体积模量和等效剪切模量的最优解，并将其作为简化Xu-White模型的输入参数，用于估算横波速度，可以有效地提高横波速度估算方法的精度和可靠性。

本发明的具体步骤包括：

(1)以单个测井深度点为研究对象，根据该深度点的测井资料(纵波速度、密度和孔隙度)，采用砂泥岩的纵波速度与横波速度的经验关系式估算初始横波速度，并计算该测井深度点的岩石基质矿物的等效体积模量和干岩石的泊松比的取值范围、初始值和增量；

(2)分别采用两种不同的流体项计算方法(基于Gassmann方程和Gassmann-Boit-Geertsman方程的方法与基于Russell等人2003年提出的流体识别因子的方法)同时计算流体项，并设定上述两种流体项之差的绝对值为反演目标函数，采用寻找全局最优解的方法反演最优的干岩石的泊松比和基质矿物的等效体积模量，当目标函数的值＜设定的阀值，则停止计算，输出当前深度点的干岩石的泊松比和基质矿物的等效体积模量；

(3)基于步骤2反演得到的干岩石的泊松比和基质矿物的等效体积模量，采用Nur(1995)基于临界孔隙度模型的线性平均公式和Gassmann方程计算基质矿物的等效剪切模量；

(4)基于步骤2和步骤3得到的基质矿物的等效体积模量和等效剪切模量，采用简化的Xu-White模型估算横波速度；

(5)选取下一个测井深度点，重复步骤1～4的计算；直至目标深度段内的所有测井深度点计算完成，则停止计算；