[发明专利]一种基于岩石物理理论的三维地震反演地层压力的方法

权利要求书

1.一种基于岩石物理理论的三维地震反演地层压力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)收集数据：

从测井资料中，直接得到或解释出目的层的纵波速度、横波速度、密度、含水饱和度、孔隙度、泥质含量的测井曲线，从岩心岩石物理实验中得到纵波速度、横波速度随有效压力，即实验室的围压，或含水饱和度增大的变化规律，从三维叠前地震资料中通过叠前同时反演手段，借助Hampson-Russell地震反演软件，反演出纵波速度、横波速度、纵波阻抗、横波阻抗三维数据体；

2)以测井资料为基础，建立符合目的层特点的岩石物理模型，完成纵、横波速度预测，具体步骤如下：由考虑有效压力的Hertz-Mindlin岩石物理模型计算不同有效压力情况下的干岩石体变模量、切变模量，由Wood方程或Brie经验公式计算不同含水饱和度情况下的混合流体体变模量，再结合Gassmann方程计算不同有效压力、不同含水饱和度情况下的饱和岩石体变模量、切变模量，最后利用地震波在均匀、各向同性弹性介质中的传播速度公式计算出随有效压力变化和随含水饱和度变化的纵波速度、横波速度，与实测岩石物理测试结果进行对比和误差分析，证明所选模型和模型参数的准确性及合理性；

所述的地震波在均匀、各向同性弹性介质中的传播速度公式为：

式中，V_p为饱和岩石的纵波速度，V_s为饱和岩石的横波速度，ρ_sat为饱和岩石的密度；

3)以测井资料为基础，以Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程预测目的层段横波速度曲线，与实测横波测井资料进行对比和误差分析，再次证明所选模型和模型参数的准确性；

4)以测井资料为基础，以推导的Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程的逆运算，计算有效压力曲线，再由有效压力、孔隙压力与上覆压力三者之间的关系，即上覆压力等于有效压力与孔隙压力之和，计算出孔隙压力曲线，与实测地层压力值，即地层压力等于孔隙压力，进行对比和误差分析，再一次证明所建岩石物理模型的准确可行性，并得到测井资料尺度的孔隙压力曲线，可用于验证地震反演的压力数据；

所述Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程的逆运算反演有效压力P_e的过程为：

由Hertz-Mindlin模型中K_dry公式可推导出：

由Gassmann方程的变形可得：

结合公式(10)和(11)，可得：

所述的有效压力、孔隙压力与上覆压力三者之间的关系为：

P_o＝P_e+P_p (13)

式中P_o为上覆压力，P_e为有效压力，P_p为孔隙压力；

5)推导Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程中存在的有效压力与横波速度、横波阻抗之间的幂函数关系，得到由横波速度、横波阻抗计算有效压力的公式，应用于测井资料得到预测的有效压力、孔隙压力曲线，与步骤4)中岩石物理方法反演所得的孔隙压力曲线进行对比，再与实测地层压力值进行对比，误差均较小，证明了单井上建立的预测地层压力的方法可进一步应用于三维叠前地震资料中；

所述的Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程的过程为：

给加权系数W合理值范围为0-100，变化幅度为0.01，将C_p(W)代入Hertz-Mindlin模型计算出K_dry(W)和μ_dry(W)，再将K_dry(W)和μ_dry(W)代入Gassmann方程得到K_sat(W)和μ_sat(W)，进一步代入公式(8)可计算出V_p(W)，以误差最小原则，使V_p(W)与测井实测纵波速度V_p的误差最小，求出W的值，再带回上述过程，完成纵波速度、横波速度的预测；因Hertz-Mindlin模型中可改变有效压力P_e的值，Gassmann方程中可通过改变含水饱和度而改变混合流体体变模量K_f的值，因此通过结合Hertz-Mindlin模型和Gassmann方程可实现不同有效压力、不同含水饱和度情况下的纵波速度、横波速度预测；

所述的Hertz-Mindlin模型结合Gassmann方程中存在的有效压力与横波速度、横波阻抗之间的幂函数关系为：

由Hertz-Mindlin模型中μ_dry公式可推导出：

令A大于0，则：

由Gassmann方程μ_sat＝μ_dry可得：

由公式(9)可得：

计算后得：

令又因V_sρ_sat＝I_s，I_s为横波阻抗，则：

P_e＝B·V_s³·I_s³＝B·(V_s·I_s)³ (19)

即有效压力P_e与横波速度V_s和横波阻抗I_s的乘积存在幂函数关系，其中系数和指数均由具体数据决定；

6)以实际三维叠前地震资料为基础，借助Hampson-Russell地震反演软件叠前同时反演模块，反演出横波速度、横波阻抗数据体，使用测井资料建立的计算地层压力的公式，计算出三维叠前地震全区地层压力数据体，完成三维叠前地震资料反演地层压力的全部步骤。