基于双相介质理论的天然气水合物地震反射特征及量化方法研究

Seismic reflection characteristics are effective indicators for the identification of gas hydrate reservoirs. Considering the microstructure characteristics of gas hydrate reservoirs, we construct rock physical models for gas hydrate reservoirs under different microscopic gas-hydrate distribution patterns based on rock physics theory, then calculate the quantitative relation between the elastic parameters and physical parameters. We establish the elastic wave propagating equations based on the wave propagating theories in two-phase media, then solve the equations numerically and obtain the simulated seismic wavefields of gas hydrate-bearing sediments, analyze the quantitative relation between seismic reflection characteristics and rock physical parameters, reveal the mechanism of the seismic reflection related to gas hydrates.We construct the sensitive indictor for gas hydrates based on two-phase theory, derive the equation which relates the indictor and elastic impedance quantitatively, then inverse the indictor from pre-stack seismic reflection data directly through elastic impedance inversion, finally, we accomplish the extraction of physical parameters quantitatively. In this study, we establish and improve the method and technology for gas hydrate identification from seismic reflection data through model trial and real data application. The results would provide reliable theoretical foundation for the identification, interpretation and predication of gas hydrates, also have guiding significance for the exploration and development of gas hydrates-bearing reservoirs.

地震反射特征是识别天然气水合物的重要标志。本项目从水合物的微观结构特征出发，建立不同微观分布模式下天然气水合物地层的地震岩石物理模型，计算地层弹性参数与物性参数之间的定量关系；从双相介质弹性波理论出发，建立适用于天然气水合物的弹性波传播方程并对其进行数值求解，分析地震动力学特征与孔隙结构、岩石物性、水合物含量等物性参数之间的定量关系，揭示天然气水合物地震反射特征的形成机理；基于双相介质理论构建水合物敏感因子，建立敏感因子和弹性阻抗的定量关系，通过叠前弹性阻抗反演方法进行敏感因子的直接反演，实现水合物物性参数的定量提取。结合模型试算及实际资料的应用，形成利用地震反射特征进行天然气水合物定量识别的方法技术。本研究将为天然气水合物储层的定量识别、解释以及预测提供可靠的理论依据和方法指导。

准确地探明我国的天然气水合物资源储量，有效地进行天然气水合物资源的勘探和开发具有重要的战略意义和经济意义，而天然气水合物地震反射特征的识别和物性信息的定量提取存在多解性与不确定性。为此，本研究从孔隙介质理论出发，通过构建不同微观分布模式下的水合物岩石物理模型，建立起了天然气水合物地层弹性参数与物性参数之间的定量关系，并在此基础上推导出水合物敏感因子；对水合物地层中的弹性波传播方程进行了有限差分方法数值求解，结合频散准则实现了算法优化，在此基础上分析了天然气水合物地震反射特征（动力学特征）与储层物性参数之间的定量关系，从动力学角度分析典型水合物地层的正演模拟记录特征，初步揭示了天然气水合物地层BSR特征和对应的形成机理；结合Russell等人的反射特征近似公式以及Connolly思想，推导出了水合物敏感因子直接反演方程，结合算法稳定性和适用性分析，通过叠前地震反演实现了水合物敏感因子的直接提取，减少了地震反演的累积误差，提高了水合物含量提取的效率和准确度。完成了我国南海北部水合物试采区钻井和地震资料的岩石物理分析，实现了基于地震反射特征的天然气水合物定量识别；形成了水合物敏感因子的叠前地震直接反演方法流程和配套技术，为利用地震反射资料进行天然气水合物定量识别和资源评价提供了可靠的理论及方法支持。