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溶洞数值模拟及检测技术 叶勇①董良国② ①中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所，江苏南京，210014； ②同济大学海洋地质与地球物理系，上海，200092 摘要溶洞是塔河油田碳酸盐岩储层的主要储集空间，由于对溶洞的地震反射特征研究较少．对 溶洞的地震响应一直认识不清。利用高阶差分方法，对一系列不同太小、不同形状、不同充填物的 溶洞模型进行了数值模拟，研究分析了这些溶洞的运动学和动力学变化特征、地震反射结构特征 等。 关键词溶洞数值模拟反射特征溶洞检测 1问题的提出 我国海相碳酸盐岩地层分布面积广，油气资源丰富，但目前油气探明量较低，其原因之一 是对碳酸盐岩地层中裂缝溶洞储集体的地震反射特征认识不清，储层预测困难。近两年，国内 外许多学者对裂缝的地震响应特征进行了研究，揭示了裂缝储层的地震反射振幅随观测方位 变化的特征，在裂缝介质的地震理论和方法技术方面取得了一定的成果，而有关溶洞的地震反 射特征研究较少。溶洞的储集空间远远大于裂缝，研究溶洞的反射特征有助于寻找大型的油 气藏。 塔河油田碳酸盐岩储集空间以溶洞与裂缝为主，裂缝和溶洞的发育程度是塔河油田油气 富集和高产、稳产的关键因素。钻井过程中的井漏、放空等现象揭示了大的缝洞型储层ox井 x104t，地震剖面显示出 在5000多米井段放空1．56m，漏失量超过2000m3，共产原油超过50 顶部地震反射结构变化，中间反射缺失，下部下凹不连续强反射(图1)。Y井钻井揭示溶洞裂 缝不发育，不产油气，地震反射特征表现为地震反射结构相对稳定(图2)。 图1过X井测线地震反射特征剖面 一282一 图2过Y井测线地震反射特征剖面 实例表明。地层中存在溶洞时地震反射结构会发生变化。 2高阶差分数值模拟方法 一般的声波数值模拟方法模拟精度低，频散严重，影响了模拟效果。数值频散和差分精度 存在直接的关系，我们采用高阶差分解法在提高计算精度的同时减小数值频散。 在声波方程中，波场的空间微分的高阶差分近似为 髻=壶妻掣叭*+m缸)一2，(x)+“x—m血)] 式中，高阶差分系数c?’可以根据不同的差分精度求得。 3溶洞模型的数值模拟 我们仅研究溶洞的地震波场特征，为了减少其他因素的影响，将模型简化为高速均匀介质 中存在一个低速溶洞。模型设计为： 1)图3为无溶洞均匀介质模型(模型1)。 设计成5层水平层，其介质速度分别为1500 m／s，2800m／s，4000m／s。5000m／s，6000 rn／8： 2)图4为含有溶洞的模型(模型2)，溶洞 大小为200m×70m，充填速度分别为1600m／s 和2800m／s。 3)图5为含有不同类型溶洞的模型(模 型3)，溶洞大小为200m×70m，速度为 1600m／so 模拟野外二维观测方式，观测系统设计 图3无溶洞均匀介质模型 为道间距20m，炮间距20m，接收道数为250 一2鄹一 程的数值计算，得到了一组炮记录、一个自激自收记录以及波场快照。对炮记录按照地震资料 的常规处理流程进行速度分析、叠加和偏移处理。图6为模型1和模型2的叠加剖面，图7为 模型2及模型3的偏移削面。 图4古溶洞模型(a)和溶洞放大图(b) 图5含不同类型溶洞模型(a)和溶洞放大图(b) ．；手j垂墨喜i喜警；；=一…一一 图6模型1(a)和模型2(b)的叠加剖面 对溶洞模型的叠加偏移成像图及地震反射结构特征分析可知，由于溶洞与围岩的波阻抗 差异大，因此溶洞的地震反射均表现为强振幅，不规则溶洞的地震反射结构特征表现为一组破 碎状强反射；溶洞的叠加偏移成像效果不