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致密砂岩的岩石物理特征研究文献综述

摘要：致密砂岩是一种非常规的砂岩，一般由致密的碎屑岩组成，主要包

括粉砂岩、细砂岩以及部分中-粗砂岩。致密砂岩气藏与深盆气藏和盆地中心气

藏以及持续性聚集型气藏有着紧密的联系。本文在对致密砂岩气层的成藏地质特

征进行了总结，并介绍了地震响应特征有关的岩石物理参数（例如纵横波速度、

密度、泊松比、含气饱和度）等相关概念，在此基础之上，介绍了关于国内外致

密砂岩的岩石物理特征研究的基本情况。

关键词：致密砂岩气层岩石物理特征研究现状

一、致密砂岩气层及其岩石物理特征

1.致密砂岩气层的成藏地质特征

致密砂岩气藏的地质成因由多方面因素控制，主要有沉积作用、成岩作用和

构造作用，但前面二者起到主控作用。沉积物的物源特征和沉积环境控制着储层

物性、岩性以及孔喉结构分布，其中，地层的沉积作用是形成储层低孔低渗特性

最基本的作用条件，不仅控制着这类储层的物性特征，还决定了成岩作用的类型

和强度。一般情况下，低孔低渗储层主要形成于冲积扇沉积等近源沉积相带或前

三角洲沉积等远源沉积相带中。

致密砂岩气藏的一般特征为：（1）基质颗粒杂乱，分选性差，孔喉结构复杂，

渗透率较低；（2）致密气藏的非均质性较强，岩性变化大，井与井之间的小层划

分及对比难度大；（3）储层具有高含水饱和度，低可流动流体饱和度，以及低气

体相对渗透率；（4）气体驱替压力高，存在启动压力现象；（5）气水关系复杂，

油、气、水的重力分异不明显，在毯状致密砂层中气和水呈明显的倒置关系，在

透镜体状致密砂岩含气层系中一般无明显的水层，致密气藏一般不出现分离的气

水接触面，产水不大，含水饱和度高（大于40%）；（6）分布隐蔽，常规的勘探

方法难以发现。深层浅层成藏关系密切——在致密化程度高而晚期构造相对活动

地区，高丰度超压天然气侧向运移困难，势必寻求垂向突破，产生烟囱作用。

2.致密砂岩气层的岩石物理参数

早期的地震数据主要用于构造解释，通过构造结合其它地质信息的综合研

究，进行间接地推断该构造的含油气性。随着计算机技术的迅速发展，计算能力

的大大的提高，地震处理、解释技术也取得了飞速的发展和进步，现在对地震数

据综合分析不仅要准确地落实构造，更重要的是为了预测岩性、孔隙度、孔隙内

流体及其饱和度。岩石物理学正好为油藏特性及参数和地震数据建立了某种联

系，就像在其两者之间架设了一座桥梁，其作用是在从地震数据中反演出储层和

流体特性及在油藏参数的技术方法中起到基本准则的作用。

在均匀各向同性介质中，描述岩石弹性特征的主要地震参数有岩石的密度

ρ、纵波速度α和横波速度β等。密度反映岩石的比重，速度则反映地震波在岩

石中的传播的特征。

2.1纵波速度α和横波速度β

在均匀各向同性介质中，密度ρ反映单位体积岩石的重量，纵波速度α和横

波速度β可用密度ρ、体积模量K与剪切模量λ和μ表示。

由公式（2-1）、（2-2）可见，横波的速度受到密度和剪切模量的影响，而纵

波的速度受到体积模量、剪切模量和密度的共同影响，由于流体中不存在剪切应

力（即μ=0），所以横波在流体中不传播，因此可以根据纵波和横波的这种特有

的差异性，联合使用纵波和横波信息来识别流体及进行详细的油藏描述，如当前

的纵横波联合反演等技术[3]。

2.2泊松比σ

泊松比是反应岩性和含气性的重要参数，它是用岩石纵向拉伸和横向压缩的

比值来表示如图2所示。泊松比与纵横波速度比有如下关系：

由（2-3）知道，当（α/β）2=2，则σ=0；当α/β=1.5，则σ=0.1（含气砂岩情

形）；当α/β=2时，则σ=1/3（含水砂岩情形）；当α/β=时∞，则σ=0.5（β=0，液

体情形）。通过测量岩石纵向拉伸和横向压缩的比值计算的泊松比通常称为静态

泊松比，通过测量岩石的纵波速度和横波速度，由（2-3）式计算的泊松比通常

称为动态泊松比。

式（2-4）给出了泊松比与纵横波速度比之间的对应关系。根据经验，固结

的岩石的纵横波比小于2.0，泊松比小于0.333。当岩石孔隙中充气时，纵横波比

值可从1.3变化到1.7。泊松比的值大于0.5或是负值表示存在各向异性，这是不

常见的。

泊松比是纵波速度与横波速度比值的函数（2-3），而对于同一种岩性，在同

种流体饱和的情况下纵波速度与横波速度呈一定的线性关系，这种线性关系在许

多地区的砂岩中都很明显。然而，孔隙饱和