Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При малой пористости (до 10 %) и отсутствии несвязанных флюидов скорость распространения как продольных, так и поперечных волн можно рассчитать с достаточным приближением по формуле среднего времени, предположив, что процентное содержание каждой из твердых компонент в любом направлении такое же, как в целом объеме. Если через P1 обозначить относительное-содержание
35
Часть L Общие вопросы теории и методики
Высокое давление, „высокая водонасыщен-ность
ие,
высокая газо-„ - ^асьицённость Высокая газонасыщ
высокое давление^^^^^: 2- ^и^Низкое давление,^ высокая водонасыщ.
I-
0
ТО"
20
"зо"
каждой из компонент со скоростями V1, то скорость в многокомпонентной среде можно рассчитать по формуле
ЬІ», <2Л>
/-і
при этом 2 P1
1.
1-і
Если порода состоит из твердого скелета со скоростью v^ и порового пространства (Kn — коэффициент пористости), заполненного жидким флюидом со скоростью г»ф, то формула среднего времени для продольных волн имеет вид
1 - AL
40 Ku, %
Рис. 2.10. Влияние насыщенности флюидами и всестороннего давления на скорости продольных и поперечных волн в различных сцементированных осадочных породах. Давление изменяется в пределах 0—70 МПа.
Для поперечных волн подобная формула не действительна.
Наибольшее значение влияние флюида на скорость распространения волн имеет для пород-коллекторов нефти, газа, воды. Обычно это пески, песчаники, трещиноватые известняки. Вопросу оценки упругих параметров в такого рода многокомпонентных средах посвящено большое количество экспериментальных и теоретических исследований [White, 1965; Сейсмическая стратиграфия, 1982; Уайт, 1986; и др.].
Лабораторные эксперименты показывают, что ско-
_ рости продольных волн в сухой или насыщенной газом
породе существенно ниже, чем в насыщенной жидкостью. Что касается скоростей поперечных волн, то влияние газонасыщения сказывается на них значительно меньше. Важно отметить, что в породах всех типов присутствие даже небольшого числа пузырьков газа в жидкости сильно снижает значение vp. В породах с высоким коэффициентом пористости (30—35 %) при концентрации газа около 5 % скорости продольных волн близки к скоростям в породах, полностью насыщенных газом. Экспериментально в натурных условиях было также установлено, что газонасыщение породы значительнее сказывается на скоростях продольных волн, чем поперечных. Что касается насыщения жидкостью, то влияние ее на величину vs, как правило, больше, чем на величину vp. Различие влияния водо- и газонасыщения на скорости vp и vs для осадочных пород можно видеть на рис. 2.11, б, где представлены зависимости скорости vp и отношения vp/vs от пористости.
Преобладающее влияние водонасыщенности на скорости поперечных волн по сравнению с продольными отчетливо проявляется для глинистых отложений с большой водона-сыщенностью, когда за счет уменьшения скорости vs отношение vs/vp падает до 0,1—0,2, а коэффициент Пуассона соответственно возрастает до 0,495—0,479. В качестве второго экстремального случая
Рис. 2.11. Зависимость vp (a) nvp/vs (б) от пористости для двухфазных зернистых сред:
а — vp (Kn) при атмосферном давлении: 1 — поры заполнены воздухом либо другим газом (vpy — - 0,33 км/с; P1 - 0,00129 г/см3); 2 — поры заполнены водой (vpl - 1,5 км/с; Pi-I г/см3); параметры зерна — vpl - 6 км/с, P1 - 2,5 г/м3. б — vp/vs (AT17) при всестороннем давлении от 0 до 70 МПа [Сейсмическая* .тратиграфия, 1982].
20
і-г
40
і—і—і—і—і—і—г 0 10 20 30 Kn, %
36
Глава 2. Физико-сейсмические параметры горных пород
можно указать самую верхнюю часть разреза — зону малых скоростей, в которой всегда присутствует в достаточно большой пропорции газовая компонента, в частности воздух. Скорости продольных волн здесь падают до значений 300—400 м/с и даже меньше. Уменьшение скоростей vs за счет газонасыщения более слабое, и поэтому коэффициент Пуассона в среднем равен 0,25, т. е. такой же, как в случае консолидированных пород.
Для зернистых сред типа песков скорости vp и V5 могут быть рассчитаны по формулам Ризниченко—Гассмана [White, 1965; Ризниченко, 19856; Уайт, 1986]. Они основаны на осреднении коэффициентов Ламэ для твердой и флюидной составляющих породы.
Пусть порода состоит из твердой (pvv2) и флюидной (P1, U1) сред с соотношением объемов V2IV1. Тогда скорость Ъ~р в агрегате, когда длина волны во много раз больше размеров зерен, представляется формулой
v Zv1
1 + ¦ ¦ 1
1/2
(2.2)
P2Zp1(V1Zv1)2
Здесь величина V2Iv1 связана с коэффициентом пористости Kn и средней плотностью р соотношениями
V1Iv1=IIKn-I = (P-P1)I(P1-P).
На рис. 2.11, а приведены кривые vp (Kn), рассчитанные по формуле (2.2), при заполнении пор воздухом (газом) и водой (параметры указаны в подписи). Из рисунка видно, что при заполнении пор воздухом скорости уже при очень малой пористости (порядка 0,1 %) становятся сверхмалыми, т. е. меньшими, чем скорость в воздухе, и при пористости порядка 30 % достигают величин 0,016 км/с. При заполнении пор водой скорость является сверхмалой, т. е. меньше скорости звука в воде, только при очень большой пористости, например в суспензиях.
