我国深层-超深层油气资源量巨大，成为当前油气勘探开发的重点领域，考虑实际深层温压作用的岩石物理理论、地震波反射响应表征及地震反演方法为油气地球物理领域研究前沿。然而，受限于相关地震反射理论的均匀各向同性假设、反射特征方程强非线性、三阶弹性模量难以从测井/地震资料中获取等因素，难以建立面向深层油气储层的有效地震反演方法。
针对上述问题，研究团队聚焦饱和多孔油气储层，考虑有效应力对岩石孔隙结构及弹性参数的非线性作用，在“小扰动叠加大应变”假设下提出了非线性双孔声弹模型，解释了全局波致流体流动引起的弹性波能量耗散，实测岩石速度数据初步说明了所建模型的有效性以及较经典线性声弹模型的优势。基于非线性双孔声弹模型，构建了考虑储层界面间流体流动的广义边界条件，借助亥姆霍兹位移分解定理，推导了饱和双孔介质界面处地震反射系数精确方程，充分分析了有效压力、孔隙流体类型以及地层界面类型等关键因素对地震AVO特征以及地震响应的影响。本研究所建岩石物理模型以及地震反射特征方程为后续深层油气储层叠前地震反演方法研究提供了一定的理论及方程基础。
为探索考虑地应力作用的储层参数地震反演方法，研究团队利用非线性声弹理论表征了上覆应力作用下各向同性介质等效刚度矩阵，在弱各向异性假设下推导了上覆应力诱导各向异性参数表达式，构建了含应力诱导各向异性参数的等效刚度矩阵近似表达式及其空间扰动量；借助弹性逆散射理论及扰动理论，推导了纵波模量、剪切模量、密度及应力诱导各向异性参数表示的线性反射系数方程，与精确方程对比验证了近似方程的正确性；在贝叶斯反演框架下构建反演目标函数，引入预处理共轭梯度法降低各模型参数间的相关性，利用反复重加权方法求解目标函数，实现参数预测。模型与实际地震测试显示，参数预测结果与实际测井曲线吻合度较高，验证了方法的有效性。该反演方法通过引入应力诱导各向异性参数简化了反射系数方程，克服了传统反射系数方程对三阶弹性模量的依赖，在贝叶斯框架下实现了储层参数地震反演，为深层油气储层参数预测奠定了理论方法基础。
图1. 理论与实测纵横波速度（左图）及纵波反射系数（右图）对比图
图2. 纵波模量初始模型（左图）及其叠前地震反演结果（右图）对比
研究成果发表在地球物理领域国际重要期刊Surveys in Geophysics和Geophysics上，第一作者为中国石油大学（华东）博士生陈阜斌，通讯作者为宗兆云教授，合作者包括中国石油大学（华东）的印兴耀教授和澳大利亚科廷大学的Reza Rezaee教授。
论文信息：Fubin Chen, Zhaoyun Zong*, Reza Rezaee, Xingyao Yin, 2024. Pressure effects on plane wave reflection and transmission in fluid-saturated porous media. Surveys in Geophysics, 45, 1245-1290. doi:10.1007/s10712-024-09829-9.
Fubin Chen, Zhaoyun Zong*, Xingyao Yin, 2024. Seismic scattering inversion for multiple parameters of overburden-stressed isotropic media. Geophysics, 89(6). doi:10.1190/geo2023-0636.1.