随着油气勘探向深层、超深层及非常规储层拓展，复杂孔裂隙结构、原位应力与多相流体分布共同影响岩石弹性及地震响应特征，增加了储层参数预测和流体识别的难度。现有方法难以充分表征压力作用下孔裂隙变形与多尺度波致流效应的耦合影响，同时各向异性与频率相关响应机制增加了叠前地震多参数反演的不确定性。围绕上述问题，研究团队在前期压力相关岩石物理与叠前地震反演研究基础上，发展了考虑裂隙形态、气泡振动及斑块饱和效应的岩石物理和反射透射模型，进一步开展各向异性储层参数直接反演、有效压力联合预测与物理约束频变智能反演研究，为复杂储层定量表征和流体识别提供理论依据与方法支撑。
针对现有孔隙声弹模型对孔隙与不同形状裂隙之间的挤喷流及少量气泡振动效应综合考虑不足的问题，研究团队融合孔隙声弹性、挤喷流和气泡振动理论，建立了考虑硬币状与楔形裂隙共存的孔隙声弹模型，刻画了有效压力和频率共同作用下的波速频散与衰减。模型对比表明，在所选参数条件下，不同裂隙形态引起的挤喷流、气泡振动及宏观流体流动使快P波衰减曲线呈现多峰特征；气泡振动在共振频段显著改变P波频散与衰减，对S波影响较小（见图1）。模型预测与不同压力、频率下甘油及盐水饱和砂岩的波速测量结果吻合较好，为理解含少量气泡岩石的压力和频率相关声学响应提供了理论依据。
图1 不同模型预测的波速频散与衰减对比。（a、b）S波；（c、d）快P波；（e、f）慢P波。左列为波速频散，右列为衰减。
在研究团队建立的考虑原位应力作用的深层岩石物理理论基础上，针对深部复杂油气储层多相流体非均匀分布导致的岩石强非均质性特征，进一步引入介观尺度波致流机制，建立了原位应力作用下非均匀波传播通过斑块饱和多孔介质界面的精确反射透射理论。研究揭示了有效压力、频率、含水饱和度等参数对波频散衰减及反射透射响应的影响规律，模型结果与实验数据吻合良好，验证了模型的合理性和有效性（见图2）。该研究拓展了传统孔隙声弹性理论的适用范围，为深部复杂油气储层地震勘探与评价以及地下结构动态监测提供了理论支撑。
图2 （a）新模型（实线）、经典Liu模型（虚线）预测的快P波和S波速度随有效压力变化与实验测量结果（He et al., 2024）的对比；（b，c）为快P波垂直入射至部分饱和致密砂岩与介质I界面处的反射透射系数对比。误差棒表示±4%的误差范围。
以上所推导的反射系数方程虽然具有较好的精度，但该方程对于反演问题存在非线性强、参数维度高，导致反演问题不适定性及不确定性显著增强等问题。针对该问题，研究团队为解决常规MCMC反演算法提议分布的不适定性问题并评估反演不确定性，提出了APDE-MCMC算法，该算法利用自适应提议与差分进化策略实现了协方差矩阵与随机样本的自适应更新，提高了物性参数各向异性反演效率；将所提出的反演方法应用于实际三维地震数据，验证了方法的可行性，为深部储层甜点刻画与储层评价提供理论与技术支撑（见图3）。此外，针对深层裂缝性储层有效压力与各向异性参数非线性耦合、多参数反演稳定性不足等问题，研究团队提出了岩石物理与地震数据联合驱动的非线性叠前地震反演方法，该方法将构建的岩石物理模型和推导的PP波反射系数方程与卷积神经网络相结合，实现了各向异性参数与有效压力的联合预测。模型测试及实际资料应用验证了该方法的有效性，为深层裂缝性储层压力预测及各向异性表征提供了新的技术手段（见图4）。
图3 基于APDE-MCMC的HTI储层参数反演切片结果。（a）孔隙度；（b）黏土含量；（c）含水饱和度；（d）法向裂隙弱度；（e）切向裂隙弱度。
图4 岩石物理与地震数据联合驱动的VTI储层非线性叠前反演结果。（a）有效压力；（b）含水饱和度；（c）初始孔隙度；（d）黏土含量；（e）法向裂隙弱度；（f）切向裂隙弱度。
面向深层超深层油气勘探中复杂储层流体识别难题，在深入研究深层岩石物理、反射透射解析及非线性反演算法的基础上，针对深层超深层非均质储层流体识别开展了进一步的攻关。针对传统线性反射系数近似在大角度、强非均质及复杂流体条件下适用性不足的问题，基于散射理论和黏弹性介质波传播机制，建立了频变高阶固液解耦流体因子表征的反射系数方程，深入揭示孔隙流体引起的频散、衰减及地震响应变化规律。进一步融合多频地震信息与物理约束智能算法，发展了物理约束的非线性智能反演技术，提高了复杂储层条件下流体识别的可靠性和可解释性。研究成果突破了传统非线性物理反演和数据驱动模型的局限，提高了储层流体识别准确度（见图5）。
图5 不同方法固液解耦流体因子反演结果比较（a）物理约束智能高阶频变预测；（b）常规线性物理反演；（c）数据驱动预测
研究成果发表在地学领域国际重要期刊Geophysics、Petroleum Science和Journal of Geophysics and Engineering上。论文通讯作者为中国石油大学（华东）宗兆云教授，第一作者为中国石油大学（华东）博士生左英昊、陈潇、郑轩、李嘉芸、硕士生韩佳洋，合作者包括中国石油大学（华东）印兴耀教授、杨继东教授、沈奕教授、孟庆峰教授、李坤副教授、陈阜斌博士后和骆坤博士后，中石化勘探分公司缪志伟、李世凯和肖伟，得克萨斯大学奥斯汀分校储层评价研究联盟的詹伟臣研究工程师。研究得到国家自然科学基金（42430809,42174139,U24B2020）和新型油气勘探开发国家科技重大专项（2024ZD1400102）资助。
论文信息：
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