1.3. Влияние пористости и порового флюида

Все горные породы обладают той или иной пористостью. Поскольку поры любой горной породы, находящейся в естественном залегании, всегда заполнены флюидами (газ, вода, нефть), то величина пористости влияет на объемную массу согласно уравнению

, (1.2)

где n – пористость породы; - плотность флюидов, - плотность минерального скелета.

Из уравнения (1.2) следует, что увеличение пористости горной породы уменьшает её плотность, тем самым, уменьшая скорость распространения упругих волн. Кроме того, насыщающий породу флюид непосредственно влияет на скорость, поскольку волна вынуждена проходить часть пути через среду низкоскоростного флюида.

Из приведенной формулы следует, что увеличение пористости, при прочих равных условиях, непременно приводит к уменьшению значений скоростей распространения упругих волн. В качестве примера на рис. 1.3 приведены экспериментальные данные о зависимости скорости распространения продольных волн от пористости для осадочных горных пород.

Рис. 1.3. Экспериментальные данные зависимости пористости и скорости для песчаников (1), известняков (2) и обобщенный график зависимости (3)

Сама пористость сильно зависит от целого ряда геолого-генетических факторов. Среди них следует отметить степень однородности материала, тип и качество цементации зерен горных пород, явления уплотнения или разуплотнения, геологическую историю формирования осадочных бассейнов и т.п. Влияние этих и других факторов на величину плотности, а значит и скорости приведены на рис. 1.4.

Рис.1.4. Влияние различных факторов на величину пластовой скорости

Из рисунка 1.4. видно, как влияние пористости на скорость существенно усложняется типом флюида, заполняющего поры, и величиной пластового давления. Экспериментальные данные свидетельствуют, что скорости распространения продольных волн в газонасыщенной породе всегда значительно ниже, чем в этой же породе насыщенной жидкостью. В результате этого явления на сейсмических записях границы раздела «газ – вода» отчетливо проявляется в виде горизонтальных осей синфазности и повышенной амплитудой отраженных волн. Эти признаки лежат в основе методики прямых поисков залежей углеводородов, получившей название метода «яркого пятна».

1.4. Влияние глубины залегания, давления, возраста и температуры горных пород

Прежде всего, следует отметить, что с ростом глубины и давления уменьшается пористость пород. Поэтому скорости распространения упругих волн, как правило, возрастают с глубиной. Однако влияние этих факторов меняется для различных типов пород. Для горных пород, которые можно рассматривать как сплошную среду (хемогенные породы, большинство изверженных и метаморфических пород), давление на глубинах, изучаемых сейсморазведкой мало. По этой причине увеличение давления на 25 МПа (глубина до 1 км) приводит к изменению скорости всего на 1 - 3 %. В то же время для зернистых пород (пористые терригенные и карбонатные породы) скорости распространения упругих волн определяются величиной контактной упругости. Внешнее давление приводит к сближению частиц и резкому возрастанию контактной упругости, а значит, и скорости. Особенно это заметно проявляется при пористости 15 – 20%, когда увеличение давления может привести к возрастанию скорости на 25 – 35%. Поэтому в таких породах скорость весьма заметно возрастает на глубинах 0,1 – 3 км. В большинстве пород до глубин 2 – 3 км скорость увеличивается нелинейно. Далее нарастание скорости происходит практически линейно с небольшим градиентом порядка 0,1 .

Повышение температуры горных пород на 80 -100 приводит к относительно небольшому уменьшению скорости на 1 -2 %.

При одинаковой глубине залегания увеличение возраста осадочных горных пород одного и того же состава обуславливает рост величины плотности и скорости.

Обобщая влияния перечисленных факторов, можно утверждать, что скорость распространения продольных волн, как правило, увеличивается с ростом глубины залегания пород. Это приводит к тому, что скоростные характеристики разреза, представляемые графиками зависимости скорости от глубины или времени, имеют для большинства пород вид плавно возрастающих с глубиной кривых (1.5).

Рис. 1.5. Графики зависимости скорости распространения продольных волн от глубины их залегания: 1, 2, 3 – для терригенных пород; 4, 5 – карбонатных пород; 6 – солей; 7 – углей; 8 – пород палеозойского фундамента; 9 – пород докембрийского фундамента