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众所周知，地震方法在油气勘探、开发领域中发挥着重要的作用；并且将会发挥越来越重要的作用。长期以来，石油地震方法基本上以水平层状介质理论为基础。但我国以至世界上最主要的油气储层类型之一的碳酸盐岩油气储层种类复杂(包括缝、洞、礁、滩、白云岩等)，非均匀性严重，常规以水平层状介质为基础的石油地震理论已不适应要求，需要大力发展以非均匀介质理论为基础的新的地震波场传播理论。
目前国内外对碳酸盐岩储层的描述和预测工作开展得相当多，也十分重视；相应地对其地震波场特征的研究也进行了一些，但都是零零碎碎的，很不全面、系统，主要是在进行具体某一个油气藏的描述和预测工作中针对该油气藏进行的。这样的工作既分散，又不典型，无法总结出一般性的结论来。另外，以往研究各种碳酸盐岩储层地震波场特征时所使用的模型不够灵活，难以完整地模拟碳酸盐岩储层的非均匀性。而且，以往进行各种碳酸盐岩储层的地震波场正演模拟计算时所使用的方程多是声波方程，与实际介质为弹性介质有一定差距。为了给碳酸盐岩油气储层的预测提供坚实的理论依据，需要开展系统、全面的碳酸盐岩油气储层的随机介质模型建模、弹性波波动方程正演模拟计算和地震波场分析工作。
本文将利用使用统计学方法描述任意复杂非均匀性的随机介质模型来模拟各种碳酸盐岩油气储层，进行弹性波正演模拟计算，并对正演计算出的地震波场特征进行系统的总结、研究，一方面对实际碳酸盐岩油气储层的预测工作有一定的理论指导意义，同时也可以从另一个方面发展非均匀介质及其波场传播理论。碳酸盐岩储层种类复杂(包括缝、洞、礁、滩、白云岩等)、非均匀性严重，选择以碳酸盐岩储层为突破口研究复杂的非均匀性介质地震波场特征，具有重要的理论和实际意义。
本文首先简单介绍了碳酸盐岩储层建模所使用的随机介质模型理论和正演模拟计算所使用的弹性波波动方程有限差分方法；然后讨论了我国西部地区常见的深层碳酸盐岩孔洞型油气储层的正演模拟计算、波场响应特征分析和特征参数的计算和分析，包括单孔洞模型、多孔洞模型和与孔洞型储层有关的“串珠状”现象的分析等；接着，对我国南方地区常见的碳酸盐岩礁、滩、白云岩储层开展了建模、正演模拟计算、波场响应特征分析和属性参数的计算和分析研究。通过上述各种不同类型碳酸盐岩储层的地震波场分析和特征、属性参数的计算和分析，总结了各类碳酸盐岩油气储层的地震波场特征，为碳酸盐岩油气储层的预测提供坚实的理论依据。在进行上述研究的同时，还对几个碳酸盐岩地区实际油气储层地震剖面进行了解释、正演模拟验证的工作。
本文的主要研究成果有以下几个方面：
(1)利用随机介质模型理论建模，非均匀介质弹性波波动方程有限差分计算，进行了碳酸盐岩油气储层的正演模拟计算和波场特征分析，得到一系列有意义波场分析结论，为碳酸盐岩油气储层的识别打下了一定的基础。
(2)单孔洞模型的正演模拟计算和波场特征分析说明，振幅、能量是判别、预测碳酸盐岩孔洞型储层的主要特征参数，频率是次要特征参数，衰减不具有特别重要的意义，只有辅助作用。洞宽变化一般只引起波场特征单调变化，而洞高变化可能引起调谐性的变化。
(3)不同类型的多孔洞模型的正演模拟计算和地震波场分析说明，碳酸盐岩孔洞发育区的地震剖面上出现的反映孔洞存在的短同相轴可能是一个大洞引起的，也可能是多个小洞引起的，解释时一定要注意。
(4)与孔洞型储层有关的“串珠状”现象的出现需要二个条件：一是需要孔洞散射波有一定的能量，二是需要有形成强烈多次波的条件。
(5)生物礁储层的正演模拟计算和波场特征分析说明，其地震波场整体呈现为透镜状”或“纺锤状”的形状；内部复杂，比较杂乱，存在若干长短不一的短同相轴，无明显层状结构特征，外部比较简单；顶、底基本上为反射波同相轴，但反射强度与周围反射有一定区别，因此呈现横向不连续、难于对比追踪的现象；而且礁底反射有向略微下凹的现象，多数情况下反射变弱。
(6)生物礁储层地震记录属性参数的计算和分析表明，相位属性对识别礁体的作用最为明显，振幅和能量属性也很重要，频率属性虽然变化不大但与细节联系紧密，不可轻视。
(7)鲕滩储层的正演模拟计算和波场特征分析说明，其地震波场整体呈现“块状”的形状；内部复杂，比较杂乱，无明显层状结构特征，杂乱程度与鲕粒大小有关；外部波场为典型的台地边缘斜坡带的特点(表现为若干倾斜同相轴的形式)；滩顶、底反射波同相轴的反射强度与周围反射相比特别强；而且鲕滩底反射有略微下凹的现象，滩项反射波还会出现与两边围岩反射波相位相反的现象；鲕滩两侧存在很多交错平行的短同相轴；位置紧靠台地边缘。由于鲕滩内部非均匀性的影响，滩下往往也出现杂乱现象，容易产生滩体变大的假象；如果与生物礁共生，这种滩体扩大的假象更容易出现，值得注意。
(8)计算鲕粒滩储层地震记录的属性参数会加强其地震波场某些方面的特征，有利于识别鲕粒滩储层。其中，瞬时振幅使鲕粒滩地震波场的整体“块状”形状更为突出，瞬时相位使台地边缘斜坡带的地震波场更突出。这二种属性对于识别鲕粒滩的作用最为明显，能量属性也很重要，频率属性虽然变化不大但的确存在，不可轻视。
(9)AVO剖面突出了鲕粒滩内部、特别是两侧的绕射波。波阻抗反演只能在鲕滩识别中起辅助作用。
(10)石炭系黄龙组储层的正演模拟计算和波场特征分析说明，黄龙组顶界面往往具有强正相位，较好横向连续性的同相轴，黄龙组中白云岩储层的存在往往表现在黄龙组底界面同相轴上发生中断或扭曲。因此，识别黄龙组储层的关键是对石炭系黄龙组底界面的分析。
(11)波阻抗反演能明显减低黄龙组中白云岩储层的识别难度。波阻抗反演剖面上石炭系黄龙组的高速条带中的相对低速异常，指示石炭系内部储层发育情况，值得相当注意。从各个方面提高分辨率对于黄龙组白云岩储层的识别有特别大的作用。
(12)碳酸盐岩地区油气储层地震波场总体响应特征比较复杂，一般会出现许多难以收敛的杂波，造成剖面面貌差。因此，解释碳酸盐岩地区的地震剖面，不能像以往那样追求剖面干净、同相轴连续等，而应着重解释复杂的地震现象，地震响应特征越复杂，越应考虑与油气储层的关系。
(13)几个碳酸盐岩地区油气储层解释、验证的实例说明，利用数学模拟方法可以判别、分析碳酸盐岩地区油气储层解释结果的正确性，对解释结果提出有用的改进意见。
本文的主要创新点为：
(1)首次全面、系统地研究各种碳酸盐岩储层(包括孔洞型、礁、滩、白云岩等)的地震波场特征，为碳酸盐岩储层油气藏的预测提供坚实的理论依据。以往对碳酸盐岩储层的地震波场特征的研究也有一些，但都是零零碎碎的，很不全面、系统。
(2)在对各种碳酸盐岩储层的描述中(即在对这类储层的正演模拟计算之前的模型建立中)首次运用随机介质模型理论也是本论文的创新点之一。碳酸盐岩储层油气藏由于非均匀性很强，关于它的描述问题一直是一个世界级难题，使用随机介质模型理论使这一问题的解决变得容易一些，有可能得到更接近实际的结果。
(3)首次将弹性波正演模拟系统地应用于各种碳酸盐岩储层的正演模拟计算，能够模拟介质的完全响应，涵盖描述波在介质中传播产生的反射、透射和所有震相，包括动力学特征与运动学特征。声波模拟只包含纵波信息，弹性波则包含纵横波信息，因而较声波模拟信息更加丰富。根据弹性波正演模拟记录所总结的地震波场特征将更真实地反映实际情况，将为碳酸盐岩储层的预测提供更有意义的理论指导。