横波分裂和纵波方位各向异性在油气勘探中的应用

本文首先回顾了横波分裂和纵波方位各向异性应用于油气勘探的发展历程;在此基础上重点讨论了二者在上地壳中的分布情况、相互关系及应用条件.横波分裂是地震波传播经过裂缝时所独有的横波双折射现象,40年的科学研究及生产应用表明这一物理现象在上地壳中广泛存在,并主要存在于近地表1200 m以浅.纵波方位各向异性从浅到深在上地壳中分布差异较大;应用于检测裂缝时仅对含气裂缝发育区敏感,对含其他流体的裂缝区不敏感.针对裂缝发育区的预测,本文利用理论和实验数据分析论证了横波分裂与纵波方位各向异性的关系;阐明在油气勘探中横波分裂分析与纵波方位各向异性预测裂缝储层须首先消除近地表的影响,这在一定程度上限制了二者的应用.同时阐明二者的应用还需要满足近地表相对简单、裂缝储层相对较厚等条件;且需采集非零偏或环形垂直地震剖面(VSP)资料进行标定.即多分量地震数据品质、近地表地震地质条件及储层方位各向异性发育程度是影响横波分裂及纵波方位各向异性应用效果的3个关键因素.

2022年四川泸定M_(s)6.8地震震源区横波分裂变化特征

本文对2022年四川泸定M_(s)6.8地震震源区横波分裂的时空变化特征进行了分析. 通过对横波窗内的近震横波波形进行横波分裂测量,得到了震源区各台站的快波偏振方向和慢波延迟时间. 结果显示,震源区上地壳各向异性存在着明显的空间分区特征和随时间的规律性变化. 空间上,靠近发震断裂——鲜水河断裂和余震密集区的台站的快波偏振优势方向呈NW或NNW向,与主压应力方向和发震断裂走向一致,且平均慢波延迟时间较大;位于震源区东北部大渡河断裂和龙门山断裂的台站呈现出两个快波偏振优势方向,一个是与主压应力方向一致的NW向,另一个是与断裂走向一致的NNE向,且平均慢波延迟时间较小. 上述分布特征反映了应力场和断裂构造对上地壳各向异性的综合效应,且泸定地震孕震过程中发震断裂和余震密集区积累的应力明显强于其他区域. 时间上,主震前,靠近发震断裂和余震密集区的台站的快波偏振方向较稳定,慢波延迟时间较小,在震后35天内,各台站的快波偏振方向离散度较大,快波偏振优势方向与主压应力方向存在一定夹角,慢波延迟时间变化剧烈,平均慢波延迟时间较大,主震36天后,各台站的快波偏振方向逐渐收敛,快波偏振优势方向与最大主压应力方向一致,慢波延迟时间逐渐减小并趋于稳定,反映了主震后的余震活跃期内的应力调整剧烈,随着主震和大量余震的发生,积累的应力不断释放,地壳应力逐渐减小,后期的余震活动逐渐变弱,泸定地震的发震断裂在震后的应力调整期可能存在着愈合过程.

新疆伽师强震群区的横波分裂与应力场特征

利用在新疆伽师地区布设的流动台阵记录到的地方震波形数据 ,研究了伽师强震群附近各台站横波分裂现象 ,给出了相应的快波偏振方向的平面场分布 .发现在台阵的塔里木盆地一侧 ,波偏振方向为近SN向 ,与塔里木盆地的区域主压应力方向一致 ,但在塔里木盆地北部边缘的褶皱变形带内 ,快波偏振方向变为近EW向 ,特别是在柯坪断裂附近 ,快波偏振方向与阿图什地震的震源断层方向基本一致 .由于快波偏振方向平行于主压应力方向 ,给出的快波偏振方向反映了相应的主压应力场特征 .结果表明 ,伽师强震群的成因很可能是塔里木盆地北缘横向非均匀变形造成的局部张性剪切应变能的释放 .

首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征

利用宽频带流动地震台阵和首都圈固定台网记录到的近震波形数据,研究了首都圈地区(38·6°N^41·0°N,115·0°E^119·7°E)的横波分裂,给出了快波偏振优势方向的场分布,讨论了首都圈地区的应力场特征.在此基础上,采用二维线弹性有限元数值模拟方法,探讨了断层不均匀滑动对区域构造应力场的影响.结果表明:(1)首都圈地区的应力场整体特征表现为NE向的背景应力场和受张家口-蓬莱断裂带控制的NW向的局部应力场;(2)在研究区域的西半部分和中部,最大主压应力方向为NE60°~70°,在唐山大震区及其东部区域,最大主压应力方向近WE向;(3)首都圈地区的局部应力场最大主压应力方向比较一致,基本上都与张家口-蓬莱断裂带走向平行,为120°~130°;(4)首都圈区域内断层的存在及其郴均匀滑动是研究区内出现大量局部应力场的一个重要原因,张家口-蓬莱断裂带对首都圈局部应力场起着重要的控制作用.

2010年玉树7.1级地震震源区横波分裂的变化特征

本文对2010年玉树M_s7.1级地震序列的横波分裂的时空变化现象进行了研究.通过在横波窗内S波质点运动图的分析,从位于甘孜—玉树断裂带台站的地震记录中提取了S波分裂的快波偏振方向和快慢波之间的时间延迟.断裂带上3个台站的S波分裂的结果显示了NEE向快波偏振方向,与区域内最大主压应力方向基本一致.观测到了快、慢波到时延迟的趋势性变化,空间上,位于震源区甘孜—玉树断裂带的北支断裂上L6304和YUS台的到时延迟大于位于南支断裂上的L6303的结果,同时YUS台的到时延迟又大于L6304台的;时间上,YUS台的到时延迟在主震后迅速增大,持续一段时间后又减小.横波分裂现象主要由台站下方岩层中随应力分布排列的微裂隙控制,本文结果揭示了主震和余震过程中区域应力场的变化,玉树地震主震区的应力在主震后得到了释放,地壳应力向东南转移,导致了YUS台的到时延迟大于L6304台的;玉树地震的发震断裂是甘孜—玉树断裂的北支断裂,而南支断裂对其影响较小;YUS台附近的地壳应力在主震后得到了增强,随着余震活动导致的应力释放,后期应力减小.

青藏高原横波分裂的观测研究

１９９１年７月－１９９２年６月，中、美两国合作在青藏高原架设了１１个宽频带数字记录的ＰＡＳＳＣＡＬ临时地震台站，它们分布在青藏公路沿线和青藏高原东部地区．利用这些台站记录到的高质量数据，对远震的ＳＫＳ波进行分析和计算，在多数台站观测到了ＳＫＳ波分裂的现象．用ＳＣ方法计算了青藏高原所记录到的ＳＫＳ波分裂的参量，即快波偏振方向φ和快、慢波的到时差δｔ，探求台站下地幔介质的各向异性．φ从南（拉萨）往北（至格尔木）有一趋势变化，从南边的北东方向渐变至北边的近东西方向．快、慢波的到时差在高原上向北渐渐变大，在不冻泉达到最大；再往北至格尔木又迅速减小．认为在印度板块和欧亚大陆的碰撞挤压下，雅鲁藏布江以北青藏高原下面的上地幔物质在区域构造应力场的作用下，沿东西方向发生形变以至流动，它使上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动的方向．

基于二维三分量伪谱法模拟数据的EDA介质中横波分裂研究

为了检测定向裂隙介质中横波分裂的方位属性特征,分析地震属性随裂隙密度和方位变化,采用人工吸收边界和反周期扩展边界,用伪谱法获得不同裂隙密度和不同方位地质模型三分量地面记录;应用时频分析和剪切波偏振分析研究由于裂隙方位和密度引起的横波分裂.结果显示,裂隙密度和方位决定着横波分裂的时差和偏振.快慢横波的延迟时间随裂隙密度增大而增加,不同方位相同裂隙密度的横波分裂时差有微小的变化.在45°方位检测时间延迟时间最大.通过时频分析,可以看到不同方位的瞬时主频有显著的变化,在横波分裂处瞬时主频有明显变化.因此,瞬时主频和快横波的偏振以及延迟时间可以作为裂隙方位和密度的指示.

盈江M_S6.1地震序列近场横波分裂研究

使用横波分裂系统分析方法(SAM),对2014年5月30日盈江MS6.1地震震区内多个近场流动台站记录到的大量波形数据进行横波分裂研究.研究结果表明,盈江MS6.1地震序列的快S波偏振方向为近NS向,与区域主压应力方向一致.主震发生后,由于震源区应力状态的调整,卡场台(KAC)快S波偏振方向发生逆时针偏转,勐弄台(MNO)快S波偏振方向离散度减小,并且由于受到研究区内断裂的影响,MNO台偏振方向较KAC台偏振方向更加离散.KAC台和MNO台的慢S波时间延迟均表现出主震发生前短时间内突然减小,震后逐渐增大的变化特征,这意味着临震前震源区地壳应力的释放和震后地壳应力的增强,预示了后续余震的持续发生.地震序列时间延迟平均滑动曲线起伏振荡,表明了余震的发生伴随着震源区地壳应力的不断调整.

含裂隙介质中横波分裂现象的数值模拟

波动方程高阶差分法具有精度高、数值频散小的优点 .使用这种高阶差分解法 ,对裂隙介质中的弹性波的传播进行了模拟 ,对其中的横波分裂现象进行了分析研究 .结果发现 ,在裂隙介质中 ,横波分裂后快横波与慢横波的能量分布与裂隙和测线的夹角有关 ;慢横波的能量衰减快 ;快、慢横波遇到反射界面时会产生各自的反射波、透射波和转换波 ,使记录复杂化 .模拟结果对裂隙发育地区的地震资料的采集、处理和解释具有指导意义 .

基于地震横波分裂理论的火成岩裂缝检测

定向地下裂缝是低渗透率油气藏油气的储集空间和运移通道,对油气的开采有着重要的意义.本文基于横波分裂理论,提出了比值法叠后快、慢横波分离方法,通过分离后的快、慢横波的振幅差异和时间延迟可求取地下介质的裂缝走向方位和密度以及各向异性系数.该方法被应用到松辽盆地某气田对火成岩储层裂缝走向方位和密度进行了检测,检测结果与区域应力场和实钻数据具有较好的一致性.

裂缝介质横波分裂时差影响因素定量研究

裂缝介质数值模拟是研究裂缝型油藏各向异性及裂缝检测的关键.横波分裂现象是波在各向异性介质中传播的一个显著特征,横波分裂时差能够反映地下裂隙密度和介质物性等信息.本文给出二维均匀TTI介质在不同极化角度下的横波群速度公式,进而得到偏移距表征的横波分裂时差表达式;同时采用二维三分量交错网格高阶有限差分方法模拟不同极化角度下的三分量炮记录,与理论值对比分析,定量研究分裂时差与极化角、偏移距、各向异性参数的关系,得到如下主要结论:1)在不同各向异性强度下,横波分裂时差与极化角呈现不同的变化规律,而快慢横波振幅比与极化角的关系不受各向异性强度的影响;2)从能量角度,在45°～55°极化角内,横波传播的能量对比最强,是观测横波分裂的最佳角度范围;3)表征各向异性强度的三个参数中γ对横波分裂时差的影响最大,其从0变化到0.3,分裂时差增幅达432.4%.

正交基旋转的横波分裂检测技术

根据横波分裂的特点和信息 ,可以预测地层裂缝发育的方位和密度参数。在裂缝性油气藏中 ,这两个参数对提高油气采收率具有重要的意义。利用二维单震源的转换波资料估算裂缝参数时 ,通常假定快、慢横波之间有确定的时差关系和振幅关系。而在实际资料中 ,这种关系往往是不存在的 ,特别是时差关系并不确定。为此 ,本文在快、慢横波偏振为正交偏振的基础上 ,提出一种正交基旋转 (OBR)方法 ,可导出观测系统坐标与自然坐标之间夹角的解析表达式 ,从而实现快、慢横波分离 ,并估算地层裂缝发育方位。通过合成记录和实际资料试算表明 。

横波分裂裂缝检测方法在川西深层气藏中的应用

由横波分裂原理可知,当横波(或转换横波)在裂缝介质中传播时,横波将分裂成平行裂缝走向的快横波和垂直裂缝走向的慢横波.基于此,求取裂缝走向的问题可以转化为求取快横波的偏振方位角度的问题;由于快、慢横波的传播时差与裂缝发育密度密切相关,因而裂缝发育密度的预测问题可以转化为快、慢横波的传播时差求取问题.根据快、慢横波在径向分量和横向分量上的振幅、能量、相位、传播速度、走时等差异,可从不同的角度着手,建立不同的横波分裂裂缝检测技术.如R/T能量比值法、T分量极性反转法、最小二乘拟合法、传播矩阵法、Alford正交旋转法等.随着多波多分量地震勘探技术的快速发展,这些方法日趋成熟,正扮演着越来越重要的角色.实践表明,它们对四川盆地新场地区深层裂缝性气藏的勘探开发提供了重要的支撑.

利用横波分裂预测裂缝

快、慢波分离技术是多波处理中的一项关键性技术,利用分离后快、慢波的偏振方位和时差可以研究地下裂缝的发育状况。裂隙密度和方位决定着横波分裂的时差和偏振,快、慢横波的延迟时间随裂隙密度增大而增加,不同方位、相同裂隙密度的横波分裂时差有微小的变化。本文在最小熵旋转的基础上,提出了角度扫描的改进方法;在合成记录应用中,该方法较正交基旋转有更加良好效果;最后结合层剥离技术进行实际应用,所得结果与实际情况吻合。

2012年9月7日彝良地震震源区横波分裂变化特征分析

为探究2012年9月7日彝良地震前后横波分裂参数的时空变化特征,利用研究区内中国地震科学台阵--南北地震带南段2011年8月至2013年9月的19个流动地震台观测资料进行了横波分裂计算。结果显示,位于断裂带上方及其附近台站的快波偏振方向显示为NE方向,与断裂带走向基本一致,而断裂带不发育的局部区域快波偏振方向为NW向,与区域主应力场方向较为一致,说明快波偏振方向能够很好反映上地壳的应力分布状态;慢波时间延迟则在地震前后表现出明显的变化,在地震发生前,整体表现为逐渐增加的趋势,且分布较为离散,表明该地区地壳应力逐渐积累,在地震发生后慢波时间延迟开始急剧下降,分布也较为收敛,说明地壳应力随地震的发生迅速得到释放。

裂缝介质中不同震源横波分裂现象的数值模拟

采用TTI介质中二维三分量一阶交错网格应力-速度弹性波方程,模拟胀缩源、垂直集中力源、剪切源在垂直裂缝介质中的井间地震波场,分析了不同方位角情况下波场的传播特征,并讨论了横波分裂时的能量分配情况。结果表明:地震波从各向同性介质进入各向异性介质时会观测到快慢横波;在一定方位角的情况下,垂直裂缝介质中会得到快慢横波,这为进一步分析横波分裂特征和地震实际数据提供了依据。

可控力源激发EDA介质中横波分裂现象正演模拟研究

在研究了各向异性介质中波动方程的正演模拟现状的基础上,对波动理论进行了总结,并采用FCT有限差分法对EDA介质中的波动方程进行了数值模拟,得到了EDA介质中横波分裂的波场快照,并对波场特性进行了分析。

三种双扫描横波分裂算法在裂缝探测中的应用研究

为了准确利用横波分裂方法探测裂缝,将天然地震资料处理常用的双扫描算法应用到转换波勘探,有必要对其适用条件和反演精度进行研究。从横波分裂基本性质出发,首先归纳了双扫描算法的流程;然后以含裂缝地层模型为例,测试了切向能量法、旋转相关法和协方差矩阵法三种双扫描算法在不同条件下的反演精度和鲁棒性;最后将其应用到西部M工区致密含气砂岩储层的裂缝探测,并与传统能量比值法进行了对比。结果表明:1当炮检方位与裂缝发育方位间隔一定角度时,三种双扫描算法都能得到准确结果;2与另外两种方法相比,切向能量法更加稳定,可以应用到炮检方位接近裂缝发育方位的特殊情况;3炮检距对双扫描算法存在一定影响,炮检距增大时误差也随之增大。

高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂

笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法。相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差。采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征。结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关。具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差。利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角。横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象。

对大同地震横波分裂的研究

由三分向数字地震仪构成的小孔径流动台网记录了1989年10月山西大同二个强震之后15天内的余震。纵波和横波的尾波在直达波的后续波列中表现得非常明显,估计是由近地表不规则沉积层对地震波的聚焦效应所形成的。由于近地表不规则沉积层的作用,在较宽的离源角的范围内都可以辨认出横波分裂现象。用大范围膨胀各向异性(EDA)裂隙对横波的影响解释了快波偏振的排列方向与区域应力场最大主压应力方向的一致性。对一天中包括一个较大地震以及它前后较小地震形成的系列,用理论到时差数值模拟与实际记录对比的方法,确认了横波分裂到时差在一个较大地震发生前后的上升和下降,用应力导致壳内裂隙随时间的变化对横波传播的作用解释了这种变化。到时差在短时间内发生的迅速变化说明含有EDA裂隙的上地壳对区域应力变化具有快速的弹性响应。