刚度弱化边界条件在TI拟声波方程模拟中的应用

由于地震波数值模拟在有限区域内进行,因此减少边界反射波的影响十分重要。完美匹配层(PML)方法被广泛应用于边界反射的吸收。但在各向异性介质模拟中,PML存在稳定性问题。为此,尝试将一种刚度弱化方法(SRM)应用到拟声波各向异性方程的模拟中。首先,给出了TI介质拟声波方程模拟中SRM和PML边界条件的加载方法和差分格式。模拟结果显示,SRM在内存要求和运算速度上优于PML方法。之后,通过对均匀VTI和TTI介质、层状介质以及BP模型进行数值模拟,对比分析两种方法的吸收衰减效果。对VTI介质的模拟结果显示,在本研究的实验条件下,使用同样的吸收层厚度SRM内存需求仅为使用PML方法的50%,运算耗时减少约25%。虽然在VTI条件下SRM吸收效果略逊于PML方法,但在TTI介质、层状介质以及BP模型模拟中显示出了更高的稳定性。模拟结果表明,SRM在TI介质拟声波方程模拟中具有较好的实用性和可靠性。

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.

天然气水合物岩石物理实验研究进展

天然气水合物是我国地质调查和资源勘查的重要矿体之一,勘探开发面临着诸多难题,如地震响应特征、力学和电学性质等需要开展深入研究。天然气水合物的赋存需要特定的温度和压力范围,环境温度和压力的变化可能会造成天然气水合物的分解,这在海洋环境和地质灾害等研究领域造成了诸多问题。天然气水合物地层的物性和岩石物理变化特征较复杂,在实验室开展天然气水合物测试分析是了解其岩石物理性质、获取岩石物理参数的一种有效手段。回顾了凝水成冰法、四氢呋喃(THF)溶液法、过量水法、过量气法、温度法、冰粉混合法等实验室生成水合物的方法,总结了温度、气体压力、粒径、矿物成分、含水率、表面活性剂、含盐量、地层骨架等水合物生成实验的影响因素,介绍了水合物岩石物理实验研究中声学、力学、电学等方面的研究进展,展望了天然气水合物岩石物理实验未来的研究方向。

川南页岩地层裂缝地震物理模拟及敏感属性分析

四川盆地南部龙马溪组页岩气资源潜力大,但页岩地层裂缝发育,对页岩气的保存条件具有较大影响,在页岩气工程开发过程中容易造成井间压窜,给页岩气的勘探和开发带来困难。针对LZ区块FJ向斜构造进行地震物理模拟研究,依据目标工区地质模式、地震解释结果及裂缝发育特征设计地震物理模型,在目标地层中设计具有不同参数的裂缝带,进行地震物理模型制作和数据采集,开展裂缝带的地震波场响应特征分析,并对物理模型的地震数据进行处理和反演,开展裂缝预测研究。叠前地震反演结果表明,经过优选叠前裂缝预测方法,可利用阻抗因子F和AVO梯度等敏感参数预测裂缝密度,利用纵波阻抗、λρ和AVO截距等敏感参数预测裂缝倾角。利用地震物理模型技术分析裂缝参数对应的地震响应特征,可检验不同裂缝预测方法的有效性,为目标工区的页岩地层裂缝预测和综合解释提供依据。

不同尺度裂缝对弹性波速度和各向异性影响的实验研究

裂缝广泛分布于地球介质中并且具有多尺度的特点,裂缝尺度对于油气勘探和开发有着重要的意义.本文制作了一组含不同长度裂缝的人工岩样,其中三块含裂缝岩样中的裂缝直径分别为2 mm、3 mm和4 mm,裂缝的厚度都约为0.06 mm,裂缝密度大致相同(分别为4.8%、4.86%和4.86%).在岩样含水的条件下测试不同方向上的纵横波速度,实验结果表明,虽然三块裂缝岩样中的裂缝密度大致相同,但是含不同直径裂缝岩样的纵横波速度存在差异.在各个方向上,含数量众多的小尺度裂缝的岩样中纵横波速度都明显低于含少量的大尺度裂缝的岩样中纵横波速度.尤其是对纵波速度和SV波速度,在不同尺度裂缝岩样中的差异更明显.在含数量多的小尺度裂缝的岩样中纵波各向异性和横波各向异性最高,而含少量的大尺度的裂缝的岩样中的纵波各向异性和横波各向异性较低.实验测量结果与Hudson理论模型预测结果进行了对比分析,结果发现Hudson理论考虑到了裂缝尺度对纵波速度和纵波各向异性的影响,但是忽略了其对横波速度和横波各向异性的影响.

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.

单裂缝不同传播方向Krauklis波振幅变化的实验研究

裂缝广泛分布于地壳岩石中并具有多尺度的特点,研究地震波在裂缝介质中的传播规律具有重要的科学意义和应用价值.含流体的裂缝中传播的Krauklis波(也曾被称为慢流体波、裂缝波、斯通利导波等)近年来逐渐成为地球物理学界的研究热点之一.本研究利用地震物理模型技术研究横波在单裂缝样品中传播时随传播方向变化的响应特征,在实验室用环氧树脂为基质构建模型样品,一个为不含裂缝的参考样品,一个为含直径30 mm、厚度0.2 mm的薄币状单裂缝的模型,利用0.5 MHz换能器测试了横波在模型中传播时透射信号的特征.实验结果显示在单裂缝样品中透射横波发生了波形的畸变和振幅降低,振幅谱显示透射信号的主频明显降低,在初至横波之后为具有一定能量的尾波.对尾波进行时频分析,发现在方位角较小时尾波能量较弱而方位角较大时尾波能量较强,尾波中信号的主频在0.1 MHz左右,与前人理论和实验研究结果一致.

非零偏VSP多波波场分离方法

这里研究了中值滤波法在波场分离中的应用,分析了中值滤波中参数的选择对分离效果的影响,并应用中值滤波法分离上行波、下行波。同时,对VSP中纵波、横波的偏振方向进行了分析,利用上行波、下行波振幅矢量关系对VSP记录进行纵波、横波分离,得到良好的分离效果。理论模型处理结果表明,应用中值滤波分离上行波、下行波,再利用偏振关系分离纵波、横波,可以得到较为满意的VSP上行纵波记录和横波记录,分离后的记录是VSP反射波成像的基础。

利用人造岩石样品开展地震岩石物理实验研究的新进展

人造岩石样品被用于油气勘探开发诸多环节中,在岩石物理学、岩石力学、油层物理等领域中取得了广泛应用。做为天然岩石的补充和有效替代样品,人造岩石在科学研究和工程应用中发挥着重要作用,为理解和分析复杂地层中油气赋存和运移、地球物理响应、物理化学机制等方面发挥重要作用。本文介绍了胶结法、烧结法、冷压法和热压法、3D打印技术、降温加压法等人造岩石样品的实验工艺,总结了针对复杂油气储层开展人造砂岩、双孔隙岩石、人造页岩、人造碳酸盐岩、天然气水合物模拟等实验方法,以及应用人造岩石样品开展地震波散射机制、地震各向异性、地震波衰减、震电效应、波致流机制、页岩脆性和甜点、水合物声电和力学等实验研究的进展。通过对人造岩石样品研究现状及发展趋势的总结表明,人造岩石样品与天然岩石具有越来越高的相似性,针对砂岩、含裂缝岩石、页岩、碳酸盐岩及天然气水合物等多种非常规储层的岩石类型,可以模拟孔隙度、渗透率、孔隙特征、矿物组分、流体饱和状态、微观结构等多种复杂岩石特征,参数可控的人造岩石样品可以实现单一物理量的变化,开展流体渗流、弹性性质、电磁学性质、力学性质等多方面的研究,定量的表征孔隙流体运移、弹性波传播、电场磁场、岩石破裂等多种物理化学过程中的机制,为降低油气勘探开发中的多解性、提高油气勘探开发精度提供支撑。利用人造岩石样品与天然岩石相结合开展研究可更好地揭示岩石物性对岩石物理特征的影响,但仍然存在一些问题。岩石力学性质与岩石孔隙结构、岩石矿物成分、岩石颗粒粒径、胶结方式和胶结强度等都有关,目前人造岩心在这方面的模拟还不太理想。同时,随着非常规复杂储层逐渐成为了目前油气勘探开发的主要目标,储层岩石的物性特征更加复杂,对人造岩石样品的模拟精度提出了更高的要求。与天然岩石相比,人造岩石样品有一些固有的不足,如孔隙结构相对比较单一、胶结方式和强度与天然岩石有差异、孔隙度和渗透率相对较高等,因此还需要在实验工艺上进一步提高人造岩石与天然岩石的相似程度。

裂隙密度对快、慢横波速度影响的物理模型实验研究

在裂隙储层中,横波速度是对裂隙密度最敏感的参数。在实验室通过在均匀介质中嵌入圆形薄片弱弹性材料,构建了与Hudson裂隙理论假设相符的裂隙模型。分别用3种谐振频率(0.50,0.25,0.10MHz)的超声波测试观测了平行和垂直裂隙模型方向传播的快、慢横波波形特征和速度,并用实测的模型基质速度和裂隙参数计算了裂隙模型的理论速度值。实测值与理论计算值的对比表明,随着裂隙密度的增加快、慢横波速度的下降趋势基本一致;随着测试频率的降低出现明显的速度频散现象,实测值由高于理论值向低于理论值方向变化。快横波速度在0.10MHz频率时测试值与理论值几乎一致;慢横波速度则在0.25MHz时测试值与理论值偏差最小。在实测值中,横波偏振垂直裂隙时与传播方向垂直裂隙时的慢横波速度有达2%的差异。分析认为这与波长与裂隙尺寸之比有关,比值接近1时,偏振因素影响大,慢横波波至前会出现干扰波;比值大于1时,传播方向的散射影响大。

时间域线性Radon变换vsp波场分离

阐述了常规线性Radon变换和时间域高分辨率线性Radon变换的基本原理,讨论了Radon变换的端点效应、截断效应和空间假频问题,同时给出了利用相似函数法压制端点效应的方法和避免空间假频的参数选择原则,并且对理论模型用文中提到的方法进行波场分离并进行了误差分析,取得了较好的效果,表明时间域高分辨率线性Radon变换能够使线性同相轴的能量得到较好的收敛,对波形的恢复较好,取得了良好的上下行波分离的效果。

含水平缝薄互层储层地震响应特征物理模拟

油气储层之中常存在沿层理发育的水平裂缝,并对储层特性有着不可忽视的影响.水平裂缝与层理平行,使得裂缝的地震响应与层理的地震响应互相混叠,给水平缝的地震识别带来了困难.本文利用地震物理模拟技术,模拟并分析了含水平裂缝的薄互层储层地震响应特征,为水平裂缝的地震识别提供依据.首先设计并制作了用于模拟含水平裂缝的薄互层储层物理模型,模型采用了在均匀地层中嵌入裂缝单元的模拟方式,水平裂缝单元采用片状孔隙材料叠合法构建,即利用粘合剂将片状孔隙材料粘合胶结,然后压实固化进而获得用于模拟野外含裂缝岩石的裂缝单元.然后将物理模型置于水槽内,模拟采集了4条二维纵波地震测线,并对地震数据进行了处理分析.模拟数据处理分析结果显示,本研究的模拟方法可以较好地模拟水平裂缝的地震响应特征.此外,本研究还对处理结果进行了时频分解,讨论并分析了含水平缝薄互层储层地震响应频变特征.研究表明,薄互层储层中发育的水平裂缝可以明显的引起时频谱的异常,但是这种异常受到薄互层调谐效应和裂缝的双重制约.因此无论进行薄层解释还是裂缝预测时,必须综合考虑调谐效应与裂缝的双重影响.对于含水平缝薄互层储层的频变AVO(振幅随偏移距变化,Amplitude Variation with Offset)特征而言,尽管薄互层产生的频变特征起主导作用,但是裂缝的发育以及裂缝参数的变化可以引起频变AVO特征的显著变化,该结果说明了利用频变AVO特征识别水平裂缝的可行性.

斜井三维VSP多波射线正演方法

基于费马原理和Snell定理,对三维VSP两点射线追踪问题作了研究,给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算公式;同时考虑射线入射到界面时能量分配问题,探讨了三维介质条件下射线追踪计算方法。对斜井VSP三维任意起伏层状介质中多波进行正演模拟,结果表明:该方法可行性和有效性较高,计算速度快,且计算精度高。

利用strata反演波阻抗

本文对嫩江松花江地区的三维地震资料进行处理,结合该地区基础地质资料、钻井资料以及测井资料,利用strata软件进行反演,得出波阻抗剖面,从而预测该地区的含油砂体分布。反演结果可以看出反演剖面层次特征清楚,横向变化比较合理,基本能反映地震资料的横向变化特征,可以满足储层研究的对比追踪要求。

Experimental research on seismoelectric effects in sandstone

The seismoelectric effects induced from the coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field depend on the physical properties of the reservoir rocks. We built an experimental apparatus to measure the seismoelectric effects in saturated sandstone samples. We recorded the seismoelectric signals induced by P-waves and studied the attenuation of the seismoelectric signals induced at the sandstone interface. The analysis of the seismoelectric effects suggests that the minimization of the potential difference between the reference potential and the baseline potential of the seismoelectric disturbance area is critical to the accuracy of the seismoelectric measurements and greatly improves the detectability of the seismoelectric signals. The experimental results confirmed that the seismoelectric coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field is induced when seismic wave propagating in a fluid-saturated porous medium. The amplitudes of the seismoelectric signals decrease linearly with increasing distance between the source and the interface, and decay exponentially with increasing distance between the receiver and the interface. The seismoelectric response of sandstone samples with different permeabilities suggests that the seismoelectric response is directly related to permeability, which should help obtaining the permeability of reservoirs in the future.