鄂尔多斯盆地黄土塬区地震波场数值模拟及传播规律

为研究鄂尔多斯盆地黄土塬区地震波的传播规律和噪声的产生机理,根据庆城北三维工区实际地表高程和速度结构,建立准确反映黄土塬区近地表结构的三维数字模型(速度和品质因子Q),以基于Q显式表达的黏滞声波方程为基础,采用坐标变换法实现起伏地表条件下的三维黏滞声波方程数值模拟。该方法可以将复杂近地表引起的近炮点强能量噪声和强衰减效应较客观地模拟出来,模拟结果与实际资料的吻合度较高。通过不同复杂程度模型的三维数值模拟和波场分析,厘清了黄土塬区地震资料近炮点强能量噪声和多次反射、多次折射的产生机理,并结合实际资料分析了黄土塬区不同位置(塬、梁、坡、沟)及不同炮点深度的波场特征差异,认为:沟中激发时,近炮点强能量噪声较弱,资料品质相对较好;随着炮点深度增大,信号的高频端成分逐步增加;黄土塬地区野外地震采集时,应避免在干黄土层中激发,尽可能选择胶泥层或更深层激发。波场分析结论对黄土塬区实际资料采集和处理具有一定的指导意义。

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。

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。

依托物理模型的叠后裂缝敏感地震属性优选与应用

在更关注中小尺度裂缝构造的现阶段,大尺度裂缝研究不可或缺。预测大尺度裂缝的常用方法是地震属性分析,因此寻找并选用对(不同尺度)裂缝敏感的地震属性成为关键。基于多裂缝参数地震物理模型,开展叠后属性分析,研究地震属性对裂缝参数的敏感性,然后优选敏感属性进行多属性融合。结果表明:在单一属性裂缝预测中,倾角约束分频相干属性具有明显优势,但难以识别三维空间某一方向尺度小于λ/4的裂缝带;频率衰减梯度属性对裂缝带尺度敏感,谱分解相位调谐体属性对裂缝密度敏感,振幅属性对裂缝方位和缝面倾角敏感;曲率等几何属性、相干属性和物理属性的融合不仅能突出大断裂,还能降低多解性。

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.

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。

地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法

Q值是描述地层衰减特征的重要地震物理参数,研究Q值对提高地震资料分辨率,提高地震成像精度具有重要意义.本文从地震物理模拟中模型材料的动力学特征出发,提出了一种地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法.通过铝样验证了衍射校正方法的准确性,利用有机玻璃实验分析了不同测量方法求取Q值的测量精度问题,从而优选测量方法;然后基于复合材料的实验数据,建立复合材料配比与各物理参数之间的函数关系,利用该函数关系指导地层衰减定量模拟.结合单层地震物理模型和近地表地震物理模型,研究了模拟地震记录及其频谱特征与野外实际情况之间的相似性,基于建立的函数关系研究分析了地层衰减定量模拟的准确性.实验结果表明,基于地震衰减定量模拟方法构建近地表地震物理模型时,模型中模拟参数不仅与设计参数保持很好的一致性,同时具有很高的准确性,模拟地层的频谱衰减特征与野外地层保持一致.

近钻头无线短传理论及信号衰减特性分析

利用等效理论将螺线环天线等效成磁流环,使电流环和螺线环两种天线可共用同一仿真模型。利用COMSOL有限元软件实现了仿真建模,通过分别加载电流源和磁流源,实现了两种类型天线的无线短传信号仿真计算。通过大量算例分析,得到了地层电阻率、工作频率、天线与钻铤间距、源距和井眼等参数对两种天线信号衰减的影响规律,给出了两种短传天线工作性能与井况的对应关系。本研究对研制无线短传传感器,以及更好地理解和掌握该类仪器信号的衰减特征具有重要参考价值。

等效介质理论中裂缝密度的适用性研究

为了比较裂缝等效介质理论的预测精度,本文利用物理模拟的方法制作了一组9个裂隙密度模型,其中裂隙密度从0增大到12%,裂隙厚度和直径保持不变,分别为0.12mm和3mm.使用0.5MHz的纵横波换能器,采用脉冲透射法得到纵横波的速度和各向异性.然后,将基质的模量、裂缝填充物模量和裂缝参数代入等效介质理论中,计算出纵横波速度和各向异性随着裂隙密度的变化情况.通过纵横波速度的实测值与等效介质理论的定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于8%时,Hudson理论和线性滑动理论对快横波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于9%时,各向异性自洽理论和NIA(非相互作用近似)理论对慢横波速度的预测与实测值非常吻合.通过纵横波速度各向异性实测值与理论计算值定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度各向异性的预测与实测值更吻合;当裂隙密度小于6%时,各向异性自洽理论和NIA理论对横波速度各向异性的预测与实测值更吻合.

近钻头电阻率测量理论及响应模拟

利用有限元素法仿真软件,对采用螺线环型天线的近钻头电阻率测量工具进行建模仿真.对发射源进行等效变换,建立轴对称二维和三维磁流源等效模型.利用这2种模型,分析工作频率、地层电阻率、钻铤与天线尺寸等参数对信号衰减的影响规律,并对该仪器的前向和径向探测深度以及纵向分辨率指标进行分析和评估.结果表明,螺线环型天线能有效测量钻头周边电阻率信息,2种等效模型能有效分析信号的衰减规律和仪器的探测特性.研究给出的建模方法和得到的结论对研制该类仪器和分析仪器的响应规律具有重要的指导意义.

基于机器学习的时间反转散射体检测方法

地下小尺度散射体的检测和识别对于提高地震勘探的分辨率具有重要意义,目前业界普遍采用绕射波分离及成像方法检测地下散射体,而绕射波成像的质量主要取决于绕射波和反射波波场分离的程度.本文将被动源震源定位问题中常用的时间反转原理引入到地下散射体检测中,首先通过分析被动源和主动源模型反传波场的聚焦状态,验证了时间反转原理应用于地下散射体检测中的可行性;并引入机器学习中的朴素贝叶斯分类算法,给出适用于时间反转散射体检测的分类算法框架,计算模型中每个点成为散射体的概率,最终检测出地下散射体最有可能存在的位置.散射体模型和Sigsbee2a模型的试算结果证实了本文方法在不需对反射波和绕射波分离的情况下,即可实现对地下散射体的检测和定位,同时由于考虑了多次散射的影响,检测结果能准确反映地下散射体的位置.

磁芯对电流环型无线短传天线的影响研究

为优化电流环型无线短传天线的设计,对天线性能受磁芯的影响进行了分析。采用COMSOL有限元软件实现了对带磁芯电流环型天线的建模仿真。通过对不同算例的仿真结果进行分析,得到了磁芯对天线的影响规律。天线信号随电流源频率和磁芯磁导率的增大而增大,但磁导率对信号的增大作用存在饱和现象,饱和磁导率约为1000;磁芯对发射和接收天线信号的影响是独立的,且影响程度与地层电阻率无关;增大线圈半径、磁芯宽度,减小线圈缠绕宽度,天线信号增大明显,增加磁芯厚度,信号也有增大趋势,但变化幅度很小。依据此影响规律,对线圈与磁芯的缠绕形式以及结构尺寸进行优化设计,选取合适的磁芯材料,能有效提升电流环型无线短传天线的通讯性能。

Wide/narrow azimuth acquisition footprints and their effects on seismic imaging

Acquisition footprint is a new concept to describe the seismic noise in three-dimensional seismic exploration and it is closely related to geometry and observation shuttering. At present, the study on acquisition footprints has become a hot spot. In partnership with the Dagang Oilfield, we used the channel sand body seismic physical model to study the characteristics of wide/narrow azimuth acquisition footprints and analyzed and compared the two types of footprints and their effects on target imaging. In addition, the footprints caused by data processing of the normal moveout offset （NMO） stretching aberration were discussed. These footprints are located only in the shallow or middle layer in the time slice, and possibly affect the imaging of shallow target layers, and have no influence on deep target imaging. Seismic physical modeling has its advantages in the study of acquisition footprints.