四川威远地区近震剪切波分裂特征

基于布设在四川威远地区的流动地震台站2019年11月至2020年5月记录的近震波形数据,利用剪切波分裂分析方法获得了研究区内23个地震台站的剪切波分裂参数。结果显示:威远地区地震台站快波偏振方向多数为北西向,与区域主压应力方向一致;有个别台站可能由于受到局部构造环境的影响,快波偏振方向为北东向。而在地壳速度变化明显的威远背斜附近,有6个台站结果显示为两个快波偏振优势方向,表明该地区快波偏振方向是区域应力场和局部构造环境共同作用的结果,威远地区慢波延迟时间均值为4.43 ms/km,威远背斜南侧区域的慢波延迟时间值普遍大于其北部区域,表明在威远地区南部区域的各向异性强度强于北部区域。

基于裂缝柔度和地应力模型的声电测井正、反演方法及应用

电阻率成像探测深度通常为几厘米,超声波成像数据也只能提供井壁的声幅或到时图像。因此,很难评估井壁张开裂缝在地层中的分布情况。声波测井一般应用弹性各向异性表征地应力场和裂缝特性等,通常岩石的固有各向异性、高角度地层层面、裂缝或不平衡应力挤压等都可以导致弹性波表观各向异性,因此往往难以判断各向异性的成因。前人针对单一方位二维裂缝模型进行了声波正演模拟,但不适用于井筒含多组任意方位裂缝介质的弹性波模拟。为此,首先拾取井壁成像测井中导致声波表观各向异性的三类结构特征(天然裂缝、层面缝(或薄层)和钻井应力诱导缝)信息,同时定量化层理结构信息(如倾向、方位等),并将裂缝分层、分组;然后从声波全波列中提取地层的快、慢横波慢度及各向异性方位;接着在岩石和裂缝信息井壁成像建模基础上,通过裂缝附加柔度模型、层面伪裂缝模型和非线性应力场弹性波动理论正演模拟岩石的声波属性;最后通过对比声波速度及各向异性方位等信息的模型预测结果与实测结果,利用最小误差拟合反演确定井壁图像表征的裂缝类型与各向异性的成因,并对比、分析了频散曲线特征。将所提方法应用于花岗岩潜山裂缝型气田生产测试井以验证方法合理性,实际模拟结果表明:波速对各向异性成因的敏感度不如快横波方位,波速拟合误差一般较小且易于收敛,而快横波方位更能区分和判断地层的各向异性类型,从而有效、可靠地指示裂缝类型;B井地层分上、下两层,下层(2950~3000 m)发育层面伪裂缝、钻井诱导缝及少量有效缝,测试产能较低,上层(2900~2940 m)有效缝发育,测试产能较高。

通过地震横波获取地壳深浅部应力简介

地震是脆性地壳中断层应力积累超过破裂极限强度的直接结果。因此,研究地壳不同深度的应力积累是地震预报的可能途径之一。在各种地球物理观测数据中,地震各向异性介质中的地震横波分裂参数携带了不同深度岩层中应力及其变化的完整信息。这些参数中,快横波偏振方向的观测已经取得了大量的成果。但是,过去40年来,快-慢横波到时差的观测数据过于离散,制约了利用地震横波来了解深浅部岩层中应力大小的观测和研究。对此,本文简要介绍了相关研究存在的难点和解决方法、以及专门的地震波偏振矢量分离(SPVS)观测软件,有望实现对地震孕育、发生和发展过程中应力及其变化的监测。

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.

S1P/S2P波分离及SVP横波分裂校正

对于横波源地震勘探,从资料中提取裂缝信息并进行快、慢横波分离和横波分裂校正,对于方位各向异性横波地震数据成像具有十分重要的意义。横波源勘探数据中的SP转换波(横波转换的纵波)与纵波源勘探数据中的PS转换波(纵波转换的横波),二者之间的差异只是横波分裂发生在下行波或上行波传播过程中。因此,SP波横波分裂特征与PS波类似。本文将PS波的切向能量最小化方法应用到SP横波分裂分析,以求取地下裂缝方向。在三维九分量(3D9C)实际数据应用时,形成了在横波源SP波地震数据CCP(共转换点)道集抽取及动校正等预处理的基础上进行分方位叠加并求取CCP对应的裂缝方向,再进行快、慢转换纵(S1P、S2P)波分离的技术流程。同时,还提出了在快、慢波叠加剖面上拾取层位获取时差的策略,应用该时差进行横波分裂校正后,得到去除了横波分裂效应的转换纵(SVP)波,剖面成像质量得到了进一步的改善。合成数据及实际数据应用结果均表明,S1P和S2P波成像剖面较分离前有明显改善,横波分裂校正后SVP反射能量得到进一步增强,验证了本文方法在实际SP波地震数据进行快、慢波分离和横波分裂校正的可行性。

基于横波分裂的井中微地震资料三分量波场特征分析

井中微地震压裂裂缝监测资料波场复杂,尤其当横波遇到裂缝时会分裂为偏振方向互相垂直的快、慢两种横波,而如果纵波波场与横波波场及横波分裂后的快、慢横波波场识别错误,会直接影响解释成果的准确性。为了提高井中微地震资料解释成果的准确性,在前人分析的不同裂缝尺度对快、慢横波传播速度影响的基础上,根据不同入射角与检波器三分量之间的关系,分析了纵波、横波、快横波、慢横波在三分量检波器的波场特征,得出利用横波分裂事件定位反演结果会造成压裂裂缝解释误差过大。以新平XX井微地震压裂监测资料为例,分别拾取了纵波、横波、快横波、慢横波微地震记录,通过纵、横波初至拾取的走时反演定位算法,完成了纵波+横波、快横波+慢横波、纵波+快横波+慢横波等波场的微地震定位反演。经对比发现,利用纵波+横波微地震事件定位结果判定事件方位、距离更可靠,其解释的裂缝形态更符合压裂裂缝生长规律,同时也证明了快、慢横波影响井中微地震定位反演结果。

利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011—2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.

1999年台湾集集地震余震区--嘉义地区地震的剪切波分裂参数随时间变化的研究

本文利用台湾中央气象局布设的嘉义台CHY、民雄台CHN2和义竹台CHN8记录的地震波形资料,使用波形互相关的SAM分析方法(剪切波分裂系统分析方法),对发生在1999年9月20日台湾集集大地震(MW7.6)余震区的嘉义ML6.4和ML6.0级地震的震前序列,开展了长达22个月的大震前近场源剪切波分裂参数随时间变化的应力预测研究.研究结果表明,在正常情况下,快剪切波的偏振方向大致近东西向,与嘉义地区最大主压应力场的方向一致,表明该区的各向异性受区域构造应力场控制;根据剪切波分裂参数——快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟随时间的变化,我们认为,临震期慢剪切波时间延迟的快速下降和快剪切波偏振方向90°跳跃事件的频繁发生,可以作为临震期大震应力预测的前兆指标.近场源剪切波分裂参数随时间的变化在揭示震源区应力变化方面将发挥重大作用.

用正交偶极阵列声波测井研究地层地应力场

提出了一种利用正交偶极子声波测井资料计算地层主应力的新方法。该方法利用了当地层地应力不均衡时,横波发生双折射形成快横波和慢横波的物理特征,在应力不均衡井段建立快、慢横波应力-速度方程。通过岩心实验确定了快、慢横波应力-速度方程的耦合系数,从而计算地层最大、最小水平主应力数值,并从理论上证明了快横波传播方向与最大水平主应力方向一致。应用该方法,对大港油田碳酸盐岩地层进行了地应力评价,并用成像测井对评价结果进行验证,结果证明该方法有效。

四川锦屏水库地区地壳剪切波分裂特征及蓄水影响初探

利用雅砻江流域地震台网2011年8月1日至2014年12月31日期间及四川省地震台网1个地震台站2008年5月1日至2015年8月31日期间记录的地震观测波形资料,采用剪切波分裂分析得到了四川锦屏水库地区中上地壳各向异性参数,即快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,研究区内台站的快波优势偏振方向存在明显的局部特征,左侧4个台站的快波优势偏振方向与区域主压应力方向比较一致,右侧台站优势偏振方向各异.研究发现,台站MLI的快波偏振方向变化与水库水位的变化具有很好的相关性,在2013年7月,水库水位急剧升高到约1800m后,台站的快波偏振方向也发生了90°变化,这是一种被称为90°翻转(90°-flip)的现象.蓄水导致的应力增加(以及可能的渗水)产生的高孔隙压影响了剪切波分裂特征.

2013年芦山M_S7.0地震序列S波分裂特征

本文测定了2013年4月20日芦山MS7.0地震震源区及其附近台站的S波分裂参数,包括快波偏振方向和慢波延迟时间,最终得到了40个台站的S波分裂结果.结果显示:在地震主破裂区内观测到的快波优势取向为NE向,与余震分布的长轴方向一致;位于双石—大川断裂以西台站的快波偏振优势方向为NW向,与区域最大主压应力轴方向一致;位于荥经断裂附近台站的快波偏振优势方向为NW向,与该断裂走向一致.快波偏振优势方向随时间的变化结果显示:主震前位于地震破裂区附近的TQU和BAX台站的快波偏振优势方向均呈NE向;主震后TQU台站的快波偏振优势方向为近EW向,而BAX台站的快波偏振优势方向则不突出,反映出芦山地震主震前快波偏振方向受控于龙门山断裂带,而主震后受构造应力场的作用更加明显.此外,各台站的慢波延迟时间为1.25—5.40ms/km,在余震覆盖密集区域,台站的慢波延迟时间均大于3.0ms/km,反映出震源区的各向异性程度较强.芦山主震后,各台站的延迟时间随时间变化持续减小,反映出震源区地壳应力随余震活动逐渐减小.

玉树地区地壳介质的各向异性特征

本文利用2010年5月7日到10月18日玉树地震震源区及其周边22个地震台站记录的2010年4月14日玉树地震余震数据资料,使用剪切波分裂分析方法初步得到了每一个台站的剪切波快波偏振方向和慢波时间延迟,并分析了玉树及周边地区地壳介质各向异性特征.在该研究区域,甘孜—玉树断裂上部分台站快波偏振方向近于东西向,这一结果与该区域的水平主压应力方向一致.甘孜—玉树断裂带南段玉树周边的台站快剪切波偏振方向为南东向,与断裂带的走向一致,显示了此次地震断裂走滑性质的特征.位于杂多断裂和清水河断裂上的台站及其附近的台站,快波偏振方向与所处的断裂走向基本一致,多为南东东向.各个台站的慢波延迟时间结果分布在4.23～7.01ms/km范围内,平均慢波延迟时间是5.68ms/km.在甘孜—玉树断裂带和乌兰乌拉湖—玉树南断裂相交的位置慢波延时总体较高;而低值区位于打贝通—小苏莽断裂的北西端与杂多断裂之间的位置.沿玉树断裂带,慢波延迟时间的梯度值较大,本文这一结果揭示了慢波延迟时间的分布和破裂带的走向、余震的分布有很大关系.

邢台地区地壳各向异性特征初步研究

邢台地区处于华北平原地震带中南段,是华北地区活跃的地震活动区。本研究根据该地区的构造环境,采用SAM方法研究地壳各向异性特征,通过对邢台地区台站的数字波形进行分析,初步得到邢台地区的剪切波分裂参数,该地区的快剪切波平均偏振方向为73.9°±40.2°,慢剪切波平均时间延迟为(2.74±1.54)ms/km。结果表明,快剪切波平均偏振方向与华北区域最大主压应力场方向基本一致,但是受到局部断裂的制约,部分台站下方的快剪切波的偏振方向显示为NWW方向。

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期(2011-01-2014-06)及部分中国地震科学台阵第二期(2013-02-2015-12)的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析(SAM)方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.

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.

基于软地层随钻多极子声源传播特性的数值研究

基于软地层测量横波的难题,数值考察了软地层随钻测井多极子波的频散特性及声全波波形,对比分析了电缆和随钻多极子声波测井。研究结果表明,随钻测井环境下,单极和偶极声源激发幅度很强的钻铤模式波严重干扰地层纵波或横波的测量;而四极子声源低频时只激发地层模式的四极子波,且截止频率附近以地层横波速度传播。因此,四极子声源最适合于随钻测井的地层横波速度测量。

EDA介质中的弹性波

EDA介质是地壳中广泛存在的一种方位各向异性介质，它是由定向的裂隙所引起。本文通过坐标变换推导出EDA介质弹性张量在一般坐标系下的表达式，并以Chriosteff方程和弹性波方程出发，讨论了平面波在EDA介质传播时的幔度面特征。文中利用有限差分数值计算的结果展示了弹性波在EDA介质中的传播特征，揭示了横波分裂现象及几种弹性参数的地质意义。

紫坪铺水库水位变化对剪切波分裂参数的影响

本文通过对2006—2009年四川紫坪铺水库库区8个地震台站记录的地震事件,采用剪切波分裂方法获得了水库库区剪切波分裂参数,并结合地震活动性与水库水位之间的变化关系,分析了紫坪铺水库库区地壳应力的变化特征.剪切波分裂结果显示该研究区域快波偏振方向有两个,分别为北东向和北西向,充分体现了紫坪铺水库地区地壳应力是由北西向的区域主压应力与南东走向的龙门山断裂带综合作用的结果.慢波延迟时间平均值为5.8ms·km-1,慢波延迟时间较大的地区位于库坝和库尾,分别是水库蓄水排水引起地壳应力变化最大的区域.对比慢波延迟时间的变化和水库水位的变化显示了慢波延迟时间与水库水位之间的一致变化关系,揭示了水库的蓄水排水对地壳应力的影响.

四川宜宾地区S波分裂特征

本文采用纵横比与偏振分析相结合的方法测定了2013年4月25日~2015年12月31日四川宜宾地区10个台站S波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间。结果表明,华蓥山断裂两侧台站呈现不同的快波偏振优势方向,断裂带以西的台站偏振优势方向为NW向,与区域应力场方向一致;位于断裂带以东的台站优势偏振方向为NE向,与断裂走向一致。在地震密集分布区域内的CNI台的优势偏振方向为NE向,与台站附近的断裂带走向基本一致。研究区域南段的3个台站(JLI、YAJ、XWE)优势偏振方向近NS向。各个台站平均慢波延迟时间在3.07~11.95ms/km范围内,慢波延迟时间最大的台站是CNI台,距离2013年4月25日06时10分M_L5.2地震震中位置最近,这反映出震源区地震波各向异性程度较强。CNI台站的慢波延迟时间显示,在2015年2月7日M_L4.8地震前观测到慢波延迟时间有明显的上升趋势。

角度谱在快慢横波分离中的应用

横波在穿越裂隙介质时会分裂成平行裂隙的快横波和垂直裂隙的慢横波,其偏振角随着波传播的时间和空间而变化。利用角度谱可以有效地求取偏振角,从而分离快慢横波。这里介绍了角度谱的概念及其应用。