高精度方位各向异性反演在顺北8号带裂缝检测中的应用

目前,基于AVAZ反演方法的方位各向异性反演大都采用Rüger两项式,基于椭圆拟合方法的方位各向异性反演大多使用分扇区叠加振幅等属性亦或各向同性叠前弹性反演成果数据,这两类方法都存在局限性。而Rüger三项式方程中B项(B^(iso)+B^(ani)cos^(2)φ)包含方位各向异性强度项B^(ani),因此,将其用于方位各向异性椭圆拟合更合理。基于全方位角度域(FAA)叠前偏移道集数据,首先,将FAA域道集划分为5个方位扇区,对每一个方位扇区求解Rüger三项式方程B项属性(B_(1)~B_(5)),利用5个扇区求解的B项属性成果数据开展椭圆拟合处理以确定椭圆长轴方向、长轴与短轴比值,进而得到裂缝方向和裂缝密度。与直接求取方位各向异性强度B^(ani)的AVAZ反演方法相比,该方法显著减少了计算量。研究区目的层鹰山组上段裂缝预测成果被4口后钻井所证实。

基于叠前方位各向异性的火山岩裂缝预测——以松辽盆地南部LFS地区为例

利用叠前方位道集地震数据进行各向异性参数反演是目前裂缝预测的主要方法之一,其中RÜGER近似方程和傅里叶级数展开式2种算法应用较为广泛,RÜGER近似方程中的各向异性梯度与傅里叶级数展开式的二阶项均可以表征裂缝强度。应用2种方程在单层界面、实钻井裂缝层分别对比了计算方法的适用性,并在实际火山岩发育区对比了裂缝空间预测结果。单界面模型2种方程预测裂缝强度存在量纲差异,RÜGER近似方程裂缝强度值域大于傅里叶级数展开式计算结果,RÜGER近似方程计算裂缝方位存在多解性,可能为垂直裂缝方向;井上裂缝层应用2种方法计算裂缝方位和强度结果基本一致;在松辽盆地南部LFS地区火山岩地层应用2种方法分别预测裂缝发育情况,傅里叶级数二阶项相比方位各向异性梯度,与电成像测井解释裂缝强度吻合稍好,且预测裂缝方位与成像测井解释方位相同。研究认为,在火山岩领域傅里叶级数方程预测裂缝方法更适于推广应用。

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.

不同方位各向异性反演技术对比和总结

随着“两宽一高”地震采集技术的发展,基于方位各向异性理论的叠前P波裂缝反演技术的应用也越来越多。方位各向异性反演可以得到裂缝方位和裂缝强度,但是不同的反演技术得到的表征裂缝强度的参数各不相同,反演结果也常常有所差异,因此就造成了裂缝各向异性反演结果的不唯一性,进而造成谁才是“正确的”这种困惑和疑问。本文从Thomsen各向异性理论出发,通过裂缝模型(Hudson薄币模型、Schoenberg线性滑动模型)之间的相互关系,在不同的裂缝反演技术(VVAZ、Ruger近似和傅立叶级数)中建立各向异性的参数联系,给出了不同方位各向异性裂缝反演结果的真实含义和数学表达,并对不同反演技术与裂缝模型参数之间的联系进行了总结,进一步深化了方位各向异性裂缝反演的研究,为基于“两宽一高”数据开展大规模的裂缝检测奠定坚实的理论和技术基础。

基于背景噪声研究云南地区面波速度非均匀性和方位各向异性

基于中国地震科学探测台阵项目一期在南北地震带南段架设的300多个地震台站,利用2011年10月至2012年9月的连续观测记录,采用基于背景噪声互相关函数的面波层析成像技术,研究了青藏高原东南缘的云南地区面波群速度和方位各向异性分布.结果显示,地壳的面波快波方向呈现近南北向,整体表现出围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转的趋势,和地表GPS速度场以及S波分裂的快波方位较为一致.小江断裂东西两侧的快波方位有一定差异.对反映深度大概在下地壳和上地幔顶部的长周期面波,快波方向从近南北向逐渐向北西向过渡,在菱形块体附近,26°N以南,快波方向和红河断裂的走向趋于一致;其他区域相比上地壳的快波方向也有较大变化,这种结果较为支持青藏高原东南缘的云南地区壳幔变形的解耦.在滇西南,澜沧江向东弧形展布区域,中下地壳快波方位呈现局部的圆周旋转趋势,结合该区地震分布规律和应力主轴方向,推测这种现象和块体挤压及旋转具有一定相关性.

地震方位各向异性技术在TNB地区嘉二段储层裂缝检测中的应用

低渗致密碳酸盐岩油气藏常与储层中裂缝的发育有着密切关系。在对岩心裂缝发育特征分析和叠前地震资料评价的基础上,本文利用叠前地震方位各向异性技术对TNB构造带嘉二段储层裂缝发育密度和方向进行了区域上的检测,分析了裂缝相对发育带的分布规律。研究表明,裂缝发育带在区域上呈现一定的分区性,既受TNB背斜带的宏观控制,又受后期叠加局部构造的影响。研究成果为下一步该地区的井位部署提供了参考依据,同时也展现了叠前地震方位各向异性技术在储层裂缝检测中的应用前景。

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示:14~20s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.

裂隙煤层弹性波场方位各向异性特征数值模拟研究

基于二维—三分量各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,本文研究了高裂隙密度煤层弹性波场及其方位各向异性特征。对不同裂隙密度均匀裂隙介质模型和含裂隙煤层的三维层状模型进行了弹性波场数值模拟。结果表明,随着裂隙密度的增大(0～0.3),干裂隙介质中弹性波波前面由圆形变为椭圆形,而饱和水裂隙介质中,拟纵波波前面则由圆形渐变为菱形,拟横波波前面则由圆形渐变为蝴蝶结形。垂直裂隙仅引起煤层顶板反射P波及转换波振幅的方位各向异性,而垂直裂隙却能引起煤层底板反射P波和转换波的速度和振幅的方位各向异性。随方位角的变化,煤层底板反射P波和转换快慢横波的同相轴呈正弦形态。煤层底板转换快、慢横波时差与裂隙密度之间存在近似线性关系,而转换慢横波振幅随裂隙密度的增加是非线性衰减的。

改进的方位各向异性裂缝预测方法及其应用

现今广泛应用的纵波方位各向异性裂缝预测技术存在明显缺陷,即在对含有方位角信息的多个叠加数据体进行叠后偏移时,往往使用同一偏移速度,这种未顾及速度方位各向异性的做法会导致预测结果的不准确。本文采用在方位角道集上进行速度分析、在偏移过程中保留地震资料的速度方位各向异性信息的改进措施,提高了裂缝预测的精度。对实际工区叠前地震资料分别采用常规法和改进法进行裂缝预测,并与地层微电阻率成像测井得到的裂缝信息对比,展现了本文改进方法的优越性。

用Rayleigh面波方位各向异性研究中国大陆岩石圈形变特征

中国大陆地质构造历史非常复杂,岩石圈长期积累的形变较大,而利用地震面波传播的各向异性是研究岩石圈形变特征的强有力手段.本文利用双台窄带通滤波-互相关方法与基于图像分析的相速度频散曲线提取技术,提取Rayleigh面波相速度频散资料,进而反演中国大陆及邻区20～120 s周期Rayleigh面波相速度方位各向异性空间分布图像.检测板测试结果显示:中国大陆大部分区域的方位各向异性横向分辨率在5°左右.各向异性研究结果表明:中国大陆地壳上地幔方位各向异性特征存在显著的空间差异,反映出形变特征的空间差异;104°E以东地区地壳上地幔各向异性弱于西部地区,表明其构造变形总体弱于西部地区.青藏地块及其东缘地区地壳与上地幔顶部变形最为强烈.但东部的局部地区如华南地块与珠江口地区、鄂尔多斯盆地西南缘以及秦岭-大别造山带,较强的各向异性显示这些区域在不同时期也经历了强变形.青藏地块内中短周期快波方向自西向东顺时针旋转变化可能指示板块碰撞与挤压过程中软弱物质的流变方向.青藏地块西部中下地壳和上地幔形变模式相似,可能处于壳幔耦合状态;而中东部及东缘地区地壳上地幔形变模式存在明显差异,壳幔似乎不具备垂直连贯的形变特征.位于青藏地块北部的塔里木盆地、柴达木盆地以及祁连褶皱带同样经历了强变形.包括四川盆地在内的上扬子地块快波方向的变化显示中地壳与下地壳上地幔形变模式不同,而形变特征一致的下地壳与上地幔应为强耦合.大约以103°E为界,龙门山断裂带可分为南西段和北东段,南西段处于低速区,而北东段位于高速区,且方位各向异性强度明显大于南西段;2008年5月12日汶川M_S8.0级地震沿断裂带的单侧破裂模式除与北东段的高应力积累有关外,还可能与北东段地下介质物性存在密切关系,高速坚硬岩体的发育有利于应变能的积累与集中释放.

纵波方位各向异性及其在裂缝检测中的应用

裂缝型储层具有良好的油气储集性能,地球物理通常利用多波多分量技术来检测裂缝的方向和密度,但该技术的应用受到诸多因素的限制,因此,人们开始探索利用三维纵波资料进行裂缝预测的方法,但方位各向异性介质中P波反射系数的精确解很复杂。为此,首先通过物理模拟实验,证实垂直裂缝存在方位各向异性特征 (AVA);然后在AVA特征分析基础上,提出了基于二维多方位预测的精确解法和基于三维多方位预测的最小二乘法。利用基于三维多方位预测的最小二乘法,对塔河油田某区块的碳酸盐岩裂缝储层进行了预测,结果表明,预测的裂缝方向和密度与实际情况相符合。

郯庐断裂带中南段及邻区Rayleigh波相速度与方位各向异性

与方位各向异性郯庐断裂带中南段及邻区处于华北克拉通和扬子克拉通的结合带,是研究陆内碰撞、大陆聚合及生长、地球动力学和岩石圈形变等问题的天然实验场。为获取研究区内更为精细的壳幔S波速度和方位各向异性的分布,文中利用郯庐断裂带中南段及邻区范围内共261个固定宽频带地震台站2a记录的连续波形数据,利用时频分析法提取了5~50s周期的Rayleigh面波相速度频散曲线。之后,将研究区域划分为0.25°×0.25°等间隔的网格点,并采用Tarantola方法反演获得了研究目标区内的二维Rayleigh波相速度与方位各向异性的分布图像。此外,还分析研究了6个具有代表性周期的相速度及方位各向异性分布图像,这些图像揭示出郯庐断裂带中南段及邻区壳幔速度结构的横向非均匀性及方位各向异性的空间差异特征。研究结果表明,相速度的分布特征与地质构造单元有着较好的对应关系。在地壳浅部(6~10s),拥有较厚松散沉积层覆盖的盆地和基岩出露的造山带分别呈现为低速异常和高速异常。随着周期递增(15~20s),地壳介质受浅部沉积层的影响有所减弱,河淮盆地、苏北盆地等平原地区局部出现了高速异常。下地壳至上地幔(25~30s)的相速度分布受地壳厚度的影响,总体上与莫霍面埋深呈负相关,如莫霍面厚40km的大别造山带由短周期高速转为低速分布。由于研究区内各个地质构造单元所处的构造环境存在差异,Rayleigh波相速度的方位各向异性也存在较为明显的空间差异性。总体上,各向异性的强度随着周期(深度)的递增而有所增强,快波方向更具规律性。综合苏北盆地自地壳浅部至岩石圈地幔的连贯低速分布及方位各向异性的一致性,我们认为其下方可能存在着壳-幔强耦合的现象。

三维转换波叠前方位各向异性校正技术

转换波成像与常规纵波成像不同的是转换波受方位各向异性的影响更为严重,相同反射点的快、慢波时差可达到40ms,严重影响转换波成像质量和分辨率。本文以横波分裂理论为基础,提出了一种叠前方位各向异性校正技术。该技术是基于共检波点叠加的层剥离转换波方位各向异性分析方法,并在叠前共检波点道集上进行方位各向异性校正。通过该技术在喇嘛甸工区的应用,得出T2层方位各向异性的主方位在67°～84°之间,快慢波时延在10～40ms之间。经过方位各向异性校正后,径向分量能量增强,切向分量能量减弱,提高了转换波成像质量和垂向分辨率。

方位各向异性粘弹性介质波场数值模拟

当地震信号通过复杂地球介质时,地层除了表现为各向异性,还表现为内在的粘弹性特征.因此,为准确描述地震波在地球介质中的传播特征,理想的地球介质模型应该能够模拟岩石的各向异性特征和衰减特征.本文给出了各向异性粘弹性介质模型的波动方程及其差分格式,并利用有限差分法实现了地震波波场数值模拟.结果表明了该介质模型中地震波场特征与各向异性主轴方位和介质的粘滞性参数之间的关系.

用3CVSP资料分析含煤地层的方位各向异性

提出用横波分裂现象检测含煤地层中瓦斯的富集部位,用三分量VSP直接在薄煤层附近观测其方位各向异性信息,通过3次坐标旋转变换,对三分量矢量波场数据进行分离,用质点振动图法计算偏振角.对分离后的快、慢波进行VSP-CDP成像,计算各向异性系数与裂隙密度,并通过实例验证了该方法的可行性.

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明:浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.

基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性

本研究收集了甘肃、青海、宁夏等118个宽频带数字地震台站的连续波形资料,利用噪声互相关,经过计算和筛选,在5~38s范围内,共得到5773条瑞利波相速度频散曲线.然后采用1°×1°的网格划分,反演获得青藏高原东北缘相速度和方位各向异性分布.结果表明:短周期8~12s内,鄂尔多斯从低速异常变为高速异常;该周期范围内各向异性结果与区域断裂走向有很好的一致性.18~25s周期内,祁连地块、松潘-甘孜地块、羌塘地块低速异常范围逐渐变大,随周期增加地壳低速异常与人工探测结果相符;鄂尔多斯表现为速度随周期增加逐渐变大,说明其中下地壳速度相对偏高,不存在低速异常;该周期范围内的各向异性特征表现为,祁连地块和松潘甘孜地块大致呈NW—SE方向,而青藏高原内部快波方向显示了顺时针旋转的形态.在30~35s范围内面波速度主要受莫霍面深度和莫霍面附近介质速度的影响,与地壳厚度分布有非常好的吻合.综合不同方法获得的各向异性研究结果,支持印度—欧亚板块的碰撞使青藏高原东北缘地壳发生缩短和逐渐隆升的观点,认为整个岩石圈的垂直缩短变形是青藏高原东北缘的主要形成机制.

转换波方位各向异性裂缝检测技术研究及应用

HTI裂缝各向异性介质中,转换波随方位角的变化比较复杂,目前还没有解析公式可以表达其变化特征,只能通过物理实验或数值模拟来分析其应用的可能性.数值模拟结果表明,转换波在裂缝各向异性介质中传播时,其R分量和T分量的振幅属性都具有明显的方位各向异性特征,R分量振幅方位各向异性拟合椭圆的长轴方向指示裂缝方位,这与纵波方位各向异性特征相似;根据P波AVAZ方位各向异性分析原理,对转换波R分量振幅方位各向异性曲线进行方位椭圆拟合,寻找椭圆的长轴方向,即裂缝主方位,再由P波AVAZ技术中振幅响应与炮检方向和裂缝走向之间的夹角关系式得到裂缝的发育密度,从而构建转换波方位各向异性AVAZ裂缝检测技术.该技术已用于川西新场气田某区块的裂缝储层预测,取得了较好的应用效果.

青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘地区是现今地壳形变和地震活动最强烈的地区之一,也是研究青藏高原现今变形机制和构造演化规律的重要区域.本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得Rayleigh（瑞利）面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,反演得到云南地区周期5~34s范围内方位各向异性分布图像.反演结果揭示：短周期（5~12s）Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性,快波方向随着断裂走向的变化而变化.周期16~26s快波优势方向与反映上地壳特性的5~12s图像总体图像相似,但细节略有不同.其中,滇中块体内易门断裂和滇中块体内东侧的普渡河断裂附近,各向异性快波方向从NS向NW方向旋转;易门断裂以西呈NW向.这反映了青藏高原物质东流和川滇块体受到青藏块体的南东向挤压作用.周期30~34s范围的各向异性,滇缅泰块体和印支块体,快波优势方向为NS和NNW向;而在滇中块体内部,各向异性快波方向呈顺时针旋转变化,可能与青藏高原物质向东逃逸有关.本文还开展了与体波各向异性的对比分析,通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS、PKS和SKKS（以后简称为XKS）分裂的对比研究,发现随着周期的增大,得到的快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向趋向一致,与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.本研究认为,青藏高原东南缘地区壳幔各向异性具有不同的特征和形成机制.

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14-60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘-甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW-SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘-甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江-小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW-SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW-SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。