横波可控震源振动器—大地耦合振动数值模拟

横波可控震源与大地之间的耦合振动关系复杂,涉及非均匀接触、土壤弹塑性、摩擦、埋深等多种非线性影响因素,但现阶段尚未见横波可控震源振动器—大地耦合振动实用模型及其响应特性的系统研究。为此,基于有限元法建立了考虑多种非线性影响因素的横波可控震源振动器—大地耦合振动三维数值仿真模型,从接触界面应力分布与变形、振动输出力、激发应力波传播以及能量传递特性等方面深入分析了振动器—大地耦合振动响应特性,同时研究了土壤类别、弹性模量、黏度等地表条件参数对响应特性的影响规律。结果表明:受加载方式及土壤塑性变形的影响,振动器两侧平板与大地的接触不对称,易引发平板的局部脱耦;振动器的有效水平输出力仅为接触力的一部分,其应力波曲线存在明显的谐波畸变;振动器传递给大地的有效能量较有限,耦合系统的有效能量传递率很低;土壤参数对振动器的输出以及能量传递特性影响显著,振动器在黏土中的激发效果更好,土壤弹性模量是振动器平板是否脱耦的主控因素,土壤黏聚力的增加能显著改善系统的能量传递特性。因此,利用数值模拟可有效分析振动器—大地耦合振动响应,可为横波可控震源振动器结构设计及优化等提供理论参考。

横波可控震源技术

目前以地震纵波为主流的油气勘探技术已相当成熟。利用横波地震勘探及纵、横波相结合的地震勘探是解决找油找气技术难关的突破口。基于这种迫切的地震勘探技术需求,东方物探可控震源团队经过四年的潜心研究和技术攻关,终于研制出了大吨位宽频横波可控震源EV-56RS,开启了矢量地震勘探新时代。本文主要对东方物探横波可控震源的发展历程、技术特色、推广应用和经济社会效果等情况进行介绍,以期望为广大可控震源技术和研发人员提供参考。

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。

横波可控震源应用浅析

横波可控震源相对于纵波可控震源应用范围要小很多,目前主要应用在浅层地震勘探和多波勘探中,人们对它的认识也比较少。2017年东方地球物理公司制造了第一批较大吨位横波可控震源,并在国内某探区采用该震源进行多波勘探。本文就国内、外横波可控震源的主要产品型号、技术特征、极性和应用技术等方面进行了介绍。

一种横波可控震源振动器结构及其性能分析

近几年,横波地震勘探取得了一些重要突破,现有横波可控震源的结构及功能已经不能够满足横波地震勘探需求。横波地震勘探时,通常需要在同一炮点激发两种类型的地震波,即振动方向垂直于测线方向和振动方向平行于测线方向。然而受限于现有横波可控震源结构,现有型号的横波可控震源实现两类横波可控震源的激发,需要调整车身方向,这大大增加了施工的时间成本。因此,需要设计一种能够在不改变车身位置的情况下,实现两种横波激发的横波可控震源。本文介绍了一种横波可控震源的振动器结构,该结构可以实现上述功能。同时,分析该结构的优缺点,为解决横波可控震源在同一位置激发两类横波提供了一种技术思路。

横波可控震源横波激发角度定义

由于横波在天然气勘探中具有与生俱来的优势,因此,近年来横波可控震源勘探技术得到了充分发展。不同于纵波,横波激发具有方向性,不同激发方向会影响到达地质目标的能量。同时,多台横波可控震源组合激发时还存在两台横波震源激发极性反向的可能性,造成能量相互抵消等问题。本文对横波激发角度问题进行了阐述,并描述了SEG关于可控震源坐标系的定义。最后在SEG标准的框架内,给出了横波激发角度定义。试验应用证明,该定义简单有效,可以很好地解决横波激发中的角度问题。

高精度地震纯波震源数值模拟

为了提高纵波震源和横波震源计算机数值模拟的精度,提出了高阶高精度纯纵波震源和纯横波震源的网格配置方法,对比分析了多种震源网格配置方案,从理论上分析了新震源配置方法的准确性。通过对各向同性弹性介质复杂模型波场分离的数值试算,指出常规纯波震源的设置方法存在阶数较低和残留波场等问题。改进后的仿真结果所引入的干扰波场能量较弱,数值模拟精度较高,因此,该方法能够再现野外纵波震源和横波震源的地震勘探模拟,并可以观测到利用常规数值模拟方法难以获得的特殊波场,有利于地震波波动理论的验证和完善,可用来指导地震资料的采集、处理和解释。

横波源三维地震资料矢量横波四分量旋转和快慢波分离技术

横波勘探在解决气云区构造成像、岩性油气藏储层精细描述等问题上具有明显优势。为解决柴达木盆地三湖地区纵波资料品质差的难题,首次开展了可控震源纵、横波联合激发的三维多波勘探探索试验,获得了九个分量三维地震资料。文中对横波源激发、检波器水平分量接收到的四个分量地震数据开展研究。横波不同于纵波,有着明显的矢量特性,而以往横波处理技术的研究,局限于二维横波处理或者建立在三维转换波地震资料处理基础上,对横波三维空间上复杂波场的矢量关系考虑不足,无法应用于三维横波地震资料。通过不断地研究与探索,初步形成了以四分量旋转和快、慢波分离技术为核心的矢量横波四分量配套处理技术,包括:横波四分量的矢量旋转、静校正、叠前道集处理、裂缝方位角求取、快慢波分离、速度分析及叠前偏移成像技术。应用该配套技术有效解决了横波勘探的矢量处理难题,获得了与纵波信噪比相当的高品质横波成像结果,在气云区构造成像、微小断裂识别等方面具有明显优势,对三湖地区岩性储层预测至关重要。

山区纵、横波联合勘探的野外观测方法

通过对四川山区纵、横波联合勘探方法的研究,本文提出了一种用炸药震源激发横波的新方法——导向延迟爆炸法。该方法是在激发井旁打一排导向井,并在导向井内置一小药包(导向药包),用延迟爆炸技术使其先于激发井内的主药包爆炸,待造成岩土排出、形成空洞或爆破漏斗后,主药包才开始爆炸。这样,可增大主药包爆轰时所产生的定向剪切力,使之产生较强的水平偏振。用此法所获得的横波记录能量很强,信噪比高。文中还研究了炸药震源(导向延迟爆炸)与水平检波器的方向性,证实了导向延迟爆炸所激发的横波是SH波(水平偏振横波)。另外,根据震源激发机制和纵波与SH波的噪声特点及其时一空域分布关系,提出了山区纵、横波联合勘探的野外观测方法。

山前带横波地震采集质控技术与应用

横波地震勘探具有微裂缝预测、气云区成像等诸多天然优势,近年来地球物理界对横波勘探的关注和攻关正在快速升温。但横波地震采集在激发、接收等环节与我们熟知的纵波地震采集有明显不同,对施工质量要求的限制因素更多,也更为严格。以塔里木盆地山前横波地震采集试验线为例,详细阐述了三分量检波器的埋置和角度校正,以及横波震源激发方位控制等关键环节的施工流程及质控技术,并对横波资料进行了处理分析。结果表明,为提高横波地震采集资料成像效果,在横波地震采集方法方面应采用更高覆盖次数的观测系统和较大的横波震源驱动幅度;在深层地震地质条件方面应尽量避开高陡复杂构造区;在原始资料信噪比方面应加强对环境噪音的控制。现场试验为横波地震采集技术的质量控制和推广应用提供了有效的技术参考。

表层多波模型调查方法

为满足多波勘探中转换横波静校正的需要,开展了以多波微测井为主的表层多波模型调查方法研究。按照传统叩板式横波震源原理研制了实用的横波激发装置,分析了横波敲击激发系统的稳定性及其与雷管激发方式的时差,总结了横波激发、接收、处理及解释的技术方法,形成了一套以研制SH横波震源为重点的表层多波模型调查方法技术。通过川西XC地区现场数据采集,验证了方法的可靠性。将上述方法获取的横波静校正量应用于研究区三分量地震勘探资料采集现场监控资料处理,使该区转换横波剖面叠加效果得到了显著改善。

陆上可控震源技术的未来发展与思考

本文首先回顾了陆上可控震源技术的发展历程,又介绍了目前具有国际领先水平的可控震源技术—高精度可控震源(EV-56)技术和新型横波可控震源(EV-56RS)技术。针对目前可控震源技术的工业化推广应用和研究现状,提出了可控震源技术面临的一些技术挑战和难点,同时给出了关于当前可控震源技术的发展和提高的一些技术思路与思考,希望能为广大震源科研技术人员提供一些技术层面的帮助和研究参考。