九分量横波三维地震在生物气区沉积储层研究中的应用——以柴达木盆地三湖坳陷台东地区更新统七个泉组为例

为解决疏松岩性含气区沉积相恢复及储层预测难题,基于中国首例九分量横波三维地震资料的地震沉积学分析,应用地震地貌学和地震岩性学建立四级等时地层格架,研究柴达木盆地台东地区更新统七个泉组沉积相和储层特征。研究方法和思路:首先,利用九分量横波地震相位旋转、分频融合和地层切片技术,在卫星影像揭示沉积模式的基础上恢复主要标准层沉积相;然后,利用地震属性提取、主因子分析和随机拟合技术计算重点砂体的储层厚度和物性参数,经盲测井检验效果较好。研究结果表明:研究区七个泉组的优势沉积相为三角洲前缘和浅湖,三原色融合切片揭示发育2个旋回,同期存在3套水下分流河道体系;其中七个泉组中下部分流河道砂体厚度大、分布广、物性最好,是研究区有利储层,其渗透率还受成岩作用影响;分流河道砂体储层向涩北一号气田以西延伸范围较广,为该区勘探向西侧外围区扩展提供了依据。

远探测声波测井处理解释方法发展与展望

远探测声波测井技术(亦称反射声波测井技术)能够从井中探测及评价井外数十米范围内的裂缝、洞穴和断层等地质异常反射体,大大拓展了测井技术的应用范围。在回顾该技术发展历程的同时,重点介绍了远探测声波测井处理解释核心方法、软件和现场应用效果。结合目前油田实际生产需求和现有技术面临的挑战,指出远探测声波测井处理解释方法有5个最重要的发展方向:继目前利用声波时差和密度通过反射系数褶积进行“测井约束下的地震反演”后,突破实现井下实测反射波和地面地震反射波正反演关系的直接建立,同时开展页岩储层裂缝成像、压裂效果评价、随钻地质导向研究及远探测声波测井仪器革新。

基于程函面波成像的华北克拉通岩石圈三维高分辨率S波速度结构研究

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于该速度模型估算了岩石圈厚度分布。结果显示,华北克拉通内部岩石圈厚度除了存在“西厚东薄”的一级分布特征外,还存在一些更小尺度的差异,包括鄂尔多斯地块内部岩石圈“南厚北薄”、鄂尔多斯地块周缘断陷带岩石圈显著的不均匀减薄以及燕山构造带与其南侧华北平原之间的显著差异等。山西断陷带北部与南部地区上地幔浅部(<100 km)存在不同程度的低速异常,它们被中部的高速异常区所分隔。在150 km以下深度从太行山南缘向北至山西断陷北缘存在一条NNE向展布的显著低速异常带,表明上地幔浅部南北部的低速异常在深部相连。结合已有的其它成像结果,我们推测这些低速异常起源于更深处(>200 km),并与由太平洋俯冲板块的滞留脱水导致的上地幔热物质上涌和小尺度地幔对流等密切相关。燕山构造带与华北平原的岩石圈结构存在明显差异,前者遭受的岩石圈破坏改造程度明显弱于后者,张家口—渤海地震带位于这两种不同壳幔结构的过渡带,地震活动较强,我们认为深部结构和热作用的显著差异,以及青藏高原远场挤压效应的共同作用是导致该区地震活动较强的主要原因。

第四次浪潮中智慧情报理论探索的摹因呈现

在以智能化为特征的第四次浪潮中,“智慧情报”的理论探索需要在做好谱系扫描工作的基础上才能有效把握研究重点。文章通过“感知时代环境”“厘清要素代差”“品评形势利害”“考较策略路径”“擘画理论教育”梳理所涉及的情报事实,将“智慧情报的学科体系”“情报学术的认知谱系”及“科技安全”“信息安全”“密码工具理论构成”的情报解读等重要对象以摹因形式呈现出来。

均匀磁场下二维拓扑绝缘体边缘态的多重Andreev反射研究

研究均匀磁场下的二维拓扑绝缘体在超导隧道结中的电压偏置约瑟夫森结的输运性质,电流-电压特性显示了马约拉纳束缚态的存在。在亚谐隙结构中,也可以观察到磁场对超导能隙的影响。研究结果表明,在S波超导体/正常金属/S波超导结的隧道谱中存在亚谐隙结构。透明度只影响超导结的零偏压电导值的大小,而不影响亚谐隙结构的位置。但是在磁场作用下,亚谐隙结构会发生变化,不再固定出现在特定位置。这一结果对应于拓扑螺旋态中超导和铁磁序之间的相互作用。

各向同性弹性波逆时偏移

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,本文首先给出了作为地震数据线性反演的偏移所对应的一般正演表达式;再利用各向同性弹性波方程,推导出了适合弹性介质光滑模型的P/S波解耦的弹性波方程,即纵波弹性波方程和横波弹性波方程;最后对各向同性弹性波逆时偏移提出了新方法和新认识.对于纯P(或S)波震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了对外推的弹性波场无需进行P/S波分解,在偏移成像结果中也不会出现交叉噪声的新方法;对于P/S波复合震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了即使对外推的弹性波场进行P/S波分解,在偏移成像结果中还会出现交叉噪声的新认识.

面向深部地热岩体的弹性波逆时偏移成像方法

地热能作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注,因此对于深部地热岩体的高精度成像格外重要。传统的弹性波逆时偏移方法是利用耦合纵横波直接成像,从而得到耦合波场的成像结果;然而这种方法可能会出现串扰假象,导致成像结果不够清晰;为了解决这个问题,采用基于解耦的弹性波方程,实现纵横波场的分离;通过利用内积成像条件,对两个典型的干热岩模型进行数值测试。结果表明,相较于耦合波场成像结果,基于解耦方程分离得到的弹性波成像剖面具有更清晰的同相轴,深部能量更加均衡,该方法能够实现对深部地热岩体的高质量成像。

利用机器学习与改进岩石物理模型预测页岩油层系横波速度

传统的横波速度预测方法包括经验公式法和岩石物理模型法。前者适用于岩石矿物组分相对单一的储层,且受区域限制等因素的影响,不具有普适性,预测精度较低。后者需要根据不同的实际情况选择合适的岩石物理模型,才能达到预期的目的。大多数机器学习横波速度预测方法基于纯数据驱动,数据集的质量和数量将直接决定横波预测模型精度,并缺乏充分的物理内涵。为此,基于深度神经网络(DNN)的方法,假设研究区储层波传播方程的数学形式已知,通过测井数据训练DNN得到未知的弹性参数,以确立目的层的波传播方程。利用平面波分析法得到相应的纵波、横波速度,实现神经网络与理论模型的结合。此外,针对传统Xu-White模型的不足,考虑随深度变化的孔隙纵横比,提出了改进横波速度预测岩石物理模型。利用研究区较丰富的测井数据,分别采用构建的DNN模型和改进横波速度预测岩石物理模型预测横波速度,并与传统的Xu-White模型预测结果进行对比、分析。结果表明,由DNN模型和改进岩石物理模型均可获得较高精度的横波速度预测结果,且前者的预测效果更好。

准噶尔盆地东南缘页岩油储层脆性预测与评价

准噶尔盆地东南缘二叠系中下部发育页岩油致密储层,脆性预测与评价对其勘探和开发有重要意义。本文利用岩石物理实验、测井资料和叠前地震资料计算了准噶尔盆地东南缘二叠系页岩油致密储层脆性指数,对Rickman经典公式法、杨氏模量与泊松比比值法、拉梅系数法和剪切模量法进行了比较、分析与评价。研究认为:1)杨氏模量相对泊松比对岩性有更好的区分度,由拉梅系数表征的泥岩分布率较高;2)根据文献所得测井多参数计算脆性指数的方法应用效果不佳,在Castagna经验公式换算横波速度基础上计算的脆性指数具有较好的应用效果;3)由YPD(Young's modulus-Poisson's ratio-density)式和LMR(拉梅系数-密度)式反演的弹性参数变化率也能较好地指示有利储层,尤以密度变化率为最佳,该属性在扇三角洲前缘及分流河道特征上得到很好的展示;4)岩石物理实验和实际资料应用均表明,ρE/σ为研究区脆性的最佳表征公式,效果好于Rickman经典公式与其他方法。

基于短周期密集台阵的广州—佛山地区地壳浅部三维S波速度结构研究

广州—佛山地区位于珠三角经济区的核心地带,三条区域性断裂从中交错穿过.广州—佛山地区精细的地壳浅部三维S波速度结构,对于研究区内的城市规划建设、地震灾害评估、强地面运动模拟等具有重要意义.本文利用布设于广州—佛山地区短周期密集地震台阵中的1104个台站记录到的连续波形数据,采用背景噪声互相关方法计算了台站对间的互相关函数并进一步提取到周期范围在0.1~5 s内的39488条高质量面波群速度频散曲线,然后通过基于射线追踪的面波直接反演方法计算得到了研究区内0.3~3 km深度的高分辨率三维S波速度结构.结果显示:研究区内地壳浅部S波速度横向差异显著,其中南部的珠江三角洲断陷盆地S波速度结构相对较为复杂,而北部的广花盆地内部S波速度结构则表现相对简单.研究区内的低速异常主要位于断裂附近,且大都位于断裂的下降盘.珠江三角洲内三水盆地东缘表现为马鞍状低速异常,向下最大延伸至2 km,低速体南北两侧边界与控盆断裂位置基本一致.广花盆地内部存在两个平行排列的高速异常,中间夹持一平行构造走向的低速异常,总体速度结构特征符合广花盆地为一复式向斜的地质构造背景.低速异常向下延伸至1.4 km深度处,可能指示了卷入向斜地层的最大埋深.沿广州—从化断裂发育条带状低速异常,与沿断裂形成的沉积地层有关.条带状异常在浅部分为两段,表明广州—从化断裂在历史上可能具有分段活动性.玉带公园周围被高速异常环绕,异常向上延伸至距地表约1.3 km处,结合研究区已有资料推测该高速异常可能为早期岩浆侵入在地壳浅部的反映.

应用L_(p)拟范数稀疏约束的纵横波速比直接反演

纵横波速比(vP/vS)是识别气藏、描述储层特征和判别岩性的重要解释工具。目前主要是通过反射系数近似方程反演得到纵、横波速度,再进一步计算纵横波速比,但是这种间接计算方法会产生累积误差。为了直接从叠前地震数据反演纵横波速比,文中提出了一种新的广义弹性阻抗方程,再进一步推导出一个与纵横波速比、纵波速度、密度相关的纵波反射系数近似方程。为了得到精度较高的反演结果,基于推导出的反射系数近似方程,提出一种基于Lp拟范数稀疏约束的叠前地震反演方法,并通过交替方向乘子算法求解。将提出的直接反演方法应用于理论模型和实际数据,并与间接反演方法相对比,结果表明该直接反演方法的反演结果精度较高,对含气储层的边界刻画更清晰。

基于Scholte波频散特性的深海海底横波速度反演

深海环境下海水的声波速度是非匀速的,变速的海水会影响海底Scholte波的频散特性,为了提高利用Scholte波频散特性反演海底横波速度的精度,需建立速度连续变化的水平分层海水-分层海底(HLSLS)模型。本文基于波动理论推导HLSLS模型Scholte波频散方程和振幅深度方程。然后,基于南海海水声速剖面和实际海底弹性介质参数,分析深海环境海水速度变化对Scholte波频散特性的影响。最后,将方法用于南海深水OBS地震数据反演得到一条二维海底横波速度剖面,反演结果很好的指示了海底天然气水合物储层的分布。结果表明:深海环境下,利用海底OBS数据中的Scholte波反演海底浅层横波速度结构是可行的,南海实际深水OBS数据应用进一步验证了方法的准确性和实用性。

通州—三河地区沉积层高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性

北京大都市区位于冀中凹陷与太行山隆起和燕山褶皱带的交汇区,区内被第四系松软沉积层覆盖,历史和现今的地震活动性表明,其面临潜在的巨震风险.地震风险评估和强地面运动模拟依赖准确的沉积层三维S波速度模型.本文基于布设在通州—三河地区前所未有的密集台阵数据,构建了该区域高分辨率三维S波速度结构和径向各向异性模型.首先将919个台站组成的密集台阵划分为若干子台阵,利用修正的背景噪声聚束分析方法,提取各个子台阵的Love波频散曲线,通过深度反演构建了通州—三河地区三维SH波速度模型.结合由基阶和一阶Rayleigh波模式反演构建的三维SV波速度模型,获得了台阵下方的径向各向异性模型.模型显示,大兴断裂在穿过牛堡屯之后,继续向北东向延伸约20 km.大兴凸起以大兴断裂为界,表现出明显不同的构造特征和沉积过程.断裂的北西侧第四系沉积层较浅,推测约为100~400 m;断裂的南东侧第四系沉积层厚度横向变化较大,发育夏垫凹陷和甘棠凹陷.沉积盆地径向各向异性的幅度可达±20%,地表约0~60 m范围有一较强的负径向各向异性(VSH<VSV)覆盖层,推测与该地区垂直地裂缝发育有关.正的径向各向异性(VSH>VSV)是沉积作用造成的水平层序排列的沉积分层的反映.

青藏高原东南缘三维S波速度和径向各向异性及泸定M_(S)6.8和芦山M_(S)7.0地震孕震环境探讨

利用青藏高原东南缘布设的684个流动地震台和150个固定地震台的连续背景噪声波形数据,提取了周期5~50 s的Rayleigh波和Love波相速度频散,并反演获得了该区域下方0~70 km三维S波速度和径向各向异性结构.结果表明:(1)受川滇地块南部高速体的阻挡,东南缘中下地壳内存在两条空间分布独立的低速带.西侧(L1)从川滇地块北部向南延伸至滇西南地块,其中下地壳平均V_(S)小于3.4 km·s^(-1)并表现为正径向各向异性结构,反映了高原中下地壳可能存在部分熔融和韧性变形;东侧低速带(L2)沿着小江断层南北分布,受到红河断层的阻挡,弱物质不太可能进入滇西南地块,该区域下地壳和上地幔顶部均显示较强的正各向异性,推测其更可能是沿小江断层相互驱动的块体在横向挤压过程中引起的地壳部分熔融而导致.(2)芦山M_(S)7.0地震位于龙门山逆冲断层南段,泸定M_(S)6.8地震位于鲜水河走滑断层东南段,两者都发生在地壳浅层高低速异常过渡带上,但其深部孕震环境有所不同.芦山震区西北部中下地壳低速体为负各向异性,推测韧性物质沿着龙门山下方陡倾断层向上运移,上地壳积累应力并通过薄弱区域释放导致了芦山地震的发生;泸定震区为正各向异性的中下地壳韧性变形促进了川滇地块SE向的水平运动,受刚性的四川盆地阻挡,加剧了上地壳发震断层的滑动变形和应力积累,脆性上地壳突然破裂导致了泸定地震的发生.

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

基于全卷积神经网络的纵横波分解技术研究及其在弹性波成像中的应用

纵波(P)和横波(S)波场分解对弹性介质中的多分量地震波成像至关重要,但是常规P-S波波场分解方法精度相对较低,且存在成像假象的问题。为此,构建了一种基于全卷积神经网络(FCN)的网络结构,用于二维各向同性弹性介质地震波场的P-S波波场分解。该网络由全卷积神经网络构建,使用合成波场快照进行训练,训练完成的网络类似空间滤波器,可实现高精度的P-S波波场分解。不同于基于傅里叶变换的P-S波波场分解方法,该方法可以在波场任意空间位置处开展P-S波波场分解,因此适用于面向目标的地震成像。合成数据的计算示例表明,基于全卷积神经网络的纵横波波场分解方法可有效分解P波和S波波场,且精度高于其他空间域分解方法。弹性波逆时偏移成像结果表明,使用基于全卷积神经网络(FCN)的P-S波波场分解方法所获得的基于P波和S波的地震波成像结果,可有效减少速度界面处的成像假象,提高复杂地质条件下的多波成像精度。

利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡速度结构

HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)是地震背景噪声水平分量与垂直分量的频谱比,常被用来探测起伏地形较小的浅地表速度结构.然而,高起伏地形下该方法的适用性还需要仔细研究.本文探讨利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡的速度结构.我们首先将ENZ坐标系下三分量地震数据旋转到垂直于地形自由面的LQT坐标系,分别计算了两个坐标系下2 h地震背景噪声数据的HVSR曲线,对比结果发现,LQT坐标系下三分量数据的HVSR峰值频率更能反映地下结构信息.然后,本文反演了29个台站LQT坐标系的HVSR曲线,获得了滑坡体堆积物及基岩的一维S波速度结构.西山村滑坡体堆积物的S波速度范围为50~1000 m·s^(-1),滑坡厚度23~130 m.滑坡体西侧边缘地下40~120 m处存在10~20 m的低速层,表明该位置抗剪强度相对较弱,是潜在的滑动危险区域.对数据进行坐标系转换后,HVSR方法能够利用较短的观测数据获取可靠的滑坡体速度结构,为滑坡体积估算、脆弱位置识别、灾害评估提供重要信息.

基于超声波实验研究压力及流体对致密岩石横波衰减特征的影响

我国致密油气储层勘探前景广阔,开采价值高,但其储层岩石具有低孔、低渗、强非均质性等特征,建立储层波响应与岩石物性参数之间的联系仍面临挑战,针对致密储层波响应规律的研究有待深入开展。孔隙流体性质及围压会影响岩石的剪切模量及横波衰减,本文对部分饱和的8块致密岩石在不同围压条件下开展了超声波实验观测,采用谱比法估算岩石的横波衰减。结果显示,横波衰减随围压上升而下降,且饱水岩石的横波衰减大于饱油,饱气状态衰减最弱。气、水部分饱和岩石的测量结果中,岩石样本的横波衰减在中间含水饱和度达到峰值,此外,横波衰减随孔隙度、渗透率上升均有增大的趋势。基于实验测量的岩石物性参数,结合Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均、微分等效介质模型和喷射流模型构建了致密岩石衰减模型,分析了不同围压条件下含流体岩石的衰减特征,结果显示,该模型可合理描述横波衰减特征。在完全饱和与部分饱和条件下,模型预测的横波衰减显示出明显的压力及流体敏感性。以样本TS1-19为例,在完全饱和、变围压条件下,模型预测的横波衰减峰值在11.6~69.5范围内,衰减峰值随着围压增大而降低,且峰值频率有向高频端移动的趋势。在部分饱和、围压30MPa条件下,模型预测的横波衰减峰值在15.5~39.8范围内,衰减峰值随着含水饱和度增大而增大,且峰值频率向低频端移动。对于所有样本,以30MPa围压为例,所预测的横波衰减在5.6~38.6范围内,其中在饱和条件下,模型预测横波衰减随着孔隙度增大而增大,随着围压增大而减小;在气水部分饱和条件下,随着含水饱和度的增大,基于模型及Voigt和Reuss边界法预测的横波衰减整体呈增大的趋势,而实验观测到的横波衰减在中间饱和度达到极大值。

泸定M_(S)6.8地震发震机制研究——来自震前噪声成像和b值分布的共同约束

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生了M_(S)6.8地震,打破了鲜水河断裂带东南段的大震"平静期",造成了重大自然灾害.清楚认识泸定地震震源区发震构造、地震活动性和应力状态对研究强震发震机制具有重要作用.本文利用震前在泸定地震震源区布设的50台短周期流动地震台阵观测资料及区域地震台网震相走时数据,分别采用背景噪声成像、双差定位和改进的b值成像技术,获得了震前震源区浅层高分辨率S波速度结构、地震空间分布及b值横向变化图像.结果揭示,泸定地震主震初始破裂起始于鲜水河断裂磨西段、具有高速异常和高应力特征的凹凸体内;主震西侧存在一条隐伏的正断型伴生分支断裂,5.0级的最大余震即发生在该断裂上;主震凹凸体的破裂同时造成了东南方向另一个较小高速凹凸体的破裂并形成密集余震群.由此可见,震源区跨断层高速异常"铆钉"结构和震前的高应力积累在整体上控制了泸定地震的发生和强余震活动.通过浅层高分辨率结构成像识别这种特殊的"铆钉"结构,同时通过b值成像识别高应力区,可有效评估断层的发震能力,对重点区域地震危险性研判具有极其重要的意义.

自由边界影响下定向断裂爆破裂纹尖端应力分布与扩展机理

天然岩体常含自由边界,对定向断裂爆破产生干扰。为探究自由边界对定向断裂爆破的影响,采用爆炸焦散线方法和高速摄影技术,研究了含自由边界时定向爆炸裂纹尖端的应力分布和扩展机理。自由边界的反射P/S波作用于定向爆炸裂纹,改变了裂尖应力分布,产生了“弧线形”裂纹扩展路径。定向爆炸裂纹扩展可分为3个阶段。(1)反射波作用前:裂尖受爆生气体“气楔”作用,产生Ⅰ型断裂,并沿直线扩展。(2)反射波作用时:反射P/S波均使裂尖受张拉-剪切作用,产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂纹偏转趋向自由边界;在反射P波的作用下裂尖产生畸变焦散斑,裂尖应力由K场主导变为非K场主导,而在反射S波的作用下裂尖应力恢复为K场主导。(3)反射波作用后:裂尖在惯性作用下恢复为Ⅰ型断裂,沿直线扩展。在明确反射P/S波对定向爆炸裂纹作用的基础上,推导了自由边界影响下定向断裂爆破炮孔间距的计算公式,可为精细化定向断裂爆破提供理论参考。