不同尺度裂缝对弹性波速度和各向异性影响的实验研究

裂缝广泛分布于地球介质中并且具有多尺度的特点,裂缝尺度对于油气勘探和开发有着重要的意义.本文制作了一组含不同长度裂缝的人工岩样,其中三块含裂缝岩样中的裂缝直径分别为2 mm、3 mm和4 mm,裂缝的厚度都约为0.06 mm,裂缝密度大致相同(分别为4.8%、4.86%和4.86%).在岩样含水的条件下测试不同方向上的纵横波速度,实验结果表明,虽然三块裂缝岩样中的裂缝密度大致相同,但是含不同直径裂缝岩样的纵横波速度存在差异.在各个方向上,含数量众多的小尺度裂缝的岩样中纵横波速度都明显低于含少量的大尺度裂缝的岩样中纵横波速度.尤其是对纵波速度和SV波速度,在不同尺度裂缝岩样中的差异更明显.在含数量多的小尺度裂缝的岩样中纵波各向异性和横波各向异性最高,而含少量的大尺度的裂缝的岩样中的纵波各向异性和横波各向异性较低.实验测量结果与Hudson理论模型预测结果进行了对比分析,结果发现Hudson理论考虑到了裂缝尺度对纵波速度和纵波各向异性的影响,但是忽略了其对横波速度和横波各向异性的影响.

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。

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.

基于线性贝叶斯和改进的典型相关分析法的地震岩石物理反演

岩石物理反演作为一种直观的定量解释手段,是储层表征的一个重要研究课题,其中岩石物理模型是联系储层物性参数与弹性参数的桥梁.传统岩石物理反演往往需要在井位处校准岩石物理模型,而在地下介质复杂时,常规的岩石物理模型难以准确描述二者之间的关系,极大地影响了岩石物理反演的准确性.为降低岩石物理模型校准带来的误差,本文引入改进的典型相关分析(BP-CCA)法来构建储层物性参数与弹性参数之间的统计岩石物理关系,从而获得地下储层物性参数的空间展布信息.此外,该方法采用线性贝叶斯理论从叠前地震数据反演得到纵、横波速度及密度等弹性参数,具有较高的反演精度和计算效率.本文对提出的方法进行了合成数据实验和实际数据应用测试.结果表明,该方法可实现对储层参数的准确刻画,验证了其可靠性.

去噪算法驱动的地震反演正则化方法

地震反演作为重要的定量解释手段,利用观测地震记录、层位信息和测井数据来预测地下弹性参数展布.但是,作为典型的反问题,地震反演具有严重的不适定性,难以获得稳定可靠的解,通常采用正则化的方法进行求解.同样地,作为反问题的地震数据去噪,已进行了广泛深入的研究,许多去噪算法已经成功应用于地震反演中.本文提出一种去噪算法驱动的正则化方法,并将其应用于叠后地震反演.该正则化方法基于反演结果偏差与真实模型呈正交关系的假设条件,构建拉普拉斯正则化项,利用观测地震记录不匹配项和拉普拉斯正则化项来建立地震反演目标函数.在拉普拉斯正则化中需要真实模型,由传统去噪算法作用后的结果替代,因此该方法可以有效结合各种成熟的去噪算法.为了有效求解该目标函数,本文在去噪算法满足齐次性条件的基础上,推导了一种通用的目标函数的导数形式.该导数形式能灵活地结合传统的均值滤波和保边平滑滤波等线性去噪算法,并且可以采用共轭梯度法直接求解.该方法得到的反演结果可以在满足观测记录与合成记录匹配的同时,具备去噪算法期望的特征.本文证明了非局部均值滤波和字典学习去噪算法满足齐次性条件,并在模型测试中,与传统的迭代滤波反演方法比较,验证了该方法的可靠性和稳定性,并且通过实际数据叠后波阻抗反演说明了该方法的实用性.

宽方位地震资料处理技术及应用效果

随着方位角的增大,宽方位地震资料的速度随方位角的变化、与倾角和方位相关的旅行时差、与方位相关的各向异性等问题也随之产生。当所采集的宽方位资料不是全方位时,如何根据资料的实际情况形成有利于后续处理和解释的分方位道集尤为重要。本文针对这些问题提出了相应的解决办法,包括运用分方位道集技术形成合理的方位道集;运用分方位速度分析技术精确求取叠加速度;运用与倾角方位角相关的旅行时校正技术进行倾角、方位角的旅行时校正;运用分方位各向异性偏移技术消除不同方位的各向异性影响等。对实际资料的处理效果表明,本文所述方法是切实可行的。

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.

基于新的差分结构的时-空域高阶有限差分波动方程数值模拟方法

传统的高阶有限差分波动方程数值模拟方法采用高阶差分算子近似空间偏导数,能有效抑制空间频散.然而,传统的有限差分法仅采用二阶差分算子近似时间偏导数,这使得地震波场沿时间外推的精度较低.当采用较大的时间采样间隔,传统的有限差分法模拟波场会出现明显的时间频散,甚至不稳定.本文基于新的差分结构和中心网格剖分,发展了一种空间任意偶数阶精度、时间四阶和六阶精度的时空域有限差分方法.基于对离散后的频散关系进行泰勒展开,本文推导了时空域高阶有限差分算子的差分系数.相速度分析表明时间四阶、六阶精度的差分方法能显著地减小传统时间二阶精度差分方法的时间频散.在相同的精度下与传统差分法比较,本文发展的时间四阶、六阶有限差分方法的计算效率比传统方法高.均匀和非匀均介质中的波场数值模拟实验进一步证实本文研究的时空高阶有限差分方法的优越性.

消除滑动扫描地震数据中谐波干扰的反相关方法(英文)

滑动扫描技术是高效、高保真、环保的可控震源勘探技术之一,是下一组震源不必等待上一组震源震动结束即可开始震动的高效采集方法。该技术由于缩短了相邻两炮的等待时间,使得生产效率得到显著提高。但是后一炮的谐波畸变与前一炮的基波信号混叠在一起,不易分离,在相关后的地震记录上形成了严重的谐波干扰,降低了地震资料的质量。本文提出一种反相关方法来压制滑动扫描地震数据中的谐波干扰。该方法首先把地面力信号分解为基波和各阶谐波分量;然后将后一炮的相关前数据分别与各分量相关,只选取正时间轴中对应分量的自相关部分,利用各分量的反相关算子提取各阶谐波信息;最后从前一炮数据中减去提取出的高阶谐波,得到压制谐波后的地震记录。该方法对有效信号影响小,可同时处理相关前和相关后数据,而且算法简单稳定,计算效率高。本文分别对理论模型和实际数据进行处理,验证了该方法消除谐波干扰的有效性。

贴体坐标系二维声波方程SBP有限差分法的稳定性分析

有限差分方法(Finite Difference Method,FDM)是波动方程正演数值模拟领域应用最为广泛的方法之一,然而,当模拟区域不规则或者地表起伏不平时,规则网格有限差分法求解波动方程会产生阶梯状近似,影响模拟的精度。借助贴体网格技术,将不规则的物理区域转换为规则的计算域,给出了贴体坐标系下的二维声波方程及其二阶精度的分部求和(Summation by Parts,SBP)有限差分离散格式,采用Fourier谱分析方法分析了该离散格式的稳定性,得到了贴体网格二维声波方程SBP有限差分方法的稳定性条件。数值实验结果表明:1当时间采样间隔的选取满足稳定性条件时,贴体网格SBP有限差分的数值计算过程是稳定的;2与贴体网格中心差分方法相比,贴体网格SBP有限差分方法的稳定性更好。

东营凹陷辛镇构造南翼沙三段沉积体系研究

以辛镇构造南翼沙河街组三段(E2s3)为例,利用地震、钻井、测井资料建立研究区目的层层序地层格架;在此层序格架基础上,对地震资料进行地震属性分析,然后结合已有的对该区沉积背景的认识,对属性分析和反演结果进行地质解释,刻画沉积微相平面展布,得到了较好的应用效果。研究表明,可将E2s3分为3个三级层序(长期旋回),即SQE2s3L、SQE2s3m、SQE2s3u,分别对应于沙三下亚段(E2s3L)、沙三中亚段(E2s3m)和沙三上亚段(E2s3u)。对重点研究的SQE2s3m则进一步划分为6个中期旋回,每个次级旋回内部都包括了近对称的基准面上升半旋回和下降半旋回。辛镇构造地区E2s3沉积时期,由于三角洲前缘的滑塌,发育了一系列深水浊积扇砂岩体。E2s3的沉积过程是一个三角洲向湖盆进积的过程,具有从早期到晚期三角洲逐渐向湖盆内部推进,沉积中心从东向西迁移的特征。

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.

时间域黏滞波动方程及其数值模拟新方法

基于常Q模型的应力—应变关系,推导了分数阶拉普拉斯算子黏滞波动方程的一阶速度—压力形式,与现有的一阶速度—压力—应变形式相比,新推导的方程形式更简单,数值模拟时耗费内存更少。针对新推导的一阶速度—压力黏滞波动方程,采用交错网格伪谱法进行数值模拟,并利用卷积型完美匹配层(CPML)作为吸收边界,压制截断边界的反射。数值模拟实验证实,新推导的黏滞波动方程能很好地描述地震波在黏滞介质中的衰减和频散,交错网格伪谱法和CPML的组合是一种高效的数值模拟方法。

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.

含水平缝薄互层储层地震响应特征物理模拟

油气储层之中常存在沿层理发育的水平裂缝,并对储层特性有着不可忽视的影响.水平裂缝与层理平行,使得裂缝的地震响应与层理的地震响应互相混叠,给水平缝的地震识别带来了困难.本文利用地震物理模拟技术,模拟并分析了含水平裂缝的薄互层储层地震响应特征,为水平裂缝的地震识别提供依据.首先设计并制作了用于模拟含水平裂缝的薄互层储层物理模型,模型采用了在均匀地层中嵌入裂缝单元的模拟方式,水平裂缝单元采用片状孔隙材料叠合法构建,即利用粘合剂将片状孔隙材料粘合胶结,然后压实固化进而获得用于模拟野外含裂缝岩石的裂缝单元.然后将物理模型置于水槽内,模拟采集了4条二维纵波地震测线,并对地震数据进行了处理分析.模拟数据处理分析结果显示,本研究的模拟方法可以较好地模拟水平裂缝的地震响应特征.此外,本研究还对处理结果进行了时频分解,讨论并分析了含水平缝薄互层储层地震响应频变特征.研究表明,薄互层储层中发育的水平裂缝可以明显的引起时频谱的异常,但是这种异常受到薄互层调谐效应和裂缝的双重制约.因此无论进行薄层解释还是裂缝预测时,必须综合考虑调谐效应与裂缝的双重影响.对于含水平缝薄互层储层的频变AVO(振幅随偏移距变化,Amplitude Variation with Offset)特征而言,尽管薄互层产生的频变特征起主导作用,但是裂缝的发育以及裂缝参数的变化可以引起频变AVO特征的显著变化,该结果说明了利用频变AVO特征识别水平裂缝的可行性.

地震物理模拟中Q值测量方法（英文）

准确的Q值参数是地震衰减相关研究的基础,而如何准确地获得Q值一直是地震衰减研究中的一个难点。本文针对地震物理模拟屮不同Q值测量方法求取Q值存在较大差异的问题,通过标准样品实验和地震物理模型实验,分析了不同Q值测量方法的影响因素、稳定性和测量精度;并针对脉冲透射法测量精度差的问题提出了改良方法,即选择与测试样品声学特性相近的样品作为参考样品;讨论了各种测量方法应用于Q值定量分析研究的可行性。实验研究发现,利用脉冲透射法求取样品Q值时会受到较强的衍射效应影响,衍射效应引起的误差最高可达50%以上,而改良后的脉冲透射法(有机玻璃为参考样品)测量结果的相对误差保持在10%左右。通过对数据进行理论方法衍射校正及实验方法的改良,能够保障不同测量方法测量结果之间的差异保持在10%以内,从而实现利用地震物理模拟进行Q值定量分析的相关研究。

基于岩石物理与地震正演的天然气饱和度分析

AVO正演模型与AVO交会分析在AVO技术中占有十分重要的位置。以岩石物理理论为基础,根据MXG地区测井资料和其他相关信息,通过流体替代分析了不同深度条件下天然气饱和度对岩石属性的影响;并利用地震正演模拟及AVO交会分析技术研究了不同条件下天然气饱和度对地震反射特征的影响。其结论和认识可为利用地震AVO分析储层天然气饱和度提供理论基础。

基于局部存储策略的声波全波形反演方法

全波形反演作为一种高精度地下速度模型建模方法,自提出以来就受到了地震勘探领域的广泛关注.然而在时间域全波形反演中梯度计算需要存储或恢复震源波场,这会导致存储大量数据或额外的震源波场重构计算,使得全波形反演的实用化受到波场重构的制约.为此,本文提出了一种基于局部存储策略的声波全波形反演方法.依据奈奎斯特采样定理设置存储间隔,通过存储每个空间网格点有限时间区间内的有效波场来计算梯度,达到减少存储震源波场数据量、避免波场重构进而提升效率的目的.与其他方法相比,本方法无需波场重构且所需内存大小与正演模拟的差分精度和记录时长均无关.二维和三维推覆体模型合成数据的反演测试均表明:本方法能够在不重构波场的情况下保证反演结果的精度和信噪比,有效提高计算效率并显著降低对计算机内存的需求.