一种三维正交方位各向异性介质岩石 物理建模及弹性波正演模拟方法

通过线性滑动理论和岩石物理等效理论, 将两组正交直立裂隙介质等效为一种正交方位各向异性介质进行三维岩石物理建模, 通过高阶交错网格有限差分求解弹性波动方程模拟地震波在该种介质中的传播过程. 在建模过程中改变物性参数, 分析不同裂隙密度条件下的炮集和波场特征, 以及正交各向异性的方位特征. 研究结果表明, 各向异性强度随裂隙密度等物性增大而增强, 而且这些特征在共炮点道集和波场中均有所体现.      

固体介质中孤立波的传播及演化特征

由于地球介质中广泛存在断裂、微裂缝等地质现象,实际地震资料中会出现形似孤立波的非线性地震现象。因此,对固体介质中孤立波的研究有利于解释这些非线性地震现象的形成机制。本文基于KdV方程,以雷克子波作为初始条件,采用伸缩子机理构建体力模型,利用有限差分的方法模拟了孤立波的演化过程。理论结果表明,非线性地震纵波可以从雷克子波逐渐演化成孤立波,而且地震波的初始振幅和频散系数对模拟结果也有重要影响。通过与实际资料的对比也能说明这种演化的可能性。同时根据方程系数矩阵中元素带状分布的特征,采用稀疏矩阵的存取方法,可以减小计算内存,提高计算效率。     

超声实验中谱比法衰减的散射与本征吸收特性

实际地球介质的弹性波衰减,无论是对于地球内部结构反演、含油气储层描述,还是对于地震岩石物理本身的基础研究而言,都十分重要.通过岩石物理实验测量岩石的弹性波衰减是相关研究的基本手段,而谱比法是一种最常用的测量方法.利用谱比法测量的弹性波衰减,简称谱比法衰减,由介质的本征吸收特性和非均质散射特性共同决定.然而,在谱比法理论中,没有将这两种衰减特性的作用区分对待.因此,实验室测量的谱比法衰减中是否含有散射特性,其散射特性是否可以忽略,常不明确.本文基于对岩石物理实验中样品波形特征的基本认识,通过能流理论描述了弹性波的本征吸收和非均质散射过程,以及对应的尾波形成机理.文章还应用能流理论测量岩石的弹性波衰减,即能流法衰减.无论是通过理论推导,还是通过实验验证,谱比法衰减与能流法衰减都显示出良好的一致性.这两种直达波衰减的一致性暗示了谱比法衰减中存在着两种衰减特性.文中还对比分析了谱比法衰减与喷射流本征衰减的实验结果,该结果同样展示了谱比法衰减中可能存在着散射特性.因此,通过能流理论,可以利用样品波形的尾波特征定性判断谱比法衰减中可能存在的散射特性.即异常明显的尾波振幅可能意味着强烈的直达波非均质散射,谱比法衰减中的散射特性因而不可忽略.     

孔、裂隙介质声学理论及其在油气识别应用中的新进展

近年来发展的孔隙、裂隙介质弹性波动理论是孔隙介质声学的重要进展,提高了声学参数对岩石流体识别的灵敏度.岩石中裂隙的存在增大了岩石速度的频散程度.目前发展的孔、裂隙弹性波理论可较好地模拟实验室观测到的岩石频散和衰减特征.将此理论应用于非常规油气储层的油气识别可大大提高解释的可靠性.本文综述了孔隙介质声学及孔裂隙理论的研究现状,阐述了孔、裂隙介质弹性波的传播机理;通过模拟实验室超声测量的岩石声速验证了孔、裂隙弹性波理论的可靠性.将此理论应用于测井实际数据,反演得到了地层的流体性质,反演结果显示明显提高了识别流体性质的可靠性.     

横向各向同性(VTI)介质中非线性地震波场模拟

数值计算方法是考察非线性弹性波在介质中（如岩石）传播特征的重要手段.非线性弹性波的数值模拟存在陡峭间断面（点）、数值振荡以及误差的指数级增长等现象而破坏数值解的稳定性、收敛性，能否消减上述现象的不利影响成为制约数值方法有效与否的重要因素.文中同时引入了FCT算子和幅值限制器，采用中心差分格式对具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的二维非线性弹性波进行数值模拟，从而克服了上述困难；介绍了适用于非线性弹性波的吸收边界条件，给出了差分方程的稳定性条件.在验证了方法的有效性后成功地获取了二维VTI介质中非线性弹性波的三分量地震正演记录，表明非线性波在传播过程中会发生波形畸变等现象.     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式I：理论

孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen（LAC）广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段.     

随机弹性介质中地震波散射衰减分析(英文)

地震波衰减一直是许多学科研究的热点,因为可以反映介质的特性。导致地震波衰减的因素很多,如:传播过程中由于能量扩散导致的几何衰减,固体岩石内部晶粒间相对滑移导致的摩擦衰减,岩石结构不均匀引起的地震波散射衰减。本文主要从统计的观点出发,通过多次数值模拟的方法研究纵波散射在随机弹性介质中所引发的衰减。首先用随机理论建立了二维空间随机弹性介质模型,然后用错格伪谱法的数值方法模拟了波在随机介质中的传播,再通过波场中虚拟检波器的记录,用谱比法估计了弹性波在随机介质中的散射衰减。不同非均匀程度随机弹性介质中的数值结果表明:介质不均匀程度越高,散射衰减越大;在散射体尺寸小于波长的前提下,不同散射体尺寸的计算结果说明:散射体尺寸越大,弹性波衰减越明显。最后提出了一种不均匀孔隙介质中流体流动衰减的方法。通过对随机孔隙介质中地震波的总衰减和散射衰减分别进行了计算,并定量得出了随机孔隙介质中流体流动衰减,结果表明:在实际地震频段下,当介质不均匀尺度101米量级时,散射衰减比流体流动衰减要大,散射衰减是地震波在实际不均匀岩石孔隙介质中衰减的主要原因。     

基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上,提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程,并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先,通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征,将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质,进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式,并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中,二者对比表明,本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度,验证了该模型的适用性;最后,利用该模型计算各弹性刚度张量,进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测,与各向同性模型估测结果对比表明,该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高,且储层位置更为明显,具有较高的实用性.     

单裂缝岩石标本的弹性波频响特征初步分析

通过分析单裂缝岩石标本中弹性波到时分布、波震相转换和波振幅衰减等规律，进一步用波场及频谱量刻划介质横向不均匀性。Ｐ波震相遇裂缝端部后出现“之”字形波峰，分叉成折射Ｐ波、绕射Ｐ波，它的特征也依赖于发射源和接收点相对于裂缝的位置，当波以大角度斜跨裂缝和发射点在约裂缝半长度范围时波到时和振幅差别更大。对其研究有助于认识弹性波场在含断层结构中的复杂图象特征、在野外勘探中提高地震资料解释、断裂构造识别能力和提高弹性波在非完整岩石实验中的声发射定位等能力     

横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

等价各向异性介质一阶拟声波 方程正演模拟及其效率分析

为克服各向异性弹性波动方程正演模拟的局限,本文研究了各向异性介质拟声波方程的交错网格有限差分数值解法.首先,从VTI介质胡克定律和qP-qSV波频散关系两种思路出发,通过声假设近似,给出了两种不同形式的VTI介质一阶拟声波方程,并通过引入波场的伪速度分量,推导了一种新的VTI介质一阶应力-速度方程,并通过旋转坐标系将其推广到TTI介质中;其次,构造了一阶拟声波方程的交错网格高阶有限差分格式,并推导了相应的PML边界条件;最后,对本文方法中固有的qSV人为干扰波的产生机制和压制方法进行了简单讨论.数值结果表明:3种一阶拟声波方程在运动学和动力学上是等价的,相对于各向异性弹性波正演模拟,其节省了内存,提高了计算效率;各向异性因素会影响反射波旅行时和振幅等波场特征,在后续的处理、反演和解释中不可忽略;VTI介质HESS模型的逆时偏移结果也验证了本文方法的合理性.      

基于反演基质矿物模量和多约束条件的双相介质AVO正演方法（英文）

基于双相介质理论的AVO正演技术是储层性质描述和流体预测的有效技术手段之一,但是输入参数中基质矿物模量的准确性和双相介质模型的的合理性极大地影响双相介质AVO正演效果。因此,本文采用基于流体因子的基质矿物模量反演方法,自适应反演基质矿物体积模量。引入具有岩石物理意义的多约束条件,使得流体替换技术制作的双相介质模型具有岩石物理意义。保证获得的双相介质AVO特征反映实际地层响应,真实可靠。通过不同岩性岩样的对比分析,说明反演方法的优越性和准确性。同时LH地区实际资料应用,获得孔隙度和流体饱和度等重要岩性参数变化时双相介质AVO特征,特别是不同储层孔隙度在同一入射角对应快纵波和横波反射系数幅值的大小差异和突变角差异是分辨储层孔隙度大小的依据。     

有效应力变化对致密砂岩孔隙结构及弹性波响应的影响规律

致密砂岩气藏具有裂缝发育和有效应力高的特征,研究不同有效压力下孔、裂隙介质地震波传播特征,有利于地震解释与地下储层的识别.但是前人的研究较少考虑岩石内部微观孔隙结构特征与孔隙、裂隙间流体流动的关系.本文首先通过选取四川盆地典型致密砂岩岩样,在不同有效压力下对岩石样本进行超声波实验测量.然后基于实验测得的纵、横波速度进行裂隙参数反演,得到不同有效压力下致密砂岩样本的裂隙孔隙度.再将裂隙孔隙度和样本岩石物理参数代入双重孔隙介质模型,模拟得到不同有效压力下饱水致密砂岩样本纵横波速度频散和衰减的变化规律.结果表明模型预测的速度频散曲线与纵波速度实验测量结果能够较好的吻合.最后统计分析了致密砂岩裂隙参数,得到了致密砂岩储层裂隙参数随有效压力及孔隙度变化特征.依据实际岩石物理参数建立模型,其裂隙参数三维拟合结果能够较好描述致密砂岩裂隙结构与孔隙度、应力的关联,可为实际地震勘探中预测储层裂缝性质提供基础依据.     

黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演

瑞利波具有能量大、信噪比高等特点,可以用来反演介质内部的力学信息,近年来在浅层地球物理勘探、深层地震学研究以及超声波无损检测等多个领域都有较广泛的应用。目前大多数瑞利波的应用中都假设介质是弹性的,然而实际中岩石、土壤和金属等介质都在一定程度上体现出了黏弹性。当介质的黏弹性较强时仍然采用弹性假设研究其中瑞利波的反演将增大误差,因此有必要考虑黏弹性介质中的瑞利波反演,但是目前这方面的研究仍不够深入。本文研究黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演问题,给出其在半空间中联合反演的方法,并对该方法的误差进行分析。     

地震波的时间反转以及非线性佯谬述评

为了探讨动力学计算仿真在地学中应用的可行性 ,我们已经采用非线性动态有限元 ( Non-linear Dynamical FEM)方法作了一系列的初步研究。在关于波的遍历特性的研究中 ,提出用波的遍历特性来概括非线性动力系统例如地壳块体的复杂性 [1- 2 ] ,并从这个认识出发 ,用动力学仿真方法研究了在这种混沌性脉冲响应系统中的 L ame波及其时间反转过程 ,还研究了三维非均匀、有内部界面的岩石介质的时间反转效应。通过预研认为 ,运用时间反转原理 [3 ]在大尺度的地壳块体中实现波能量在空间的聚焦和时间上集中具有可信的物理依据 [4 ] 。地壳中波的…     

震相概述(续) 第三讲 震相类型

在上一讲内,介绍了地震震相的物理基础,即地震波在复杂的地球介质中的传播理论。从而知道,介质结构的复杂性是造成地震震相多样性的重要原因。震相是地震波在地震记录图上的一种反映。在这一讲,就让我们来看一看这些不同类型的波,在地震图上的特征。根据实际工作和研究工作的需要,我们将分别就地壳、地幔、地核有关的震相、面波震相,其中包括天然地震、人工地震震相、深震和浅震震相等加以介绍。     

含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论——Biot理论的推广

地球表层的岩石介质往往是即含孔隙又含裂隙,这种现象对弹性波传播产生重要影响．本文在Biot孔隙介质的波动理论基础上,利用该理论中介质在排水（干燥）条件下的弹性模量引入裂隙对弹性性质的影响,并对裂隙在弹性波动作用下的“挤喷流”（squirt flow）效应进行了具体分析,导出了一个描述孔隙、裂隙并存时的弹性波统一理论．该理论既能描述裂隙对介质弹性的影响,又能模拟挤喷效应导致的弹性波衰减和频散,并且指出,这种挤喷效应是由裂隙介质的两个最重要的参数,裂隙密度和纵横比所控制．这一统一理论的另一重要特性是该理论保持了Biot理论的基本特征,即慢速纵波的传播特征及孔隙渗透率的影响．模拟计算结果及与实际数据的对比表明,这一孔隙、裂隙弹性波动的统一理论能较好地描述实际岩石介质中弹性波的传播,从而在地球介质中地震和声波测量中比Biot理论有着更为广泛的应用前景．     

大地电磁与地震联合反演研究现状与展望

由于大地电磁探测和地震勘探各自存在优势和局限,因此联合反演比单独一种地球物理资料反演更优越.本文剖析了联合反演的两类分类方法,指出大地电磁与地震方法具备联合反演的基础-理论上相似,物性上有联系,并重点分析国内外大地电磁与地震数据联合反演的研究现状与存在问题,总结层状均匀和非均匀两种介质结构的电震联合反演算法.对于如何耦合不同类型的物性参数这一联合反演的核心问题,指出目前广泛使用的岩石物理法和结构法两类方法的适用范围.最后提出大地电磁与地震联合反演的发展方向:层状均匀介质结构要优化线性迭代技术;非均匀的复杂地质结构,需加紧非线性反演理论向非线性反演发展,其中结构法反演前景广阔,要加强实际资料的运用;此外,电震联合反演也需与岩石物性等先验地质信息相结合.     

基于贝叶斯线性AVAZ的TTI介质裂缝参数反演

裂缝储层岩石物理参数的准确获得对地下裂缝预测具有重要意义,而叠前方位AVA地震反演是获得裂缝岩石物理参数的有效手段.假设地下岩石为倾斜横向各向同性（TTI）介质,本文从裂缝岩石物理等效模型的构建出发,从测井数据中估计出纵横波相对反射系数和裂缝柔度参数.通过推导含裂缝柔度的方位各向异性反射系数公式,基于贝叶斯反演框架建立了P波线性AVAZ反演方法.合成地震数据应用表明基于贝叶斯理论的TTI介质裂缝柔度反演方法具有一定抗噪性,可以降低裂缝柔度估测的不确定性,为地下裂缝预测提供有力的依据.     

基于等效各向异性和流体替换的地下裂缝地震预测方法

地下裂缝是油气聚集和运移的重要通道,而裂缝岩石物理是裂缝参数与地震响应之间联系的桥梁.从裂缝岩石物理出发,探索利用地震数据预测地下裂缝的方法.首先通过构建裂缝岩石物理等效模型,弥补测井横波的缺失,并且实现裂缝岩石物理参数的预测;然后推导了裂缝岩石物理参数与地震响应之间的近似关系式,同时探索裂缝岩石弹性参数和岩石物理参数的地震直接反演方法;最后分别利用测井数据和实际工区地震数据对裂缝岩石物理等效模型的可靠性以及裂缝岩石物理参数直接反演方法的精度进行了验证.结果表明,构建的裂缝岩石物理等效模型可以实现裂缝岩石纵横波速度及岩石物理参数的可靠估测,而且裂缝岩石物理参数地震直接反演方法具有较高的抗噪性,在实际目标工区弹性参数和裂缝岩石物理参数的估算中具有较好的应用结果.