基于拟微分算子的横向各向同性介质黏声波方程

由于地层的各向异性与黏滞性,地震波在传播过程中表现出方向上的各向异性和振幅值的吸收衰减特征.若简单地将地下介质视为各向同性,实际地质结构的地震波响应可能会被曲解,甚至忽略了有效信息.为了得到深部储层的高精度成像,本文将标准线性固体模型(SLS)扩展到各向异性介质中,并结合各向异性拟声波方程,推导出时间空间域的各向异性介质黏声波方程组,该方程中用伪微分算子来表述地震波的衰减特征.在逆时偏移的过程中,为了解决高频不稳定问题,文中通过引入规则化算子来构建稳定的逆时传播算子.模型的正演模拟表明该方程既能准确的描述各向异性介质下的标量波的传播规律,又能体现地层的吸收衰减效应.     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

基于地震剖面瞬时峰值能量频率的衰减分析与气藏预测方法

由于流体本身的粘滞性和摩擦性,使得地震波在含油气地层中传播时衰减形成低频阴影.通过对叠后地震资料做时频分解,分析地层衰减特征,是当前除了AVO技术之外,比较流行的直接识别流体和气藏的技术.本文基于波动方程正演,模拟了地震波对含油气地层的响应.然后采用连续小波变换分析不同尺度剖面的瞬时能量特征,提取分频剖面上每一个点的峰值能量对应的频率,得到瞬时峰值能量频率剖面.通过分析瞬时峰值能量频率剖面,分析了地震波在地下介质中传播时的衰减特征.最后应用此方法对实际地震剖面进行了分析,验证了其有效性.     

基于Zener线性体的黏弹孔隙介质衰减频散特征分析

地震波传播经过储层时,表现出明显的衰减和频散特征.该现象的主要成因应该包含两种机制:一是固体骨架的黏弹机制,二是孔隙流体的流动机制.这两种机制在单独研究时具有各自的局限性.Zener线性体模型描述的黏弹机制将储层等效为一个固体,忽略了孔隙中流体流动造成的地震波衰减;而BISQ模型考虑了储层的双相结构以及宏观及微观的孔隙流体流动机制,但其模拟衰减频带处于高频,不能解释在地震频带明显的衰减现象.本文分析了Zener模型和BISQ模型的作用机制,并将两种机制结合,推导了Zener-BISQ模型的本构方程.通过求解新模型的平面波解,分析了其相速度和逆品质因子的衰减和频散特征.最后,通过3个模型的数值实验研究了Zener模型其中的作用和控制方式.     

基于GSLS模型TI介质衰减拟声波方程

随着计算机硬件技术的发展以及高分辨率勘探需求的增加,我们希望能够更准确地模拟地下介质,得到更丰富的地层信息.然而,传统的声学假设并不能描述实际地层所存在各向异性和黏滞性,使得成像分辨率较低.为了实现深部储层的高精度成像,本文同时考虑了介质的各向异性和黏滞性,从TI介质弹性波的基本理论出发,结合各向异性GSLS理论,并通过声学近似方法导出基于GSLS模型的各向异性衰减拟声波方程.数值模拟表明该方程既能准确地描述各向异性介质下的准P波运动学规律,又能体现地层的吸收衰减效应;模型逆时偏移结果表明,在实现成像过程中考虑各向异性和黏滞性的影响,能对高陡构造清晰成像,且剖面振幅相对均衡,分辨率较高.     

含混合裂隙、孔隙介质的纵波衰减规律研究

地下多孔介质中的孔隙类型复杂多样,既有硬孔又有扁平的软孔.针对复杂孔隙介质,假设多孔介质中同时含有球型硬孔和两种不同产状的裂隙(硬币型、尖灭型裂隙),当孔隙介质承载载荷时,考虑两种不同类型的裂隙对于孔隙流体压力的影响,建立起Biot理论框架下饱和流体情况含混合裂隙、孔隙介质的弹性波动方程,并进一步求取了饱和流体情况下仅由裂隙引起流体流动时的含混合裂隙、孔隙介质的体积模量和剪切模量,随后,在此基础上讨论了含混合裂隙、孔隙介质在封闭条件下地震波衰减和频散的高低频极限表达式.最后计算了给定模型的地震波衰减和频散,发现地震波衰减曲线呈现"多峰"现象,速度曲线为"多频段"频散.针对该模型分析讨论了渗透率参数、裂隙纵横比参数以及流体黏滞性参数对于地震波衰减和频散的影响,表明三个参数均为频率控制参数.     

背景为各向异性的含裂缝岩石频散和衰减计算方法研究

裂缝广泛分布于各类储层岩石中,并且会显著提高储层的渗流能力.因此,裂缝的评价和表征对于提高油气产能具有重要意义.由于裂缝与背景介质之间的波致流会显著影响地震波的频散和衰减特性,所以地震勘探是评价裂缝性储层的有效手段.裂缝地震定量表征的前提是要基于含裂缝岩石中波致流对频散和衰减的影响建立含裂缝岩石物理特性与地震性质的关系.然而,目前相关的理论研究大部分基于各向同性背景这一假设,难以有效应用于常见的各向异性储层.本文针对背景为各向异性的含裂缝岩石提出了频散和衰减的计算方法.该方法首先将含裂缝岩石中的各向异性背景介质等效为层状背景介质;然后,通过分析不同频率下层状含裂缝岩石中的流体压力分布,理论计算了两个特定的中间频率并求解得到两个中间频率下的弹性参数;进一步,以计算得到的两个特定中间频率以及高低频极限下的弹性参数为基础,应用数值方法求解得到弛豫函数中的未知参数,最终实现了背景为各向异性含裂缝岩石中频散和衰减的理论模拟.通过将理论预测结果与实验测量和数值模拟结果进行对比,验证了该方法在背景为各向异性含不同分布裂缝岩石中的有效性.本文提出的方法考虑了常见的各向异性背景对含裂缝岩石频散和衰减的影...     

基于黏弹性Chapman-Kelvin模型的裂缝储层频变AVAZ反演研究

为了在地震资料和裂缝储层特征之间建立联系,对裂缝储层采用了等效介质模型.而传统的等效介质模型未充分考虑非完全弹性介质理论和基于频变各向异性理论的双相或多相流体假设,也不能对实际裂缝储层中的地震波频散和衰减现象提供准确合理的解释,并且储层参数的反演研究对裂缝储层的定性预测和定量描述举足轻重.为此,本文首先根据所提出的黏弹性Chapman-Kelvin动态等效介质模型,该模型考虑了耦合的双相流体假设、黏弹性理论、喷射流以及斑块效应,并在此基础上分析了裂缝储层参数(主要为裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度)对地震波频变特征的影响.然后基于黏弹性Chapman-Kelvin模型与Schoenberg和Protazio概括的Zoeppritz方程所计算出的频变反射系数,分析了反射PP波和PS波的频变AVAZ(Amplitude Versus Angle and Azimuth)特性和PP波频变反射系数与裂缝储层参数的关系.同时考虑到发生地震频散时,反射系数和频率产生关系,构建了在角度、方位和时间域内的新型正演方程.最后,基于PP波频变反射系数对裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度的变化有较...     

双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.     

基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI介质中波场数值模拟

分数阶微分算子具有描述历史依赖性和全域相关性的特质,本文利用这种特质描述双相介质固体骨架的黏弹性特征.基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架各向异性本构关系与双相介质理论有机地结合起来,并引入流变学本构关系描述孔隙流体的黏滞性力学行为,提出一种新的基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI模型.推导了相应的时间域波传播方程,然后对该方程进行了数值模拟.对整数阶导数采用高阶交错网格有限差分算法,对分数阶时间导数采用短时记忆中心差分算法,进行了不同相界、不同品质因子组及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.模拟结果表明：将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架各向异性本构关系及孔隙流体的黏滞性本构关系引入双相介质理论是可行的,二者的结合能更好地反映地下介质的黏弹性特征,对于进一步认识波在黏弹各向异性孔隙介质中的传播机理具有重要意义,为反演和重构地下油气储层和结构奠定正演理论基础.     

Calculation method of prestack FAGVO and its applications

Frequency attenuation occurs when seismic waves propagate through the porous reservoirs containing hydrocarbons. Current researches on the seismic frequency attenuation mainly focus on the post-stack domain instead of the prestack domain. Here we propose the frequency attenuation gradient vs. offset (FAGVO) based on the amplitude variation with offset and frequency attenuation integral equations. We derive the FAGVO equation that equals to zero in a full-elastic medium and is negative in a viscoelastic medium. FAGVO is affected by the viscosity of the medium, the coefficients of reflection, the frequency variation, and high-frequency attenuation. FAGVO uses the differences of partially stacked data to decrease the interference caused by subsurface strata affecting the frequency attenuation, highlights the frequency attenuation gradient anomalies in hydrocarbon-bearing reservoir pores, and finally realizes the hydrocarbon fluid identification. The method was verified using a two-dimensional wave equation forward model and was found to be cost effective. Furthermore, the method does not require well information, which can be applied in the stage of seismic exploration, especially, in the exploration of a none-well project.     

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。     

基于常规测井数据的纵波本征衰减估计

地震波本征衰减反映了地层及其所含流体的一些特性,对油气勘探开发有重要意义.已有的理论研究与实验发现,地震频带内的衰减主要与中观尺度(波长与颗粒尺度之间)的斑状部分饱和、完全饱和岩石弹性非均匀性情况下波诱导的局部流体流有关.这种衰减与岩石骨架、孔隙度及充填流体的性质密切相关.本文着重讨论均匀流体分布、斑状或非均匀流体分布两种情况下部分饱和岩石的纵波模量差异.以经典岩石物理理论和衰减机制认识为基础,通过分析低频松弛状态、高频非松弛状态岩石的弹性模量,讨论储层参数(如孔隙度、泥质含量以及含水饱和度等)与纵波衰减之间的确定性关系.上述方法与模型在陆相砂泥岩地层与海相碳酸盐岩地层中的适用性通过常规测井资料得到了初步验证.     

各向异性衰减薄层地震响应特征研究

薄储层的叠前地震响应特征研究,特别是针对具有速度各向异性的含流体薄层,对储层描述具有十分重要的意义.文中基于波动方程数值模拟方法,正演得到各向同性弹性、各向同性衰减、速度各向异性、各向异性衰减模型的地震波场,并对比分析了四种模型的纵波(PP)和转换横波(PS)地震反射特征.研究结果表明:在衰减介质背景下,引入各向异性,PP和PS波的反射波振幅较弹性介质均减弱,且衰减因素对薄层振幅的影响强于各向异性.同时,VTI各向异性衰减在单频PS振幅曲线上表现出强差异性,而HTI各向异性衰减则会影响PP和PS波单频振幅曲线的极值点幅值和位置,通过分析单频振幅曲线的极值点振幅和极值点位置对各向异性衰减薄层预测有指导作用,尤其对平时较难分辨的VTI各向异性衰减薄层,单频分析方法的优势更明显.     

黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性研究

本文首先由Christoffel方程推导出黏弹性EDA介质中均匀、 非均匀P波、 SV波和SH波的相速度表达式, 然后参照极端各向异性介质的相关计算方法, 推导出EDA介质中均匀、 非均匀地震波相衰减系数和群衰减系数的表达式, 并通过数值计算分析了相速度、 相衰减系数、 群衰减系数与裂隙方位的关系. 结果表明: 均匀介质中SH波的相速度和相衰减系数均可指示裂隙的走向; 非均匀介质中SH波相衰减系数随非均匀角的增大而增大, 且其对称轴与介质对称轴的夹角也相应增加; 由于地震波振幅的衰减随岩石物理性质的变化比地震波速度的变化更为灵敏, 而且携带了更多的岩石物理性质信息, 因此可用来探明裂隙走向、 密度及含水特性, 进而应用于预测、 预防地下工程地质灾害事故.      

An overview of laboratory apparatuses to measure seismic attenuation in reservoir rocks

Intrinsic wave attenuation at seismic frequencies is strongly dependent on rock permeability, fluid properties, and saturation. However, in order to use attenuation as an attribute to extract information on rock/fluid properties from seismic data, experimental studies on attenuation are necessary for a better understanding of physical mechanisms that are dominant at those frequencies. An appropriate laboratory methodology to measure attenuation at seismic frequencies is the forced oscillation method, but technical challenges kept this technique from being widely used. There is a need for the standardization of devices employing this method, and a comparison of existing setups is a step towards it. Here we summarize the apparatuses based on the forced oscillation method that were built in the last 30 years and were used to measure frequency‐dependent attenuation in fluid‐saturated and/or dry reservoir rocks under small strains (10^?8–10^?5). We list and discuss important technical aspects to be taken into account when working with these devices or in the course of designing a new one. We also present a summary of the attenuation measurements in reservoir rock samples performed with these apparatuses so far.     

Extended reflectivity method for modelling the propagation of diffusive–viscous wave in dip‐layered media

The reflectivity method plays an important role in seismic modelling. It has been used to model different types of waves propagating in elastic and anelastic media. The diffusive–viscous wave equation was proposed to investigate the relationship between frequency dependence of reflections and fluid saturation. It is also used to describe the attenuation property of seismic wave in a fluid‐saturated medium. The attenuation of diffusive–viscous wave is mainly characterised by the effective attenuation parameters in the equation. Thus, it is essential to obtain those parameters and further characterise the features of the diffusive–viscous wave. In this work, we use inversion method to obtain the effective attenuation parameters through quality factor to investigate the characteristics of diffusive–viscous wave by comparing with those of the viscoacoustic wave. Then, the reflection/transmission coefficients in a dip plane‐layered medium are studied through coordinate transform and plane‐wave theory. Consequently, the reflectivity method is extended to compute seismograms of diffusive–viscous wave in a dip plane multi‐layered medium. Finally, we present two models to simulate the propagation of diffusive–viscous wave in a dip plane multi‐layered medium by comparing the results with those in a viscoacoustic medium. The numerical results demonstrate the validity of our extension of reflectivity method to the diffusive–viscous medium. The numerical examples in both time domain and time–frequency domain show that the reflections from a dip plane interface have significant phase shift and amplitude change compared with the results of horizontal plane interface due to the differences in reflection/transmission coefficients. Moreover, the modelling results show strong attenuation and phase shift in the diffusive–viscous wave compared to those of the viscoacoustic wave.     

震电效应研究在资源勘探中的应用前景

石油，天然气和水的储层主要为含流体多孔介质。由于油气和水资源勘探的日益增长的需要，与含流体多孔介质密切相关的震电效应研究在我国得到了迅速发展。针对声电测井探测渗透率，地震波传播的损耗及其控制，天然电磁波与电磁场的产生机制及其利用等问题，已对第一类震电效应（震阻效应或I效应），第二类震电效应（流动电势效应或E效应）以及充放电（激发极化）效应，开展了理论和实验研究，取得了相当大的进展。随着油气勘探二次创业的到来，将为震电效应在资源勘探中的应用带来巨大的机遇和挑战。     

基于自适应杂交遗传算法的CO_2地质封存的储层参数反演研究

二氧化碳地质封存是减少温室气体排放和减缓温室效应的重要手段.二氧化碳封存的一个重要组成部分是地震监测,即用地震的方法监测封存后的二氧化碳的分布变化.为了实现这个目标,需要建立储层参数与地震性质之间的关系(岩石物理模型)和从地震监测数据中反演获得储层流体的饱和度等参数.首先,本文以Biot理论为基础,结合多相流模型研究了多个物理参数(孔隙度、二氧化碳饱和度、温度和压力等)对同时含有二氧化碳和水的孔隙介质的波速和衰减等属性的影响.结果表明:孔隙度和二氧化碳饱和度对岩石的频散和衰减属性影响强烈,而温度和压力通过孔隙流体性质对岩石的波速产生影响.然后,本文基于含多相流的Biot理论,应用抗干扰能力强、且具有更好的局部搜索能力和抗早熟能力的自适应杂交遗传算法对实际数据进行了反演研究.对岩心实验数据的反演研究表明了算法的有效性,而且表明含多相流的Biot理论能够很好地解释水和二氧化碳饱和岩石的波速特征.最后,我们将自适应杂交遗传算法应用于实际封存项目的地震监测数据,获得了封存后不同时期的二氧化碳饱和度,达到了用地震方法监测二氧化碳分布的目的.