油水两相饱和储层中平面震电波场响应特性

现有的孔隙介质震电理论缺乏针对含油储层震电耦合的数学模型及定量模拟,制约了该方法在含油储层中的推广应用.本文将非饱和孔隙介质中弹性波动理论与含油储层中动电耦合理论及麦克斯韦电磁理论相结合,建立了描述油水两相饱和储层中震电耦合波的数学方法,定量模拟了含油储层中平面震电波场响应特性,并探讨了储层参数对震电波场响应的影响.研究结果表明:油水两相饱和储层中震电耦合产生四种震电耦合波,震电横波、震电纵波P1、P2和P3波;震电波场响应具有频散特性,频率增大,震电纵波P2和P3波传播速度显著增大,震电波衰减常数均增大;相同频率下,震电纵波P2波电场强度及电流密度与固相速度比值的模值相比其它三种震电波的均较大,说明其激发电场和电流能力较强;震电波场响应受到宏观储渗参数的影响,储层孔隙度增大,震电波的传播速度均减小,三种震电纵波的衰减常数均增大,且震电横波和震电纵波P1波的电场强度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P2和P3波的均减小;储层渗透率增大,震电波的传播速度均增大,震电横波的衰减常数、电场强度与固相速度比值的模值亦增大,而三种震电纵波的则相反;含水饱和度增大,震电横波、震电纵波P1(低频时)和P2波的传播速度均减小,衰减常数、电场强度及电流密度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P3波的则相反;震电波响应电场强度及电流密度与固相速度比值的相位在高频时出现频散现象,同样受到储层参数的影响.     

水平分层孔隙介质中点源激发的震电波场数值模拟及分析

为认识地震波诱导的电磁场的特性,本文研究地震波在孔隙介质中由于动电效应引起的电磁场.基于Pride弹性-电磁耦合方程组推导了双力偶震源对应的位移-应力-电磁场间断向量的表达式,模拟了双力偶源激发的震电波场.作为比较,还模拟了爆炸点源激发的震电波场.结果表明：存在伴随纵波的电场,其各分量的波形与固相位移对应分量的波形相似,但相位相反;存在伴随横波的磁场,其波形与固相位移波形相似;双力偶震源还激发出了独立传播的辐射电磁场,其速度比纵波至少高一个数量级,几乎是“瞬间同时”到达了每个接收器,但是其强度比伴随电磁场小得多,且随着源距增大而迅速减小.本文研究还表明：伴随纵波的电场强度不仅与地震纵波幅度和动电耦合系数有关,还与由介质孔隙结构决定的流-固两相动力协调性有关,存在一种动力协调介质,纵波在这种介质中不引起电场.     

Biot耦合模式波的动力学特征

通过数值计算重点论述了低频务件下介质不同区域(弹性区、粘性区、孔隙区(被流体充填或不充填))对波传播的作用，分析了在均匀的、完全各向同性介质中Blot耦合模式波在低频条件下的特点。发现：(1)慢纵波相速度存在临界孔隙度现象，临界孔隙度是慢纵波相速度的盲点。(2)低频、高孔隙度条件更有利于慢纵波的观测。(3)低频条件下，快纵波、横波相速度与渗透率无关；而快纵波、横波损耗因子受渗透率影响较大。     

双相各向异性介质中弹性波传播特征研究

随着地震工程和能源地震勘探的深入发展,人们所遇到的地下介质愈来愈复杂．常规的各向异性介质理论或双相各向同性介质理论难以精确描述含流体的各向异性介质,如裂缝性气藏、含水页岩等．本文以Biot双相各向异性介质理论为基础,利用弹性平面波方程,推导出了任意双相各向异性介质中弹性波的Christoffel方程．根据Christoffel方程,计算并分析了频率对双相横向各向同性介质中弹性波的相速度、衰减、双相振幅比和偏振特征的影响．结果表明,在4类波(快纵波、慢纵波、快横波和慢横波)中,频率对慢纵波影响最大;当耗散很大时,快纵波、快横波和慢横波的流固相振幅比值近似为1．对偏振特征分析的结果表明,在双相各向异性介质中,弹性波的固相位移偏振方向与流相位移偏振方向将不再保持同向或反向,而是呈不同大小的夹角．      

含偏心点声源的随钻测井声场模拟和地层各向异性反演研究

地层横波波速测量以及各向异性评价是目前随钻声波测井应用及方法研究的难题之一.针对这些问题,本文试图从钻铤上的偏心点声源在各向异性地层中的响应出发,寻求和探讨解决方案.我们基于三维有限差分模拟的随钻测井信号,研究了偏心点声源在水平横向各向同性(HTI)慢速地层井孔中激发声波传播规律,研究结果表明:在HTI地层中偏心点声源能够同时激发出快、慢两种波形,并且此两种波形中主要分别包含快、慢弯曲波,由于与钻铤波的耦合作用,其速度总是分别小于地层快、慢横波波速,所以无法直接用于地层横波波速的测量.但根据进一步的灵敏度分析可知当在3kHz以上时,它们的相速度分别对地层参数水平和垂直剪切模量(c66和c44)最为敏感.基于此特性,本文提出一种基于解析近似解的最小二乘拟合法,能够通过快、慢波频散曲线反演地层横波波速,所测值误差小于3%,并且具有很好的容错率和稳定性;进而由横波速度反演值评价地层各向异性大小.最后,地层快横波偏振方位可以利用垂直于偏心声源方向的偶极采集的信号能量变化曲线来获取.     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.     

薄互层地层震电波场响应特征

震电耦合产生的伴随震电场(CS)和震电界面场(IR)具有不同的强度,且能够反映地下地质体界面信息的震电界面响应一般较弱,而震电界面响应场可能在薄互层地质背景下能够出现较强的振幅值.目前还未有针对薄互层震电波场响应特征分析,且纵波引起的震电界面响应场是否对薄互层敏感有待探究.本文基于体积电荷密度的震电耦合理论数值模拟了平行薄互层(VTI)和倾斜薄互层(HTI)地质背景下的震电波场响应特征.结果表明,伴随纵波传播而产生的CS震电场几乎不受平行薄互层和楔形薄互层的影响.纵波在界面处诱导产生的IR震电场对垂直薄互层不敏感,但水平薄互层和楔形薄互层模型的厚度和薄互层的层数均能影响IR震电信号,薄互层单层厚度减小和薄互层层数增加会导致IR信号的增强.结果有力证明了纵波引起的震电界面响应场在薄互层地质体处会产生振幅异常,而水平和垂直薄互层的震电波场差异也有将助于探究层理方向有显著差异的页岩等储层中产生的震电信号.     

热弹性介质中波传播特征

深层-超深层油气地震勘探涉及高温介质地震波传播问题,热弹介质参数对地震波传播有重要影响.含弛豫时间修正项的Lord-Shulman双曲型耦合热弹波动方程从理论上预测了热弹性介质中存在快纵波、慢纵波(一种准静态慢纵波,简称热波)和横波的传播,两个纵波为热耗散衰减波而横波不受介质热特性的影响.本文结合平面波频散分析和格林函数法数值模拟,详细研究两个热耗散衰减波的频散和衰减特征,着重分析热导率、热膨胀系数及比热的变化对波速和衰减的影响.研究表明热导率作为主要参数决定了波速与衰减的临界变化,热膨胀系数对波速和衰减的幅度有明显影响,比热则兼顾了前两个热弹系数的影响特征.最后,利用热弹性动力学频率域的二阶格林函数进行波场快照数值模拟,展示热弹性介质中纵波、横波和热波的传播行为.     

南海中北部陆缘横波速度结构及其构造意义

纵横波联合勘探可以得到更多关于岩石圈层岩性、物性等介质属性方面的信息,有效提高地壳物质组成的约束性.在纵波速度结构模型的基础上,通过射线追踪和走时拟合对OBS2006-3地震剖面径向分量的转换震相进行了横波速度结构模拟.结果表明:沉积层1、沉积层2的横波速度分别为0.7～0.9 km/s和1.6～1.7 km/s,波速...     

Acoustic wave dispersion and attenuation in marine sediment based on partially gas-saturated Biot-Stoil model

利用含气非饱和Biot-Stoll模型研究了声波在海底表层沉积物介质中的传播,讨论了骨架耗散、含气饱和度对快纵波、慢纵波和横波速度和衰减的影响,并与Biot模型的结果进行了对比.研究结果表明:孔隙流体黏滞耗散与骨架耗散共同影响声波传播速度和衰减,低频情况下骨架耗散引起的衰减占主要地位,高频情况下骨架耗散引起的衰减较小;少量气体(＜1％)的引入显著改变了快纵波速度,气体含量的变化对快纵波衰减影响很大,低频情况下气体对慢纵波速度的影响不大,而对横波速度的影响较大,气体含量的变化对慢纵波和横波衰减影响较小.利用超声波测量系统测量了一例杭州湾海底沉积物样品的纵波速度和衰减,当含气量趋近0％时,Biot-Stoll模型预测的纵波速度和实验测量结果较为一致.     

基于非饱和Biot-Stoll模型的海底沉积物介质声频散特性研究

利用含气非饱和Biot-Stoll模型研究了声波在海底表层沉积物介质中的传播,讨论了骨架耗散、含气饱和度对快纵波、慢纵波和横波速度和衰减的影响,并与Biot模型的结果进行了对比.研究结果表明:孔隙流体黏滞耗散与骨架耗散共同影响声波传播速度和衰减,低频情况下骨架耗散引起的衰减占主要地位,高频情况下骨架耗散引起的衰减较小;少量气体(<1%)的引入显著改变了快纵波速度,气体含量的变化对快纵波衰减影响很大,低频情况下气体对慢纵波速度的影响不大,而对横波速度的影响较大,气体含量的变化对慢纵波和横波衰减影响较小.利用超声波测量系统测量了一例杭州湾海底沉积物样品的纵波速度和衰减,当含气量趋近0%时,Biot-Stoll模型预测的纵波速度和实验测量结果较为一致.     

储层岩石流动电位频散特性的数学模拟

利用储层岩石流动电位的频散特性评价复杂储层已经成为勘探地球物理领域关注的热点,但是目前还没有形成基于储层岩石储渗特性及电化学性质的具有普遍指导意义的理论方法和数学模型.本文利用微观毛管理论,通过随时间谐变条件下渗流场和电流场的耦合模型,建立了描述储层岩石流动电位频散特性的数学方法,定量分析了频率域储层岩石动态渗透率、动电耦合系数和流动电位耦合系数随储层岩石孔隙度、溶液浓度和阳离子交换量的变化规律.研究结果表明:储层岩石流动电位频散特性是储层流体惯性力与流体黏滞力相互作用的结果.储层岩石孔隙度越大,储层维持流体原有运动状态的能力越大,临界频率越小;储层岩石的溶液浓度和阳离子交换量对临界频率没有影响.储层岩石的孔隙度越大,流体流动能力越强,流动电位各耦合系数的数值越大;溶液浓度越小或阳离子交换量越大,孔隙固液界面的双电层作用越强,各耦合系数的数值越大.     

干燥、饱油和饱水条件下砂岩地震波速的实验研究

岩石的地震波速度是浅部地层地下识别和区域构造研究的基础.哈密地区是我国重要的产油区域之一.本文利用Autolab2000岩石物性测试仪器,研究了0~200 MPa(约0~7000 m地下深度)下干燥、饱油与饱水三种状态时的砂岩地震波速度,得到了四组砂岩样品在三种状态下的纵横波速度与压力的拟合关系式.实验发现:在三种不同状态下,砂岩样品的纵横波速度都与压力呈对数关系;对于纵波,干燥下的波速明显小于饱油与饱水,但是饱油与饱水两种状态下岩石的纵波速度差异很小,饱水时的纵波速度略大于饱油;对于横波,低压下三种状态的地震波速度基本没有差异,在高压下,饱油与饱水样品的横波速度明显小于干燥样品.     

地层条件下砂岩含水饱和度对波速及衰减影响的实验研究

为了研究含气地层对地震波传播的影响，在地层温压条件下，用超声波测试了长庆油田苏里格气田砂岩样品在不同饱和度下的纵、横波速度和衰减Q值.实验表明砂岩样品的物性和流体含量对纵波的速度和衰减的影响均大于横波,含气饱和度大于60％时纵波Q值变化明显；物性越好，含气饱和度越高，纵波Q值越小，吸收越大.分析实验结果和相应的影响机理，给出了利用纵波的吸收衰减预测砂岩含气性的应用实例.     

红河断裂带断层泥高压状态参数和动态弹性参数的实验研究(英文)

在500MPa的压力范围内测定了红河断裂带断层泥的密度、纵波速度和横波速度随压力的变化。实验表明:在100MPa以上,上述力学量随压力增长很快,在100MPa以上,上述力学量随压力稳定增长,其增长率比岩石相应的值高一个数量级。断层泥密度与纵波和横波速度的关系均满足Birch定律,并由此得到了红河断裂带断层泥的Birch系数。由波速资料得出了断层泥的动态杨氏模量与动态剪切模量,表明动态杨氏模量比过去得到的静态杨氏模量高一个数量级以上。     

横向各向同性多孔介质中的地震波传播

基于各向异性多孔介质中的广义Ｂｉｏｔ理论，导出了横向各向同性多孔介质中波传播的特征方程．指出在多孔介质中有４种类型的频散和耗散波传播：准纵波ＱＰ１（快纵波）、准纵波ＱＰ２（慢纵波）、准横波ＱＳＶ和横渡ＳＨ．文中给出了４种波速度的解析表达式．数值计算频率曲线和衰减曲线与Ｓｃｈｍｉｔｔ（１９８９）用均值处理得到的结果类似．还给出了波传播过程中３种类型准体波之间的耦合系数（或称转换系数）．     

含黏滞流体各向异性孔隙介质中弹性波的频散和衰减

基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波－慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.     

P-P波和P-SV波联合AVO反演研究

目前转换波AVO(Amplitude Versus Offset)反演或纵波、转换波联合AVO反演是基于Aki等的反射系数近似公式,通常反演结果为上、下层速度比值和速度平均比值.本文在Shuey和郑晓东近似公式的基础上,运用最小平方算法,提出一种p-p波和P-SV波联合AVO反演下层介质纵、横波速度及泊松比的方案,并应用于双层含气砂岩模型上,误差在10%以内.此方案要求上、下层物性差别不大且入射角小于30°,但不需要速度比值为常数2的假设.     

六种不同煤阶煤的品质因子特征

通过6种不同煤阶煤的弹性测试,分析了煤岩变质程度（以镜质组最大反射率表示）与煤岩品质因子之间的关系;在此基础上,进一步分析了煤岩速度与品质因子之间的关系及纵波与横波品质因子的各向异性特征.研究发现：煤岩镜质组最大反射率与纵波、横波品质因子均存在良好的线性相关性;垂直层理方向的波速与品质因子存在良好的线性关系,好于走向与倾向方向;垂直层理方向的纵波与横波品质因子线性相关,相关系数可达93.5%;煤岩的三方向品质因子存在各向异性,且强于速度的各向异性.通过横波品质因子与纵波品质因子间相互换算的理论公式计算结果与实验室实测结果的对比,证明了该理论公式的可靠性,误差小于10%,为多分量转换波的吸收衰减补偿提供了理论依据.     

涪陵地区井下页岩岩芯裂缝体密度与声学性质关系实验研究

本研究对涪陵地区井下产气的龙马溪组页岩岩芯,采用三轴压机压裂制造裂缝,用工业CT扫描压裂前后岩芯,应用图像识别技术统计出裂缝体密度,又用超声脉冲透射法测定样品破裂前后裂缝方向上的纵波、单偏振方向与裂缝不同夹角的横波,来研究裂缝对页岩岩芯声学性质的影响.实验结果表明:压裂后样品的纵波速度略微降低,只有含较多内部裂隙的150#样品纵波速度减小幅度明显.压裂前后样品的纵波波形差别不大,纵波主频随裂缝体密度呈下降趋势,即压裂后纵波频谱主频向低频端移动.压裂前横波速度随自身与裂隙方位角变化而变化,与0°和180°相比,在45°和135°时略微减小,在90°时速度降低幅度最为明显并且发生相位反转.典型样品的横波主频随偏振方向与裂缝夹角的增大而逐渐向低频移动;压裂后,横波频谱杂乱,出现多处局部峰值,速度和主频较压裂前更低,平均横波波速随裂缝体密度呈明显减小趋势.平均纵横波速比随裂缝密度呈近线性增加,表明其与裂缝体密度有较强相关性.