非均匀介质孔隙流体参数地震散射波反演

弹性波逆散射是非均匀介质参数反演的有效途径．本文从弹性波逆散射理论出发,利用微扰理论和稳相法,将非均匀介质参数视为背景介质与扰动介质参数的叠加,建立了纵波散射系数和非均匀介质中背景介质与扰动介质孔隙流体参数,剪切模量与密度间的直接关系．进而发展了一种非均匀介质孔隙流体参数叠前地震贝叶斯反演方法．该方法假设模型参数（扰动介质与背景介质孔隙流体参数,剪切模量与密度的比值）服从柯西分布,反演目标似然函数服从高斯分布,并采用平滑初始模型约束提高反演稳定性．模型和实际资料处理表明,该反演方法能够稳定合理的直接从叠前地震资料中获取孔隙流体参数,提供了一种高可靠性的非均匀介质流体描述方法．     

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.     

转换型折射波传播规律及其在转换波静校正中的应用研究

纵波震源激发、三分量检波器接收的三分量地震勘探技术是解决复杂油气藏勘探的有效手段.在三分量地震勘探资料处理中,转换波资料处理尤为关键,转换波资料处理的难点之一是转换波静校正.研究了非转换型折射波和转换型折射波传播规律,发现形成PPS转换型折射波的有利条件是上覆介质横波速度比下伏介质横波速度要小很多,提出了基于PPS转换型折射波的转换波静校正方法,并对实际三分量地震资料进行了处理,转换波静校正取得了较好的效果.     

含流体孔隙介质中面波的传播特性及应用

基于单相介质中地震波理论的高频面波法已广泛应用于求取浅地表S波的速度.然而水文地质条件表明,普遍的浅地表地球介质富含孔隙.孔隙中充填的流体会显著地影响面波在浅地表的传播,进而造成频散和衰减的变化.本文研究了地震勘探频段内针对含流体孔隙介质边界条件的面波的传播特性.孔隙流体在自由表面存在完全疏通、完全闭合以及部分疏通的情况.孔隙单一流体饱和时,任何流体边界条件下存在R1模式波,与弹性介质中的Rayleigh波类似,相速度稍小于S波并在地震记录中显示强振幅.由于介质的内在衰减,R1在均匀半空间中也存在频散,相速度和衰减在不同流体边界下存在差异.Biot固流耦合系数(孔隙流体黏滞度与骨架渗透率之比)控制频散的特征频率,高耦合系数会在地震勘探频带内明显消除这种差异.介质的迂曲度等其他物性参数对不同流体边界下的R1波的影响也有不同的敏感度.完全闭合和部分疏通流体边界下存在R2模式波,相速度略低于慢P波.在多数条件下,如慢P波在时频响应中难以观察到.但是在耦合系数较低时会显现,一定条件下甚至会以非物理波形式接收R1波的辐射,显示强振幅.浅表风化层低速带存在,震源激发时的运动会显著影响面波的传播.对于接收点径向运动会造成面波的Doppler频移,横向运动会造成面波的时频畸变.孔隙存在多相流体时,中观尺度下不均匀斑块饱和能很好地解释体波在地震频带内的衰减.快P波受到斑块饱和显著影响,R1波与快P波有更明显关联,与完全饱和模型中不同,也更易于等效模型建立.频散特征频率受孔隙空间不同流体成分比例变化的控制,为面波方法探测浅地表流体分布与迁移提供可能性.通常情况孔隙介质频散特征频率较高,标准线性黏弹性固体可以在相对低频的地震勘探频带内等效表征孔隙介质中R1波的传播特征,特别在时域,可在面波成像反演建模中应用.     

孔隙压力扩散与水库诱发地震活动性的初步研究

水库诱发地震活动与水的渗透有密切关系,本文认为水库诱发地震中,前震活动主要是由于水的渗透引起孔隙压力扩散,岩石强度弱化所致。由于水库区地下岩石渗透性质的复杂性,将库区岩石介质分为均匀、非均匀渗透的两种情况,利用两相(固、液)多孔介质中孔隙压力扩散理论,分别对水库蓄水所引起的孔隙压力场进行了数值模拟计算,计算结果表明,非均匀渗透模型中水渗透所形成的孔隙压力分布与水库地震发生的空间位置对应得较好,孔隙压力峰值扩散到水库诱发地震的前震震源处的时间(1.8天～45天)与水库蓄水后引起前震活动的滞后时间大体一致。     

地球介质非弹性参数测定方法

地球介质非完全弹性参数对于研究地体稳定、地震孕育、地幔对流、大陆动力学是 非常重要的．在精确的工程勘探、油气勘探中也是一个不可缺少的参数．为了用实测的地震 体波确定非弹性参数,本文从一般线性流变体介质内波动方程出发,导出了由观测的地震波 体波波速和振幅确定一般线性流变体介质内虎克定律系数的两种具体方法及其相应的理论 公式,并给出了体波振幅法的一个模型实例．在线性近似下,这些参数可确定地球介质的非 弹性性质．     

近地表强衰减介质中的地震波传播模型

建立符合油气储层近地表复杂介质强衰减性质的数学-物理模型是油气勘探和开发的重要课题.本文针对D'Alembert黏弹性介质模型存在的量纲不统一和不能充分刻画孔隙介质结构的不足,通过引入孔隙度和渗透率等参数修改耗散项,改进了原D'Alembert模型,获得了能精细刻画具有强吸收衰减特征的近地表复杂介质模型,即改进的近地表黏弹性模型.基于这种改进的模型,推导了波频散和衰减的表达式,并研究了孔隙度、流体黏度等物理参数对波频散和衰减的影响,获得了相应的规律性认识.为了验证新模型预测近地表介质中波衰减的有效性,本文将新模型应用于胜利油田YX工区的近地表实测数据,同时与弹性Biot模型和BISQ模型以及黏弹性BISQ模型进行了比较.结果表明,与其它三个模型比较,改进的近地表黏弹性模型能够很好地刻画近地表介质的强衰减性,而且新模型所涉及到的物理参数明显少于其它几种模型,有利于新模型在油气储层近地表复杂介质地震勘探的实际应用.     

含泥质低孔渗各向异性黏弹性介质中的波频散和衰减研究

本文定义了各向异性黏弹性参数修正因子,并将其引入到黏弹性模型中以体现泥质含量对黏弹性机制的影响,同时将波传播过程中孔隙介质骨架黏弹性力学机制与两种孔隙流体流动力学机制（Biot流动和喷射流动机制）有机地统一起来处理,从而给出了描述含泥质低孔渗孔隙各向异性介质中波传播规律的黏弹性Biot/squirt (BISQ)模型.数值计算结果表明,入射波的方位角、各向异性渗透率以及泥质含量等对含流体复杂孔隙介质中波频散和衰减的影响具有显著的方位各向异性特征,在低频范围内（地震波勘探频率）黏弹性力学机制对波传播能量的衰减起主导作用.     

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.     

饱和Maxwell流体孔隙介质波传播模型研究

岩石中的弹性波传播特性研究一直是地球物理学研究中的基础科学问题和难点.Biot理论的提出为流固双相介质理论奠定了基础.Biot理论中假设固相、液相的本构关系是线弹性的.而当实际储层中含高黏度的流体时,流体往往表现出一定的非牛顿流体性质.本文主要针对含高黏度流体的孔隙介质,在Biot理论模型中引入线性黏弹性的Maxwell流体本构方程.要通过动态黏度入手,表征非牛顿流体的特性,改进并给出了含高黏度孔隙流体介质的模型.通过数值模拟分析了所提出的模型的特性,并分析了初始黏度和孔隙度参数对模型数值分析结果的影响.最后选取超声波实验数据验证了模型的适用性,结果表明该理论模型的预测结果可较好地反映含高黏度流体孔隙介质的波传播特性.     

Fluid-dependent shear-wave splitting in a poroelastic medium with conjugate fracture sets

The dependence of shear‐wave splitting in fractured reservoirs on the properties of the filling fluid may provide a useful attribute for identifying reservoir fluids. If the direction of wave propagation is not perpendicular or parallel to the plane of fracturing, the wave polarized in the plane perpendicular to the fractures is a quasi‐shear mode, and therefore the shear‐wave splitting will be sensitive to the fluid bulk modulus. The magnitude of this sensitivity depends upon the extent to which fluid pressure can equilibrate between pores and fractures during the period of the deformation. In this paper, we use the anisotropic Gassmann equations and existing formulations for the excess compliance due to fracturing to estimate the splitting of vertically propagating shear waves as a function of the fluid modulus for a porous medium with a single set of dipping fractures and with two conjugate fracture sets, dipping with opposite dips to the vertical. This is achieved using two alternative approaches. In the first approach, it is assumed that the deformation taking place is quasi‐static: that is, the frequency of the elastic disturbance is low enough to allow enough time for fluid to flow between both the fractures and the pore space throughout the medium. In the second approach, we assume that the frequency is low enough to allow fluid flow between a fracture set and the surrounding pore space, but high enough so that there is not enough time during the period of the elastic disturbance for fluid flow between different fracture sets to occur. It is found that the second approach yields a much stronger dependence of shear‐wave splitting on the fluid modulus than the first approach. This is a consequence of the fact that at higher wave frequencies there is not enough time for fluid pressure to equilibrate and therefore the elastic properties of the fluid have a greater effect on the magnitude of the shear‐wave splitting.     

Evolution of the shear wave velocity during shaking modeled in centrifuge shaking table tests

Two in-flight shear wave velocity measurement systems were developed to perform the subsurface exploration of shear wave velocity in a centrifuge model. The bender elements test and the pre-shaking test used in the study provided reliable and consistent shear wave velocity profiles along the model depth before and after shaking in the centrifuge shaking table tests. In addition, the use of the bender elements measurement system particularly developed here allowed continuous examination of the evolution of shear wave velocity not only during and after the shaking periods in the small shaking events but also during the dissipation period of excess pore water pressure after liquefaction in the large shaking events. The test results showed that the shear wave velocity at different values of excess pore water pressure ratio varied as the effective mean stress to the power of 0.27, to a first approximation. Consequently, a relationship between the shear wave velocity evolution ratio and the excess pore water pressure ratio is proposed to evaluate the changes in shear wave velocity due to excess pore water generation and dissipation during shaking events. This relation will assist engineers in determining the shear stiffness reduction ratio at various r_u levels when a sand deposit is subjected to different levels of earthquake shaking.     

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.     

水库蓄放水对库底岩石介质弹性波速影响的数值模拟

为了解水库水体加、卸载及渗透过程中,库底岩石介质有效应力变化对弹性波速的影响,以及弹性波速变化与孔隙压力、有效应力变化之间的定量关系,以四川省紫坪铺水库为例,在前期已建立库区地质构造与水文地质结构模型,并推导出岩石介质变形与流体渗流耦合数学模型的基础上,进一步建立了有效应力对岩石弹性波速影响的数学模型,利用有限元方法定量计算了库底岩石介质的孔隙压力、附加有效应力和弹性波速的变化。结果表明:在水库水体加、卸载及渗透过程中,地下岩石介质弹性波速增量值的变化并不明显,最大变幅仅为±0.013km/s,变化范围主要集中在库底5km以上的局部区域;弹性波速增量值与附加有效应力变化同步,与水库水位变化形态相似;不同观测点弹性波速变化量的大小与埋藏位置、深度及附加有效应力的变化幅度有关,同一观测点,弹性纵波波速变化幅度大于弹性横波波速。文中数值模拟的结果与一些学者通过环境噪声方法获得的紫坪铺水库附近区域相对波速变化的反演结果在变化形态上大体一致,但变化幅度略有差异。     

油藏水驱开采时移地震监测岩石物理基础测量

岩石物理测量是油藏水驱开采时移地震监测的基础.在实验室对来自胜利油田的5块岩石样品模拟储层条件进行了水驱和气驱动态岩石物理弹性测量，重点分析了流体替换、温度、孔隙压力对岩石纵、横波速度的影响.实验表明，在水驱情形下，由于流体替换和温度、孔隙压力变化所引起的岩石纵横波速度的变化均很小，实施时移地震监测具有较大的风险性.相比之下，气驱可能引起较为明显的纵波速度变化，有利于时移地震监测的实施.进一步完善实验方法、丰富实验内容、是今后时移地震岩石物理实验研究的主要任务.     

基于微纳米孔隙理论的页岩气储层岩石物理建模方法

页岩储层由于其复杂的构造和孔隙特征,目前一般的岩石物理模型无法对其进行精确描述.微纳米孔隙作为页岩气主要的储集空间,对页岩整体弹性参数有较大影响.干酪根作为页岩中重要的有机质矿物,在页岩中的赋存状态随成熟度不同而变化,同时干酪根也是纳米级孔隙的主要发育场所.目前常规的岩石物理建模方法没有体现微纳米孔隙的作用,同时较少考虑不同成熟度下干酪根对页岩储层弹性性质的影响.本文采用一种微纳米孔隙理论描述页岩微纳米孔隙特性,考虑微纳米孔隙和不同成熟度下干酪根的赋存状态,应用上述微纳米孔隙模型、各向异性SCA-DEM模型、各向异性Eshelby-Cheng模型和Brown-Korringa固体替换方程等建立一种新的页岩储层岩石物理模型.利用中国西南某工区页岩气井对该模型进行验证,模型预测的横波速度与测井速度拟合较好.结果表明不同干酪根成熟度的页岩岩石物理建模结果具有一定的差异,据此可大致区分该工区井的干酪根成熟度;最后对微纳米孔参数进行正演分析,结果反映了页岩的纵横波速度随微纳米孔隙参数的变化趋势.     

含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

基于储层砂岩微观孔隙结构特征的弹性波频散响应分析

储层砂岩微观孔隙结构特征不仅影响干燥岩石的弹性波传播速度,也决定了岩石介质中与流体流动相关的速度频散与衰减作用.依据储层砂岩微观结构特征及速度随有效压力变化的非线性特征,将其孔隙体系理想化为不同形状的硬孔隙(纵横比α0.01)与软孔隙(纵横比α0.01)的组合(双孔隙结构).基于孔弹性理论,给出软孔隙最小初始纵横比值(一定压力下所有未闭合软孔隙在零压力时的纵横比最小值)的解析表达式,并在此基础上利用岩石速度-压力实验观测结果给出求取介质中两类孔隙纵横比及其含量分布特征的方法.通过逐步迭代加入软孔隙的方法对基于特征纵横比的"喷射流"(squirt fluid)模型进行了扩展,以考虑复杂孔隙分布特征对岩石喷射流作用的影响及其可能引起的速度频散特征.相较于典型的喷射流作用速度频散模式,对于岩石中软孔隙纵横比及其对应含量在较宽的范围呈谱分布的一般情况,其速度频散曲线不存在明显的低频段和中间频段,速度随频率的增大呈递增趋势直至高频极限.这说明即使在地震频段,微观尺度下的喷射流作用仍起一定作用,同样会造成流体饱和岩石介质的地震速度与Gassmann方程预测结果有不可忽略的差异.本文是对现有喷射流模型的重要补充,也为利用实验数据建立不同频段间岩石弹性波传播速度的可能联系提供了理论依据.     

转换波在储层预测中的研究分析

岩石的各向异性与油气的运移和储集有着密切关系.在油气勘探和油气田开发中,横波对各向异性的敏感性具有重要价值,它可提供一些其他方法无法获取的新信息.纵波在地下传播时,当通过路径的岩石存在各向异性时,会在波阻抗界面产生纵波和横波.这相当于纵波震源同时激发出纵波和横波,利用这些信息就可以对地下岩石的物性进行研究.本文以有限差分为基础,以地下油气田的储藏地质特性为对象,利用弹性波波动方程的传播特性, 研究P_SV转换波,分析其传播特征,用来指导其在储层预测中的应用.通过研究分析可以看出,P_SV转换波通过含油气介质时受影响比较少,能够得到比纵波好的多的成像资料.