横波分裂裂缝检测方法在川西深层气藏中的应用

由横波分裂原理可知,当横波(或转换横波)在裂缝介质中传播时,横波将分裂成平行裂缝走向的快横波和垂直裂缝走向的慢横波.基于此,求取裂缝走向的问题可以转化为求取快横波的偏振方位角度的问题;由于快、慢横波的传播时差与裂缝发育密度密切相关,因而裂缝发育密度的预测问题可以转化为快、慢横波的传播时差求取问题.根据快、慢横波在径向分...     

横波各向异性在裂缝和应力分析中的应用

针对裂缝性和低孔低渗地层的横波各向异性特征,反演得到横波各向异性参数,研究了裂缝的发育程度、方位和有效性,并对低孔低渗地层的应力场分布状态和方位进行了综合评价;通过对反演得到的快、慢弯曲波形进行频散分析以及计算单极横波各向异性大小,确定了引起横波各向异性的原因,并结合常规测井资料、岩心及FMI成像资料对分析结果进行了验证和对比,最后对研究区8口典型井的横波各向异性进行了综合处理和评价,得到了该区的横波各向异性特征以及和总的应力场走向.结果表明,利用横波的各向异性参数可以有效的评价裂缝的发育程度、走向及有效性,并能准确的确定地应力分布状态和最大水平应力方位.     

基于模拟退火粒子群算法的裂缝属性识别方法

地下岩层中普遍存在由地应力诱导排列的垂直裂隙或裂缝,转换横波在这样的介质中传播时,会分裂成沿着裂缝传播的快横波和垂直裂缝传播的慢横波,利用这一现象可以预测地层裂缝发育的方位和密度,该技术对于裂缝系油气藏探测起到了重要作用并显示了巨大的应用潜力.本文将模拟退火法与收缩因子粒子群算法进行融合,并应用快慢横波的Pearson相关系数公式作为目标函数,来自动求取裂缝方位角度和密度,模型试算结果显示该算法能够很好的进行裂缝属性识别,而且具有收敛速度快、精度高、抗噪性能强的特性.     

基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法与技术

高角度裂缝介质的反射振幅梯度是随方位变化的,常规AVO分析只能适应层状各向同性介质地下地层含油气性检测,很难适应HTI裂缝各向异性介质地层的油气检测.为此,本文提出了基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法,推导出以方位角为变量的方位振幅梯度变化函数,并以之为参变量进一步推导出以入射角为变量的,随方位变化而变化的双向振幅响应强度变化函数,同时推导出方位油气指示因子.通过变量拆分法先固定方位方向,通过该方位角道集振幅随入射角的变化求解该方位振幅梯度,继而求出该方位的油气指示因子;依次类推,可求出其余方位的油气指示因子.如此可求出所有方位的油气指示因子,进而可分析含油气指示敏感性随方位的变化,优选油气指示最敏感的方位作为最终的油气预测结果即可.实际工区应用结果表明,本方法预测结果可靠精度高,可为油气勘探开发提供有效的技术支持.     

基于二维三分量伪谱法模拟数据的EDA介质中横波分裂研究

为了检测定向裂隙介质中横波分裂的方位属性特征,分析地震属性随裂隙密度和方位变化,采用人工吸收边界和反周期扩展边界,用伪谱法获得不同裂隙密度和不同方位地质模型三分量地面记录;应用时频分析和剪切波偏振分析研究由于裂隙方位和密度引起的横波分裂.结果显示,裂隙密度和方位决定着横波分裂的时差和偏振.快慢横波的延迟时间随裂隙密度增大而增加,不同方位相同裂隙密度的横波分裂时差有微小的变化.在45°方位检测时间延迟时间最大.通过时频分析,可以看到不同方位的瞬时主频有显著的变化,在横波分裂处瞬时主频有明显变化.因此,瞬时主频和快横波的偏振以及延迟时间可以作为裂隙方位和密度的指示.     

流体饱和孔隙定向裂缝储层中地震波衰减的模拟分析

在含有定向排列裂缝组的多孔岩石地层中,特别是碳酸盐岩储集层,弹性波的传播和衰减,因受诸如裂缝闭合、尺寸、及其填充的流体和走向等因素影响,具有各向异性特征。在本次研究中,我们采用了基于Chapman等效介质模型,利用数值实验方法研究了这类储层中P波传播特性诸如速度、衰减和横波分裂等各向异性随频率和方位的变化规律。模拟结果表明,当一组裂缝闭合与张开时随方位变化的速度、衰减和各向异性是有所不同的。随方位变化衰减最小值或P波速度最大值与张开裂缝的走向趋于一致,闭合裂缝的P波速度大于张开裂缝,而衰减和各向异性则张开裂缝的大于闭合裂缝;不同尺度裂缝,速度的最大值和衰减最小值与裂缝组平均方位对应,小尺度裂缝对波的传播有小的影响,方位依赖的各向异性相比其他裂缝属性有更小的影响;裂缝密度对P波速度、衰减和各向异性有更大的影响,而衰减比速度和各向异性更敏感裂缝尺寸;在地震勘探频段油、气饱和的衰减与盐水饱和不同,充填油和气随方位变化值比较低。两组裂缝有相同的密度,快横波偏振方位线性的决定于一组裂缝的方位。     

裂缝性地层方位侧向测井响应数值模拟

为研究井周裂缝发育特征,本文提出一种新型方位侧向测井方法,利用三维有限元法,模拟裂缝的方位侧向测井响应.结果显示,深浅侧向电阻率幅度差异受裂缝倾角的控制,低角度缝为负差异,高角度缝为正差异;倾斜裂缝张开度的增大使测井响应值减小,方位电阻率差异增大;井周方位电阻率可反映裂缝方位产状,单一缝或裂缝密度较小时,沿裂缝走向的方位电阻率小,沿裂缝倾向的方位电阻率大;裂缝发育地层的测井响应显示宏观各向异性特征,但方位电阻率的差异显示发生反转现象,即沿裂缝走向/层理方向的方位电阻率大,沿裂缝倾向/垂直层理方向的方位电阻率小;对方位电阻率测井响应进行井周成像,直观显示了裂缝的产状和发育特征.     

SKS波对地壳裂隙各向异性的响应——理论地震图研究

穿透含裂隙、裂缝地壳8s视周期的SV波的理论地震图研究表明,当地壳平均裂隙密度高于0.01即横波各向异性高于1%时,非对称面内不同方位的SKS波均发生分裂;地震图中直接的记录显示是切向T分量上出现SKS波的振动,其振幅随地壳平均裂隙密度的增大而增强,甚至能与径向R分量上的振幅相当.局限于上地壳的强裂缝各向异性同样能引起SKS分裂.长周期SKS波分裂对地壳内裂隙、裂缝的分布缺乏分辨率.直立平行排列裂隙、裂缝使得SKS分裂T分量记录特征具有方位对称性,这来自于HTI介质中快、慢波偏振和到时差随方位变化的对称性;而倾斜裂隙、裂缝使得该方位对称性丧失.对实际观测SKS分裂的偏振解释需要考虑地壳裂隙各向异性,特别是断裂附近的强裂缝各向异性.     

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.     

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.     

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.     

Elastic wave velocities in a granitic geothermal reservoir

Geothermal resources have potential for providing cost-effective and sustainable energy. Monitoring of production-induced changes in geothermal reservoirs using seismic waves requires understanding of the elastic properties of the rock and how they change due to injection of fluids and opening and closing of natural and hydraulic fractures. P- and S-wave velocities measured in a granitic geothermal reservoir using sonic logging are systematically lower than those predicted using the composition of the rock. Cracks may occur in granitic rocks from tectonic stresses and from the thermal expansion mismatch between differently oriented anisotropic crystals. An isotropic orientation distribution of microcracks causes a significant reduction in both the P- and S-velocities, consistent with the observed sonic P- and S-velocities. Vertical fractures cause a difference in the velocity of vertically propagating shear waves polarized parallel and perpendicular to the fractures. An assumption that the lower measured velocities are caused by the presence of vertical fractures is inconsistent with the sonic data. This is because vertical fractures cause a decrease in slow S-wave velocity that greatly exceeds the decrease in P-wave velocity, in contrast to the observed data. The growth of vertical fractures in the geothermal reservoir may be monitored using the difference in velocity of the fast and slow shear waves, while the change in P-velocity in a crossplot of measured P- and slow S-velocities is useful for estimating the ratio of the normal-to-shear compliance of the fractures.     

紫坪铺水库水位变化对剪切波分裂参数的影响

本文通过对2006—2009年四川紫坪铺水库库区8个地震台站记录的地震事件,采用剪切波分裂方法获得了水库库区剪切波分裂参数,并结合地震活动性与水库水位之间的变化关系,分析了紫坪铺水库库区地壳应力的变化特征.剪切波分裂结果显示该研究区域快波偏振方向有两个,分别为北东向和北西向,充分体现了紫坪铺水库地区地壳应力是由北西向的区域主压应力与南东走向的龙门山断裂带综合作用的结果.慢波延迟时间平均值为5.8ms·km-1,慢波延迟时间较大的地区位于库坝和库尾,分别是水库蓄水排水引起地壳应力变化最大的区域.对比慢波延迟时间的变化和水库水位的变化显示了慢波延迟时间与水库水位之间的一致变化关系,揭示了水库的蓄水排水对地壳应力的影响.     

Experimental verification of the fracture density and shear‐wave splitting relationship using synthetic silica cemented sandstones with a controlled fracture geometry

We present laboratory ultrasonic measurements of shear‐wave splitting from two synthetic silica cemented sandstones. The manufacturing process, which enabled silica cementation of quartz sand grains, was found to produce realistic sandstones of average porosity 29.7 ± 0.5% and average permeability 29.4 ± 11.3 mD. One sample was made with a regular distribution of aligned, penny‐shaped voids to simulate meso‐scale fractures in reservoir rocks, while the other was left blank. Ultrasonic shear waves were measured with a propagation direction of 90° to the coincident bedding plane and fracture normal. In the water saturated blank sample, shear‐wave splitting, the percentage velocity difference between the fast and slow shear waves, of <0.5% was measured due to the bedding planes (or layering) introduced during sample preparation. In the fractured sample, shear‐wave splitting (corrected for layering anisotropy) of 2.72 ± 0.58% for water, 2.80 ± 0.58% for air and 3.21 ± 0.58% for glycerin saturation at a net pressure of 40 MPa was measured. Analysis of X‐ray CT scan images was used to determine a fracture density of 0.0298 ± 0.077 in the fractured sample. This supports theoretical predictions that shear‐wave splitting (SWS) can be used as a good estimate for fracture density in porous rocks (i.e., SWS = 100ε_f, where ε_f is fracture density) regardless of pore fluid type, for wave propagation at 90° to the fracture normal.     

Seismic anisotropy in a hydrocarbon field estimated from microseismic data

The study of seismic anisotropy in exploration seismology is gaining interest as it provides valuable information about reservoir properties and stress directions. In this study we estimate anisotropy in a petroleum field in Oman using observations of shear‐wave splitting from microseismic data. The data set was recorded by arrays of borehole geophones deployed in five wells. We analyse nearly 3400 microearthquakes, yielding around 8500 shear‐wave splitting measurements. Stringent quality control reduces the number of reliable measurements to 325. Shear‐wave splitting modelling in a range of rock models is then used to guide the interpretation. The difference between the fast and slow shear‐wave velocities along the raypath in the field ranges between 0–10% and it is controlled both by lithology and proximity to the NE‐SW trending graben fault system that cuts the field formations. The anisotropy is interpreted in terms of aligned fractures or cracks superimposed on an intrinsic vertical transversely isotropic (VTI) rock fabric. The highest magnitudes of anisotropy are within the highly fractured uppermost unit of the Natih carbonate reservoir. Anisotropy decreases with depth, with the lowest magnitudes found in the deep part of the Natih carbonate formation. Moderate amounts of anisotropy are found in the shale cap rock. Anisotropy also varies laterally with the highest anisotropy occurring either side of the south‐eastern graben fault. The predominant fracture strikes, inferred from the fast shear‐wave polarizations, are consistent with the trends of the main faults (NE‐SW and NW‐SE). The majority of observations indicate subvertical fracture dip (>70° ). Cumulatively, these observations show how studies of shear‐wave splitting using microseismic data can be used to characterize fractures, important information for the exploitation of many reservoirs.     

四川锦屏水库地区地壳剪切波分裂特征及蓄水影响初探

利用雅砻江流域地震台网2011年8月1日至2014年12月31日期间及四川省地震台网1个地震台站2008年5月1日至2015年8月31日期间记录的地震观测波形资料,采用剪切波分裂分析得到了四川锦屏水库地区中上地壳各向异性参数,即快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,研究区内台站的快波优势偏振方向存在明显的局部特征,左侧4个台站的快波优势偏振方向与区域主压应力方向比较一致,右侧台站优势偏振方向各异.研究发现,台站MLI的快波偏振方向变化与水库水位的变化具有很好的相关性,在2013年7月,水库水位急剧升高到约1800m后,台站的快波偏振方向也发生了90°变化,这是一种被称为90°翻转(90°-flip)的现象.蓄水导致的应力增加(以及可能的渗水)产生的高孔隙压影响了剪切波分裂特征.     

Shear Wave Splitting Analysis to Estimate Fracture Orientation and Frequency Dependent Anisotropy

Shear wave splitting is a well-known method for indication of orientation, radius, and length of fractures in subsurface layers. In this paper, a three component near offset VSP data acquired from a fractured sandstone reservoir in southern part of Iran was used to analyse shear wave splitting and frequency-dependent anisotropy assessment. Polarization angle obtained by performing rotation on radial and transverse components of VSP data was used to determine the direction of polarization of fast shear wave which corresponds to direction of fractures. It was shown that correct implementation of shear wave splitting analysis can be used for determination of fracture direction. During frequencydependent anisotropy analysis, it was found that the time delays in shearwaves decrease as the frequency increases. It was clearly demonstrated throughout this study that anisotropy may have an inverse relationship with frequency. The analysis presented in this paper complements the studied conducted by other researchers in this field of research.     

四川宜宾地区S波分裂特征

本文采用纵横比与偏振分析相结合的方法测定了2013年4月25日~2015年12月31日四川宜宾地区10个台站S波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间。结果表明,华蓥山断裂两侧台站呈现不同的快波偏振优势方向,断裂带以西的台站偏振优势方向为NW向,与区域应力场方向一致;位于断裂带以东的台站优势偏振方向为NE向,与断裂走向一致。在地震密集分布区域内的CNI台的优势偏振方向为NE向,与台站附近的断裂带走向基本一致。研究区域南段的3个台站(JLI、YAJ、XWE)优势偏振方向近NS向。各个台站平均慢波延迟时间在3.07~11.95ms/km范围内,慢波延迟时间最大的台站是CNI台,距离2013年4月25日06时10分M_L5.2地震震中位置最近,这反映出震源区地震波各向异性程度较强。CNI台站的慢波延迟时间显示,在2015年2月7日M_L4.8地震前观测到慢波延迟时间有明显的上升趋势。     

蒙古中南部地区地壳各向异性及其动力学意义

利用蒙古中南部地区布设的69套宽频带数字地震仪2011年8月—2013年7月记录的远震事件,使用时间域反褶积方法提取接收函数,并挑选高质量Pms震相,通过改进的剪切波分裂方法对研究区地壳各向异性参数进行了研究,最终获取了1473对各向异性参数.经过统计分析,有48个台站可以归纳出两个方向的各向异性,11台站得到单个方向的各向异性,而剩余10个台站各向异性方向比较发散.结果显示,各向异性在蒙古中南部地壳中呈不均匀分布,有54个台站得到了NE-SW向各向异性,快波偏振方向平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力σHmax方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因存在于上地壳,可能与流体填充的微裂隙有关.而NW-SE向各向异性在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳成岩矿物晶体定向排列是各向异性的主要成因.研究区地壳各向异性的分层特征总体上支持岩石圈受到NE-SW向挤压的动力学模型.