基于二维粘滞性波动方程的地震波衰减理论研究

地震波在传播过程中的能量衰减特征一直是地球物理学研究的重点和难点,它直接和地层的岩性、粘滞性、内摩擦密切相关.由于地层的含流体,粘滞性和内摩擦都相对较大,使得地震波的衰减变得明显.如何才能合理地模拟出地震波在岩石中传播时其能量的衰减关系,如何有效地运用地震属性因子较准确地预测复杂地层的含流体油气特性,是本文研究的重点.品质因子可以表征地层中岩石的相关特性,但却不能从岩石的物性上解释地震波传播过程中的频率衰减情况.在基于常规波动方程正演理论的基础上,添加了弥散～粘滞性特征,从岩石的内摩擦和粘滞系数上模拟地震波的能量衰减变化特征,分析由于含流体地层的吸收衰减现象,有利于在实际处理中的应用.     

裂隙含流体、气体各向异性介质波场数值模拟

由目前普遍被勘探地震工作者承认的Ｈｕｄｓｏｎ本构方程出发，首先讨论了裂隙含流体、气体各向异性介质一维二、三分量波动方程，然后用有限元方法进行了波场数值模拟。该研究有益于加深对地震波在裂隙含流体、气体各向异性介质中传播规律的认识。     

琼东南盆地深水区频率域油气检测技术研究及应用

随着琼东南盆地勘探扩展到深水区勘探,勘探面临较大的水深差异的影响.不同目标含油气评价受制于埋深、水深差异影响,振幅属性可类比性差;仅用振幅类属性,比如亮点技术、反演技术,识别油气具有较大局限.以双相介质理论为基础,探究双相介质条件下含油气层地震波特征,发现含油气层的强衰减造成地震主频向低频移动的现象.应用匹配追踪和高分辨率Wigner分布时频分析方法,精确分析地震波经过含油气层前后频谱差异,应用频移特征属性进行含油气检测,在琼东南盆地深水区勘探取得较好的应用效果,同时,该技术不依赖于测井数据等因素,具有极大的推广应用前景.      

油气界面上的法向反射系数频散特征研究

地震波在地下介质传播时流体对波的传播有很大影响,利用孔隙介质中的平面波反射系数可以较好的进行描述。本次研究采用基于渐近分析理论的法向反射系数渐近方程,通过建立上层饱和含油、下层饱和含气和上层饱和含气、下层饱和含油的砂岩可渗透孔隙介质模型,开展反射系数频散特征研究,对比分析基于等效介质、孔隙介质和渐近分析三种理论在饱含油气可渗透分界面上法向反射系数频散特征,并对比分析基于孔隙介质和渐近分析理论的反射系数频散对渗透率的敏感性。研究表明:在地震频带(0～100 Hz)内,该反射系数渐近方程在上层饱和含气、下层饱和含油可渗透界面上反射系数增加15%,变化明显;当渗透率从低渗透率到高渗透率时,其反射系数增加12%,也有明显变化。从而可以用来识别上层饱和含气、下层饱和含油可渗透界面。因此,基于孔隙介质渐近分析的反射系数方法可用于研究饱含油气可渗透界面上反射系数频散特征,从而为油气识别提供了很好的理论和依据。     

泥质砂岩复电阻率的频散特性实验

不同孔隙流体特性的岩石复电阻率频散实验,是复电阻率测井资料评价水淹层和低阻油层的岩石物理基础。通过水驱水、水驱油、油驱水的岩石复电阻率频散特性的实验研究,发现泥质砂岩的复电阻率频散特性受含油饱和度的影响较大,受地层水矿化度的影响较小,尤其是异相电阻率,受地层水矿化度的影响更小;与含水泥质砂岩相比,含油泥质砂岩的相角相对较大,且随着含油饱和度的增加而增大;含水岩石和含油岩行在频散特性上存在着较大差异。实验研究结果表明,利用基于岩石频散特性发展起来的复电阻率测井技术,可以有效地识别油水层。     

三维地震勘探技术预测瓦斯的可行性研究

常规地震勘探方法都是基于单相介质中的弹性波动方程,忽略了流体对地震波传播规律的影响。本文基于双相介质理论,探讨了游离态的瓦斯在煤田地震资料上的地震波场特征,旨在有效地判断瓦斯的富集区域,防治煤与瓦斯突出给矿井生产带来的灾难。      

向斜成藏理论及其石油地质意义

传统的石油成藏理论适用于中高渗透储层,流体的渗流特征是达西渗流,主要作用力是浮力,油气分布在构造高部位或砂体高部位,主要是寻找圈闭。但是在低超低渗透储层和致密储层中,流体的渗流特征是非达西渗流,传统理论不再适用,油水不能发生正常的重力分异,流体在超压作用下以幕式排烃方式发生初次运移,石油在储层中运移要以非达西渗流方式通过变形才能缓慢通过,这种运移必然降低流速产生滞留效应导致石油在低部位大量滞留并聚集成连续油藏。这种滞留油藏的产生,可以形成背斜区圈闭含油、斜坡区相对高部位含水、而相对低部位却连续含油的油水倒置现象。由于滞留油藏无需构造和岩性边界圈闭,无需统一压力系统和油水边界,改变了传统上的圈闭找油模式,拓展了油气藏的概念,形成了低超低渗透储层、非常规、致密油等成藏研究的理论基础。向斜成藏理论的提出,是对传统石油成藏理论的重要补充,拓展了油气勘探领域,使油气勘探从构造高部位转向构造低部位,增大了石油资源量,对勘探开发具有重要的指导作用。     

裂隙含流体、气体各向异性介质波场数值模拟

由目前普遍被勘探地震工作者承认的Ｈｕｄｓｏｎ本构方程出发，首先讨论了裂隙含流体、气体各向异性介质一维二、三分量波动方程，然后用有限元方法进行了波场数值模拟。该研究有益于加深对地震波在裂隙含流体、气体各向异性介质中传播规律的认识。     

复杂储层多尺度数字岩石评价

复杂储层岩石矿物组成非均质性强,孔喉结构细小.储集空间有效性评价、岩石结构精细评价及流体赋存状态与运移规律评价是决定复杂储层油气勘探成效的关键.针对复杂储层的储集空间（孔喉、裂缝）、岩石结构（矿物、有机质）、流体特征3方面,建立了复杂储层多尺度数字岩石评价技术及工作流程.储集空间表征方面:二维大面积分析技术可建立跨越6~7个数量级的多尺度选取及非均质性评价;多尺度CT及FIB-SEM联用可精确刻画孔喉和裂缝的三维空间分布;电化学和显影剂技术可以有效地帮助分析微观孔隙连通性.固体组分分析方面:XRF及Qemscan联用可定量评价矿物组成与分布;三维FIB-SEM技术可以实现有机质形态和分布的定量分析.流体特性方面:荷电效应可用于微量残留有机流体的识别与表征;通过合成孔径、润湿性、表面微结构均可调控的纳米材料,开展地层条件下页岩油赋存及流动物理模拟研究,确定了单一因素对页岩油赋存及可动孔径下限的影响;利用分子模拟研究油气在无机、有机质纳米孔隙中的聚集机理与扩散潜力.复杂储层多尺度数字岩石评价技术体系和一系列具体应用可以有效地填补常规储层分析手段的不足,为页岩油气、致密砂岩油气储层以及深部油气储层等复杂储层有效性评价和含油气性定量评价提供技术支撑.      

油藏地球化学原理及其在油气勘探与油藏评价中的应用

综合评述了近年来油藏地球化学基础研究方面的主要进展,包括油气藏内流体非均质性成因、烃充注成藏及混合作用模式、储层内流体与岩石相互作用、油藏内烃的地球化学变化等,阐述了烃族群划分及其地球化学意义。结合实例介绍了油藏地球化学在油气勘探、油藏评价与油田生产管理中的主要应用领域与研究现状。在油气勘探领域的应用主要包括烃运移方向的地球化学研究、烃成藏时间及期次的确定、古油水界面的判别等;在油藏评价和油田生产管理方面的应用主要有油藏流体的连通性和分隔性研究、混合开采油藏单层产能贡献研究以及油、水、干层的地球化学识别等。     

低渗透煤层气-水流固耦合数学模型及数值模拟

基于有效应力原理,结合弹塑性几何方程、本构方程及平衡方程建立了应力场控制方程。依据流体力学中的质量守恒原理建立了煤层气、水和煤岩体固体颗粒的渗流场方程;以上方程再配以辅助方程和定解条件构成了应力作用下煤层 气-水流固耦合的数学模型,并对简化模型进行了单相流流-固耦合数值模拟分析,得到了压力动态分布曲线,分析了耦合和非耦合情况对压力分布的影响,进一步为煤层气流-固耦合分析提供了一定的理论基础。     

Propagation of Rayleigh waves in fluid‐saturated non‐homogeneous soils with the graded solid skeleton distribution

The propagation characteristic of Rayleigh waves in a fluid‐saturated non‐homogeneous poroelastic half‐plane is addressed. Based on Biot's theory for fluid‐saturated media, which takes the inertia, fluid viscosity, mechanical coupling, compressibility of solid grains, and fluid into account, the dispersion equations of Rayleigh waves in fluid‐saturated non‐homogeneous soils/rocks are established. By considering the shear modulus of solid skeleton variation with depth exponentially, a small parameter, which reflects the relative change of shear modulus, is introduced. The asymptotic solution of the dispersion equation expressing the relationship between the phase velocity and wave number is obtained by using the perturbation method. In order to analyze the effects of non‐homogeneity on the propagation characteristic of Rayleigh waves, the variation of the phase velocity with the wave number is presented graphically and discussed through numerical examples. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

离散介质中地震波传播的本构问题

实际地球介质是相当复杂的.基于均匀的、连续介质模型建立的弹性波动理论可能导致对地球结构地震响应的不当解释, 有时可能是错误解释.由于没有更接近实际地球介质模型的波动理论, 许多有用的地震信息因得不到合理解释, 被作为噪音处理了.从等效介质角度来看, 储层介质可以划分为弹性区、粘性区、空白区(空白区是由孔隙、裂隙、结构面产生的介质性质弱化区) 组成的离散介质.在局部平均思想的指导下, 利用区间内聚定理建立起离散(储层) 介质的本构关系, 为建立更接近实际地球介质模型的波动理论提供了力学基础.      

Multiphase SPH modeling of free surface flow in porous media with variable porosity

This paper presents a numerical model for simulating free surface flow in porous media with spatially varying porosity. The governing equations are based on the mixture theory. The resistance forces between solid and fluid is assumed to be nonlinear. A multiphase SPH approach is presented to solve the governing equations. In the multiphase SPH, water is modeled as a weakly compressible fluid, and solid phase is discretized by fixed solid particles carrying information of porosity. The model is validated by several numerical examples including seepage through specimen, fast flow through rockfill dam and wave interaction with porous structure. Good agreements between numerical results and experimental data are obtained in terms of flow rate and evolution of free surface. Parameter study shows that (1) the nonlinear resistance law provides more accurate results; (2) particle size and porosity have significant influence on the porous flow.     

粘弹介质叠前四参数同步反演及应用

叠前地震资料中包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数等弹性及粘弹性信息,其中吸收衰减属性对储层物性及流体性质尤为敏感.本文从粘弹介质精确Zoeppritz方程出发,基于介质分解理论通过公式推导及近似,建立了包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数的纵波反射系数特征方程,利用贝叶斯反演框架,实现了叠前纵波速度、横波...     

可压缩流体饱和孔隙介质中孔隙压力波传播数值分析

首次将高精度时空守恒元/解元方法推广到可压缩流体饱和孔隙介质中孔隙压力波传播的数值计算中。将孔隙度梯度从源（汇）项中分离,直接引入流通量,改进了理论模型。通过对孔隙介质激波问题的数值模拟,验证了方法的精度和有效性。在此基础上,提出了孔隙介质中二维黎曼问题,并揭示了孔隙压力波存在接触间断、激波、膨胀波、压缩波等复杂的结构特征。该成果对二氧化碳地质封存、二氧化碳提高石油采收率、页岩气压裂开采以及地震破裂过程的研究具有重要的理论与应用意义。     

裂缝诱导双相HTI介质模型及其弹性波传播方程

将Biot双相介质理论与Gurevich裂缝各向异性理论相结合,建立了能够同时考虑实际裂缝性储层孔隙性和各向异性的裂缝诱导双相HTI介质模型。从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导出了裂缝诱导双相HTI介质中弹性波传播的一阶速度-应力方程,并针对方程的刚性问题,给出了利用显式二阶时间积分法数值求解该方程时所需要满足的稳定性条件。该方程能够定量地给出双相HTI介质的波场特征与裂缝参数、背景孔隙介质参数之间的关系,描述弹性波在这种介质中的传播机理。     

弹性模量、波速与应力的关系及其应用

为充分了解不同尺度地质系统的岩石动力学特征,更好利用不同规模勘探资料有效解释地质系统的特征,在岩石物理实验对岩石弹性模量、波速与应力的关系进行研究总结的基础上,探讨野外实际地震勘探中地震波速与地应力的关系。研究表明,岩石、岩体或地质系统是多相(固液气)、多种矿物、各种构造的综合体,不论尺度如何均可以用多重介质孔隙裂隙地质模型描述,而波速是一定尺度不均匀地质体的等效波速,在一定地质条件下,各种尺度介质波速、岩石弹性模量与有效应力存在依存关系。坚硬的岩石通常很脆,如果岩石处于很大的应力之下,应力的释放将在岩石中产生微裂隙,微裂隙会降低地震速度。只要把岩石恢复到原来的应力状态就可能消除所引发的微裂隙。在岩体未达到破坏时,应力越大,波速愈高。压力释放引发的微裂隙有助于现场确定最大/最小水平应力方向,波速的椭圆长轴即为主应力方向。而上覆地层压力不变(或变化很小),净储层压力的影响正好与储层压力对地震特性的影响相反。随着净储层压力的增加,所有岩石的地震特性都增高。这种增高的量级取决于若干其它的因素(孔隙形状、孔隙度、孔隙流体、岩性等等)。不论野外地震勘探还是实验研究,地震波速与地应力的一致性为地质系统的正反演解释提供了宏观控制依据:通过测量弄清     

流体替代的地震反射振幅特征分析

在油田的开发阶段,注水或注气开采会引起储层物性的变化,同时储层所含流体也会发生改变,这就为时移地震监测提供了可能.笔者主要基于Gassmann方程,详细地论述了孔隙流体替代储层地震波速度和密度变化规律,并且根据预测的结果建立了含水饱和度变化地震地质模型.最后通过对该模型的振幅类地震属性分析,对地震属性进行了优选,找到了适合本工区时移地震监测的敏感性振幅属性,为预测工区剩余油的分布提供了基础.     

利用时间分裂的错格伪谱法模拟地震波在基于改进BISQ模型的双相介质中的传播

改进的BISQ(Biot-Squirt)模型中各参数具有明确的物理意义和可实现性,在不引入特征喷流长度的情况下可将Biot流动和喷射流动两种力学机制有机地结合起来;而高精度的地震波场数值模拟技术是研究双相介质地震波传播规律的重要手段。本文从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导了基于改进BISQ模型的双相各向同性介质的一阶速度--应力方程组;采用时间分裂错格伪谱法求该方程组的数值解,模拟半空间及层状双相介质中的地震波场。数值模拟结果表明:①与传统方法相比,时间分裂错格伪谱法波场数值模拟的精度更高,压制网格频散效果更好;②在非黏滞相界情况下,慢纵波呈传播性,而在黏滞相界情况下,慢纵波呈扩散性,以静态模式出现在震源位置;③双相介质分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可由数值模拟结果清晰展现。