VTI介质SH-SH波地震反演方法研究

近年来,随着横波可控震源技术的发展,国内外已经实现了纯横波地震勘探.相较于地震纵波,地震横波对横波阻抗、横波速度尤其是各向异性参数变化更为敏感,因此地震横波能够用来更好地估算上述地层参数.VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)是地层介质中广泛存在的一种各向异性形式,对振幅随偏移距变化(AVO)影响显著.本文提出了一种改进的VTI介质SH-SH波反射系数近似公式,新公式具有较高的精度且仅包含两项待求参数：横波阻抗和水平横波(SH波)速度.基于新方程建立了VTI介质SH-SH波反演方法,该方法相比VTI介质的PP波反演不确定性明显下降,同时降低了常规PP波各向异性反演对大角度数据的要求.为了获得独立的横波各向异性参数,进一步地提出了一种基于岩石物理关系的横波各向异性参数估算方法.合成地震数据测试和柴达木盆地九分量地震勘探实际地震数据应用结果表明,新方法能够准确地预测地层的横波阻抗、水平横波(SH波)速度、各向异性参数,为各向异性地层的岩性解释和油气储层预测提供了可靠的解决方案,从而深化了横波地震勘探的应用潜力.     

全反射SH地震波的Goos-Hänchen效应动校正时差

利用SH地震波（偏振化方向垂直入射面的横波）在地层界面反射系数的附加相角导出了SH波Goos-Hänchen效应所引起的横向偏移和横向偏移渡越时间,给出了Goos-Hänchen效应正常时差公式,讨论了Goos-Hänchen效应对反射SH波正常时差的影响,绘出了横向偏移、横向偏移渡越时间、Goos-Hänchen效应正常时差及Goos-Hänchen效应正常时差校正量曲线.数值算例表明：对掠入射波或入射角在临界角附近的入射波,SH反射波的横向偏移、横向偏移渡越时间非常大,Goos-Hänchen效应对正常时差会产生较大的测量误差,在其他角度的入射波,横向偏移（横向偏移渡越时间）与波长（周期）为同一个数量级.横向偏移效应对SH反射波的传播走时影响是不可忽略的,因此在实际的地震资料处理中应进行横向偏移效应误差校正.     

浅层SH波反射波勘查的应用及震源

本文简述了浅层SH波反射波法在浅层勘查中的优点,分析了制约该法被广泛应用的因素,以实例论述了该法在研究上海地区沉积环境中的应用和在复杂地质条件下的应用效果,并对激发剪切波的震源进行了讨论,给出了采用轻便震源激发剪切波的应用实例.提出了将多道瞬态面波勘察和SH波反射法勘探结合进行联合勘探的可行性.     

井旁裂缝对偶极横波反射波幅度影响分析（英文）

在利用偶极横波反射波测井技术进行井旁裂缝识别中,横波反射波幅度受仪器声源辐射、井孔条件以及地层中偶极横波反射波衰减等因素的影响。在本文中,为了分析不同类型地层中井旁裂缝对横波反射波幅度的影响,我们首先利用偶极声场积分的远场渐进解和偶极声源辐射指向公式研究了快速、中速以及慢速地层中偶极声源的横波远场辐射性能和辐射指向;然后采用三维有限差分算法研究了横波反射波绝对幅度和相对幅度比值(反射波幅度与直达波幅度比值,RA)随裂缝参数变化的响应特征;最后利用RA分析了仪器在不同类型地层中的裂缝识别能力。结果表明:慢速地层中SH波的覆盖特性和辐射波幅均弱于快速和中速地层,其反射波绝对幅度也相应较低,但其RA与快速和中速地层较为接近甚至更高,表明偶极横波测井仪器在慢速地层具有与快速和中速地层相同甚至更好的裂缝识别能力。此外,当RA较小时,不同类型地层中RA与各项裂缝参数之间均具有较好的相关性,可以作为确定反射波测井识别裂缝参数下限的依据。     

用两个台上的S波位移求震源地方岩体錯动的方向

这种方法的基本根据是:（一）震源地方岩体錯动的方向与横波离源时的方向、横波离源时的射綫方向在一个平面內;（二）横波在传播过程中,β角变化很小. 推导了由S波β角求横波离源时位移方向的公式.由两个台上的S波β角就可分別求得两个横波离源时的位移面,这两个面的交綫就是震源地方岩体錯动的方向。討論了在烏尔夫网上具体运用这一方法的作图.这就大大地簡化了求解的过程,便于大量处理数据。     

井间定向震源正演模拟与特性分析

为减少管波对采集数据的影响,井间地震采用了定向震源,其能量辐射特性影响接收波场的能量分布与后续成像效果.研究定向震源的正演模拟并分析能量辐射特性,为井间地震成像过程中能量补偿提供基础数据.采用圆形震源阵列法,在近源区内按照质点与震源点连线的方向设置振动函数强度,水平方向能量最强,垂直方向能量最弱,模拟的辐射能量具有随方向改变的特点.实际井间地震能量方向性非常强,因而同时采用吸收衰减层法进一步减弱纵向的地震波能量.吸收衰减层法在震源周围设置具有衰减因子的海绵层,通过不同方向设定不同的衰减因子来控制震源的方向特性.衰减因子采用了渐变函数,保证海绵层边界不产生人为反射干扰.将圆形震源阵列法与吸收衰减层法联合进行双层介质模型和实际速度场模拟,得到的炮记录方向性更加明显.两种方法的有机结合,能够更好地模拟井间定向震源.在圆形震源阵列法可行性验证基础上,分析了阵列半径对接收波场能量的影响,初步确定了模拟定向震源的最佳阵列半径.通过分析方向性参数和井间距对接收波场能量分布的影响,获得了定向震源激发下接收波场的能量分布,为在井间地震偏移成像中进行能量补偿建立了基础.     

三维SH横波远探测测井理论研究

提出了一种新的井内相控圆弧阵相位控制方式,实现了对地层SH横波的定向发射和接收,在此基础上发展了一种利用反射SH横波对井外反射体进行远探测的测井方法,旨在突破目前发展的偶极子SH横波远探测方法在地质体方位确定方面的局限性.数值模拟结果表明,合理的相位控制方式可以使得圆弧阵接收(发射)器能够对SH横波进行定向接收(发射),且在目标接收(辐射)方位,不存在SV波场及纵波场的干扰;改变声源和接收器的相位控制方式,可以通过SH波场对井外波阻抗不连续界面的进行扫描,其反射波清晰,方位分辨率高.与传统的单极子纵波远探测方法相比,一方面该方法具有较好的方位分辨能力,能够准确确定反射体在三维空间中的位置,另一方面SH反射波在洞穴、裂缝成像方面更具有优势.与传统的偶极SH横波远探测方法相比,由于该方法引入了具有SH横波定向接收功能的圆弧阵接收器,能够消除反射体方位测量的多解性.     

井间地震方向性震源模拟方法

为了能够在水平方向上传播更远的距离,井间地震震源辐射能量具有水平方向强的特性,这是井间地震资料大入射角反射波能量强的主要原因.为了研究井间地震震源方向特性对地震信号的影响,本文提出了圆形震源阵列模拟方法.基于声波方程的一阶应力一速度方程的交错网格有限差分算法,进行了均匀各向同性无限介质的直达波和反射波正演数值模拟.数值模拟结果表明,井间方向性震源辐射能量的方向特性影响了地震记录的能量分布,为进一步研究方向性震源的能量补偿提供了理论依据.     

二维SH波方程的半解析解及其数值模拟

本文以波动理论为基础, 半解析化求解地震勘探中常用的SH波方程. 获得的主要结果包括: 给出了二维均匀介质中SH波方程的解析解; 利用Cagniard-de Hoop方法详细推导了二维双层介质中SH波方程的解析解, 获得了透射波的解析解表达式. 同时, 基于SH波方程的解析表达式, 给出了包含各种波(如直达波、反射波、首波以及透射波)的解析解和波形图. 对于比较复杂的积分型解析解, 利用数值积分方法给出了数值结果, 并与优化的近似解析离散化方法(ONADM)和4阶Lax-Wendroff修正方法(LWC)的数值结果进行了比较, 以验证解析解的正确性. 本文的研究成果有望在检验波动方程数值新方法的有效性、波传播理论分析等方面得到应用.     

中强地震能量震级测定

本文根据地震波衰减特性,开展了利用宽频带地震波形数据测定地震波能量E_S和能量震级M_e的方法研究。利用震中距处于20°—98°范围内的宽频带远震P波波形数据,测定了4次国外和4次国内中强震的能量震级M_e,并对其面波震级M_S、矩震级M_W及能量震级M_e进行了分析对比。结果表明:面波震级M_S表示的是地震在某一固定频率所辐射的地震波能量大小;矩震级M_W与地震所产生的断层长度、断层宽度、震源破裂的平均位错量等静态构造效应密切相关;而能量震级M_e反映的是震源动态特征,与地震震源的动力学特性密切相关。由于地震是以地震波形式辐射,能量主要集中在震源谱的拐角频率附近,因此能量震级M_e更适合描述地震的破坏性。由此可见,联合测定面波震级M_S,矩震级M_W和能量震级M_e对于地震定量研究以及地震灾害与风险评估具有重要作用。      

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推...     

套后介质声学性质对套管中三种模式波影响的对比分析

由于套管的厚度小于目前声波测井仪器工作频率下的波长,声波仪器工作时可在套管中激发Lamb波或SH模式波.目前评价水泥胶结质量的声波测井仪器主要是利用套管中的对称Lamb波(拉伸波,S0模式)或反对称Lamb波(泄漏弯曲波,A0模式)的相对幅度或衰减评价套管与水泥之间的胶结程度.Lamb波可看作是纵波和横波在套管边界的耦合形成的,在套管中还存在另一种非耦合的SH横波,偏振方向与套管轴向平行沿着周向传播.本文基于定向声源辐射技术,实现了对称Lamb波、反对称Lamb波的分波模拟技术,数值研究了套管后耦合不同声阻抗介质时,对称Lamb波、反对称Lamb波以及SH横波的测井响应,通过频散衰减曲线以及模式波的波形响应幅度的直观显示表明,由于套管中的SH波仅向固体水泥中辐射剪切波,这一传播特征与套管中的Lamb波相比可以极大提高套管-水泥界面胶结状况的测量灵敏度.Lamb波的固有缺陷是套管与两侧介质的较大声阻抗反差使得在井中测量套管后面水泥界面的灵敏度受到相当大的限制.     

挡土墙地震被动土压力的拟动力分析

对地震土压力的研究是地震区挡土墙安全设计的一项重要课题。地震条件下,目前的研究主要是给出了土压力的近似拟静力解析解。本文采用可考虑动力荷载下的周期和纵波及横波效应的拟动力方法,对挡土墙后的地震被动土压力进行分析。在挡土墙后平面滑裂面假设的基础上,考虑了水平和垂直向地震加速度、纵波速度、横波速度、挡土墙摩擦角、填土内摩擦角、填土坡角对地震被动土压力的影响。与Mononobe-Okabe理论的拟静力法不同的是,用本方法得出了沿墙身地震被动土压力是非线性变化的结果,这更符合地震条件下土压力的变化规律。     

THE INSENSITIVITY OF REFLECTED SH WAVES TO ANISOTROPY IN AN UNDERLYING LAYERED MEDIUM1

Propagation in the plane of mirror symmetry of a monoclinic medium, with displacement normal to the plane, is the most general circumstance in anisotropic media for which pure shear-wave propagation can occur at all angles. Because the pure shear mode is uncoupled from the other two modes, its slowness surface in the plane is an ellipse. When the mirror symmetry plane is vertical the pure shear waves in this plane are SH waves and the elliptical SH sheet of the slowness surface is, in general, tilted with respect to the vertical axis. Consider a half-space of such a monoclinic medium, called medium M, overlain by a half-space of isotropic medium I with plane SH waves incident on medium M propagating in the vertical symmetry plane of M. Contrary to the appearance of a lack of symmetry about the vertical axis due to the tilt of the SH-wave slowness ellipse, the reflection and transmission coefficients are symmetrical functions of the angle of incidence, and further, there exists an isotropic medium E with uniquely determined density and shear speed which gives exactly the same reflection and transmission coefficients underlying medium J as does monoclinic medium M. This means that the underlying monoclinic medium M can be replaced by isotropic medium E without changing the reflection and transmission coefficients for all values of the angle of incidence. Thus no set of SH seismic experiments performed in the isotropic medium in the symmetry plane of the underlying half-space can reveal anything about the monoclinic anisotropy of that underlying half-space. Moreover, even when the underlying monoclinic half-space is stratified, there exists a stratified isotropic half-space that gives the identical reflection coefficient as the stratified monoclinic half-space for all angles of incidence and all frequencies.     

Dispersion calculation method based on S-transform and coordinate rotation for Love channel waves with two components

Dispersion analysis is an important part of in-seam seismic data processing, and the calculation accuracy of the dispersion curve directly influences pickup errors of channel wave travel time. To extract an accurate channel wave dispersion curve from in-seam seismic two-component signals, we proposed a time–frequency analysis method based on single-trace signal processing; in addition, we formulated a dispersion calculation equation, based on S-transform, with a freely adjusted filter window width. To unify the azimuth of seismic wave propagation received by a two-component geophone, the original in-seam seismic data undergoes coordinate rotation. The rotation angle can be calculated based on P-wave characteristics, with high energy in the wave propagation direction and weak energy in the vertical direction. With this angle acquisition, a two-component signal can be converted to horizontal and vertical directions. Because Love channel waves have a particle vibration track perpendicular to the wave propagation direction, the signal in the horizontal and vertical directions is mainly Love channel waves. More accurate dispersion characters of Love channel waves can be extracted after the coordinate rotation of two-component signals.     

SV波全反射作用下地震动的合成及振动特性

越来越多的研究表明来自基岩的地震波并不是垂直地面向上传播的。地震波在斜入射与垂直入射时所产生的场地效应有很大不同,由于存在全反射现象,SV波在斜入射时产生的场地效应更为复杂。文章基于均匀弹性半空间地震波传播理论,分别推导得到SV波入射角在小于、大于等于临界角时地震动的计算表达式,通过模型算例研究SV波全反射作用下的地震动特性。研究发现：由SV波产生的地震动主要由入射波和反射波构成,滑行波作用可以忽略;地面运动轨迹具有面波旋转振动特点;随着入射角的增大,地面震动从以水平方向振动为主逐渐过渡到以垂直方向振动为主,两个方向的振动均小于入射波峰值的2倍。     

P波入射下断层参数对地表地震动的影响

基于应用透射人工边界条件的显式有限元法计算断层破碎带宽度及力学参数变化、地震动入射角变化时二维断层场地模型P波入射下地表地震动场的分布。结果表明:(1)低速度破碎带的存在导致整个场地都有P波转换为SV波的分量,且在断层破碎带的区域出现断层陷波;(2)低速度破碎带的存在使输入场地恒定的能量向破碎带集聚放大,随着破碎带宽度增大或其介质波速降低集聚放大效应增大;(3)场地放大效应是频率相关的,宽度较宽或介质波速较低的断层破碎带对输入地震动中较低的频率成份放大显著;(4)竖向断层破碎带能阻隔斜入射地震P波,随着入射角增加隔震效应更显著。     

含峭壁V形峡谷对地震SH波散射的解析解

地表地形常引起地震动的局部放大,这是由于地震波传播至局部地形时产生了散射现象.本文利用波函数展开方法和区域匹配技术,提出了含峭壁V形峡谷对平面SH波散射问题的解析解,并进行了退化验证.通过频域内的参数分析,揭示了峭壁深度、入射波频率和角度等因素对峡谷场地地面运动的影响规律,发现上部峭壁会增强峡谷对地震动的地形放大效应....     

水库气枪震源产生的S波及其分裂

人工气枪震源在陆地水库可以有效激发S波,S波能量较强,与ML1.6天然地震相当。气枪可用于S波分裂研究,对布置在燕山隆起带的流动地震台的气枪信号进行了S波分裂参数分析,结果表明,快剪切波偏振优势方向为NWW和NNE向,偏振方向和断裂的性质密切相关。气枪是高度可重复性人工震源,利用气枪定点激发和定点接收有可能精确获取S波分裂参数随时间的变化规律,为地震预测探索实践提供可靠的物理途径     

带正则化校正的TTI介质qP波方程及其逆时偏移方法和应用

各向异性研究对地下介质精确成像有着重要的意义,在当前计算机硬件迅速发展及宽方位地震数据采集日益普遍的情况下,成像必须考虑介质的各向异性.逆时偏移是基于双程波动方程的较为精确的数值解的成像方法,所以相对于其他地震成像方法,它具有很大的优势,譬如不受反射界面的倾角限制、偏移速度结构合适时能够使回转波及多次波正确成像.在各向同性介质中,可使用标量波方程来模拟波场.而在各向异性介质中,P波和SV波是相互耦合的,即不存在单纯的标量波传播,通常利用能代表耦合波场中P波分量运动学特征的拟声波(qP波)进行偏移成像.本文中,我们推导出了TTI介质下qP波控制方程.该方程可采用显式有限差分格式进行求解.通过声学近似,若沿对称轴方向的剪切波速度为零,对于对称轴方向不变且ε≥δ的模型来说,可得到稳定的数值解.但对于TTI介质来说,由于沿对称轴方向各向异性参数是变化的,声学近似会引起波场传播及数值计算的不稳定.因此,我们提出了正则化有限横波的方法,很好地解决了这一问题.最后,给出了Foothill模型的测试结果及某探区实际资料试算结果,展示了采用这个方程进行复杂TTI模型正演和高质量逆时偏移成像结果,证实了该方法的正确性和实际资料应用中的有效性.