管波探测的波场震相属性探讨

管波探测是近年来发展起来的一种适用于工程勘察的井中地球物理探测新技术。笔者利用实际管波测井资料,在管波波场分析的基础上,对管波波场的震相属性进行了分析和探讨。分析结果表明:管波探测不仅可以检测井孔的完整性,而且可以直观地呈现井孔中地层的变化特征;管波探测波场的折射波初至可以清楚地反映井孔中地层的变化特征。同时,在波场特征分析中还发现了二次反射管波R*震相。     

TEM拟地震解释中的反射系数确定

在反射波地震勘探中,能观测到输入大地中的地震波在介质的分界面上的反射,这些反射组成的时间序列就是地震记录,而记录上所显示的反射序列可以看作是地下介质的脉冲响应。TEM电磁波场源同样存在二次波和透射波,从电磁波和弹性波在介质中传播的相似性角度认识,存在二次场拟地震解释的条件。其中,对它们的反射系数函数的对比分析,是认识两者有机地联系的关键。本文就是基于上述理论,运用解释地震资料的方法解释电磁法资料。      

井间地震弹性波传播特征数值模拟

采用弹性波方程数值模拟和Zoeppritz方程解相结合的方式,研究了井间地震固-固界面上以及低速和高速夹层中弹性波场特征及传播规律.给出了井间地震弹性波的主要类型,其中包含一种特殊面波,该面波由激发井和接收井内的地层界面处产生的二次源形成,并说明了反射波以广角反射占优势;利用正演模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出了在临界角处广角反射波的振幅、相位突变,极性反转,这与反射系数变为复数相对应;提出利用临界反射波特征和临界反射点位置来确定地层速度.震源在高速夹层中激发时,其中传播的弹性波场简单;而在低速夹层中,则弹性波场非常复杂.低速夹层中的导波存在明显的频散现象,其振幅和频率与低速层的速度和厚度密切相关.提出利用导波可以确定低速层的横向变化和连通性.     

AVO技术在识别充填流体溶洞中的应用

寻找到充填流体的大型洞穴是碳酸盐岩油藏预测十分有意义的工作。塔河油田的试验表明,应用AVO技术可以有效地鉴别溶洞是否充填流体。溶洞充填流体之后,由于碳酸盐岩与流体之间存在很大的纵波波阻抗差异会形成强的纵波反射系数;同时,又由于流体内不传播横波,溶洞壁(包括顶低面)是横波的绝对反射界面,因而会形成强的横波反射。换句话说,充填流体溶洞既能形成强的纵波,又能形成强的横波。AVO分析对叠前地震数据进行弹性反演,从中提取出与横波有关的属性来指示充填流体的溶洞。     

木里地区天然气水合物地震属性分析

陆域冻土区天然气水合物地震勘探是应用地震方法进行能源勘探的新领域。为研究陆域天然气水合物的地震属性,开展了高精度反射地震、合成地震记录分析等方法技术研究,并对地震记录进行了有关地震属性分析。试验研究结果表明:含天然气水合物地层形成的地震反射波组具有主频较高、振幅较弱的特征,合成地震记录及实测地震剖面对应较好;在制作的流体模型中,储层顶界面反射波振幅随入射角的变化曲线斜率为正,底界面曲线斜率为负,固结骨架模型的曲线特征则刚好相反。在瞬时振幅、瞬时频率剖面上,含水合物地层反射波的振幅和频率属性与地震剖面一致,在瞬时相位剖面上,含水合物地层反射波的相位没有明显变化,表明瞬时相位属性对水合物反映不敏感;高值区的能量半衰时对应的反射波频率相对较高,表明反射波通过破碎程度较高的含水合物地层时,能量衰减相对较强。该研究结果将为我国陆域开展天然气水合物地震勘探提供技术支持。     

断层面地震波反射的理论解

根据断裂条件和充填质条件，基于理性力学观点，研究断层面对地震子波的反射和透射问题。先将断层面用弹塑性接触面模型加以力学描述，应用增量波动概念引出地震波的边界条件，然后得到断层面的理论反射系数和透射系数。结果表明，断层面反射依赖于充填质的力学属性；并且在流体充填时，断层面对透射波表现为带通滤波特性。据此可以用于检测断层含水性。     

井中地震VSP观测系统正演模拟

在分析井中VSP地震观测系统特点的基础上,对观测到的地震波类型和特征作了阐释,分析了几种VSP模型(水平界面模型、倾斜界面模型、变偏移距模型、不同深度检波点模型)的射线追踪记录以及合成记录,利用射线追踪方法进行正演模拟,得到正演结果,并研究地震波的运动学特征.得出一些规律:钻孔穿过地层的数量等于合成记录上上行波和下行波的交点的数量;利用P波进行射线追踪和用转换波追踪其合成记录有差别,即转换波对VSP合成记录有影响;不同倾角的岩层对VSP上行波、下行波的走时特征和能量特征有影响;VSP合成记录的水平分量上会出现反极性现象,这与理论相一致.     

非均匀介质地震AVO响应模拟及分析

地震AVO （amplitude versus offset）技术是一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的地震勘探技术。常规方法基于Zoeppritz方程计算模型界面处的反射系数,而实际地下非均匀介质中地震反射特征不仅与入射角度、物性差异有关,还与入射波频率、地层厚度、薄互层结构等因素有关。为此,应用传播矩阵理论充分考虑与这些因素有关的调谐干涉等传播效应,针对实际数据计算非均匀地下介质的高精度合成地震记录,对比Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程、Shuey三项近似方程以及传播矩阵算法的模拟效果。研究发现：在小角度入射时Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程和Shuey三项近似方程的反射振幅和波形基本一致,大角度入射时Zoeppritz方程与Shuey三项近似方程接近;Zoeppritz算法的模拟结果在小角度入射和浅层情况下与传播矩阵算法差别较小,而在大角度入射和深层情况下与传播矩阵差别较大,说明层间多次波的调谐干涉等传播效应不可忽略。     

页岩气楔状模型储层的地震响应特征

中国南方古生界页岩气储层分布面积广,碳质含量高,但是储层保存条件较差,受构造运动影响较大。为此设计了5种不同楔形模型研究其地震响应特征——地震子波主频对波场特征的影响;页岩体速度对波场特征的影响;页岩体顶、底界面坡度变化对波场特征的影响;地层夹角对波场特征的影响;顶底界面岩性组合对波场特征的影响。研究表明:地震子波主频增加,分辨能力提高;页岩体速度与围岩差异变大,反射同相轴振幅增强;楔状页岩体顶、底界面坡度变大,横向分辨率增大;对于梯变型页岩体,在厚度为四分之一波长处,相消干涉,反射能量最弱,振幅达到极小值。     

湘西北页岩层地震反射波组特征研究

湘西北地区发育寒武系下统牛蹄塘组、志留系下统龙马溪组两套富有机质黑色页岩。通过合成地震记录和已知地质特征推断反射层位的方法,对两套含烃黑色页岩层的地震地质特征、波组层位识别、波组特征进行了分析对比,总结出湘西北地区页岩层地震反射波所具有的典型特征:龙马溪组存在3~4个强相位,主频集中在30Hz左右;牛蹄塘组存在3个强反射界面,因深度加大,其主频集中在20Hz左右。由于龙马溪组和牛蹄塘组二组地层间距达2 500~3 000m,因此在湘西北地区将二组地层的反射波视作一个波系,其二维地震剖面存在3个波组4个反射层位或3个波组3个反射层位,三个波组分别为龙马溪组,中寒武底界及牛蹄塘组。另外因龙马溪组砂质泥岩段具有低速、低密度、低电阻率、高放射性等特征,其界面波阻抗差异较大,可作为本区的地震波标志层位。     

Effects of a mudcake on Stoneley waves in a fluid-filled porous formation around a borehole

A mudcake formed on the borehole wall between a fluid-filled porous formation and the borehole fluid can affect Stoneley wave propagation used to estimate the formation permeability. The mudcake effect on the permeability dependence of radial oscillations of borehole fluid is investigated in a system with a source generating radial acoustic waves in the borehole and hydrophones (pressure sensors) that record the respective attenuating oscillations of the borehole fluid. The permeability of the porous formation is estimated from theoretical permeability dependence of the attenuation exponent, knowing the time dependence of the exponential attenuation of borehole fluid oscillations.     

利用高阶交错网格有限差分法数值模拟VTI介质井孔声场

横向各向同性（TI）介质是岩石地球物理中常见的一种现象,研究其井孔声场传播特征对声波测井理论以及为声波测井解释提供依据具有重要意义。针对具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质,根据柱坐标系条件下的弹性波波动方程,推导了速度-应力交错有限差分公式,采用时间二阶、空间十阶的交错有限差分算法对VTI介质中的井孔声场进行数值模拟。给出了在均匀介质中井孔声场不同时刻的波场快照,以及不同各向异性系数的VTI介质中的波场快照,计算了井轴上声源激发出的声波全波列波形。结果表明,在其他条件不变的条件下,VTI地层的各向异性系数的增大对横波的传播影响不大,但会使得纵波在纵向上的传播速度相对变小,径向上变化不大。各向异性系数的增大会使声波测井全波列首波信号时差变大,声波幅度略变小。      

浅谈测井方法在工程勘察中的应用

地球物理测井应用于工程勘察中,能够较好地解决用钻探不易解决的问题,如有效判别薄夹层、寻找井旁隐伏断裂破碎带、判断孔内土层稳定性以及测定土层的速度等。其中自然伽马测井曲线在判定含砾粘土夹层及软弱薄粘土夹层等方面具有较高的准确性;声波、井径、自然γ、视电阻率等测井方法可有效查找井旁隐伏断裂破碎带,特别是声波测井曲线异常更为明显;另外跨孔实测剪切波速还可进行地基土加固效果检验。     

条形药包爆破预制贯通裂纹动态断裂过程研究

采用动态焦散线试验和ABAQUS数值分析方法,对条形药包爆破载荷作用下不同角度预制贯通裂纹的扩展行为进行了研究。研究结果表明：在爆炸应力波的作用下,柱部区域和端部区域0°预制贯通裂纹远端翼裂纹背离炮孔方向扩展,而近端翼裂纹朝向炮孔扩展。预制贯通裂纹远端的应力集中程度较近端高,并且远端翼裂纹的止裂韧度更低,翼裂纹更易扩展。在爆炸应力波的作用下,柱部区域90°预制贯通裂纹由张开逐渐转为闭合,爆炸应力波在已闭合的预制贯通裂纹面发生透射,并在预制贯通裂纹尖端产生压剪应力集中,形成以II型断裂为主的I-II复合型裂纹,并近似垂直于预制贯通裂纹面扩展,随后,在自由面反射应力波的作用下,反翼裂纹沿预制贯通裂纹面起裂扩展;炮孔端部区域90°预制贯通裂纹处翼裂纹的起裂是由于爆炸应力波在预制贯通裂纹处产生反射拉伸波的结果,促使预制贯通裂纹端部产生拉应力集中,形成近似I型裂纹,随后,翼裂纹逐渐转向爆炸应力波传播方向扩展。     

井孔声场二维谱的数值计算与理论分析

简要介绍了井孔声场二维谱计算方法,实现了井孔声场二维谱的数值计算。通过对硬地层和软地层两类地层的模拟计算,得到硬地层和软地层的二维谱的分布图以及井孔中接收到的声压波形。根据对两类地层二维谱的分析,表明纵波（首波）、横波和泥浆纵波的声幅较小,频散不明显。斯通利波的频率范围较低,频散较弱。伪瑞利波频散较强、幅度较高,软地层不存在伪瑞利波。泄漏模对应的模式波,是一种几何衰减波,在声场传播中具有衰减快,频散性较强的特征。利用二维谱分析井孔声场,能够将复杂的声波传播特征用图像表现出来,具有直观、形象的效果。     

含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟

煤储层是一种双重孔隙介质,其孔隙由基质孔隙和裂隙组成,并具有自身独特的割理系统。传统的煤田地震勘探将煤层假设为单一的各向同性介质,没有考虑其中裂隙对煤层的影响。利用交错网格高阶有限差分算法,分别对不同厚度VTI和HTI型煤层的弹性波传播特征进行数值模拟,获得波场快照和含煤层状介质的地震模拟记录。从波场快照中可以看出,弹性波在VTI和HTI型煤层中传播存在明显差异;煤层厚度变化对波场的敏感性要强于煤层类型的变化。      

Interface error analysis for numerical wave propagation

The numerical error associated with finite-difference simulation of wave propagation in discontinuous media consists of two components. The first component is a higher-order error that leads to grid dispersion; it can be controlled by higher-order methods. The second component results from misalignment between numerical grids and material interfaces. We provide an explicit estimate of the interface misalignment error for the second order in time and space staggered finite-difference scheme applied to the acoustic wave equation. Our analysis, confirmed by numerical experiments, demonstrates that the interface error results in a first-order time shift proportional to the distance between the interface and computational grids. A 2D experiment shows that the interface error cannot be suppressed by higher-order methods and indicates that our 1D analysis gives a good prediction about the behavior of the numerical solution in higher dimensions.      

Surface waves in a cylindrical borehole through partially-saturated porous solid

Propagation of surface waves is discussed in a cylindrical borehole through a liquid-saturated porous solid of infinite extent. The porous medium is assumed to be a continuum consisting of a solid skeletal with connected void space occupied by a mixture of two immiscible inviscid fluids. This model also represents the partial saturation when liquid fills only a part of the pore space and gas bubbles span the remaining void space. In this isotropic medium, potential functions identify the existence of three dilatational waves coupled with a shear wave. For propagation of plane harmonic waves along the axially-symmetric borehole, these potentials decay into the porous medium. Boundary conditions are chosen to disallow the discharge of liquid into the borehole through its impervious porous walls. A dispersion equation is derived for the propagation of surface waves along the curved walls of no-liquid (all gas) borehole. A numerical example is studied to explore the existence of cylindrical waves in a particular model of the porous sandstone. True surface waves do not propagate along the walls of borehole when the supporting medium is partially saturated. Such waves propagate only beyond a certain frequency when the medium is fully-saturated porous or an elastic one. Dispersion in the velocity of pseudo surface waves is analysed through the changes in consolidation, saturation degree, capillary pressure or porosity.     

碳酸盐岩储集层模型数值模拟与分析

碳酸盐岩储层作为油气勘探领域中的重要研究目标,其波场特征变化极为复杂,为提高对该类储集层多波地震资料的认知度,高精度数值模拟是行之有效的方法之一。这里在各向同性弹性波方程基础上,推导了纵波、横波分离方程,运用高阶交错网格有限差分技术与PML边界吸收技术,高精度模拟地震波在碳酸盐岩储层中的传播,得到了该类储层模型中的弹性波全波场,也分离出纵波信息和转换波波场信息,并保留了各自能量信息。同时结合AVO技术分析了弹性波在碳酸盐岩储层中AVO响应特征,并通过对储层理论模型进行试算,分析研究该类储层中的波场响应特征及传播规律,为碳酸盐岩储层的识别与预测提供参考依据,更能满足复杂油气田勘探开发的实际需要。     

基于BISQ模型双相各向同性介质中地震波数值模拟

基于BISQ机制,推导了双相各向同性介质中弹性波数值模拟方程,并借助交错网格有限差分方法进行了波场模拟。证实了三种波(快纵波、慢纵波、横波SV)的存在和波场特征;在合成地震记录中,观测列三种波的反射,由于各种波相互之间的转换,转换波在地震记录中显示也很清楚,这使得波场变得更为复杂化。