饱和多孔微极介质的波动方程及其势函数方程

土是由一定尺寸大小颗粒所构成的多孔介质,具有明显的颗粒特性,当土颗粒间的孔隙被流体（如水或油）充满时则成为饱和土.利用微极理论和Biot波动理论的研究成果,把饱和土中多孔固体骨架部分近似地视为微极介质,孔隙中的流体部分视为质点介质,获得饱和多孔微极介质的弹性波动方程.借鉴Greetsma理论,建立了饱和多孔微极介质弹性本构方程力学参数与相应单相介质弹性参数的相互关系,使饱和多孔微极介质弹性波动方程中的物理参数具有明确的物理意义,易于在试验中确定.运用场论理论把饱和多孔微极介质的波动方程简化为势函数方程,建立了饱和多孔微极介质中五种弹性波的弥散方程,数值分析了五种简谐体波在无限饱和多孔微极介质中的传播特性. 结果表明,P1波、P2波和剪切S1波的波速弥散曲线与经典饱和多孔介质基本相同,当频率小于临界频率ω0时旋转纵波θ波和横波S2波不存在,当频率大于临界频率ω0时,θ波和S2波的传播速度随频率增加而减小.     

垂向不均匀介质中波传播特点的研究

本文由波传播问题的变分原理导出了垂向不均匀介质中的弹性波波动方程及纵波和横波波动方程。在不同的假设条件下得到了纵、横波波动方程的几种简化形式,其中包括地震勘探中常用的变系数波动方程。利用有限单元法,求得了垂向不均匀介质中波动方程的数值解。通过数值结果对纵、横波之间的耦合程度以及介质的不均匀性对波的衰减作用进行了讨论。     

垂向不均匀介质中波传播特点的研究

本文由波传播问题的变分原理导出了垂向不均匀介质中的弹性波波动方程及纵波和横波波动方程。在不同的假设条件下得到了纵、横波波动方程的几种简化形式,其中包括地震勘探中常用的变系数波动方程。利用有限单元法,求得了垂向不均匀介质中波动方程的数值解。通过数值结果对纵、横波之间的耦合程度以及介质的不均匀性对波的衰减作用进行了讨论。     

流体饱和多孔介质波动方程的有限元解法

讨论了流体饱和多孔介质中波传播问题的有限元解法,首先在Ｂｉｏｔ理论的基础 上,概述了数学问题的提法,然后提出了一种新型简便的人工边界上的无反射边界条件,同时 给出了有人工边界时流体饱和多孔介质波动方程的有限元计算公式．数值试验的结果表明, 本文提出的无反射边界条件和数值方法均很有效．     

流体饱和多孔介质波动方程的有限元解法

讨论了流体饱和多孔介质中波传播问题的有限元解法,首先在Ｂｉｏｔ理论的基础 上,概述了数学问题的提法,然后提出了一种新型简便的人工边界上的无反射边界条件,同时 给出了有人工边界时流体饱和多孔介质波动方程的有限元计算公式．数值试验的结果表明, 本文提出的无反射边界条件和数值方法均很有效．     

黏弹介质波动方程有限差分解的稳定性研究

稳定性问题是地震波数值模拟的一个重要问题.基于地震波传播理论,从黏弹介质本构方程出发,对矩形网格下不同黏弹模型波动方程有限差分解的稳定性进行了理论分析,导出了Kelvin-Voigt黏弹模型和Maxwell黏弹模型在任意空间差分精度下稳定性条件的表达式;给出了品质因子Q≥5时的简化式,并通过数值算例验证了理论研究结论的正确性;总结了地震波速度、频率、空间网格大小、差分系数以及品质因子与稳定性条件的关系;通过误差分析给出了近似公式的使用条件.     

基于Comsol的饱和多孔介质动力方程的数值模拟及应用

两相饱和多孔介质的动力响应问题在地震工程领域具有重要的研究意义,由于涉及到固相和液相的动力耦合,使得该问题的求解尤为复杂。本文利用Comsol在求解多场耦合问题上的优点,针对Biot饱和多孔介质u-U耦合形式下的波动方程特征,经过一系列微分算子运算和矩阵变换得到导数形式下的波动方程,基于Comsol Multiphysics提供的广义偏微分方程模式对变形后的波动方程进行求解,并把改进后的无限元边界应用到无限域动力问题的模拟中。通过与饱和多孔介质动力响应的解析解进行对比,验证模型求解技术的可行性和正确性,并在此基础上讨论饱和土地基中空沟隔振效果与饱和土体参数孔隙率、泊松比的关系。通过研究分析,可以为饱和土地基中空沟隔振设计提供一些有价值的参考。     

基于岩石物理相约束的致密砂岩气储层渗透率解释建模

充分利用岩心、薄片和钻测井等资料,对四川盆地JQ区块须家河组须二段致密砂岩气储层的沉积微相、成岩相和裂缝相特征进行了研究.结果表明,须二段沉积以辫状河三角洲前缘为主,发育水下分流河道、河口坝和分流间湾等微相;根据成岩作用类型、强度、成岩矿物及其对储层物性的影响将储层划分为压实致密、碳酸盐岩胶结、伊蒙混层充填和不稳定组分溶蚀4种成岩相;裂缝相则以局部层段发育的近水平缝为主.通过三者的叠加与复合对储层岩石物理相进行分类命名,划分出了河口坝-不稳定组分溶蚀-近水平缝相等多种岩石物理相.然后按照岩石物理相对储层物性的建设与破坏作用对其进行聚类分析,归纳出了PF1～PF4四大类岩石物理相.通过建立每一类岩石物理相的孔隙度-渗透率关系表明,基于岩石物理相约束而建立的储层渗透率解释模型具有更高的精度.岩石物理相是揭示致密砂岩气储层成因机理并提高其物性参数测井解释精度的有效途径.     

三维VTI介质中波动方程深度偏移的最优分裂Fourier方法

从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点.     

轴对称各向异性介质波动方程深度偏移的对称非平稳相移方法

由所建立的三维qP波相速度表示式出发,导出并解析求解各向异性介质中的频散方程,得到三维各向异性介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的对称非平稳相移方法推广到各向异性介质,发展了一个三维各向异性介质的深度偏移方法. 文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中. 所建立的各向异性介质对称非平稳相移波场延拓算子可以同时适应速度及各向异性参数横向变化;文中给出的算例虽然是针对二维VTI介质的,但所提出的算法同样适用于三维TI介质.     

Seismic wave equations in tight oil/gas sandstone media

Tight oil/gas medium is a special porous medium, which plays a significant role in oil and gas exploration. This paper is devoted to the derivation of wave equations in such a media, which take a much simpler form compared to the general equations in the poroelasticity theory and can be employed for parameter inversion from seismic data. We start with the fluid and solid motion equations at a pore scale, and deduce the complete Biot's equations by applying the volume averaging technique.The underlying assumptions are carefully clarified. Moreover, time dependence of the permeability in tight oil/gas media is discussed based on available results from rock physical experiments. Leveraging the Kozeny-Carman equation, time dependence of the porosity is theoretically investigated. We derive the wave equations in tight oil/gas media based on the complete Biot's equations under some reasonable assumptions on the media. The derived wave equations have the similar form as the diffusiveviscous wave equations. A comparison of the two sets of wave equations reveals explicit relations between the coefficients in diffusive-viscous wave equations and the measurable parameters for the tight oil/gas media. The derived equations are validated by numerical results. Based on the derived equations, reflection and transmission properties for a single tight interlayer are investigated. The numerical results demonstrate that the reflection and transmission of the seismic waves are affected by the thickness and attenuation of the interlayer, which is of great significance for the exploration of oil and gas.     

Seismic wave attenuation in fluid-saturated porous media

Contrary to the traditional view, seismic attenuation in Biot's theory of fluid-saturated porous media is due to viscous damping of local (not global) pore-fluid motion. Since substantial inhomogeneities in fluid permeability of porous geological materials are to be expected, the regions of highest local permeability contribute most to the wave energy dissipation while those of lowest permeability dominate the fluid flow rate if they are uniformly distributed. This dichotomy can explain some of the observed discrepancies between computed and measured attenuation of compressional and shear waves in porous earth. One unfortunate consequence of this result is the fact that measured seismic wave attenuation in fluid-filled geological materials cannot be used directly as a diagnostic of the global fluid-flow permeability.     

Kelvin粘弹性VTI介质中地震波的传播

In this article, under the assumption of weak anisotropy and weak attenuation, we present approximate solutions of anisotropic complex velocities and quality-factors for Kelvin visco-elastic transverse isotropy (KEL-VTI) media, based on the complex physical parameter matrix. Also, combined with the KEL-VTI media model, the propagation characteristics of the qP-, qSV-, and qSH-wave phases and energies are discussed. Further, we build a typical KEL-VTI media model of the Huainan coal mine to model the wave propagation. The numerical simulation results show that the PP- and PSV-wave theoretical wave-fields are close to the wave-fields of three-component P- and converted-waves acquired in the work area. This result proves that the KEL-VTI media model gives a good approximation to this typical coalfield seismic-geologic conditions and is helpful to the study of attenuation compensation of multi-component seismic data.     

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.

     

Seismic wave propagating in Kelvin-Voigt homogeneous visco-elastic media

The earth media friction attenuates the energy of seismic wave. Obviously, that earth medium is treated as viscoelasticity is more appropriate than as elasticity. Seismic wave in visco-elastic media contains abundant lithology information of the medium. The investiga-tions of the solutions of visco-elastic wave equations, velocities of seismic wave propagating and the at-tenuation of seismic wave in the visco-elastic media are very important for geophysical prospecting tech-nology. Under a sma…     

致密砂岩气储层的岩石物理模型研究

根据鄂尔多斯盆地苏里格气田以往实测和新测的共17口井51块岩样超声波实验数据,得到304组不同孔隙度和不同含水饱和度下对应的纵横波速度、泊松比等弹性参数.重新优选计算体积模量和泊松比与含气饱和度的关系,表明苏里格气田上古生界二叠系石盒子组盒8致密砂岩储层的模型与Brie模型（e=2）相似度最高.由此建立的苏里格气田储层岩石物理模型,更好的表征了致密岩石储层物理参数随含气饱和度变化规律,为该区储层预测提供了理论依据.致密储层岩石物理模型研究成果应用于苏里格气田多波地震资料气水预测中,实际例子表明该模型适用于该区的储层和含气性预测,并取得了较好的效果.     

横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

粘弹各向异性介质中地震波场模拟与特征

通过引入记忆变量,可以避免粘弹性应力-应变关系中的褶积运算,使波场数值模拟易于实现.通过伪谱法对粘弹各向异性介质中的qP波、qS波数值模拟,结合理论分析,研究了粘弹各向异性介质中速度各向异性和衰减各向异性.衰减各向异性要比速度各向异性更为显著,并且qS波比qP波的衰减各向异性明显.粘弹各向异性介质中,粘弹性对波的影响主要在于波的衰减,各向异性主要影响波前面形状.     

煤储层双相EDA介质的地震波场模拟

基于二维-二分量弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对各向同性介质模型、高裂隙密度含干裂隙和饱和水裂隙煤层各向异性介质和双相介质的二维层状模型进行了弹性波场数值模拟.结果表明:双相EDA介质中存在第二类纵波(慢纵波).各向异性理论和双相介质理论比单相理论要好,单相理论存在衰减问题.各向异性和双相理论在含气情况下比...     

Detection of gas and water using HHT by analyzing P- and S-wave attenuation in tight sandstone gas reservoirs

A direct detection of hydrocarbons is used by connecting increased attenuation of seismic waves with oil and gas fields. This study analyzes the seismic attenuation of P- and S-waves in one tight sandstone gas reservoir and attempts to give the quantitative distinguishing results of gas and water by the characteristics of the seismic attenuation of P- and S-waves. The Hilbert–Huang Transform (HHT) is used to better measure attenuation associated with gas saturation. A formation absorption section is defined to compute the values of attenuation using the common frequency sections obtained by the HHT method. Values of attenuation have been extracted from three seismic sections intersecting three different wells: one gas-saturated well, one fully water-saturated well, and one gas- and water- saturated well. For the seismic data from the Sulige gas field located in northwest Ordos Basin, China, we observed that in the gas-saturated media the S-wave attenuation was very low and much lower than the P-wave attenuation. In the fully water-saturated media the S-wave attenuation was higher than the P-wave attenuation. We suggest that the joint application of P- and S-wave attenuation can improve the direct detection between gas and water in seismic sections. This study is hoped to be useful in seismic exploration as an aid for distinguishing gas and water from gas- and water-bearing formations.