VTI介质瑞雷波频散曲线特征与对比分析

在近地表瑞雷波勘探中,介质的各向异性对瑞雷波传播有着明显的影响。为了研究横向各向同性(vertical transverse isotropy,简称VTI)介质各向异性参数对瑞雷波的影响,以各向异性弹性波理论为基础,利用应力镜像法为边界条件,实现了VTI介质中瑞雷波的正演数值模拟,并利用相移法提取瑞雷波频散曲线。将层状各向同性介质和VTI介质瑞雷波频散曲线作对比,研究结果表明:(1)瑞雷波各阶模式相速度随纵波变异系数δ的增大而减小,随纵波各向异性强度参数ε的增大而增大;(2)随着纵波各向异性强度参数ε的减小和纵波变异系数δ的增大,会引起瑞雷波各阶模式相速度减小和瑞雷波频散曲线各阶模式主要能量所在频带范围减小;(3)当纵波各向异性强度参数ε减小和纵波变异系数δ增大到一定程度后,在速度递增的层状介质中会引起瑞雷波出现"之"字形频散曲线,在含软弱夹层的层状介质中会出现各阶模式频散曲线混淆的现象。     

各向异性介质多波速度分析方法及软件实现

速度分析是多波资料处理的核心问题之一,在高精度地震勘探的今天,建立在各向同性假设条件下的速度分析已经不能满足高精度勘探要求。这里以自然界广泛存在的具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质为基础,研究各向异性条件下P波和P～SV转换波旅行时公式,并进一步研究了P波和P～SV转换波速度分析的方法步骤,在此基础上用QT开发出一套各向异性介质多波速度分析的交互处理软件。用该方法及软件对理论资料和实际资料进行处理,取得了较好的处理效果,验证了该方法及软件的正确性。     

倾斜界面PS转换波速度比和倾角提取的差值谱方法

首次提出了采用差值谱同时提取转换波速度比和界面倾角的方法。对于倾斜界面的PS转换波地震数据,获取界面上介质的纵横波速度比和反射界面的倾角,是转换波地震数据后续一系列处理流程的关键。通过预设速度比和倾角抽取CCP共转换点道集,并对其进行速度比谱计算,将速度比谱中获得的速度比估算值与预设值作差,在一定范围内改变速度比和倾角值,得到多个速度比差值,最后生成分别以速度比和倾角为坐标的二维差值谱,通过分析差值谱提取纵横波速度比和界面倾角。该方法能够同时对2个未知参数进行提取,获得的结果误差较小,可以为转换波后续处理提供可靠依据。     

VTI介质井间地震高斯束正演数值模拟

为了研究垂直横向各向同性(VTI)介质井间地震中,地震波的传播方向及波场特征,采用高斯束方法对复杂构造进行波场正演模拟。分析VTI介质中地震波的群相关系,并提出群相数据库思想来解决地震波在VTI介质中传播的方向和速度问题,改善了波场正演模拟的算法。同时高斯束正演方法不仅能够解决复杂构造的盲区问题,且其动力学特征更能反映各向异性介质对地震波传播的影响。较VTI介质频率-空间域弹性波正演模拟方法,正演结果一致且计算效率高,能有效分辨地震波场特征,为地震数据的处理与解释提供了借鉴。     

纵横波弹性阻抗联合反演方法

在弹性阻抗反演方法的基础上,充分利用纵波和转换波地震信息,开展了纵横波弹性阻抗联合反演方法研究。首先对转换波反射系数近似精度进行对比分析,选取了转换波弹性阻抗近似公式,并对选取的转换波弹性阻抗公式进行标准化处理;其次详细研究了该反演算法的基本原理,并提出了具体实现流程;最后分别利用二维模型和实际工区的井数据制作叠前角度道集,添加随机噪声,对该反演方法进行模型试算。结果表明,纵横波弹性阻抗联合反演所得纵波速度、横波速度及密度估测值与真实值之间吻合较好;而且与单纯纵波弹性阻抗反演结果相比,纵横波弹性阻抗联合反演所得密度估测值更加稳定,从而为准确储层识别和流体检测提供了可靠的依据。     

VTI介质多波速度与各向异性系数求取及应用

针对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质,研究了多波速度与地层各向异性系数之间的关系。采用适应大偏移距以及强各向异性介质的双平方根方程,进行速度和各向异性系数分析,并将批量计算与交互解释相结合,实现了高精度各向异性介质多波速度与各向异性系数提取,并形成了一套利用多波地震资料求取地震波纵、横波速度及各向异性系数的方法和软件。所求取的参数可用于多波地震资料处理,提高多波资料的成像质量,也可为地层地质解释提供参考。实际资料的应用效果证明了该方法和软件的正确性及有效性。     

四参数速度分析方法在新场转换波处理中的应用

转换波时距方程的选择直接影响转换波速度分析和动校的准确度,这里比较了Thoms-en方程、双平方根方程和LXY方程的动校精度.根据新场气田转换波资料的特点,采用四参数(V,c2>、γ,0、γ,eff和X,eff)各向异性速度分析方法来估计叠加速度场.在速度分析过程中,不依赖于纵波速度,直接进行三参数估计.在转换波动校时,不同参数控制不同偏移距范围的同相轴,使转换波近、中和远偏移距同相轴完全拉平.通过对实际测线的单参数、三参数和四参数动校叠加剖面的比较,结果表明四参数动校叠加的效果最好.     

各向异性介质转换波速度逐层单参数分析方法

转换波的时距曲线是非双曲线方程,由于介质的各向异性,使得转换波在实际地层中的传播更为复杂。针对各向异性介质中PSV转换波的速度分析展开讨论,鉴于各向异性介质的PSV波速度分析不能脱离PP波数据而单独进行,在学习前人研究成果的基础上,充分利用PP波速度分析的有效信息,对PSV转换波进行逐层单参数分析,在一定程度上简化了速度分析的程序,提高了速度分析的精度,并通过理论模型试算,验证了方法的正确性和可行性。     

基于深度约束的转换波速度分析

在常规转换波速度分析中,纵波速度分析所产生的误差将传播至转换横波速度分析中。研究表明,随着纵波速度误差的增大,转换波速度误差向相反方向增大,且增加的幅度会进一步放大。为控制纵波速度误差的传播,将岩层埋藏深度作为约束条件进行转换波和纵波速度分析。结果表明,在加入深度约束后,随着纵波速度误差的增大,虽然转换波速度误差仍向相反方向增大,但其误差增幅会明显减少。通过对比分析发现,在加入深度约束条件后,可大幅度减小因纵波速度误差所引起的转换波速度误差。     

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。      

Experimental Study on Acoustoelastic Character of Rock Under Uniaxial Compression

This paper made a research about the change rule of elastic wave velocity with stress applied on rock from theoretical and experimental aspect. Firstly, a mathematical model of P-wave velocity and confining pressure of rock was set up from the point of acoustoelastic character. Effect of axial stress on P-wave velocity in granite and sandstone during uniaxial compression process was studied experimentally by using GAW-2000 rock mechanical testing system and RSM-SY5 ultrasonic wave testing system, and the relation curves of axial stress with P-wave velocity were obtained. Based on test data, acoustoelastic theoretical formulas of granite and sandstone were established and the best empirical formulas were fitted by using regression method. Meanwhile, a comparative analysis of the empirical and theoretical calculated values was carried out. Finally, the reliability of applying acoustoelastic theoretical formula in hard rock range was further verified based on the experimental data of granitic gneiss. The results show that the P-wave velocity experiences a rapid increase, gentle increase and then a sharp fall during the uniaxial compression process. The B-value in acoustoelastic theoretical formula (proportion coefficient determined by elastic modulus and third-order elastic constant) decreases exponentially with axial stress. The acoustoelastic theoretical formula can effectively reflect the relationship between rock acoustic velocity and stress within the allowable error, which can be the theoretical foundation of acoustoelastic geo-stress measurement of subsurface rock mass.     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

不同煤岩介质模型的波场特征研究

准确和形象地分析煤矿微地震波在不同介质中的传播规律,能够为煤矿主动地震勘探以及反演煤矿不同区域内部介质结构提供有效的理论依据。基于二维介质模型,以煤矿典型的煤、岩单一均匀介质模型、煤岩组合多层介质模型、含断层煤岩介质模型以及含水煤岩双相介质模型为例,利用高阶有限差分法对不同煤岩介质进行了波场模拟,分析不同介质的波场特征。研究结果表明,高阶有限差分法可以准确、形象地得到煤岩不同介质条件下的纵横波的波场特征;不同介质模型的波场特征各不相同,在多层煤岩介质中不同介质的分界面会发生纵横波的反射、透射和转换,产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波;在含断层煤岩介质中断层处不仅可以产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波,还可以发生绕射产生绕射波;在含水煤岩双相介质中不仅有快纵波和横波,也会产生慢纵波。不同时刻的波场快照可以进一步形象地描述波场动态特征,都为矿山微震波场分析打下了理论基础。     

Study on elastic P-wave propagation law in unfavorable geologic structures with discontinuous deformation analysis method

The propagation of elastic P-wave in unfavorable geologic structures is a complex process which contains reflex, transmission, and refraction. In this paper, the discontinuous deformation analysis (DDA) method is introduced, and the viscous boundary condition and stress wave input way are applied to enable the DDA method to simulate the seismic dynamic response of underground rock mass. The improved DDA program is used to analyze the propagation laws of elastic P-wave in joints and weak interlayer. The results show that (1) for a range of joint stiffness, the difference of transmission coefficient of joint surface between DDA calculation and theoretical solution is small; (2) the lower the joint stiffness, the more obvious the attenuation of the elastic P-wave is; (3) varied joint spacing and joint number play different roles on the attenuation of elastic P-wave; (4) the DDA calculation result is consistent with the theoretical solution for the transmission coefficient of interface; (5) the thickness and elastic modulus of weak interlayer will affect the interference effect of multiple transmission waves; (6) with the increasing weak interlayer thickness H (or a), the attenuation of the elastic P-wave is more obvious; and (7) the lower the wave impedance ratio of weak interlayer, the more obvious the attenuation of the elastic P-wave is.     

岩石脆性临界破坏的波速特征分析

根据岩石加载破坏过程中应力-应变和波速-应变曲线所反映的的波速变化特征,研究了岩石声波传播速度与其加载变形过程的相关性。研究表明:岩石破裂前波速及特征参数随着变形破坏阶段变化会有显著改变,特别是应力水平到达70%⁸0%之后,当加载破坏过程中岩石的裂隙大量增加后波速参数出现突变。这是由于在膨胀点附近岩石中微裂隙迅速丛集式增长,改变了岩石内部的微观结构,导致岩石波速降低。伴随着波速降低,波速走时急剧增大,离散度增大;S波和P波的振幅减小,但其振幅比急剧增大;S波、P的波Q值也会出现突变。通过对岩石加载过程中的波速变化与应力-应变曲线之间的关联性分析,利用波速信息变化可以实现对岩石脆性破裂前兆的识别。     

基于模型的P-SV转换波AVA反演预处理

转换波AVA反演是利用转换波资料获取地下弹性参数的有效手段,AVA道集的准确抽取是利用AVA道集进行转换波资料反演的前提。基于模型抽取共转换点道集的处理思路是：首先依据目的层构造模型,采用基于模型的转换波速度分析方法获取目标层的纵横波速度比,在此基础上计算各道对应的转换点位置,进而抽取共转换点道集;以获得的共转换点道集为输入数据,采用三参量速度分析与动校正技术实现转换波资料动校正;在均方根意义下通过求取转换波的射线路径获得入射角信息并最终抽取转换波AVA反演道集。另外为消除因入射角分布不均造成的空道现象,提出了大面元法,该方法不仅对缺失的入射角有补偿作用,还能在一定程度上提高地震资料的信噪比。     

含AVO 效应的转换波速度分析方法

当转换波地震记录存在振幅值随炮检距变化,尤其是极性发生反转时,传统转换波速度分析计算结果不准确。为此,按照PP 波AB 相似系数速度分析方法,解决PP 波AVO 效应的思路,对存在 AVO 现象的转换波资料进行AB 相似系数方法的拓展,推导出用于解决转换波含有AVO 现象的AB 相似系数方法,为提高转换波速度分析精度提供了理论支撑。     

应用于评价活动断层的地震方法技术

以在上海市区开展地震调查深埋活断层的实例,讨论了在都市区强干扰条件下开展断层活动性调查的地震方法技术。认为：在对基岩断层的活动性评价中,反射纵波法根据基岩断层是否向上延伸到第四纪Ｑ３地层内,而剪切波分裂法则根据由Ｑ３地层内界面反射横波确定的各向异性。当基岩断层向第四系延伸幅度较大,即第四纪地层内断层落差较大时,可采用反射纵波法;当基岩断层活动引起的第四纪地层内的断层落差较小,反射纵波法不能对其分辨时,可采用剪切波分裂法     

基于时频域极化滤波的勒夫型槽波提取

矿井槽波地震勘探数据中,含有多种类型地震波,包括线性极化的纵波、横波、勒夫型槽波和椭圆极化的瑞利型槽波。由于槽波频散现象严重,不同类型槽波互相重叠,在地震记录上难以区分,合理地进行波场分离是槽波数据处理的重要环节。根据不同类型槽波振动极化特征,提出基于S变换的时频域自适应协方差矩阵极化滤波方法;在时频域中,针对槽波水平双分量信号建立自适应协方差矩阵;利用矩阵对应特征值和特征向量,计算椭圆率和方位角参数来描述槽波极化振动特征;依据极化参数建立极化滤波函数,对槽波地震信号进行波场分离。经过理论合成信号和实际数据测试表明,该方法可以有效地从槽波地震记录中提取出勒夫型槽波,避免其它类型地震波在槽波数据处理过程中产生的干扰,为槽波地震勘探数据处理提供新的技术手段。      

转换波处理一些问题及对策

由于转换波本身的特殊性,在处理过程中需要采用不同于纵波的处理方法。分析了转换波处理过程中的一些问题,即面波衰减、静校正、各向异性动校正,以及方位各向异性校正,提出相应的解决方法。采用极化滤波方法,实现了转换波上的面波衰减。采用综合静校正技术,切实解决转换波静校正问题。各向异性速度分析及动校正方法,用于拉平转换波资料的近、中和远偏移距同相轴。通过横波分裂分析及分量校正补偿,提高了转换波径向剖面质量。根据实际资料处理效果,说明了这些方法的有效性。