剪切波分裂的复量分析:理论

采用复数运算,把实部和虚部作为两个相互垂直的坐标轴是处理向量偏振数据的一种自然方法。这就是把多分量数据由通常的笛尔卡坐标变换到极坐标,这样做就可计算瞬时振幅和瞬时极性。我们把这种方法称之为复分量分析,波动过程可以用能够表示波动类型各自特征的瞬时特性来表示。这种方法对于用瞬时特性检验剪切波的分裂特别适用,剪切波分裂时的瞬时振幅有几个局部极大值,而瞬时极性是矩形和半三角形的一个组合.剪切波的分裂可由瞬时振幅和偏振的显示来识别,分裂的剪切波的快波的极性和两个剪切波之间的延时可用色标显示来定量.瞬时特性的显示为叠加在一个极性色标显示上的波纹线.采用色标改善了剪切波分裂的识别能力和量化精度.     

各向异性波传播的等比例物理模拟:正交晶格材料的多偏移距剖面

本文报告实验室超声波穿透正交晶格对称的各向异性材料的等比例物理模拟(scaled physical modeling)试验的最新成果。早期,这类试验多数使用一小块塑料叠板试验材料,源、检分置其相对的面内,发送和接受超声波。新结果是用一块大酚醛厚板做试验材料,测线平行主方向和与主方向成45°角布设的多偏移距剖面得到的。在板的三个面上(平等叠层),对于沿两个主方向剖面的压缩波和剪切波测定了NMO速度随偏移距的变化.测到的这些群速度值与精确理论值至多相差1%或更少.与由一阶Thom二n方程计算的理论速度相比,顶多相差2%,观测值和理论值之差异归因于如下误差因素的组合:传感器具有一定的体积(几何的或有效路径长度的效应,传感器组合衰减效应或其它和自由面有关的干扰)、样品的非均匀性和/或非弹性、最后为实验误差. 波在对称面内传播和源一检对具有相同的偏振性质时采用炮集采集.在形式上类似于在横向均匀介质中记录的采集.剪切波窗口效应的双曲NMO参数随偏移距变化可清楚地看到.发射记录(炮集记录)也在对称面外即沿与主方向呈45。的吝剖面内采集.在这些记录上,包括全部可能的九个源一检偏振对,我们可以看到在零偏移距和近零偏移记录上清晰的剪切波分裂并且随着偏移距的增加分裂现象复杂化,如这个或那个震相消失.这可能是波阵面的尖灭或振幅或偏振随射线方向的急剧变化所致,也可能是由于靠近剪切波奇异点位置的结果.     

北海南部海洋VSPs剪切波分裂观测结果

在北海南部的一天然气储层为研究剪切波分裂,专门用剪切波转换波分析了4条偏移海洋垂直地震剖面(VSPs)。快速剪切波偏振和时滞的自动估算结果表明有一组应力诱发的裂隙存在,其走向在N35°W和N60°W之间,这与根据井孔崩落的资料和地震研究的各自独立的测量结果相符,时滞意味着在储气砂层剪切波分裂只发生在具有不可检测的各向异性的上部覆盖岩内.或许是由于非平面的界面和/或岩性的横向变化引起,所有的测量资料都遭受到散射能量的干扰。如果VSP的偏移距与最大的水平应力方向几乎不平行不垂直,则可能得到比较可靠的结果。     

克希霍夫法VSP多波联合成像

VSP 转换波跟VSP 纵波或常规地面转换波相比,具有较高的分辨率和信噪比,但传统的VSP成像方法只利用了反射P波信息,而把转换波（反射S波、透射S波）以及透射P波当作影响成像质量的噪音.本文给出了一种VSP共炮点道集多分量地震资料克希霍夫法偏移成像的方法.本方法充分利用了多波（反射P波、反射S波、透射P波、透射S波）信息,根据转换点处四种波同时起跳,能量叠加最大的原理,从接收点分别用向绕射点延拓它们的能量,并将其叠加起来,求得的和最大的一点即反射点.通过模型试算和实际资料处理表明,此法成像精度高,信噪比高,且有利于改善剖面的频率特性.     

通过测定剪切波分裂反演地下介质各向异性

反演剪切波分裂的特征参数(偏振、延时和微分衰减),可为全波各向异性模拟提供一个好的初始模型的方法,并使最终波形拟合的收敛性得以改善。这是很自然的,因为剪切波对于介质各向异性表现出非常灵敏的非线性特征。这篇文章所要讨论的范围是,由分裂剪切波波形上测得的偏振和延时信息,提供初始模型的细节。由不同的各向异性模型得到的这些参数的三维图像是被考虑的以便研究反演方法的潜在能力。对于如何使震源和检波器布置得最好以提供一个各向异性模型的最佳解提出了指导性意见.研究结果表明,在大多数情况下,仅使用一个方位上的垂直地震剖面(vSP)、反射剖面和跨孔测量分开单独测得偏振或延时.不可能把各种各向异性模型有效地区分开.把偏振和延时测量结合起来,尤其是把不止在一方位上的测量加以组合,能得到比较好的结果.能够分辨的模型参数的类型,主要取决于采集系统的几何设置,而和背景速度结构关系较小.单个模型的参数难于提取,不过.对于某些类型的测量,有些细节部分似乎是(原则上)可以分辨的.vSP最适合于监测裂隙走向,平行的、垂直的和一字形排列的裂隙的密度以及对分层诱发各向异性有贡献的薄互层倾斜角.跨孔实验对于测量裂隙倾角最好.裂隙含量和纵横比的分辨能力主要是由线状奇异性的位置决定的.如果射线的方向与裂隙走向有一个适当的夹角.那么无论是偏移VsP还是改进的跨孔测量,都适用于判断这些性质.沉积盆地裂隙产生的各向异性与母岩各向异性之比.可通过测量小偏移距VSP方法得到的偏振和延时图上点状奇异性的位置来估计.     

原生裂隙和由VSP推断的裂隙参数对比

本文对使用P波交叉偏振剪切波垂直地震剖面(VSP)识别地下裂隙系的可行性进行了检查。在一眼试验井中裂隙和微裂纹沿井筒分布用一台超声井下电视(BHTV)和岩芯样品的速度测量结果来表述。BHTV图象说明井孔浅部的破裂发生率比深部为高。用BHTV观察到较浅部裂隙密集的深度段有两组优势的平行裂隙;这两组裂隙走向的取向几乎同一指向NW,而它们各自的平均倾角分别为73°和46°,较深部裂隙稀少的深度段,其裂隙走向的取向性则很少见,岩芯样品的速度各向异性是如此之小以致现在的vSP测量不能用岩芯样品测量分辨出所预期的吝向异性.p波和两个剪切波速度(V_P, V_S1,和V_S2)可由三分向vsP下行波相移确定,但须是零偏移距p波源和零偏移距并在两个正交方向偏振的剪切波源.VSP的结果如下:(1)精度小于4%的剪切波的偏振各向异性检测不到.(2)裂隙密集段V_P和V_S(V_S1和V_S2 的平均值)分别是裂隙稀少段的94%和86%,由于裂隙均匀分布,VSP的结果与预期的速度变化一致,虽然一个双平面破裂模型不能满足VSP结果的要求,而BHTV图象却显示出这样两组平行的裂隙.可以认为.这种差异是由于现在的VSP试验在速度测定上缺乏深度分辨能力造成的.     

山西地区地壳剪切波分裂特征

通过对山西数字地震台网2000年6月—2012年12月的波形记录资料的分析, 使用剪切波分裂系统分析方法, 即SAM综合分析方法, 获得了山西地区18个数字地震台站的快剪切波偏振结果. 结果表明: 位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振优势方向与活动断裂的走向基本一致; 个别距离断裂较远的台站的快剪切波偏振优势方向与震源机制解及GPS主压应变方向完全一致; 少数位于几条断裂交汇处的台站的快剪切波偏振优势方向则较为复杂, 与活动断裂的走向和GPS主压应变方向均不一致, 反映了该地区断裂背景和应力分布特征的复杂性.      

垂直地震剖面理论地震图

利用一种经过改进的反射系数法,可以计算出有偏移距的、包括多次反射波和转换波的垂直地震剖面(VSP)理论地震图。这种方法首先是计算震源频谱与合成反射函数的乘积,得到转换位移位,然后,波数积分,继之在信号的频率范围内进行傅里叶逆变换,给出合成记录道。对于一个有埋深的检波器,合成反射函数是由Kennett矩阵(Kennett,1974,1979)导出的,这种矩阵可以形成一组地层组的相位上相关的诸反射系数和透射系数。对于VSP的各种几何排列,无论是常规使用的移动震源固定检波器还是固定震源移动检波器(多偏移距)都能够很容易地进行处理。这种方法也能够很容易地应用于偏斜井的VSP中。此方法是非常一般的,不需要对射线作特殊规定。由于能够控制多次波的次数,离散傅里叶变换中的卷绕问题就能够避免。垂直入射时的VSP地震图可以作为一种特殊情况而被迅速得到。本文列举了一些例子说明这种方法,通过限制射线角度的积分范围以及应用叠加原理,某些类型的有横向变化的构造也能够近似得到处理。     

用剪切波分裂研究台湾北部地壳各向异性

研究主要使用台湾北部13个地震台站记录到的1991年7月～2002年12月的波形数据,采用剪切波分裂SAM分析方法,对台湾北部地区的剪切波分裂特征进行了研究.发现位于宜兰盆地内的台站的快剪切波优势偏振方向为近E-W方向,而位于山脉(西部麓山带、雪山山脉和中央山脉)的台站的快剪切波优势偏振方向为NNE向或NE方向.位于海...     

由三分量有偏移距的VSP资料反演因各向异性造成的剪切波偏振:合成地震图

本文介绍一种数值算法,由有偏移距的VSP资料解释与地下介质各向异性有关的剪切波偏振方向。其做法是,把观测到的(合成的)水平偏振角与物理上合理的、各种取向的各向异性模型的期望值进行比较。比较是以数据库反演方式进行的,各向异性模型是由各种平行的、成行的、垂直裂隙形成的等效各向异性与由薄互层或岩性原因造成的母岩各向异性组合而成。不同的模型表示裂隙和母岩的性质不同。该方法被用于多方位震源、多层吝向异性结构产生的合成有偏移距的VSP数据.分析结果表明,为了合理地约束最终的反演结果,需要由至少在两个、最好是三个不同方位上得到的非零偏移距资料做偏振测量.能够分辨的参数取决于地下感兴趣的区域的深度范围.较深层位上的裂隙走向能够很好地求出,因为在这些层位上地震波的传播方向近于垂直,但对其它模型参数,如纵横尺寸比和裂隙含量.只有在入射角范围较宽时才能求到.因此,似乎可以说,使反演获得成功的关键是选择传播途径.使它通过由间断点造成的相对唯一的不规则区.     

大陆架科学钻探CSDP-2井的垂直地震剖面测量

南黄海海相地层的地震波场特征和层位标定一直是困扰地震勘探的重要问题.为了近距离、高精度和高分辨率地观测井周围构造特征和岩石性质引起的波场变化,为地震资料的采集、处理与解释提供地震波衰减规律、速度与层位标定等信息,对大陆架科学钻探CSDP-2井实施了近零偏移距垂直地震剖面（VSP）观测.针对海相地层顶部强反射界面地震波穿透难的问题,采用了大容量气枪震源并设计了气枪阵列组合方式,提高了激发地震波的能量,获得了强反射界面之下清晰的PP、PS下行波和上行波信号.采用了三分量偏振合成、组合滤波和波场分离等处理方法,对VSP观测数据进行处理,获得了海相三叠系—志留系的精细的纵波、横波速度结构和地层吸收因子等物性数据,建立了钻井地层、测井、VSP上行波和多道地震剖面对应关系,实现了不同尺度的地质和地球物理属性资料的有效衔接,标定了钻井地质剖面上各深度地质体的地震反射特性,厘定了过井地震剖面上反射同相轴的地质属性.此次观测取得的纵波、横波速度信息,成为建立南黄海海相地层速度模型主要的资料来源,也是地震资料的岩性反演处理不可缺少的信息.     

三分量数字检波器在ZY油田应用效果分析

在水平分量的炮集记录中,数字三分量检波器直达波的椭圆率明显呈现出线性偏振的形态,并具有较高的分辨率,而模拟三分量检波器直达波的线性偏振不清晰,抗干扰能力差.在频谱分析和能量曲线分析的对比中,数字检波器的性能也高于模拟检波器.在PP波弱波阻抗界面的沙河组沙三12段,PS波表现出强反射界面,而且构造幅度比PP波剖面明显.在PS波剖面上,剖面深处两边的构造联系清晰可见,而在PP波剖面上很难解释剖面两边构造之间的关系,表明PS波资料对深层界面的成像能力有时不比PP波能力差,多分量资料在构造勘探上具有互补性.在沙四层底钻遇气层的马62井和马11井的测线CDP位置上,PP波和PS波的振幅比剖面上表现出低振幅比异常区,与钻井结果吻合.用多分量衰减系数或衰减比剖面,能够识别砂岩含气/水产生所产生的高频衰减异常.多分量地震属性及其比值剖面是储层含气异常指示的有效参数.     

日本西南部后续震相剪切波分裂分析：地壳内部线性构造的探测器

尝试用剪切波分裂分析的方法探测地壳内部的线性构造。从地震图上可以看出日本西南部地区存在一些线性构造。在该地区没有发现明显的活断层能证明这些线性构造的存在。我们用两种后续震相，即PpPms和PpSms震相对日本西南部地区的剪切波分裂进行了研究。PpPms是一种后续S波震相，它是P波在地表反射后又入射到地壳中经莫霍面反射转换成的S波。PpSms也是一种后续S波震相，它是P波在地表反射转换成S波后经莫霍面再次反射入射到台站的s波。我们用这两种震相检测了地壳中的线性构造。观测到的快波偏振方向呈现北东东—南西西、北东—南西和南北的横向变化。得到的快波偏振方向与该地区最大主应力方向不一致。最大主应力作用下产生的裂隙引起的各向异性解释不了日本西南部地区的剪切波分裂结果。北东—南西的快波偏振方向与该地区的地质线性构造方向一致。该地区的剪切波分裂有可能是地壳内的线性构造引起的。     

P波S波VSP方法在Geysers地区断裂勘探中的应用

在垂直地震剖面(VSP)的实验研究中,使用了P波和横向震动的S波震源,研究应用剪切波各向异性的测定结果来确定岩体的断裂特征的潜在可能。对井中每一个观测深度上的观测已发现在Geysers地热田盖层中SH波的SV波之间的速度变化大约为11%,这两种波由旋转S波震源到两个相互正交的偏振方向上而得到。这种结果通常与对已知的断裂几何形状所期望的等效的各向异性相一致。     

1999年台湾集集地震余震区——嘉义地区地震的剪切波分裂参数随时间变化的研究

本文利用台湾中央气象局布设的嘉义台CHY、民雄台CHN2和义竹台CHN8记录的地震波形资料,使用波形互相关的SAM分析方法(剪切波分裂系统分析方法),对发生在1999年9月20日台湾集集大地震（M_W7.6）余震区的嘉义M_L6.4和M_L60级地震的震前序列,开展了长达22个月的大震前近场源剪切波分裂参数随时间变化的应力预测研究.研究结果表明,在正常情况下,快剪切波的偏振方向大致近东西向,与嘉义地区最大主压应力场的方向一致,表明该区的各向异性受区域构造应力场控制;根据剪切波分裂参数——快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟随时间的变化,我们认为,临震期慢剪切波时间延迟的快速下降和快剪切波偏振方向90°跳跃事件的频繁发生,可以作为临震期大震应力预测的前兆指标.近场源剪切波分裂参数随时间的变化在揭示震源区应力变化方面将发挥重大作用.     

四川区域地震台网的剪切波分裂研究

通过对成都数字地震台网2000年5月1日——2006年12月31日6年多资料的分析,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了四川地区8个地震台站的快剪切波偏振结果. 结果表明,四川地区大部分台站的快剪切波偏振优势方向主要为NE或NW方向;位于活动断裂上或几条活动断裂交汇部位的台站的快剪切波偏振优势方向,大多数与对选用的小地震起控制作用的活动断裂走向一致,或与区域主压应力方向一致. 但复杂的局部构造会影响剪切波分裂结果, 造成台站的快剪切波偏振优势方向与主要活动断裂走向不一致, 或与区域主压应力相差较大的现象.      

各向异性介质中剪切波振幅-炮检距比值研究的可行性

剪切波分裂的研究可以取得原生岩体的裂隙走向、裂隙密度、裂隙组及其排列成行的微裂隙群区等其它参数的信息。这类信息对研究储集层特征和其它烃类开采的应用是重要的,裂隙密度通常由剪切波各向异性的百分率导出,百分率是由两分裂剪切波之间的时滞测出的。储集层对可检测出的由它造成的时滞可能太薄,因而在一个储集层内的时滞(和裂隙密度)用传统的反射测量法或垂直地震剖面的走时分析法都可能分辨不出来。研究剪切波振幅一炮检距比值(AvO)技术为的是弄清它们能否提供确定薄油储层各向异性参数更为可行的方法.用简单的双层模型研究具有入射角的反射剪切波振幅的特性,对第二层(代表一储层)内充水裂隙和干裂隙就剪切波各向异性百分率的范围内计算了前切波Avo的变化,为的是弄明白能否用剪切波AvO特征波形提取关于储层特性的特征信息.对于细裂隙,剪切波AVO曲线图形对各向异性和裂隙容积的变化是敏感的.广角偏移距反射资料中有着关于裂隙容积的大部分信息,它可以用于增加采油的跨井监测.剪切波AVO的变化可以被采集系统畸变.关于百分率各向异性的大部分信息都包含在以近垂直入射的反射剪切波的振幅之中.本文回顾了垂直入射反射振幅法,提出了一个简单的编图程序用来确定它们在不同储集环境中使用的可行性.     

中国大陆科学钻探孔区的垂直地震剖面调查

苏鲁超高压变质带的研究对了解发生在地幔深处的大陆动力学作用具有重要意义.近年来在此带中进行了大陆科学钻探和以深反射地震为主导的详细的综合地球物理调查,为研究超高压变质带地壳上地幔组构提供了难得的基础资料.根据大陆科学钻探工程的安排,在钻探取心,测井和地面三维地震观测的同时,还在5000 m的钻孔中用三分量数字检波器,对地表激发传播到井中的地震波场作垂直地震剖面（VSP）观测,目的是将传感器放在钻孔内,近距离、高精度和高分辨率地观测井周围由于超高压变质带的构造特征和岩石岩性特征引起的波场变化.通过零偏移距和非零偏移距VSP调查,我们首次在超高压变质带取得了深度达5000 m的精细的横波速度和泊松比等地球物理属性数据,作出了钻井岩心柱、测井、VSP纵波速度、横波速度和纵横波速度比、VSP上行波和地面地震资料的桥式综合对比图,使不同尺度的地质和地球物理调查资料互相连接在一起. 零偏和非零偏VSP观测可以标定主孔地质剖面各深度地质体的地震反射特性、井旁地震剖面上各个同相轴的地质属性,并对井旁局部地质构造作精细成像.由此观测取得的横波速度资料,成为建立孔区横波速度模型主要的资料来源,这种模型也是地面多波观测数据处理不可缺少的.因此,建议在进行大陆科学钻探时尽可能安排VSP地震调查.     

垂直地震剖面的近期发展综述

垂直地震剖面(VSP)是一种小尺度地震勘探方法,具体作法是,将检波器放入井内,记录通过地层的下行波(从地表震源产生的直达波和下行的多次波)和向地面返回的上行波(一次反封波和上行的多次波).这样,由VSP得到的资料包括地下的反针波和透射波,友盖的区域依赖于VSP试验时的几何排列和井附近的构造.木文论述了最近三年中发表的关于地震勘探中的应用以及,补充上Hardage(1983)、Bal比和Lee( 1984)所做的更详细的观测. 当地下构造水平成层而井是垂直的,并且震源接近于井口处时.被VSP记录到的上行波和下行波基本上是垂直传播的,并且通过提供时间一深度曲线和由讨给定区域地下的反升和透封性质的详细分析,VSP能够被用来校准地面记录的地震剖面.这些应用在很大程度上依赖于对信号的处理,如分解上行波和下行波以及研究它们与地面记录的资料之间的关系等. 当地层存在横向变化或者震源与井口存在偏移距时,VSP能够通过提供有关井旁构造的高分辫率的图象来补充地面观刚.近来的研究工作主要集中于通过用共深度点(CDP)叠加和偏移的方法利用反射波来成象.用于反演透扮波走时和振幅的层析成象方法也正在发展,并且当井下排列和有效的井下震源成为可能的时候,它将成为重要的方法.不过,在今后几年中最有意义的进展将是一种可靠的井下三分向仪器的发展,这种仪器有用来确定仪器(放豆)方向和确定仪器与井壁藕合质量的内部装置.     

三维倾斜界面P波共反射点道集NMO速度

为了实现三维倾斜界面真正的共反射点叠加,获得更加精确的P波速度模型,进行可靠的AVO/AVA分析,形成与三维多分量PS转换波共转换点道集配套的技术,在常速介质共反射点精确走时的基础上,推导并给出三维倾斜界面P波共反射点道集近似双曲时距关系及NMO速度;认识到近似时距在偏移距与深度比小于2时具有较高的拟合精度;指出P波共反射点道集NMO速度是P波速度、界面倾角、界面倾向和测线方位的函数,且随测线方位变化而呈现椭圆特征.与P波共中心点道集NMO速度不同.P波共反射点道集NMO速度小于介质速度.且随界面倾角增大而减小;椭圆长轴方向为倾斜界面走向方位,短轴方向为倾斜界面倾向方位.