纵波AVOA垂直裂缝参数反演与运用

包含定向排列的垂直裂缝性储层,可用具有水平对称轴的横向各向同性介质(HTI介质)来描述。通过分析HTI介质的描述和介质中纵波的动力学性质振幅随观测方位角和入射角的变化,给出运用HTI介质中纵波的AVOA特征反演裂缝的拟各向异性系数Gani,以及方位相角Φsym等参数的方法。对一个二层HTI介质模型和实际的宽方位纵波资料进行裂缝参数的反演。数值实验和实际资料的反演结果及分析表明,该方法是可行的。     

基于各向异性AVO的裂缝弹性参数叠前反演方法

基于各向异性理论,将具有水平对称轴的高角度裂缝介质等效为HTI介质。首先,通过分析HTI介质反射界面的纵波反射系数公式,研究裂缝介质振幅随偏移距和方位角的变化特征,探索了方位各向异性介质弹性参数和各向异性参数的叠前反演方法。其次,为更好地估测介质的弹性参数:纵波阻抗IP、横波阻抗IS以及各向异性梯度Γ,对反射系数近似式进行了简化,同时对简化公式的精度进行了对比分析。最后,选取2D逆掩断层模型,利用褶积公式制作不同方位的合成地震道集,并对合成地震道集添加随机噪声(信噪比为2∶1),将其应用于方位AVO叠前反演算法试算中。结果表明,当信噪比为2时,方位AVO叠前反演所得纵波阻抗、横波阻抗及各向异性梯度的估测值与模型真实值基本吻合,而且估测值能够较准确地反映原始模型的地层特征,验证了方位AVO叠前反演算法的准确适用性。     

各向异性衰减与AVO分析

目前,对介质衰减各向异性性质的研究主要集中在均匀介质中,而衰减各向异性对反射地震数据的影响则较少考虑。针对粘弹各向异性盖层/储层反射模型,应用粘弹各向异性分界面反射、透射理论,研究了盖层Thomsen各向异性参数δ、ε变化时模型分界面P-P波、P-S波的AVO响应,分析了盖层中相速度各向异性、品质因子以及衰减各向异性;并综合以上研究结果分析了盖层的衰减各向异性对AVO分析的影响。研究结果表明:粘弹各向异性介质中不仅存在相速度各向异性,还存在衰减各向异性;并且后者的各向异性程度要大于前者,S波的衰减各向异性程度要大于P波。仅考虑界面反射时,随着各向异性参数δ的变化,P-P波反射的临界角位置变化,临界角前后反射系数也发生变化;随着各向异性参数ε的变化,P-P波反射的临界角位置以及临界角前的反射系数几乎不发生变化。盖层的衰减各向异性随各向异性参数δ、ε变化明显,会给AVO分析带来假相,在AVO分析前必须加以校正。     

基于岩石物理模型的裂缝型储层AVOA反演方法

纵波各向异性裂缝预测方法是目前应用比较广泛、效果较好的一种裂缝预测方法；但传统椭圆拟合方法的准确性受到一系列因素的影响，致使裂缝密度反演结果不准确。本次研究根据Ruger方程精确式推导各向异性介质中储层裂缝密度的计算方法，该方法首先利用入射角、方位角、Thomsen各向异性三参数以及介质弹性参数的函数来计算纵波反射系数，然后根据纵波反射系数计算待测储层中裂缝的切向各向异性系数，最后根据各向异性系数计算待测储层的裂缝密度。利用该方法在四川盆地正坝南地区通过实际纵波AVOA数据反演法向和切向裂隙弱度预测裂缝密度，裂缝参数反演结果与钻井信息吻合；表明该方法能够用于裂缝储层预测，确定研究区裂缝发育情况。     

各向异性煤层裂隙流体因子及地震波速度响应

煤层中瓦斯和水的赋存及运移与裂隙的密度、走向、填充物类型等因素密切相关,为了预防和控制矿井突水、瓦斯突出等灾害性事故,进行煤层裂隙的识别和预测研究,对煤矿开采的安全性评价有重要指示作用。基于裂隙等效模型理论,将Schoenberg线性滑动模型与煤层干裂隙（气充填）和饱水裂隙相结合,分析煤层缝隙中流体因子随不同充填物与裂隙弱度参数（裂隙密度、纵横比、体积模量、剪切模量、拉梅系数）的变化特征,并通过对含垂向裂隙的煤储层进行地震波各向异性速度的响应计算。从HTI型煤层理论模型的正演模拟结果可知,模型中裂隙流体因子与裂隙密度和几何形态呈正相关函数关系,而与充填流体体积模量呈负相关。HTI型煤层P波群、相速度对裂隙中的气、水都比较灵敏,SV波群、相速度对干裂隙（气充填）不敏感,SV波群速度对裂隙中的水很灵敏。通过HTI型煤层裂隙流体因子与各向异性速度等参数的响应分析实现煤层裂隙流体预测的可行性,为分析裂隙型煤层地震波传播特征打下基础,为煤层裂隙流体预测提供理论支持。      

基于模拟退火粒子群优化算法的裂缝型储层各向异性参数地震反演

发育垂直定向排列裂缝的地下岩石可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（horizontal transverse isotropic,HTI）介质。针对HTI介质模型,本文研究了裂缝型储层的各向异性参数地震振幅随方位角变化（amplitude variations with azimuth,AVAZ）的反演方法。首先,在地震AVAZ反演流程中,提出采用模拟退火粒子群优化算法实现裂缝型储层各向异性参数反演。之后,通过理论模型测试,验证了基于模拟退火粒子群优化算法的地震AVAZ反演的有效性。最后,将反演方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层实际方位地震数据;在反演之前先利用傅里叶级数方法估计裂缝方位并对实际数据进行方位校正,以提供更准确的输入数据;通过计算得到的P波、S波各向异性参数可用于评价裂缝发育程度。反演结果表明,研究区域构造顶部裂缝较发育,与地质基本理论一致,验证了反演方法的合理性。     

叠前各向异性系数反演及在裂缝预测中的应用

宽方位地震资料波场正演响应特征表明：地震纵波在地下地质体中传播时,反射系数在不同的方向具有明显的方位各向异性特征。利用方位各向异性进行裂缝预测已经成为国内外的研究热点之一。本文通过地震纵波随方位变化的正演响应特征分析,结合Bakulin等提出的含流体裂缝各向异性参数之间的相互关系,对Rüger公式进行了近似简化,推导了裂缝型储层含流体情况下,可以用于表征裂缝发育的各向异性参数γ与反射系数之间的表达式,提出了一种基于各向异性参数反演的裂缝预测方法。通过理论模型和实际资料应用证明了方法的有效性和适用性,为应用宽方位叠前地震资料进行裂缝预测提供了一种可行的方法技术。     

AVO简化方程的物理意义及其在油气识别中的应用

地震反射振幅随炮检距变化研究(AVO)的基本原理是反射系数随入射角的变化而变化。这里从精确的Zoeppritz方程出发，根据Shuey及Hilterman提出的P—P波反射系数计算公式，设计多层地质模型进行AVO正演模拟并合成地震记录，利用地震记录对比讨论了Shuey及Hilterman的简化方程各项的物理意义及其在不同入射角范围内对地震记录的贡献。     

P-SV波反射系数近似及其AVO属性特征

为了使P-SV波反射系数随入射角的变化特征更为明确,便于利用多种属性进行AVO分析和参数反演,本文首先用斯奈尔定律将AKI&RICHARDS给出的P-SV波反射系数近似公式中与横波反射角有关的角度项余弦表示成入射角的正弦,然后对改写后的表达式按入射角的正弦进行二项式展开,对展开结果取前两项,并引入二倍角来保留与入射角有关的角度项余弦对反射系数的贡献,最后得到了一个形式简单、不涉及横波反射角和透射角的P-SV波反射系数近似公式。为了验证新公式的近似精度,我们选用了岩性界面条件下的不同实际含油气砂岩模型进行了定量计算,并与P-SV反射系数公式的解析解及AKI等近似公式进行了对比研究。对比结果表明:新的近似公式以内能够准确反映P-SV转换波的振幅随偏移距变化的规律,体现了很高的近似精度,甚至比AKI等原近似公式的效果还好。在此基础上,通过对新近似公式不同形式的表述,详细分析了不同AVO属性组合反映的背景趋势及在25个不同含油气地层模型上的AVO交绘图特征,同时还讨论了利用这些不同形式的AVO属性来提取密度差、速度差等基本地层参数的过程和构建多种地震属性剖面的方法。通过分析和讨论可以得出:本文给出的近似公式不仅具有较高的精度,而且还可以利用这些新的AVO属性及其组合构成多种属性的AVO交绘图特别是可以构建ΛΡ和ΜΡ型流体因子、剪切模量、及纵横波速比等非常规地震属性剖面。这些结论对于P-SV波AVO分析和多波AVO理论研究都具有重要意义。     

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。     

基于横波分裂的转换波各向异性分析技术及应用

当横波不平行也不垂直穿过裂缝时,会发生横波分裂现象。这里基于横波分裂理论,采用二维分量旋转方法进行转换波分裂分析。为了得到地层裂缝信息,提高宽方位转换波径向分量成像质量,利用宽方位转换波的径向和横向分量资料,完成了多层裂缝介质的各向异性分析。在此基础上,还完成了转换波方位各向异性校正研究。首先,利用分量旋转方法求出第一裂缝介质层的各向异性方向、快慢横波时延等参数;然后,将快、慢横波时延应用于慢波数据进行慢波时延补偿;最后,根据第一层的方位角将快波和补偿后的慢波旋转回原来的径向和横向分量方向。这样,就完成了第一裂缝层的各向异性分析,同时还得到第一层的裂缝方向、裂缝密度、补偿后的径向分量等数据。依此类推,进行以下裂缝层的各向异性分析。该转换波各向异性分析技术已应用于川西XC气田的宽方位三维三分量地震数据处理,不但得到了裂缝参数,而且还消除了宽方位转换波的方位各向异性影响,提高了转换波径向分量的成像质量。     

济阳坳陷罗家地区各向异性页岩储层全波场地震响应模拟及分析

济阳坳陷罗家地区页岩储层的固有各向异性及水平层理发育使得储层呈现VTI（vertical transversely isotropy）各向异性,而VTI各向异性背景下垂直裂缝的发育使得储层进一步呈现等效正交各向异性特征。本文以正交各向异性介质作为罗家页岩油储层模型,在岩石物理建模中应用Backus平均理论将测井尺度的VTI各向异性粗化至地震尺度,并利用Schoenberg理论在VTI各向异性背景中引入垂直裂缝,进而得到正交各向异性等效介质模型,同时考虑裂缝尺度和流体填充等因素。之后,应用各向异性反射率法进行全波场地震正演模拟,计算正交各向异性页岩油储层AVAZ（amplitude versus azimuth）响应,通过振幅的方位特征进行储层裂缝识别。计算结果表明,PP波、PSV波和PSH波方位振幅响应各不相同,且方位振幅分布图的拟合形状可反映裂缝的发育方向,为页岩油储层中裂缝的地震识别提供依据。     

基于Ruger近似式预测裂缝型储层的可行性研究

叠前纵波方位各向异性检测裂缝是目前应用最为广泛的方法,该方法主要是利用AVAZ地震资料椭圆拟合的长轴与短轴信息来评价裂缝,该方法在具体应用时,认为裂缝型储层AVAZ响应特征的变化仅由各向异性参数决定,而没有考虑非各向异性参数的影响,从而引起裂缝评价的多解性。为提高该技术的裂缝评价精度,从模型分析入手,将模型中各向异性参数及岩性参数设置为概率密度分布函数,然后采用Monte Carlo随机方法进行叠前AVAZ正演模拟。首先,对各向异性参数对椭圆拟合的影响进行简单分析,得出各向异性参数γ对椭圆扁率B/A与各向异性因子B影响最大、δ次之、ε最小。然后,进一步重点分析不同标准差的速度与密度模型的B/A与B响应特征,得出地层的速度与密度的变化在较小范围内时,该技术评价裂缝才具有一定的可行性,其中,地层纵波和横波速度的变化（尤其是纵波速度）对叠前AVAZ响应影响较大,地层密度几乎没有影响,故当横向岩性变化较大时,该方法在评价裂缝型储层时的结果具有一定的不确定性。      

利用纵波AVA进行裂缝储层和流体识别

裂缝储层的地震响应表现为各向异性,描述裂缝物理特征参数正柔量和剪切柔量是裂缝密度函数。含气裂缝和含油、水裂缝的剪切柔量相等;而含气时,正柔量不为零,含油、水时,正柔量为零。横波分裂能反演裂缝密度和方位,但是不能指示裂缝中流体类型。近年来,纵波速度和振幅的方位特征检测裂缝得到了广泛应用,这里根据线性滑动模型建立了描述裂缝物理特性参数和各向异性参数之间的关系,分析了流体类型识别的可行性,并利用多方位角纵波AVO反演各向异性参数和柔量参数,以此来预测裂缝中流体类型。     

含裂隙煤层的地震记录模拟

采用线性滑移(Linear Slip Deformation)裂隙介质模型、各向异性弹性波模拟方法,对含裂隙煤层进行了2D2C(二维二分量)单炮记录模拟与分析。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。当裂隙为非垂直时,炮点两侧的反射波能量和振幅出现不对称现象。x分量和z分量的特征明显不同,转换波主要记录在x分量上,横波在x分量上有不可忽视的能量。因此,应用各向异性理论、利用多分量转换波研究煤层裂隙的特征是可能的。     

定向裂缝对地震波速度和振幅影响的比较—实验结果分析

利用垂直定向裂缝模型和MTS岩石物性测试系统，测试了不同材料和不同状态裂缝模型的地震特征响应。对特征响应进行分析和比较后发现，虽然波的传播速度，振幅，吸收衰减，主频均可用来检测裂缝的特征参数，但是裂缝变化对振幅的影响大于对速度的影响。因此，利用地震波的振幅、衰减等属性参数检测裂缝特征比利用速度参数更有效。     

黏弹性和速度各向异性对薄层反射的影响

煤层具有强波阻抗差、低阻抗的特性,对地震勘探来说是一种典型的薄层。因为其黏弹性和速度各向异性导致薄层反射波场异常,为了定量分析黏弹性和速度各向异性对薄层地震反射的影响,针对强波阻抗差薄层模型,基于波动方程数值模拟方法,正演得到弹性速度各向同性、黏弹性速度各向同性及黏弹性速度各向异性的地震波场,并对比分析了3种模型的弹性波地震反射特征。研究结果表明:黏弹性对薄层的反射产生不可忽略的影响,会明显降低薄层弹性波的反射振幅,但黏弹性速度各向同性与各向异性对薄层的弹性波反射影响差异不大。相比于弹性各向同性情况,黏弹性会引起反射纵波（PP波）瞬时频率最大可达8%的改变量,而对转换横波（PS波）仅有3%的改变量,可以忽略不计。上述研究为利用构造煤品质因子极低的特征来预测构造煤提供了可能。      

煤体中直立裂隙的多波地震响应及预测

裂隙探测是煤层气勘探开发与煤矿安全生产的重要研究内容。规则发育的直立裂隙在理论上可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质,本文通过正演记录研究了HTI介质的多波地震响应,分析了裂隙发育方位对横波偏振特性的影响规律,在此基础上分析了利用横波记录的方位角道集获取地下裂隙参数的可行性与基本原理,为便于工业应用,文中研究了一种基于两个水平分量叠加剖面的角度扫描法求取地下目标煤层的裂隙发育方位。实际资料处理证明了该方法的准确性与可靠性。     

各向异性上覆层对裂缝储层地震AVAz影响的模拟及分析

为认识和研究上覆层为VTI时,垂直裂缝发育储层的地震反射AVAz响应特性,提出了相适应的正演模拟方法。该方法类比Shoenberg传播矩阵法中水平慢度分量的表达形式,引入了用入射角、方位角和VTI介质中相速度来表达的水平慢度分量作为输入,简化了各向异性反射率法的框架。利用该方法模拟和分析了各向异性层状模型的地震反射响应随方位的变化,讨论了入射角、上覆层各向异性程度对目标层顶底界面反射波AVAz特征的影响。结果表明,采用适当大的观测入射角进行AVAz分析更为合理,上覆层为VTI时会减弱目标层的AVAz特征。测井尺度理论模型的数值模拟说明了该方法的实用性。     

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。