地震动模拟过程中断层参数的敏感性分析

地震发生后通常无法快速获取较准确的断层参数,这可能会对采用地震动模拟方法进行地震动强度快速评估产生影响。选取美国西部两次地震,采用两种地震动模拟方法,通过改变断层走向、滑移角、倾角和震源深度等主要断层参数进行模拟计算,分析不同参数对地震动参数和反应谱值的影响以及不同方法计算结果的准确性。结果表明:GP方法模拟的结果比EXSIM方法更接近观测值;在参数误差范围内,相比于模拟方法本身的误差,各参数对模拟结果的影响较小,地震动强度快速评估时可以利用较合理的快速反演断层参数进行地震动模拟。     

时移地震非线性反演压力与饱和度变化研究

在现有研究基础上提出基于岩石物理模型和混合优化算法的时移地震反演压力、饱和度变化方法.介绍了混合优化算法原理和适用于疏松砂岩的岩石物理模型,建立了非线性反演油藏参数变化的流程.将本方法用于某油田实际数据标定的疏松砂岩岩石物理模型,分析三组地震属性组合与油藏参数的敏感性并进行油藏参数非线性反演,结果表明敏感性不同的三组地震属性组合均能得到正确结果,表明了方法的稳定性与有效性.油藏参数反演结果整体误差小,证明非线性反演方法不受油藏参数变化范围的影响,优于线性化反演方法.     

地震油藏动态监测的属性表征机理研究

时移地震属性表征油藏参数动态变化机理研究是有效区分不同油藏参数变化,进行时移地震解释的理论基础,是时移地震实际应用的关键环节.从疏松砂岩油藏岩石物理研究出发,计算得到含油饱和度和有效压力变化引起纵、横波速度变化的明显差异.并以此为基础,通过解耦后的地震波动方程模型模拟,分析证明不同偏移距地震振幅对含油饱和度变化响应规律存在差异,分析得到油藏有效压力和含油饱和度变化时P-P反射波和P-S转换波叠前地震属性差异特征,对比分析了油藏有效压力和含油饱和度变化时的P-P反射波和P-S转换波AVO(Amplitude Versus Of fset,振幅随偏移距变化)属性变化规律和差异特征.理论模型研究结果证明了利用叠前时移地震信息(叠前地震属性和地震AVO信息)区分不同油藏参数动态变化的可行性和在有效提高时移地震资料解释精度方面的潜力.同时,研究也表明针对目标油田深入理解油藏参数变化的时移地震响应机理对制定有效的时移地震资料处理和解释方案十分重要.     

时移地震资料贝叶斯AVO波形反演

针对时移地震差异数据,给出了一种基于贝叶斯理论的AVO波形反演方法.该方法可以利用时移地震差异数据同时反演出纵波阻抗、横波阻抗和密度的变化.利用时移地震资料进行反演,由于采集和处理过程中存在一定的差异,不同年份地震资料在非注采过程影响区域也会存在一定的变化,而该变化会导致反演结果在非注采区域有较大的变化.针对这一问题,本文采用贝叶斯理论框架,将待求的纵横波阻抗、密度变化的先验信息和包含在地震数据中的信息结合起来,对于纵横波阻抗和密度变化,假设其服从Gauss分布,并以时移地震分别反演的结果作为其期望,同时,为了更好地表征储层属性变化,提高分辨率和抑制非注采区域弹性参数的变化,假设弹性参数变化的导数服从改进的Cauchy分布.数值模拟试验和实际资料处理结果皆表明,本文提出的反演方法能够有效地抑制假象,突出储层性质的变化,得到高分辨率的弹性参数变化信息,为研究储层属性的变化和优化开采方案提供更多的有效的信息.     

考虑地震动特性的饱和砂土震陷计算方法

为探究地震动特性对砂土震陷的影响,提出合理的震陷评价方法,本文利用开源有限元平台Open Sees对饱和砂土自由场地震陷进行数值模拟,研究了地震动维度和方向角对砂土震陷的影响,以震陷比为评价指标,分析了水平单向荷载简化二维荷载的合理性,并对震陷和震陷比与地震动强度参数进行相关性研究,提出了考虑地震动特性的饱和砂土震陷计算方法。结果表明:饱和砂土在地震动水平双向荷载作用下的孔压和震陷均大于单向加载结果,但小于两个单向荷载分别施加产生的结果之和,也小于任一单向加载下结果的2倍;地震动方向对震陷比影响显著,且不同地震动得到的最大震陷比对应的方向角存在差异,表明采用某一确定方向的一维荷载简化分析二维荷载的方法并不合理;震陷量与地震动强度参数Sa(0.6 s)和VSI相关性较好,以VSI为参数提出的预估公式可快速计算震陷量;砂土相对密度越大,计算结果越准确。     

地震尺度下碳酸盐岩储层的岩石物理建模方法(英文)

碳酸盐岩油藏的强非均质性以及孔隙结构的复杂性,使得作为连接油藏参数与地震参数重要桥梁的岩石物理模型,以及作为油藏预测和定量表征最有效工具的流体替换成为岩石物理建模的难点与重点。在碳酸盐岩储层复杂孔隙结构与地震尺度下碳酸盐岩储层非均质性分析基础上,研究采用岩石网格化方法,将地震尺度下非均质碳酸盐岩储层岩石划分为具有独立岩石参数的均质岩石子体,根据岩石孔隙成因与结构特征采用不同岩石物理模型分步计算岩石子块干岩石弹性模量,并根据不同孔隙连通性进行流体替换,计算饱和不同流体岩石弹性模量。基于计算的岩石子块弹性模量,采用Hashin-Shtrikman-Walpole弹性边界计算理论方法实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数计算。通过对含有不同类型孔隙组合碳酸盐岩储层模型的弹性模量进行计算与分析,明确不同孔隙对岩石弹性参数的影响特征,模拟分析结果与实际资料认识一致。     

核设施一维土层地震反应分析中的参数不确定性

本文概述了一维土层地震反应分析等效线性化方法评价结果不确定性研究的进展,比较了中美两国核设施土层地震反应分析中参数不确定性的处理方法。基于实测数据,令参数随机变化,建立土层剖面模型,采用随机振动理论方法,分析了土层动力特性、剪切波速、基岩地震动输入界面对评价结果的影响。结果表明,土层剪切波速的不确定性对评价结果影响最大,主要表现为加速度反应谱平台段的延长。对比参数随机变化模型和最佳估计模型的计算结果可知,随机振动理论反映了土层对基岩地震动的影响,将随机模型分析结果的中值加减1倍标准差基本可以包络最佳估计模型的分析结果。     

基于Gassmann方程流体替换的影响因素分析

岩石物理是将地震数据与油藏特性和储层参数联系到一起的理论基础.流体替换是岩石物理分析中的重要手段,而Gassmann方程是流体替换中最重要的理论基础之一.因此,研究Gassmann方程中的各个参数对结果的影响是十分必要的.本文分析了Gassmann方程的理论基础,并探讨了方程中岩石参数和流体参数的求取方法,重点分析了方程中的各参数误差对结果的影响,认为岩石密度和剪切模量对流体替换后的纵横波速度影响较大.研究结果为利用地震资料和测井资料进行流体替换提供了指导和参考作用.     

沥青心墙压实度的探地雷达探测研究

沥青心墙是水利水电工程的一种重要的防渗形式,其质量直接关系到工程的安全.压实度是评价其质量的重要指标,常采用取芯后实验室来测定,虽然探测结果可靠,但破坏性大、周期性长以及连续性差.我们采用探地雷达方法来评价沥青心墙的压实度.为消除沥青心墙的侧壁和两侧的堆石对探测结果的影响,本文模拟了雷达波在沥青心墙中传播,得出没有侧壁和堆石反射波影响的有效探测深度.并利用实测数据提取沥青心墙的雷达波属性如振幅、主频以及瞬态谱等,结合采样获得的孔隙度和密度,得出其与属性参数间的关系.研究表明,这种方法可以直观、快速、连续的反映心墙压实度变化,为工程质量的检测提供很好的依据.     

高频地震动随机模拟方法研究

基于地震动时程记录、震源破裂过程和场地模型的近断层强地震动模拟方法是目前估计地震动输入的重要方法之一,也是岩土地震工程研究的热点问题之一。由于大部分建筑自振周期在3.0 s以内,因此对地震动的高频成分更为敏感。本文以适用于模拟高频地震动的随机模拟方法为研究对象,系统地归纳和总结了该方法的研究历史和现状,详细介绍了其模拟的原理,并评述了随机点源模型和有限断层模型的特点。在此基础上,针对该方法中存在的一些问题,开展了深入系统的研究,主要研究工作和取得的成果如下:(1)建立了拐角频率和震源破裂速度的关系。推导了震源谱中拐角频率的表达式,明确了推导过程中的假设条件和适用范围,阐明了拐角频率在不同的假设条件下有不同的表达式。结果表明,无论是点源模型还是有限断层模型,拐角频率应和破裂速度有直接的联系。本文给出的拐角频率和破裂速度之间的表达式,可以弥补Boore和Motazedian有限断层模拟程序在理论上的不完善和矛盾之处,在理论上补充和完善了拐角频率的表示方法。(2)统计分析了汶川特大地震主、余震高频衰减参数kappa的分布规律。通过对不同场地、不同震级、不同距离下强震记录的分析,本文认为,高频衰减参数kappa和震级、震中距、场地以及统计的频段有关,同时也存在一定的随机性,且随机性的影响有可能更大。结果表明,水平向强震记录的kappa值大于竖向的,同时发现一定比例的竖向强震记录甚至表现出高频增大的趋势。对于水平向强震记录,在震中距或震级较小的时候,也可能会出现高频增大的情况。按照我国抗震设计规范的场地分类方法,将台站分为三类场地,分别统计了Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地kappa值随震级和震中距的变化规律,并给出了拟合公式。(3)提出了一种确定输入参数的方法,给出了地震动随机模拟方法中主要输入参数的取值范围,并分析了输入参数取值对地震动模拟结果的影响。本文利用随机模拟方法,分析了应力降、震源处密度、破裂速度、剪切波速、品质因子、高频衰减参数等输入参数对地震动峰值加速度PGA、反应谱Sa和放大系数β的影响。结果表明,上述输入参数取值变化对模拟结果的PGA均有一定的影响,按照敏感程度依次为应力降、高频衰减参数kappa、品质因子Q_0、震源处密度、破裂速度、品质因子指数、剪切波速。其中,kappa对放大系数β的影响最大,会改变放大谱的形状,其他输入参数的变化对放大系数β影响则很小,因此输入参数的取值变化对反应谱的影响主要取决于对PGA的影响程度。针对输入参数对模拟结果的影响程度,本文对输入参数的取值提出了相应的建议。在缺少反演结果的情况下,对于较不敏感的参数,可以在经验值范围内选择;对于敏感的参数,则需要搜索一个最优值使得各台站模拟记录与实测记录之间的误差最小。这一方法可作为随机模拟方法输入参数取值的参考依据。(4)利用随机有限断层模拟方法模拟了鲁甸M_S6.5地震的基岩台记录,提出了一种地震动模拟的工程方法。本文分析并总结了鲁甸地震震源机制的反演结果,结合本文对拐角频率的改进和输入参数的确定方法,利用随机有限断层模拟方法模拟了鲁甸地震基岩台的加速度时程。从结果来看,模拟地震动的峰值加速度PGA和反应谱均与实测结果较为接近,这表明随机有限断层模拟方法可以用于模拟近场地震动,也验证了本文的研究结果的合理性和可行性。对于没有强震记录对比的工程场地,本文提出了一种工程方法,它的原理是将反应谱的模拟分为PGA和放大系数包络线两部分内容分别合成,PGA的取值范围由随机模拟方法和地震动衰减关系联合确定,采用随机模拟方法确定放大系数的包络线。这种方法考虑了不同相位谱对地震动的影响,并结合了地震动衰减关系的研究成果,可以提高模拟地震动的精度,并给出了多条地震动时程曲线,拟合得到的时程反应谱包络线可以有效涵盖实测记录。该方法可用于模拟缺少强震记录工程场地的地震动。     

基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型的横波速度和各向异性参数预测

高角度缝隙充填的碳酸盐岩储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质.本文提出了适用于裂缝型碳酸盐岩的岩石物理模型构建流程,重点介绍了在碳酸盐岩各向同性背景中,综合利用微小裂隙模型和线性滑动模型添加缝隙系统,并分析了当缝隙充填不同流体时,各向异性参数随纵横波速比的变化特征.同时本文讨论了裂缝密度和缝隙充填流体对地震反射系数的影响,推导了不同类型流体充填时储层反射系数与裂缝密度的近似关系式,阐述了各向异性流体替换理论,最终实现饱含流体碳酸盐岩裂缝储层的纵横波速度和各向异性参数的估测.选取某碳酸盐岩工区A井对该方法进行试算,结果表明基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型估算的纵横波速度值与测井值吻合较好,而且估测所得的各向异性参数值也能够较好地反映出裂缝储层位置.     

碳酸盐岩孔隙结构参数构建与储层参数反演(英文)

碳酸盐岩储层孔隙结构相对碎屑岩更复杂,常用的岩石物理模型不能较好的描述其孔隙结构的变化规律,且岩石孔隙结构的差异较大程度上会影响岩石的弹性性质。本文首先利用岩石薄片分析了碳酸盐岩的微观孔隙结构。然后基于Gassmann方程和Eshelby-Walsh椭球包体裂缝理论,在合理的假设前提下给出了一种新的岩石物理建模方法,并且从中提取了一个参数来表征孔隙结构的变化规律。最后,基于全波列测井数据,我们利用该方法计算了单井的孔隙度,并与用常规方法预测的结果进行了比较,同时进行了地震储层参数反演。研究结果表明,孔隙结构对岩石的弹性性质的影响较大,且新的建模方法预测的孔隙度误差仅为0.74%。因此,该方法可有效的减小孔隙结构对计算各岩石弹性参数的影响并提高孔隙度的预测精度。     

流体替换方法研究及应用分析

流体替换即为从一种孔隙流体状态下的岩石物理参数计算出另一种流体状态下的岩石物理参数.流体替换对于地震属性分析具有重要作用,其为解释人员进行AVO(振幅随偏移距变化)及四维地震研究提供了正演模拟及定量分析的工具.通常流体替换都是采用基于wood方程的Gassmann流体替换方法.本文借鉴Patchy saturation模型,及Brie经验模型分别提出了针对流体不均匀分布的Patchy saturation模型流体替换方法,及基于经验关系的Brie经验模型流体替换方法.并基于岩石物理实验比较分析了以上三种流体替换方法.通过目标区岩石物理分析,可以从中优选出更合适的流体替换方法,从而为流体的地震响应分析提供正确的指导.     

Verification of precarious rock methodology using shake table tests of rock models

Precariously balanced rocks in seismically active regions are effectively upper-limit strong motion seismoscopes that have been in place for thousands of years. Thus, estimates of the dynamic toppling acceleration of these rocks (through rigid body rocking) can provide constraints on the peak ground accelerations experienced during past earthquakes. We have developed a methodology that uses a two-dimensional numerical code to calculate the dynamic rocking response of precarious rocks to realistic ground acceleration time histories. Statistical analyses of the dynamic response of these rocks to a range of synthetic seismograms, as well as strong motion records, can provide important information about the ground motion attenuation curves and seismic hazard maps. We use shake table tests to investigate the dynamic rocking response of 13 wooden rectangular blocks of various sizes and aspect ratios subjected to realistic seismograms and compare the results with those of numerical tests. Our results indicate good agreement between the shake table and numerical results.     

北京市区小区域地震影响

文中研究了北京及其周围地区的历史地震和地震地质资料,并在此基础上估计了基岩运动的参数。众所周知,局部地质、地形和土质条件等许多因素对给定场地的地面运动特性都是有影响的。本文着重考虑了土层的特性对地面运动的影响.作为分析工作的基础,我们研究了北京地区典型土层的动力特性。为了分析市区各场地上的地震反应,我们将它分成面积大体相等的许多网格,对于每一网格都分析了相应土层柱状在指定输入运动下的地震反应,通过电子计算和绘图装置将结果用许多图件表示,从而给出了不同场地上地震反应谱和强震地面运动的地区分布。这些图件可用来作为制定土地利用和防震规划的参考。我们根据市区每一地点的计算反应谱和典型结构的平均周期确定了相应结构的地震系数,结果已绘成等值线,这些图件可作为典型结构的震害预测和抗震设计的参考。      

天水地震区深源岩石在1000MPa高压下的状态参数特征

本文重点介绍了天水地震区产出的深源岩石在１０００ＭＰａ高压下，测得的岩石的密度、纵横波速度和计算的波阻抗随压力的变化。发现不同时期产出的不同种类的深源岩石，它们的高压状态参数值变化范围很窄。压力上升到４００ＭＰａ以后，岩石的密度、纵横波速度的变化很小，几乎观测不到其变化。本文简单地讨论了岩石在４００ＭＰａ以上高压状态下，上述参数值变化不大的原因，并对４００ＭＰａ压力下取得的高压状态参数值做了实用误差分析，结果表明：在不考虑温度情况下，该压力下获得的状态参数值在实际应用中完全可以代替更高压力状态下（４００ＭＰａ－２０００ＭＰａ）的测量值。因此４００ＭＰａ特征压力下取得的岩石状态参数值对人工地震测深解释和重力解释仍是有参考意义的。     

孔隙、裂隙介质弹性波理论的实验研究

近年来发展起来的“孔隙、裂隙介质弹性波理论”提高了人们对实际岩石声学性质的模拟和预测的能力.作为对这一理论的实验验证和重要应用,我们将它用来模拟和解释岩石超声实验中测得的干燥和饱和岩石弹性波速度随压力的变化曲线.理论模拟的重要参数,如岩石的裂隙密度等是从实验数据反演得到的.结果表明：无论是孔隙度较高的砂岩,还是孔隙度很小的致密岩石,如花岗岩,该理论都能很好地描述岩石在干燥和饱和状态下纵、横波速度随压力的变化.造成波速变化的原因是岩石中裂隙在压力作用下的闭合和裂隙密度的减少.本文的结果还指出了将岩石裂隙密度作为描述岩石的重要物性参数,并给出了从实验室超声测量中确定这一参数的方法.     

测井数据岩石物理参数敏感性的应用研究

利用测井资料所获得的基本参数进行岩石物理参数敏感性分析,可以较大提高含烃岩石的识别能力。本文讨论了对地震属性敏感性高的参数的选择及其使用方法,以便提高流体和岩性的识别能力。为了更好的与地震数据解释相结合,我们在敏感性参数空间构造了研究区的岩石物理模板,用以指导实际地震数据定量解释。     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关系,并进一步通过三维数字岩心的孔隙度计算其电导率.该方法计算得到的人工砂岩样品的电导率与其三维数字岩心电导率相关系数高于96%,验证了基于二维图像的数字岩心电导率计算方法的有效性.本文的研究结果为快速、准确地计算岩石电导率提供了新的思路,在油气勘探开发中有广阔的应用前景.     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.