含流体复杂孔隙介质地震波衰减与频散

含流体孔隙介质中地震波的速度频散和衰减在指导复杂储层含油气性识别领域具有重要意义.本文构建了包含微观挤喷流与介观层间流影响的跨尺度模型, 并使用求解介质等效模量的方式得到了模型中地震波的频散速度与衰减因子, 克服了前人在高频段计算结果出现异常值以及不同尺度衰减峰无法分离的缺陷.在该双尺度模型的基础上, 本文又综合考虑宏观尺度Biot流, 将三种地震波衰减理论耦合, 建立了相对统一的三尺度地震波衰减岩石物理模型.在Biot理论框架下, 分析了非均匀性流体、孔裂隙结构、微观挤喷流以及介观层间流对流体压力与弹性模量的影响, 得到了该三尺度模型中地震波的波动方程, 并求解得到了相应的地震波衰减与频散曲线, 分析了不同介质参数对衰减与频散曲线的影响.我们推导了在该模型上覆均匀各向同性介质情况下, 分界面处各类极性波的反射、透射系数特征方程, 并得到了随频率以及入射角变化的反射、透射系数三维曲面.

     

流体饱和周期性层状孔隙介质模型平行层面传播的纵波频散和衰减研究

孔隙介质中的地震波传播一直是油气地震勘探领域的研究热点和难点问题.该科学难题源自不同尺度的裂隙、孔隙、溶洞与岩石骨架之间的耦合作用,导致地震波场特征复杂.目前相关的研究主要集中于探索孔隙介质中地震波的传播机制及地震响应的特征与变化规律,包括对地震波在复杂孔隙介质中传播,进行比较精确的数学物理描述以及数值实现.地球物理学家们集中于研究垂直于地层层面方向入射的地震波频散和衰减,而忽略了实际地球介质中的地震波是以任意角度(方向)入射并进行传播的普遍性情况.在前人的研究基础上,本文的创新之处在于将纵波的入射方向扩展到平行于流体饱和的周期性层状孔隙介质模型层面方向.针对流体饱和的周期性层状孔隙介质模型,提出了介观波致流(Wave-induced Fluid Flow, WIFF)对流体饱和孔隙层状介质中平行于层面方向入射的纵波频散、衰减及频变各向异性的新模型.利用准静态Biot孔弹性方程推导出了模型的孔隙压力、流体流动速度、平均应力和平均应变等物理量的解析表达式,进而得到流体饱和的周期性层状孔隙介质复纵波模量的精确解析解．然后,利用复纵波模量讨论了纵波速度频散、衰减和频变各向异性特征,讨论了背景...     

TTI介质qP波入射精确和近似反射透射系数

介质各向异性是影响振幅随炮检距变化(AVO)的重要因素之一.本文将Aki和Richards以及Rüger的方法进行推广,推导出两个弹性倾斜横向各向同性(TTI)介质密接条件下平面波反射和透射系数及其近似式.从位移波函数出发,利用位移连续和应力连续边界条件,建立了TTI介质qP波入射的拟Zoeppritz方程,求解得到精确反射透射系数.在此基础上,利用弱各向异性近似和介质分解理论,推导了TTI介质qP波入射近似的反射透射系数.近似式的物理意义明确,而且精度较高.PP反射系数近似式表明,垂直横向各向同性(VTI)不影响P-P波反射系数的截距(入射角为0时的反射系数),只对梯度有直接影响;而TTI既影响截距,又影响梯度.对于VTI介质,各向异性参数δ控制小角度反射系数,而ε影响大角度入射.但是对于TTI介质,参数ε和δ对小角度反射系数和大角度反射系数都有影响.     

孔隙介质弹性波频散—衰减理论模型

储层地球物理学中,孔隙介质的各类弹性波模型常用于了解地层岩石物理性质.本文介绍了含油、气、水等物质的多相孔隙介质弹性波频散和衰减研究进展,给出了流体饱和与部分饱和孔隙介质中波传播的物理模型综述.根据孔隙介质中的固、流体分布情况,从相关基础理论和实验研究工作等方面出发,在宏观、微观和介观尺度上对流体替换、Biot孔隙力学、喷射流、Biot喷射流(BISQ)、等效球体癍块饱和、双重孔隙介质局部流动等现有主要合流体孔隙介质速度频散和衰减理论进行了回顾.研究表明,应力松弛过程是弹性波频散和衰减的基本机理,该过程由平衡特征时间刻画.该特征时间与孔隙介质的渗透率、流体粘性和体积模量紧密相关.当波频较低时,特征时间小于波周期,压力平衡得以发生,可以用等效流体模型描述波速;反之,当波频较高时,局部压差始终保持较高水平。整个骨架体积模量升高,等效模型面临困难,发展出斑块饱和模型.在分析了各类模型理论框架适用性以及所面临困难后,我们对未来研究方向给出了一些有意义的探讨.     

粘弹性介质P波反射透射系数近似及对比分析

随着油气勘探的发展,勘探的重点已逐渐转向岩性油气藏、隐蔽油气藏.理想弹性介质有时并不能解释许多复杂的实际问题.因此,本文是在粘弹性介质精确Zoeppritz方程的基础上,根据介质的分解理论,将均匀各向同性介质当作背景,将弹性参数的变化和粘弹性参数(品质因子和衰减角)均看成扰动,推导出了P波入射到粘弹性界面的反射透射系数近似公式,并利用四类AVO典型界面模型对反射系数近似公式进行分析与比较,一方面验证粘弹性近似式的正确性,另一方面进一步得到粘弹性介质地震波反射特征,为以后粘弹性近似式的应用提供了理论指导.     

流体-孔隙介质界面震电反射和透射系数的简化表达式

震电测井和海洋地震勘探中均遇到流体-孔隙介质界面.对于平面声波入射平面界面模型, 本文利用前人给出的震电反射和透射电磁波的电场式, 导出了震电反射和透射系数的表达式, 其中声波与电磁波的物理参数是解耦的.在给定介质参数和入射角且已知三类弹性体波的透射系数时, 就能通过该表达式计算震电反射和透射系数.该表达式对于所有入射角都是成立的, 当入射角为复数时对应非均匀平面波入射的情况.利用电磁波数远小于界面切向波数的前提条件, 将震电反射和透射系数的表达式化简为了简化表达式.简化式中与快纵波、慢纵波和横波有关的量均以透射系数与渗-固位移比的乘积形式出现, 而动电耦合系数、电导率和渗透率以乘积形式作为一个整体出现.简化式表明, 孔隙介质中的快纵波、慢纵波和横波通过渗流位移势影响震电反射和透射系数.数值算例表明, 当平面声波入射角不是极其小时, 震电反射和透射系数的简化式是适用的; 快纵波对震电反射和透射系数的影响可以忽略.震电反射和透射系数的简化表达式不仅简化了震电波场的计算, 而且明确表达了三类弹性体波引起反射和透射电磁信号的物理因素, 为地下和海底储层的参数反演提供了思路.

     

基于快速广义反射透射系数方法的面波群速度计算

在利用实际地震资料反演地球内部结构时,群速度往往比相速度更有意义.本文在水平层状均匀介质模型中,用快速广义反射透射系数方法（Pei,2008）计算了基阶瑞雷面波的群速度,并推导了Chen(1993) 4×4 层矩阵E的逆的解析表达式.文中用数值实验的方法合成了两个典型模型的群速度频散曲线,并与复合矩阵方法计算的结果进行了对比,结果表明本文的方法是切实可行的,与广义反射透射系数方法相比明显地提高了计算效率,尤其是在高频、层厚度大和层数多的情况下表现得更为突出.     

层状孔隙介质孔隙度对地震属性影响分析

孔隙度是储层的重要参数之一,学者提出了多种根据地震属性分析孔隙度大小的方法.然而,层状孔隙介质中孔隙度对地震属性的影响至今没有系统的论述.鉴于此,本文建立了两种类型储层:其一为深度压实,固结程度好的储层;其二为欠压实,固结程度差的储层.对于上述两种类型储层,通过理论和数值模拟,分析了孔隙度对地震属性(与频率相关)的影响.研究表明,对于深度压实储层,反射系数随孔隙度的增加而减小;对于欠压实储层,反射系数随孔隙度的增加而增加.     

含夹层孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

研究地震波在含黏性流体孔隙介质中的传播特性,对于识别油气储层、刻画流体边界、判识油水界面等有重要作用.通常利用地震波在孔隙介质分界面上的反透射系数特征,来实现这些方面的研究.顶、底层孔隙介质之间存在含黏性流体孔隙介质夹层时,夹层内岩石骨架、孔隙因子、孔隙流体等参数会对反透射系数产生影响.本文推导出含夹层孔隙介质分界面上的反透射系数方程,针对方程建立不同孔隙度的含夹层孔隙介质模型;基于模型实现孔隙介质分界面上的反透射系数特征研究,分别分析不同夹层厚度、不同频率情况下,反透射系数随入射角的变化规律.研究表明,快慢纵波及横波的反透射系数都会受到孔隙夹层的影响,受影响程度主要取决于夹层厚度和地质背景等因素;慢纵波反射和透射系数数值极小,且后者随夹层厚度的增加而迅速衰减;频率通过反透射系数方程本身和地震波速度两个因素直接或间接的影响地震波反透射特征,其值的增加会引起快纵波和横波反透射系数不同程度的衰减.     

HTI煤层介质槽波波场与频散特征初步研究

煤层内裂隙较为发育,具有明显的各向异性.目前槽波理论研究以各向同性介质为主,对HTI介质中槽波及其频散性质研究很少.本文以弱各向异性、含垂直裂隙HTI煤层介质为研究对象,研究了HTI煤层介质中的三维槽波波场,采用交错网格高阶有限差分法模拟槽波,推导了三层水平层状HTI煤层介质的Love型槽波理论频散公式和振幅深度分布,分析了HTI各弹性参数对频散曲线的影响.HTI介质和各向同性介质基阶Love槽波频散曲线差异较小,高阶较大;煤厚主要影响Airy相频率,而Airy相速度不变;煤层v_s对Airy相速度影响很大;煤层γ对基阶Love槽波影响很小,高阶稍大.各波偏振方向不再与波的传播方向平行或垂直,而是呈一定夹角.利用基阶Love槽波频散曲线推测裂隙发育较为困难,可利用高阶频散曲线.

     

周期性层状含孔隙、裂隙介质模型纵波衰减特征

地震波在含孔隙、裂隙斑块饱和介质传播过程中会诱发多个尺度孔隙流体流动而产生衰减和速度频散.在含有宏观尺度“Biot流”和介观尺度“局域流”衰减诱导机制的周期性层状孔隙介质模型基础上,引入了微观尺度硬币型和尖灭型裂隙“喷射流”的影响,构建了周期性层状含孔隙、裂隙介质模型.利用双解耦弹性波动方程的方法数值计算了该模型地震频带的纵波衰减和速度频散并与周期性层状孔隙介质模型做了对比研究.分析了该模型在不同裂隙参数（裂隙密度、裂隙纵横比）及裂隙体积含量下的纵波衰减和频散特征,裂隙密度越高对于纵波衰减和频散的影响越大,裂隙纵横比越小,由裂隙引起的纵波衰减部分向高频段移动,裂隙体积含量越少,纵波衰减先降低后小幅增加再降低,频散速度增加,并逐渐接近于周期性层状孔隙介质模型的纵波衰减和频散速度曲线.最后研究了周期性层状含孔隙、裂隙介质模型有效平面波模量的高低频极限以及流固相对位移在该模型中的分布特征.     

含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

地下岩石由岩石骨架和孔隙流体组成,通常流体含黏性.地震波在地下介质中传播时受岩石骨架和黏性流体的影响会呈现出复杂的变化.本文将流、固体位移和应力连续作为边界条件,推导出含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数方程;通过建立上层为饱油、下层为饱盐水的砂岩孔隙介质模型,开展反透射系数特征研究,分别分析不同频率、不同黏滞系数条件下,含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数随入射角的变化.研究表明,孔隙介质分界面上和等效介质分界面上的反透射系数分别随入射角的变化趋势基本一致,说明方程推导和数值计算的正确性;快纵波反透射系数受频率、流体黏性的影响较小,而快横波反透射系数在一定入射角范围内受频率、流体黏性的影响比较大;由于黏性孔隙流体的作用,慢纵波和慢横波的反透射系数受入射角、频率及流体黏性的影响都很大.

     

含两项不混合/单项黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

弹性孔隙介质分界面上的反透射系数特征,在岩性划分、流体识别、储层边界判识等方面有重要的应用.本文研究上层为含两项不混合黏性流体孔隙介质、下层为含单项黏性流体孔隙介质分界面上的反透射理论.首先根据两种孔隙介质分界面上的能量守恒得到边界条件,再将波函数、位移、应力与应变关系代入边界条件,推导出完全连通孔隙情况下,第一类纵波入射到孔隙介质分界面上的反透射系数方程.通过建立砂岩孔隙介质模型,分别分析不同孔隙流体类型、不同含油饱和度及不同入射角情况下,各类波的反透射系数特征.研究表明,第二、三类纵波反透射系数数值比第一类纵波小多个数量级,且两者对入射角的变化不敏感,但对孔隙流体性质、含油饱和度的变化较敏感,而横波反透射系数特征恰好与此相反;第一类纵波反透射系数特征比较复杂,入射角、孔隙流体的性质及含油饱和度的变化都对其产生影响.不同孔隙流体弹性物性的差异、孔隙介质中含油饱和度的变化及不同入射角引起垂向和切向应力分量的变化都会影响各类波的反透射系数特征,分析这些特征可以为研究储层含油气性提供理论基础.

     

Calculation of reflection and transmission coefficients for qP waves incident on a planar interface between isotropic and triclinic media

In the paper by Chattopadhyay and Rajneesh (2006, “Reflection and refraction of waves at the interface of an isotropic medium over a highly anisotropic medium’, Acta Geophysica, vol. 54, no. 3, pp. 239–249), the authors proposed a process to calculate R/T (reflection and transmission) coefficients at the interface between isotropic and triclinic half-spaces, with incident qP waves in triclinic media. Unfortunately, besides several misprints, the authors made a fatal assumption that there is no transmitted SH wave generated in isotropic media, which led the successive analytical derivations and numerical calculations thoroughly wrong. In this paper, the errors are analyzed at length and corrections are given. Then an alternative approach to solve the problem is proposed and numerical results are shown and discussed.     

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.     

球面波PP反射系数的频变特征研究

与平面波反射系数相比,球面波反射系数可以更精确地描述实际地震波的反射特征.近些年关于球面波的研究主要聚焦于球面波反射系数随入射角的变化规律,很少对球面波反射系数随频率的变化（频变）做详细研究.为了更全面地了解球面波的反射机制,本文研究了两层弹性介质中球面波PP反射系数（幅值和相位）的频变规律.文中基于经典的Sommerfeld积分构造球面波PP反射系数,通过自适应的Gauss-Kronrod求积算法对其进行稳定的数值计算.数值试验发现,对于不同的介质参数,球面波反射系数表现出了复杂的频变规律.尤其是当平面波反射系数为零时,对应的球面波反射系数是非零的,且球面波反射系数的相位随频率增加在高频趋近于90°或-90°,即此时球面反射波相对于入射波会有90°的相位旋转.对四类AVO模型的测试表明,球面波反射系数与平面波反射系数在临界角附近和低频时差异很大.     

层状介质井中电测数值计算及其应用研究

采用Gauss-Laguerre求积公式对层状介质井中电测地-井方式的ΔV1（电位梯度）、ρa参数进行了理论计算.大量的正演数据揭示在层状介质情况下,井中电测地-井方式观测可以获得台阶异常,与相应的地电层相对应;低阻覆盖层和中间低阻层对井中电测影响很大,厚层覆盖区对地-井方式观测不利;水槽模拟和应用实例表明,分析实测资料时,要考虑层状介质ΔV1、ρa的正常场特征,对实测数据进行正常场改正,分析正常场改正后的ΔV″1异常效果较好.     

黏弹各向异性介质中波的反射与透射问题分析

黏弹各向异性介质中传播不均匀波,其反射、透射模式不仅与介质分界面两侧速度对比有关,还与品质因子Q的对比有关. 用伪谱技术模拟黏弹各向异性介质分界面上波的反射、透射,并与弹性各向异性介质、黏弹各向同性介质和弹性各向同性介质的模拟结果做比较. 计算平面波的反射、透射系数,分析介质的黏弹性和各向异性对反射、透射系数的影响. 数值模拟了一个三层介质模型中的波场,分析两个分界面上产生的反射波的特征. 黏弹各向异性介质中,qS波比qP波衰减程度大.