基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析

在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.     

干岩石体积模量估计

基于岩石物理理论和经验方程,讨论了几种干岩石体积模量的计算方法,包括:①利用饱和(或部分饱和)岩石数据计算;②缺少横波数据时利用岩石纵波速度估算;③利用孔隙度与体积模量关系估算;④利用统计关系处理.这些方法是针对实际地震数据解释或岩石物理模型研究时估计岩石体积模量的需要而提出的.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.     

基于粒子群算法的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

提出了基于粒子群算法的页岩孔隙纵横比反演以及横波速度预测的方法.基于岩石物理模型,建立岩石纵、横波速度与密度、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,利用传统遍历搜索方法和粒子群算法两种方法计算最佳孔隙纵横比,使理论纵波速度与实际纵波速度的误差最小,并以孔隙纵横比作为约束进行横波速度预测,将预测结果与实测横波速度对比,验证了粒子群算法的有效性和精确性.反演结果表明页岩部分的孔隙结构比围岩部分的孔隙结构更加的稳定,利用粒子群算法的预测结果比利用传统算法的预测结果更加准确.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.

     

基于三元柯西约束AVO反演的横波精细估算方法

横波速度是保证地震波正演模拟、岩石物理分析与叠前反演应用的重要参数.其在储层预测中的作用显著.为了提高缺失横波的估算精度.本文提出了一种基于三元柯西约束AVO反演的横波速度精细估算方法.首先.在褶积模型的假设前提下,基于贝叶斯反演框架研究了以三元柯西分布为先验正则约束的AVO反演算法,通过模型试算验证了反演参数的可靠性;然后将其应用于横波速度预测.利用Xu White岩石物理模型和测井约束反演方法计算初始横波速度,以此作为三元柯西约束AVO反演的横波输入,通过在反演过程中不断修正参数,使得横波速度的估算结果更加符合实际地下情况;最后将方法应用于实际工区,应用结果表明精细估算方法有效的提高了横波预测的精度和可靠性.     

利用叠前Kirchhoff积分偏移识别小断裂与低幅度构造

利用常规地震剖面精细解释小断层和低幅度构造存在较大困难.本文利用纵波和横波速度模型对采集得到的二维地震数据进行叠前Kirchhoff积分偏移得到纵波和转换横波深度和时间剖面,根据不同分量的深度和时间剖面联合解释小断层与低构造.深度剖面克服了时间剖面受地层厚度和地层速度共同制约的缺点,有利于识别低幅度构造.纵波（P）剖面与转换横波（PS）剖面相比有利于识别层间小断裂.我们对准噶尔盆地实际地震资料的处理和解释证实了这些优点.     

F-K域多尺度瑞雷面波全波形反演

瑞雷面波,又被称为地滚波,具有强能量和频散特性.面波对地下介质中横波速度十分敏感,利用面波测量浅层剪切波速度结构,已经在浅表勘探领域有了广泛的应用.本文研究瑞雷面波波场的F-K域全波形反演方法,成像近地表横波速度结构.首先对地震数据进行二维傅里叶变换至F-K域,以F-K域振幅谱数据构建目标函数,降低了面波波形反演的非线性;通过对目标函数的迭代求解,得到最优的反演速度模型.并且,采用从低频到高频的多尺度反演策略,减小了面波波形反演中对初始模型的依赖,缓解了周期跳跃的问题.为了验证本文方法的可行性,对水平层状模型、横向变速模型及异常体模型的横波速度结构反演,结果显示,F-K域面波波形反演方法能够有效的对近地表横波速度模型进行重构,得到高分辨率的近地表速度成像.     

基于背景噪声方法的花岗岩型稀土矿地壳浅部结构特征及构造意义: 以江西赣州安西矿区为例

稀土资源是国家的战略性资源,在国民经济和国家安全等方面作用重大.目前,针对该资源的开发利用需要进一步加强勘探方法和成矿模式的研究.本研究在江西省赣州市安西镇稀土矿区10 km×6 km的区域内布设了一个约100台短周期地震仪器构成的面状台阵,以及两个48 m长各由25个短周期地震仪构成的线性台阵.通过背景噪声三维成像方法反演获得矿区地表至2.2 km深度的地壳浅部三维横波速度结构.以典型花岗岩风化壳为例,使用面波的相移成像法,反演了从地表全风化层至约40 m深度的一维横波速度结构.以该一维速度结构为参考,使用噪声谱比法（HVSR）探测了矿区内的松散沉积厚度,并结合钻孔数据验证了该方法对花岗岩型风化壳基底面的有效探测.综合上述结果,本研究通过三维横波速度结构圈定了安西岩体中稀土的成矿母岩（花岗岩）在上地壳的分布范围和形态,显示了安西岩体所处的丘陵盆地的构造背景为花岗岩型稀土矿成矿过程提供有利条件;结合HVSR结果、一维横波速度模型和钻孔数据,探测了富集稀土矿的风化壳从全风化层顶部至母岩的深度和结构,松散沉积厚度显示了矿集区和山区的沉积环境差异.本研究可以为花岗岩型稀土资源的勘探提供一系列基于背景噪声地震学的方法和策略,建立了火山岩型风化壳的起源、发育和演化的构造模型,为该类稀土矿的深-浅部结构演化过程和构造活动影响研究提供参考.

     

岩石的等效孔隙纵横比反演及其应用

通过融合Gassmann方程和由微分等效介质理论建立的干岩石骨架模型——DEM解析模型,本文提出根据纵波(和横波)速度反演岩石等效孔隙纵横比进行储层孔隙结构评价和横波速度预测的方法.首先,利用Gassmann方程和DEM解析模型建立岩石的纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等各参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔,应用非线性全局寻优算法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的弹性模量之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中构建横波速度.实验室和井孔测量数据应用表明,反演得到的等效孔隙纵横比可准确反映储层的孔隙结构,对于裂缝型储层如花岗岩,其孔隙纵横比通常小于0.025,而对于孔隙型储层如砂岩,其孔隙纵横比通常大于0.08.只利用纵波与同时利用纵、横波反演得到的孔隙纵横比结果几乎完全一致,而且由纵波构建的横波与实测横波吻合良好,说明本文提出的等效孔隙纵横比反演及其横波速度预测方法是有效的.     

岩石物理弹性参数规律研究

根据辽东湾凹陷某区在地层条件和不同流体相态(气饱和、水饱和等)下岩石纵波速度、横波速度及密度等岩心测试数据,以及岩石矿物成分、孔隙度等常规岩心分析数据,统计分析了岩石弹性参数变化规律.采用有效流体模型、斑块饱和模型进行了纵、横波速度理论计算,并和实验测量结果比较,认为高孔、高渗岩石可以看作有效流体模型,低孔、低渗岩石更接近斑块饱和模型.这些规律和认识对于指导储层预测和油气检测及地震振幅综合解释有重要的意义.     

基阶与高阶瑞利波联合反演研究

研究了六层层状介质模型瑞利波基阶和高模式波相速度对横波速度、深度的敏感性,结果表明：基阶波较高模式波对7 m以内浅部地层的横波速度更敏感,敏感性频带在10～25 Hz范围内,峰值频带集中在18 Hz左右;高模式波较基阶波对深部地层的横波速度更敏感,敏感性频带宽,峰值分散.基阶波对浅层的敏感性和高模式波穿透深度更深的特点为近地表岩土层二维横波速度结构的联合反演提供了前提条件.利用阻尼最小二乘SVD（Singular Value Decomposition）算法联合基阶与高模式波对理论模型和实例数据进行横波速度反演,反演结果表明联合反演增强了反演的稳定性,提高了反演的精度.     

基于散度和旋度纵横波分离方法的改进

纵、横波的分离是多波多分量地震资料处理中很重要的一步,其分离结果直接影响到后续数据处理的质量.各向同性介质中纵波为无旋场,横波为无散场,因此可以在频率-波数域利用散度和旋度算子对地震记录进行纵、横波分离,但是此处理过程必须知道地表处的纵、横波速度.本文给出了一种估算地表纵、横波速度的方法,可以在纵、横波速度值未知的情况下,将其估算出来.针对弹性波场进行散度和旋度运算时,纵、横波的相位和振幅比发生改变的问题,本文给出了相位和纵、横波振幅比的校正方法.     

岩石的临界孔隙度反演及横波预测(英文)

临界孔隙度模型是利用岩石的临界孔隙度来计算岩石骨架的弹性模量,岩石的临界孔隙度值受到很多因素的影响,而实际应用中通常无法获得准确的临界孔隙度值,只能选取经验临界孔隙度值,就会给岩石物理建模带来误差。本文提出了一种利用纵波速度反演岩石的临界孔隙度的方法,并且把它应用于横波预测中。实验室和测井数据应用结果表明本文提出的方法可以降低以往选取经验值带来的不确定性,并且能够为横波预测提供准确的临界孔隙度值,提高了横波预测的精度。     

基于等效各向异性和流体替换的地下裂缝地震预测方法

地下裂缝是油气聚集和运移的重要通道,而裂缝岩石物理是裂缝参数与地震响应之间联系的桥梁.从裂缝岩石物理出发,探索利用地震数据预测地下裂缝的方法.首先通过构建裂缝岩石物理等效模型,弥补测井横波的缺失,并且实现裂缝岩石物理参数的预测;然后推导了裂缝岩石物理参数与地震响应之间的近似关系式,同时探索裂缝岩石弹性参数和岩石物理参数的地震直接反演方法;最后分别利用测井数据和实际工区地震数据对裂缝岩石物理等效模型的可靠性以及裂缝岩石物理参数直接反演方法的精度进行了验证.结果表明,构建的裂缝岩石物理等效模型可以实现裂缝岩石纵横波速度及岩石物理参数的可靠估测,而且裂缝岩石物理参数地震直接反演方法具有较高的抗噪性,在实际目标工区弹性参数和裂缝岩石物理参数的估算中具有较好的应用结果.     

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一. 由于岩石物理实验结果具有区域性, 龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确. 本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律, 并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型. 研究结果表明, 石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用, TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中; 岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量, 在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时, 以石英、粘土共同作为岩石骨架, 而粘土含量大于30%时, 则以粘土作为岩石的骨架. 因此, 岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质, 富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征, 但由于支撑矿物的转换, 某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征. 粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因, 各向异性参数与粘土含量具有指数关系. 基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征, 可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型, 实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

确定场地土层速度结构的改进半波长法

地球物理反演浅地表土层波速剖面通常基于初始速度结构模型,为避免对地勘资料产生较多依赖,充分利用地震和背景噪声等被动源观测记录,快速简便地构建出土层反演的初始模型,本文基于场地土层的频散曲线和水平与竖向谱比提出了一种改进半波长法。该方法首先通过水平与竖向谱比确定场地土层的卓越频率,获取场地覆盖层厚度,确定反演所需的频带范围;其次,利用瑞雷波相速度对剪切波速的偏导数随土层深度的变化规律反演出场地的初始速度结构,并结合工程场地勘探中的半波长法,对常见的三类典型土层模型和日本Kushiro场地实测模型进行了实例分析;最后,将反演得到的速度结构与理论或实测速度结构进行误差对比分析。结果表明:改进半波长法获得的初始速度结构相对于理论或实测速度结构的最大误差不超过35%,可为利用地球物理方法反演工程场地波速剖面构造一个较小的搜索模型空间,进而提高反演计算的速度和结果的可靠性。      

基于可变临界孔隙度模型的致密砂岩储层参数地震反演方法

储层参数地震反演是通过地震观测数据定量评估储层物性及含油气性的重要途径.中国西部致密砂岩油气分布范围广泛, 具有巨大的勘探开发潜力, 但其孔隙结构复杂, 储层参数的定量预测难度较大.本文提出了一种基于可变临界孔隙度模型的储层参数地震反演方法.为有效描述储层的复杂孔隙结构, 本方法将临界孔隙度作为变量, 使其具有随深度变化的特征, 以表征复杂孔隙结构, 进而提高致密砂岩储层岩石物理建模的精度.此外, 为直接从观测地震数据反演储层参数, 结合岩石物理模型和地震反射系数方程建立正演算子; 基于贝叶斯框架构建反演问题, 采用混合高斯模型构建储层参数先验约束, 用以描述储层的岩性(相)差异特征; 基于临界孔隙度、泥质含量与孔隙度的统计关系, 结合快速模拟退火算法, 在迭代优化中使临界孔隙度与储层参数交替更新, 用以提高反演结果稳定性.选用中国西部四川盆地某工区实际资料, 对本方法进行应用测试与验证, 结果表明本方法对于含气储层具有良好的指示性, 相比常规固定临界孔隙度方法, 本方法可以有效提升反演结果准确性.

     

叠前地震反演技术在苏里格气田的应用

苏里格气田属于我国特大型气田之一,地震反演技术广泛应用在气田勘探开发阶段.对研究区已有的资料进行岩石物理分析发现,纵波阻抗不能够识别目的层段砂岩、泥岩以及含气层.为了克服这一困难,采用叠前反演技术对盒_8-山_1段岩性气藏进行了刻画.在测井资料质控下以分角度叠加数据体作为输入,可以输出阻抗剖面以及纵横波速度比、泊松比等岩石弹性参数,综合判储层的岩性、物性及含气性.研究结果表明:(1)纵波阻抗不能区分砂泥岩以及含气砂岩,砂岩含气后,纵波阻抗明显降低,且分偏移距叠加数据体的振幅随偏移距的增加而增加,属于第三类AVO;(2)利用Xu-White模型对缺失横波资料进行反演,反演横波与全波测井实测横波对比发现相似度极高;(3)从反演结果来看,砂岩含气后横波阻抗不变,可以指示砂岩,速度比和泊松比显示异常小值,可以刻画含气砂岩.实钻证明,叠前反演技术为最终的井位优选和储层评价提供了可靠的依据.     

海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析

随着水合物含量的增加,往往会引起纵、横波速度的增加,同时也会引起衰减的变化.针对含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析,有助于水合物含量的估计.本文以有效介质理论模型（EMT）为基础,研究了海洋未固结含水合物沉积层的纵、横波速度的非线性变化趋势.同时采用BISQ模型替代有效介质模型中的Gassmann方程,具体分析了全频带范围内海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征.采用该模型,速度与衰减均随着水合物含量的增加而增加,且岩石孔隙度与泥质含量对衰减系数的影响较小.针对大洋钻探计划（ODP）164航次的实际数据,运用该模型方程计算采用声波测井数据（20 kHz）与VSP数据（100 Hz）,分别获取了水合物稳定带的饱和度数据,平均在5%～7%之间,由于速度频散的影响,VSP估算结果要弱低于声波测井估算数据,均与实测保压取芯的甲烷含量数据、他人研究成果以及神经网络趋势预测结果均有着较好的一致性.对南海神狐海域三口钻位开展了水合物含量预测,与保压取芯结果有着较好的吻合关系.同时基于层剥离法提取该区域某地震测线BSR层的等效Q值,采用本文方法估算了该区域的等效天然气水合物含量15%～30%.数值模拟与实际应用结果表明：含水合物沉积层的速度频散与衰减特征均随着水合物含量的变化而变化,联合利用这一些变化特征,有助于天然气水合物含量的估计.