基于walkaway VSP下行P波的TTI各向异性参数反演

本文基于弱各向异性（WA）介质的正反演公式和qP波的坐标变换,推导了利用qP波反演任意倾斜对称轴的横向各向同性（TTI）介质的各向异性参数和对称轴方向的公式.理论和数值实验表明,利用2个相互正交的变井源距垂直地震剖面（walkaway VSP）可以完全确定钻井中TTI介质qP波的3个WA参数和对称轴的2个方向参数.我们完成了几个由不同数量剖面组成的walkaway VSP模拟实验,使用TTI模型和一般各向异性模型对模拟数据进行了反演,证明了反演公式的正确性和可靠性.使用这些公式,对来自Java Sea的由3条剖面组成的walkaway VSP观测数据进行了各向异性反演,获得了钻井中接收点处介质的WA参数.     

裂隙等效TTI介质qP波反射特征研究

研究倾斜裂隙介质的qP渡反射特征对于裂隙储层预测具有指导意义.本文基于Hudson等效理论,推导了倾斜裂隙等效TTI介质PP波反射系数公式,该公式直观地建立了反射系数与裂隙参数之间的关系,反应了裂隙密度、裂隙充填物以及裂隙倾角对反射系数的影响.基于该公式研究了裂隙等效TTI介质PP波反射系数对裂隙充填物和裂隙密度的敏感性,并对其随裂隙倾角的变化情况进行了研究和总结.结果表明,裂隙充填物的性质对于PP波反射系数具有很大的影响,含饱和气的裂隙介质的PP波反射系数曲线较无裂隙介质的反射系数曲线变化较大,无论是反射系数的梯度还是截距均发生了大的改变,而且随裂隙倾角成反比变化,而当裂隙介质含饱和水时,其反射系数曲线相对于无裂隙介质的反射系数曲线变化很小;裂隙密度同样受到裂隙倾角的影响,当裂隙介质的裂隙密度越大时,其PP波反射系数随裂隙倾角变化也越大.     

忽略TTI介质对称轴倾角的可行性

假设横向各向同性(TI)介质的对称轴是垂直的(VTI)或者水平的(HTI)能给实际资料处理带来便利,然而实际TI介质的对称轴往往是倾斜的(TTI),忽略对称轴倾角可能给各向异性参数提取和成像带来偏差,因此需要研究是否能、以及什么条件下能忽略TTI介质对称轴倾角.本文通过理论研究和数值分析研究了与TTI介质弹性性质最接近的VTI介质(OAVTI)的弹性常数和各向异性参数与原TTI介质的弹性常数和各向异性参数之间的联系与差别.结果表明:OAVTI介质各向异性参数与原TTI介质各向异性参数之间的差别可统一表示成F(α₀/β₀,ε,δ,γ)ξ²的形式,其中F(α₀/β₀,ε,δ,γ)是无量纲各向异性参数(ε, δ, γ)的线性函数,ξ是对称轴倾角;ξ的大小对各参数的误差起主导作用,一般不建议忽略20°~25°以上的对称轴倾角;当ξ较小时,即使是对强各向异性的TTI介质作VTI近似,引起的P波各向异性参数误差也很小,因此在纵波资料处理中忽略TTI介质对称轴倾角通常是可行的;即使在小ξ条件下,倾斜对称轴对SV波也有显著影响,因此在转换波资料处理中,不建议忽略TTI介质的对称轴倾角.本文的研究为分析忽略TTI介质对称轴倾角的可行性提供了理论依据和简便的判据.     

VTI介质SH-SH波地震反演方法研究

近年来,随着横波可控震源技术的发展,国内外已经实现了纯横波地震勘探.相较于地震纵波,地震横波对横波阻抗、横波速度尤其是各向异性参数变化更为敏感,因此地震横波能够用来更好地估算上述地层参数.VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)是地层介质中广泛存在的一种各向异性形式,对振幅随偏移距变化(AVO)影响显著.本文提出了一种改进的VTI介质SH-SH波反射系数近似公式,新公式具有较高的精度且仅包含两项待求参数：横波阻抗和水平横波(SH波)速度.基于新方程建立了VTI介质SH-SH波反演方法,该方法相比VTI介质的PP波反演不确定性明显下降,同时降低了常规PP波各向异性反演对大角度数据的要求.为了获得独立的横波各向异性参数,进一步地提出了一种基于岩石物理关系的横波各向异性参数估算方法.合成地震数据测试和柴达木盆地九分量地震勘探实际地震数据应用结果表明,新方法能够准确地预测地层的横波阻抗、水平横波(SH波)速度、各向异性参数,为各向异性地层的岩性解释和油气储层预测提供了可靠的解决方案,从而深化了横波地震勘探的应用潜力.     

TTI介质弹性波相速度与偏振特征分析

相速度和偏振方向是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文假定倾斜横向各向同性(TTI)介质对称轴位于观测坐标系XOZ面内,在此观测坐标系下直接推导了TTI介质弹性波相速度和偏振方向的解析表达式,再进一步利用Thomsen弱各向异性理论,推导了弱各向异性近似条件下弹性波相速度以及qP波和qSV波偏振方向表达式.理论分析和数值试例表明,在相速度方面,随着各向异性介质参数改变,qP波和qSH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.弹性波相速度近似式误差均较小,能较好地近似精确相速度.在偏振方向方面,SH波偏振方向只是传播方向和对称轴倾角的函数,而与各向异性参数无关,SH波偏振方向既垂直于传播方向,又垂直于TTI介质对称轴方向.除特定方向外,qP波和qSV波的偏振方向与传播方向均成一定角度,并且随TTI介质对称轴倾角的改变而改变;在精确和近似情况下,qP波和qSV波的偏振方向始终垂直;在精度允许范围内,偏振方向的弱各向异性近似式与理论解析式吻合较好.     

TTI介质弹性波近似解耦波动方程

借助Christoffel方程可求解出各向异性介质弹性波精确频散关系.利用近似方法进行处理,再通过傅里叶逆变换将频率波数域算子变换为时空域算子,可导出解耦的 qP波或 qS波波动方程.本文在 TTI介质弹性波精确频散关系的基础上,利用近似配方法推导了 qP波和 qSV波近似频散关系,通过傅里叶逆变换推导了 TTI介质 qP波和 qSV波解耦的波动方程.为了验证近似频散关系的有效性,利用两组模型参数对其进行数值计算,分析了相对误差在不同传播方向上的分布.随后使用有限差分方法分别对均匀、层状及复杂 TTI介质弹性波近似解耦波动方程进行数值模拟,结果显示 qP波和 qSV波完全解耦,并且在各向异性参数η＜0 以及介质对称轴倾角变化较大的情况下,纯 qP波和纯 qSV波近似波动方程依然可以保持稳定.     

基于等效Thomsen参数的P-SV波AVO属性研究

在等效Thomsen各向异性参数的P-SV波反射系数近似公式基础上研究了反射系数的多种AVO(振幅随炮检距变化)属性特征,针对不同的属性特征构建了多属性AVO交绘图;并利用反射系数公式对三类含气砂岩AVO的特征进行分析.结果表明P-SV波反射系数公式可以有效的区分第三类含气砂岩;岩石的孔隙度、流体饱和度等信息是影响地震波AVO的重要因素.利用Gassmann方程进行了对上层为HTI介质,下层为孔隙储层的介质模型进行了流体替换计算,分析了孔隙度、含气饱和度和各向异性参数变化对地层AVO的影响.     

TI介质中的P波衰减各向异性及其在裂缝参数反演中的应用（英文）

由于裂缝及所含流体的综合作用,含裂缝介质不仅具有速度各向异性,还具有显著的衰减各向异性。衰减各向异性分析可应用于裂缝产状、裂缝密度和尺度等的估计,为储层识别提供重要信息。本文从理论上推导了ATI介质(对称轴沿任意方向的横向各向同性介质)中P波衰减各向异性关系,并据此改进了ATI介质中P波衰减各向异性的测量方法,避免了现有的基于泰勒展开改进的谱比法在应用于宽方位或全方位数据时误差较大的问题,同时基于P波衰减各向异性分析可对裂缝倾角和方位角进行初步估计。结合P波衰减各向异性分析和S波速度各向异性分析,可实现小尺度裂缝的裂缝密度和裂缝尺度联合反演,相比于单独使用横波速度各向异性分析方法或单独使用P波衰减各向异性分析方法,其反演结果更准确、收敛性更好。本文将衰减各向异性分析应用于中国东部某油田的微地震数据,通过衰减倾向各向异性分析提取的裂缝倾角,与微地震监测结果相符。     

带正则化校正的TTI介质qP波方程及其逆时偏移方法和应用

各向异性研究对地下介质精确成像有着重要的意义,在当前计算机硬件迅速发展及宽方位地震数据采集日益普遍的情况下,成像必须考虑介质的各向异性.逆时偏移是基于双程波动方程的较为精确的数值解的成像方法,所以相对于其他地震成像方法,它具有很大的优势,譬如不受反射界面的倾角限制、偏移速度结构合适时能够使回转波及多次波正确成像.在各向同性介质中,可使用标量波方程来模拟波场.而在各向异性介质中,P波和SV波是相互耦合的,即不存在单纯的标量波传播,通常利用能代表耦合波场中P波分量运动学特征的拟声波(qP波)进行偏移成像.本文中,我们推导出了TTI介质下qP波控制方程.该方程可采用显式有限差分格式进行求解.通过声学近似,若沿对称轴方向的剪切波速度为零,对于对称轴方向不变且ε≥δ的模型来说,可得到稳定的数值解.但对于TTI介质来说,由于沿对称轴方向各向异性参数是变化的,声学近似会引起波场传播及数值计算的不稳定.因此,我们提出了正则化有限横波的方法,很好地解决了这一问题.最后,给出了Foothill模型的测试结果及某探区实际资料试算结果,展示了采用这个方程进行复杂TTI模型正演和高质量逆时偏移成像结果,证实了该方法的正确性和实际资料应用中的有效性.     

构造煤及夹矸对煤层AVO正演模拟结果影响分析

为研究煤层中夹矸、构造煤对煤层AVO特征的影响,本文建立了4类典型模型并以岩石物理实验数据为依据确定了模型参数,基于反射系数谱理论计算了模型PP波、PS波的反射系数和相位,分析了煤层中夹矸和构造煤对煤层AVO特征的影响.模拟结果表明:夹矸层在煤层中所处空间位置和分层情况对煤层反射系数没有影响,但随夹矸层厚度的增大,煤层PP波PS波反射系数和相位均发生变化;构造煤对煤层PP波、PS波反射系数和相位影响大于夹矸层,构造煤和夹矸层对煤层AVO结果的影响相反;对于即含有夹矸又含有构造煤的厚煤层,夹矸层和构造煤在煤层中所处空间位置对煤层反射系数没有影响;夹矸层与构造煤相对厚度变化会对构造煤AVO地震响应产生影响.煤层中夹矸会减弱构造煤响应识别,在进行构造煤反演时,应结合实际地质资料,排除夹矸影响,提高构造煤预测精度.     

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波人射的拟Zoeppritz方程,求解得到精确...     

P-SV波AVO方法研究进展

为有效地利用AVO(amplitude versus offset)信息来反演岩性参数和预测油气储层，详细介绍了P—SV转换波AVO方法的研究现状和主要进展，并针对几种具有代表性的方法的基本思路、方法特点及参数反演等方面进行了对比和评述。同时，给出了两个不同形式的近似公式，并讨论了利用这两种近似公式进行AVO分析的思路和参数反演的方法，通过对比和讨论可以得出：不同近似的主要目的是为了提高近似精度并体现不同的岩性参数对反射系数的影响、敏感程度及其在参数反演中的意义；根据弹性模量和波速之间的关系，目前所有的PP波和P—SV波反射系数近似公式都可以统一表示成射线参数幂级数的形式，这些结论对于AVO理论研究和参数反演都具有重要意义。     

基于Russell近似的纵横波联合反演方法研究

PP波和PS波联合反演方法作为有效的地震技术,比单纯纵波反演精度要高,能够提高地震储层识别的精度.以Russell近似理论为基础,推导了新的转换波AVO近似公式,双层模型界面的反射特征数值模拟显示,新公式具有较高的近似精度,且具备直接反演流体因子f、剪切模量μ和密度ρ等参数的优势,有效避免间接反演带来的误差.结合纵横波联合反演理论,提出了基于贝叶斯理论的新型联合反演算法.在实际应用中,对纵波和转换波角道集进行同相轴匹配处理,综合利用纵波和转换波资料携带的信息,实现基于Russell近似的多波联合反演.模型数据和实际资料测试结果表明,反演结果与真实值或测井结果匹配度较高,证实该方法真实有效.     

Fracture characterization using converted waves

We present a method for inversion of fracture compliance matrix components from wide‐azimuth noisy synthetic PS reflection data and quantitatively show that reflection amplitude variations with offset and azimuth for converted PS‐waves are more informative than P‐waves for fracture characterization. We consider monoclinic symmetry for fractured reservoir (parameters chosen from Woodford Shale), which can be formed by two or more sets of vertical fractures embedded in a vertically transverse isotropic background. Components of effective fracture compliance matrices for a medium with monoclinic symmetry are related to the characteristics of the fractured medium. Monte Carlo simulation results show that inversion of PS reflection data is more robust than that of PP reflection data to uncertainties in our a priori knowledge (vertically transverse isotropic parameters of unfractured rock) than PP reflection data. We also show that, while inversion of PP reflections is sensitive to contrasts in elastic properties of upper and lower media, inversion of PS reflections is robust with respect to such contrasts.     

Characterization of dipping fractures in a transverselyisotropic background

Although it is believed that natural fracture sets predominantly have near‐vertical orientation, oblique stresses and some other mechanisms may tilt fractures away from the vertical. Here, we examine an effective medium produced by a single system of obliquely dipping rotationally invariant fractures embedded in a transversely isotropic with a vertical symmetry axis (VTI) background rock. This model is monoclinic with a vertical symmetry plane that coincides with the dip plane of the fractures. Multicomponent seismic data acquired over such a medium possess several distinct features that make it possible to estimate the fracture orientation. For example, the vertically propagating fast shear wave (and the fast converted PS‐wave) is typically polarized in the direction of the fracture strike. The normal‐moveout (NMO) ellipses of horizontal reflection events are co‐orientated with the dip and strike directions of the fractures, which provides an independent estimate of the fracture azimuth. However, the polarization vector of the slow shear wave at vertical incidence does not lie in the horizontal plane – an unusual phenomenon that can be used to evaluate fracture dip. Also, for oblique fractures the shear‐wave splitting coefficient at vertical incidence becomes dependent on fracture infill (saturation). A complete medium‐characterization procedure includes estimating the fracture compliances and orientation (dip and azimuth), as well as the Thomsen parameters of the VTI background. We demonstrate that both the fracture and background parameters can be obtained from multicomponent wide‐azimuth data using the vertical velocities and NMO ellipses of PP‐waves and two split SS‐waves (or the traveltimes of PS‐waves) reflected from horizontal interfaces. Numerical tests corroborate the accuracy and stability of the inversion algorithm based on the exact expressions for the vertical and NMO velocities.     

弱各向异性介质中的P-SV波近似反射系数计算

We introduce the Thomsen anisotropic parameters into the approximate linear reflection coefficient equation for P-SV wave in weakly anisotropic HTI media. From this we get a new, more effective, and practical reflection coefficient equation. We performed forward modeling to AVO attributes, obtaining excellent results. The combined AVO attribute analysis of PP and PS reflection data can greatly reduce ambiguity, obtain better petrophysical parameters, and improve parameter accuracy.     

平均入射角道集PP波与PS波联合反演

在界面两侧地层的弹性参数弱反差的假设难以成立的情况下,本文提出用平均入射角道集进行PP波与PS波的联合反演.首先,在PP波与PS波AVA(amplitude versus angle,振幅随入射角变化)道集的基础上,分别选择小入射角范围与大入射角范围的AVA道集进行局部加权叠加,以获得由两个角度组成的平均入射角道集,并作为后续反演的输入数据.然后,再通过最小二乘原理建立了PP波与PS波联合反演目标函数,推导了模型修改量的向量公式,建立了平均入射角道集联合反演的流程.模型数据与实际数据的测试结果表明:在信噪比较低、地层弹性参数反差较大、层厚较薄的情况下,该反演方法的精度在很大程度上超过了基于近似反射系数的反演方法,为复杂油气藏勘探提供了新的思路.     

Numerical simulation of seismic wave in elastic and viscoelastic TTI media*

Based on the two-dimensional (2D) three-component first-order velocity-stress equation, the high order staggered mesh finite difference numerical simulation method was used to simulate the elastic and viscoelastic tilted transversely isotropic (TTI) media. The perfect matched layer (PML) absorption boundary condition was selected to eliminate the boundary effect. The results show that: ① Under the condition of fixed elastic parameters of elastic TTI medium, when the polarization angle and azimuth are 60° and 45° respectively, the degree of shear wave splitting is significantly greater than the angle of 0°; ② The influence of viscoelasticity on TTI medium is mainly reflected in the amplitude. If the quality factor decreases, the attenuation of the seismic wave amplitude increases, causing the waveform to become wider and distorted. If the quality factor increases, the viscoelastic medium becomes closer to elastic medium; ③ For TTI medium with different polarization angle and azimuth angle in the upper and lower layers, the shear wave can multiple splits at the interface of medium. The symmetry of seismograms is affected by the polarization angle and azimuth angle of TTI medium; ④ Viscoelasticity has a great influence on reflected wave, transmitted wave and converted wave in the low-velocity model. When the viscoelasticity is strong, the weaker waves may not be shown.     

基于贝叶斯理论的叠前多波联合反演弹性模量方法

AVO反演可以获得地层岩性和流体信息,而叠前反演问题都是高维的和非适定的,因此获得可靠稳定的解对叠前反演至关重要. 本文给出了一种基于贝叶斯理论的纵波和转换波联合反演密度比和模量比的方法. 鉴于剪切模量比、体积模量比可以更好地指示油气,基于岩石物理中速度比与模量比之间的关系,将此关系式代入Zoeppritz方程的近似形式Aki-Richards公式中,得到与模量比有关的反射系数近似公式. 联合纵波和转换波,利用最小二乘准则构建目标函数,最终反演出密度比、剪切模量比、体积模量比三个参数. 在反演过程中引入贝叶斯理论,假定先验信息服从高斯分布,待求参数服从改进的Cauchy分布,并去除待求参数之间的相关性. 利用模型数据和实际数据对本文方法进行测试,并与常规的单独利用纵波数据来反演方法进行比较,结果表明联合反演稳定性更好、精度更高、抗噪音能力更强,验证了本文方法的可行性和有效性.     

PP and PS joint AVO inversion and fluid prediction

The technique of amplitude variation with offset or angle (AVO or AVA) can be used to extract fluid and lithology information from prestack seismic data. Based on three-term AVO equations, three elastic parameters can be inverted for by linear AVO inversion. However, many theoretical and numerical studies have demonstrated that by using offset limited data, a three-term AVO inversion may have problems of instability and inaccuracy while inverting for the density term. We have searched for an elastic parameter that contains density information and inverted this parameter in a more stable manner using offset limited data. First, we test the sensitivity of elastic parameters to hydrocarbon reservoirs and select the optimal fluid factor (ρf) that contains density information and has an excellent performance as an inversion parameter used to detect hydrocarbons. Then, we derive approximate PP and PS reflection coefficient equations in terms of the fluid factor. The derived equations allow us to directly estimate the fluid factor of the reservoir. Finally, we apply these equations to synthetic data by employing a joint AVO inversion technique. The results show that the method is stable and unambiguous.