井间地震纵横波分离方法研究及应用

以VSP 和井间地震勘探为主的井孔地震资料采集需采用三分量地震采集技术,该技术能够记录下 信息丰富的地震波场,但是纵波波场和横波波场耦合在一起,成为多分量地震资料处理的重点和难点。通 过对井孔地震资料采集观测系统的分析和研究,结合纵波波场和横波波场在不同分量上的关系,可以得 到纵波和横波的极性与视速度,以及地震波到达检波器接收排列方向之间的关系。据此在基于Cauchy 分布的高分辨率Radon 变换的基础上,得到纵波波场和横波波场的分布关系,并在τ（截距时间）-p（视慢 度或斜率）域中利用极化滤波方法,实现纵波波场与横波波场的有效分离。通过正演模拟数据试算和实 际井间地震资料处理效果分析,认为该方法能够有效地分离纵波波场和横波波场,为后续纵横波的独立 成像奠定了基础。     

井间弹性波波场散射特征数值模拟分析

地震波正演数值模拟是实现井间弹性波波场分析的重要手段。文中采用弹性波波场分离数值模拟技术对层状含孔洞的速度模型进行了井间波场观测和波场特征分析,通过改变孔洞尺寸及其纵横波速度来研究井间地震波波场的散射特征。数值模拟结果表明,孔洞的存在增加了井间地震波波场的复杂性,且其尺寸与纵横波波长之间的差异将产生诸如以多次散射和反射等为主的复杂波场特征;横波波长较短,比纵波更易引起波场散射。     

双相各向异性介质弹性波传播交错网格高阶有限差分法模拟

含流体孔隙各向异性介质中的弹性波传播问题是目前石油勘探和地震学研究的难点之一。基于Biot理论,本文提出了二维双相任意倾斜各向异性介质三分量弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对均匀及两层双相VTI介质和TTI介质中的弹性波场进行了模拟。波场快照和合成记录表明:当横波源的偏振方向与TI介质的对称轴存在一定夹角、且耗散系数较小时,在固相与流相中存在快横波、慢横波、快纵波和慢纵波;双相TI介质中横波分裂现象及波前面尖角和三分叉现象与TI介质中的基本相同,只是黏滞相界中弹性波速度有所减小,且具有频散和衰减特性;从直达波转换为反射波后,该波型具有反射波的性质。     

基于Lebedev网格的TTI介质二维三分量正演模拟

传统交错网格有限差分法是研究地震波传播规律的一种较为常用的数值模拟方法,但是在交错网格中每个变量的不同分量都是交错定义的,对于没有定义的点需要进行变量插值,从而降低了模拟精度。为此,在前人的研究基础上,推导了TTI介质二维三分量的应力—速度方程,采用Lebedev网格对其进行了高精度的差分离散处理,避免了传统交错网格在处理各向异性介质时波场插值引起的误差,提高了模拟精度,并将多轴完全匹配层吸收边界（M-PML）引入了Lebedev网格。分别对单层TTI介质和含透镜体的复杂TTI介质模型进行了正演模拟,结果表明：①由于Lebedev网格对各向异性介质的弹性波方程做离散时无需进行波场插值,与传统交错网格有限差分方法相比,模拟精度更高;对TTI介质进行模拟时可以清晰地观察到纵波、快横波和慢横波,并且快、慢横波的偏振方向相反,在单炮记录中观测到的三种波的速度特征也符合波场传播规律。②引入多轴完全匹配层（M-PML）吸收边界条件后,在不影响模拟效果的情况下边界反射现象被有效地压制。     

转换波勘探中的低速带效应

主要讨论了3个问题:①低速带表层的纵横波速度比对多分量记录矢量性的影响;②多分量记录上折射波的类型;③形成转换折射波的条件。理论分析表明,在转换波勘探中,当低速带表层的纵横波速度比较大时多分量记录表现为标量波场,当纵横波速度比不是很大时则表现为矢量波场;模型分析表明,垂直方向记录上的折射纵波主要是下行和上行纵波,水平方向记录的转换折射横波主要是下行纵波和上行横波。文章还分析了低速带底层介质和下伏基岩不同纵横波速度对转换折射横波振幅的影响,认为形成转换折射横波的条件是低速带底层横波速度远远小于下伏介质的横波速度。     

横波速度各向异性初步探讨：—多波勘探资料的应用

在纵波、SH 型横波资料处理和解释过程中,我们发现四川 HBC 地区地下介质普遍存在方向各向异性。当横波通过方向各向异性介质时,分裂成两个波:一个波的偏振方向与裂缝平行,叫快横波;另一个波的偏振方向与裂缝走向垂直,叫慢横波。采用相应的观测和处理方法,便可获得快横波和慢横波剖面。根据同一界面的快、慢横波的旅行时可以求得各向异性系数。同样,还可以利用 SH 波与转换波的速度比求取各向异性系数。各向异性系数的大小,反映了裂缝的发育程度。如果野外作了 X、Y 分量观测,室内又作了坐标旋转处理,那么,就可以进一步确定裂缝带的方向。如果未作上述工作,也可以根据构造线走向,大致确定裂缝带的发育方向。     

几种裂缝模型的波场传播特征比较

本文总结了Hudson一阶模型、Hudson二阶模型、Schoenberg模型、Kachanov模型和Eshelby-Cheng模型等五种裂缝模型的弹性参数表达式。针对具有不同裂缝密度、裂缝纵横比的干裂缝和充水裂缝,采用弹性波波动方程数值模拟方法,模拟了波在五种裂缝模型介质中的传播。对模拟得到的波场快照和横波分裂现象进行分析,得出如下结论:裂缝密度影响纵波和横波的各向异性特征;裂缝充填物影响介质的各向异性;裂缝纵横比和裂缝充填物影响横波的传播特征;横波分裂现象随裂缝密度的增大而变明显;裂缝纵横比和裂缝充填物对横波分裂现象的影响很小。     

双相VTI介质地震波场特征及其影响因素

含流体性和各向异性是实际地下介质的两大主要表征,综合考虑这两大特征的双相各向异性介质模型更接近实际地下介质。研究这类介质模型中的地震波传播特征,有助于对实际地震波传播规律的认识,进而指导地震数据处理和解释。通过双相横向各向异性(VTI)介质波传播方程,采用伪谱法数值求解该方程进行地震波场模拟,并对波场特征及其影响因素进行详细分析。结果表明:利用伪谱法能够得到高精度的波场模拟结果,双相VTI介质中的弹性波包括快准纵波、准SV波和慢准纵波;快准纵波、准SV波的传播特征主要受固体骨架各向异性的影响,而慢准纵波的传播特征主要受弯曲度各向异性和流体黏滞系数的影响。     

弹性波波场分离数值模拟

波场分离是把全弹性波场分解成纯纵波和纯横波两部分,从而能更精确地研究纵波、横波在介质中的传播规律。采用分裂算子的方法构造等效的一阶双曲型弹性波动方程实现弹性波波场分离,以等能量震源和纵波震源作为激发震源项,并按高阶交错网格有限差分格式进行数值模拟。理论模拟试验表明,该方法能成功有效地从混合波场中分离出纵波和横波分量,并且稳定性好,精度高。这对研究弹性波传播规律、地震资料采集、处理及弹性波偏移成像等具有重要的意义。     

宽方位地震资料方位各向异性处理——以大庆长垣三分量地震数据为例

地震纵波在HTI介质中传播时，沿垂直于裂缝方向的速度小于沿平行于裂缝方向，且反射强度降低和频率变低；横波在HTI介质中传播时分裂成快、慢横波。以大庆长垣喇嘛甸地区的宽方位三分量地震资料为基础，分析了方位各向异性的表现特征、影响及不同方位角范围内属性的变化，并根据这些性质的变化利用椭圆拟合对该地区的各向异性的方位和强度进行定量预测，与利用横波分裂预测的结果一致。为了消除方位各向异性对地震成像分辨率的影响，利用椭圆拟合准确求出了HTI介质的方位速度，进行方位速度动校正，消除了方位各向异性引起的快慢波时差，提高了资料的成像质量。     

裂缝介质弹性波场数值模拟及波场特征

裂缝介质的数值模拟是研究裂缝介质中地震波传播特征及规律的主要手段。以各向异性介质的弹性波动方程为基础,推导出空间交错网格方法一阶导数的任意偶数阶精度差分格式,并利用此差分格式对裂缝介质进行了2.5D三分量正演模拟。模拟结果表明:受裂缝影响弹性波在裂缝介质中传播的波场是非常复杂的,除了存在反射P波、反射P-SV波,还存在横波分裂现象和沿裂缝介质传播的导波等;数值模拟的三分量的方位道集呈现出波场传播的时间和振幅与裂缝的方位存在很大的关联,其方位各向异性特征与实际资料的方位各向异性特征一致,可以指导今后的方位各向异性处理和裂缝预测。     

由裂隙引起的三分量资料中的泛张各向异性

文中利用有限差分正演模拟方法分别对合裂隙的双层模型（EDA—各向同性）、横向各向同性双层模型（PTL—各自同性）、不含裂隙的双层模型（各向同性—各向同性）等三种情况下的三分量记录进行分析，可以看到三分量记录上存在着由裂隙引起的泛张各向异性。第一种情况，可以看到明显的横渡分裂现象，且在Y分量上出现很强的P-SH波；第二种情况，也有横渡分裂现象，在X分量上可观测到P－SV波，在Y分量上只有单一的横渡信息，却观测不到P－SH波；第三种情况，三分量记录无横渡分裂现象，只在Y分量上观测到独立的横波信息。文中提供了一个含煤层地区的X和Y分量记录，证实在Y分量上的P－SH波是由煤层的裂缝引起的。     

包16井全波场速度研究

三分量垂直地震剖面可以在同一口井记录P波和S波全波场的速度信息，提取纵横波速度比To=Vo/Vp、泊松比σ等岩性解释参数。齐全的SH横波和SV横波信息为研究地层各向异性、横波双折射提供了条件。实际资料分析表明，横波双折射是预测裂隙方向和发育程度一种有效的物探方法。     

一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格数值模拟

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或位移分量,要想得到更直观的纯纵波和纯横波分量记录,还需要在模拟过程中采用波场解耦算子进行纵、横波分离,因此纵、横波模拟精度同时受制于模拟算法和波场解耦算法的精度。为此,推导了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程在三维交错网格空间中的高阶有限差分格式,并给出了相应的稳定性条件;推导了适应该方程的PML吸收边界条件,实现了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程的正演模拟;分析了模拟结果中各分量的物理意义。由于一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程不仅包含了质点的振动速度矢量,而且显式地包含了横波振动速度矢量和纵波振动速度矢量,还包含了一个体应变和一个旋转矢量,因此应用该方程模拟除了能得到三个质点振动速度分量外,还可以直接得到解耦后的纵、横波分量,避免了解耦算法对模拟精度的影响。模型试算证明了该模拟方法的正确性和优越性。     

井间地震资料处理方法及效果

与常规的二维和三维地震相比，井间地震资料处理具有不同的特点。鉴于井间地震通常采用三分量观测，直达纵波在ｘ与ｙ分量上强，ｚ分量上弱；而直达横波在ｚ分量上强，在ｘ与ｙ份量上弱。所以在资料处理时，首先分离纵横波，然后分别实施；１．利用初至波放行时信息，通过层析反演，得到井间介质层速度空间分布剖面；２．对上行和下行的反射波进行类似于ＶＳＰ ＣＤＰ的专项处理，产生一个井间的反射波是归位成像剖面。     

多波多分量波场的地震物理模型观测

在纵波震源激发的三分量记录中,经常在SH分量上得到P波或SV波的反射,通常认为这是地下不均匀或各向异性引起的,然而,均匀各向同性介质的三分量记录上也出现了各种波的反射同相轴。为此,在实验室进行了多波多分量地震物理模型实验,以解释这种现象出现的原因。采用纵波和横波换能器作为模型实验的震源和接收器,并通过将横波换能器的偏振方向转动90°来获得九分量的观测方式。设计了均匀各向同性层状介质和倾斜介质物理模型,利用纵测线和非纵测线得到了多波多分量的观测记录。对观测记录分析发现,平层模型纵测线观测时,在P-P,P-SV和SV-SV分量上都可以看到P波、转换SV波和SV波,这从另一方面说明,无论是P波震源还是S波震源都会产生P波和S波;平层模型采用非纵测线观测时,也能在各分量上得到各种波的反射;倾斜模型用P波震源激发,在SH分量上能接收到P波或SH波反射,这是因为P波和S波在SH分量上有振动分量。     

正交各向异性介质地震弹性波场的伪谱法正演模拟

自Bush和Crampin等人用ORA介质模型成功地解释了巴黎盆地观测到的横波分裂异常以来,正交各向异性问题的研究已引起了地球物理学界极大的兴趣和重视。现在,地球物理学界也越来越意识到,对于许多地球物理问题,正交各向异性可能是最简单的实际介质模型。在建立一般观测坐标系下正交各向异性介质波动方程的基础上,着重讨论了相应的伪谱法波场数值计算的稳定性条件,进而用伪谱法实现了正交各向异性介质弹性波场的正演模拟,获得了很好的模拟效果。     

井间地震波场数值模拟技术研究与应用

井间地震技术能够实现两井之间构造和储层等地质目标的高精度成像。数值模拟技术是研究地震波在井间传播规律的重要手段之一,可以帮助认识井间地震的复杂波场。利用声波方程建立井间波场数值模拟计算公式;选取1对实际井的声波测井资料建立速度模型,进行井间数值模拟,得到了合成记录;对记录波场进行分析,清楚地观察到了上行、下行反射波和直达波的时距特征;最后,对模拟得到的合成记录进行了反射波成像处理。不同观测系统设计参数的成像实验结果表明,数值模拟可以帮助优化野外观测系统的设计,降低井间地震的技术风险。     

井间地震波场数值模拟技术研究与应用

井间地震技术能够实现两井之间构造和储层等地质目标的高精度成像,数值模拟技术是研究地震波在井间传播规律的重要手段之一,可以帮助认识井间地震的复杂波场。利用声波方程建立井间波场数值模拟计算公式,选取一对实际井的声波测井资料建立了速度模型,进行井间数值模拟,得到了合成记录,对记录波场进行分析,能够清楚地观察到上、下行反射波和直达波的时距特征。不同观测系统设计参数的成像试验表明,数值模拟可以帮助优化野外观测系统的设计,降低井间地震的技术风险。     

多分量地震勘探技术在准噶尔盆地西北缘的应用

利用准噶尔盆地西北缘车排子地区纵、横波资料、测井资料,根据纵波、转换波传播的性质和特点,进行有针对性的转换波勘探观测系统设计,得到较高质量的多分量地震勘探数据;通过对转换波资料进行水平分量负炮检距反转,转换波去噪、静校正、共转换点道集抽取、速度分析、时间偏移等处理,得到信噪比较高、反射信息丰富、波组特征明显的多分量处理数据;通过纵横波标定、合成地震记录制作、转换波波型识别与层位对比、转换波剖面压缩与速度比求取、属性剖面计算、地震岩石物理分析、纵横波联合反演的解释思路,获得了与钻探结果相吻合的解释成果。