勘探地震中横波分裂研究四十年回顾

四十年前,地壳中的横波分裂现象首次在天然地震中得到证实,并引入到勘探地震领域。回顾了横波分裂研究的发展历史,重点阐述横波分裂的由来、原理及其在裂缝性油气藏描述中的应用。横波在裂缝介质中传播时,必然会分裂为一个快波和一个慢波,该现象被称为横波分裂。通常快波的偏振方向平行于裂缝走向而慢波的偏振方向垂直于裂缝走向,快、慢横波时差与裂缝密度(或强度)成正比。记录和分析裂缝油气藏中存在的横波分裂现象可以更好地描述裂缝的走向和密度。另外,通过多分量地震资料分析得到的相关横波分裂频变特性可以为研究裂缝尺度、流体类型及分布等提供重要信息。多年研究表明,地壳中广泛存在横波分裂现象,并且近地表(地下1200m内)比深部地层存在更强的横波分裂现象。由此并结合横波资料的品质等问题,使横波分裂在勘探地震中的应用仍然受到限制。主要表现为:应用对象选择上必须慎重,即近地表要相对简单;裂缝储层相对较厚,同时需要采集横波VSP资料进行标定。总之,数据品质、近地表和储层条件是影响横波分裂实际应用效果的3个关键因素。只有当横波资料的品质(包括转换横波)和采集成本与纵波可比时,横波分裂的应用潜力才能充分发挥。     

层状各向异性介质中横波分裂和再分裂数值模拟

本文利用交错网格高阶有限差分法重点研究了层状各向异性介质中横波分裂和再分裂的现象,推导出了相应的PML法吸收边界条件公式,并应用于各向异性介质弹性波波场模拟,取得了良好的效果。波场快照和合成记录清楚地表明,对于TIV介质,当横波源的偏振方向与对称轴之间呈一定角度(但不等于0°和90°)时,就产生横波分裂现象;对于三斜各向异性介质,横波源为任意偏振方向时,都会产生横波分裂现象,且快横波是多值的;不同方位的层状TIH介质中存在透射和反射横波再分裂现象,即存在快—快横波(qS11qS11)、快—慢横波(qS11qS12)、慢—快横波(qS12qS11)和慢—慢横波(qS21qS12)等四种横波成分,且快—快横波(qS11qS11)和慢—快横波(qS12qS11)偏振方向与最后一层裂缝介质的裂缝方向一致,快—慢横波(qS11qS12)和慢—慢横波(qS12qS12)的偏振方向与最后一层裂缝介质的裂缝方向垂直。     

EDA介质快慢横波时差和振幅-方位曲线的实验分析

在含垂直定向裂隙的各向异性（EDA）介质中，地震快、慢横波传播的时差及振幅随裂隙（缝）方位变化曲线能反映裂缝的密度、走向和介质的性质，这对多波地震资料的处理、解释有着重要意义。但受观测条件限制以及噪声的影响，在横波分裂记录上，同相轴往往会出现扭曲、倾斜和不规则抖动等现象，给快、慢横波时差的求取和振幅-方位曲线的绘制带来误差。设计了EDA介质物理模型，并利用岩石超声波测量系统获得了快、慢横波记录；分析记录可知，在相同传播方向的分裂横波具有走时和传播速度不随裂缝方位变化的恒定性特征；以此为基础，提出了利用平均法和瞬时振幅法来计算快、慢横波的走时时差和绘制振幅-方位曲线，以提高精度。利用物理模型实验得到的2个正交横波（S1波与S2波）的快、慢横波记录，分别用平均法和瞬时振幅法计算了快、慢横波走时的平均值、时差和均方差，并绘制了相应的振幅一方位曲线。结果表明，采用上述2种方法，消除了同相轴扭曲、倾斜和不规则抖动等对计算结果的影响，时差的计算是可靠的，振幅一方位曲线的绘制是合理的。     

VTI介质三分量井间地震观测波场数值模拟

 文中采用波动方程交错网格有限差分数值方法模拟井间三分量地震观测到的各向异性介质中传播的波场。与只用两分量地震资料模拟相比,两分量X和Z分量剖面上只能观测到快纵波和慢纵波,观测不到Y方向偏振的快横波,也观测不到横波分裂现象,在三分量地震资料模拟中,可以在Y分量地震记录上观测到快横波和横波分裂。一般来说,在TI介质中横波速度各向异性要比纵波速度各向异性具有更明显的特征。通过对大庆油田S区野外实际观测到的井间三分量地震数据进行数值模拟,证实了快横波的存在,合理地解释了井间地震记录的各向异性介质中传播的波场,为纵、横波波场分离,纵横波速度分析、成像和纵横、波综合解释等提供了基本依据。     

P-SV�����Შ��ת���빫ʽ�о�

当P-SV横波穿越裂隙介质时会分裂成平行裂隙走向的快横波和垂直裂隙走向的慢横波，在某一时刻，快慢横波的偏振在空间具有不同的组合形式。文章研究了旋转分离公式与偏振方向和旋转方向的关系，推导出了快慢横波不同组合形式的分离公式，其中顺时针旋转方向和逆时针旋转方向各有四个公式表述；同时还分析了公式的差异，并用实例进行了验证；提出了快慢横波传播过程中应用公式判别偏振情况的能量投影准则和快慢横波同相准则。通过实际资料的处理，说明该方法能准确地分离快慢横波。     

各向异性介质中横波特征的实验研究

本文利用剪切振动的超声换能器作为发射声源和接收器，在实验室内观测横波在已知的弹性结构的人工复合材料和裂隙细砂岩样品中的传播特征，由实验证实：（１）横波沿复合材料层面或岩样裂隙方向传播时，存在两种速度的横波，其中快横波的偏振方向平行样品的弹性结构方向（层面或定向裂隙）而慢横波的偏振方向垂直结构方向。（２）当入射横波（发射器或接收器）偏振方向与样品弹性结构方向平行或垂直时，只能观测到一种横波（快或慢横     

裂隙密度对快、慢横波速度影响的物理模型实验研究

在裂隙储层中,横波速度是对裂隙密度最敏感的参数。在实验室通过在均匀介质中嵌入圆形薄片弱弹性材料,构建了与Hudson裂隙理论假设相符的裂隙模型。分别用3种谐振频率(0.50,0.25,0.10MHz)的超声波测试观测了平行和垂直裂隙模型方向传播的快、慢横波波形特征和速度,并用实测的模型基质速度和裂隙参数计算了裂隙模型的理论速度值。实测值与理论计算值的对比表明,随着裂隙密度的增加快、慢横波速度的下降趋势基本一致;随着测试频率的降低出现明显的速度频散现象,实测值由高于理论值向低于理论值方向变化。快横波速度在0.10MHz频率时测试值与理论值几乎一致;慢横波速度则在0.25MHz时测试值与理论值偏差最小。在实测值中,横波偏振垂直裂隙时与传播方向垂直裂隙时的慢横波速度有达2%的差异。分析认为这与波长与裂隙尺寸之比有关,比值接近1时,偏振因素影响大,慢横波波至前会出现干扰波;比值大于1时,传播方向的散射影响大。     

勘探定向直立裂隙系的地面地震技术

在地壳上部广泛分布着充满流体的定向裂隙系,在许多油气田和地热田中,流体流动往往受裂隙控制,因而,对裂隙性油气藏的研究具有重要意义。在拥有定向直立(或近似直立)裂隙的区域内,横波上行时被分裂成沿裂隙走向偏振的快横波和垂直裂隙走向偏振的慢横波。如能检测和估算出分裂的横波,就能确定出裂隙的走向方位,甚至能确定出裂隙密度。本文介绍几种用地面地震勘探定向直立裂隙系的技术,及相应求解裂隙走向方位的万法,同时介绍几个例子。     

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。     

基于Alford旋转的转换波各向异性校正技术

横波穿过裂缝时会分裂为沿着裂缝的快横波和垂直裂缝的慢横波,在转换波处理时为了提高径向分量的成像质量,通常需要进行横波分裂方位各向异性校正处理。为此,通过构建互相垂直的径向和横向分量对,实现了Alford旋转方法对转换波数据的快慢横波分离,并完成了转换横波分裂方位各向异性校正处理。首先,在浅层时窗内根据快、慢横波分离方法得到裂缝方向以及快、慢横波,并求取快、慢横波之间的时延;然后,将时延应用于慢横波作时延补偿;最后,将快横波和时延补偿后的慢横波旋转回原来的径向和横向方向,得到新的径向和横向分量。依照该方法对川西地区地震勘探资料中深层或深层时窗内的转换波数据进行处理,大大改善了转换波径向分量的成像质量。     

正交基旋转的横波分裂检测技术

根据横波分裂的特点和信息，可以预测地层裂缝发育的方位和密度参数。在裂缝性油气藏中，这两个参数对提高油气采收率具有重要的意义。利用二维单震源的转换波资料估算裂缝参数时，通常假定快、慢横波之间有确定的时差关系和振幅关系。而在实际资料中，这种关系往往是不存在的，特别是时差关系并不确定。为此，本文在快、慢横波偏振为正交偏振的基础上，提出一种正交基旋转(OBR)方法，可导出观测系统坐标与自然坐标之间夹角的解析表达式，从而实现快、慢横波分离，并估算地层裂缝发育方位。通过合成记录和实际资料试算表明，利用此法估算裂缝的主方向既可行又实用。     

横波双折射:一种评价裂隙性油藏的新方法

横波的传播特性特别适合勘探和确定裂隙性油藏。为了确定横波偏移和分裂(双折射)是否是由于裂隙引起,是否能够测量由裂隙产生的方位各向异性,科罗拉多矿业学院地球物理系,在一个天然裂隙油藏上布置了三分量 P 波与 S 波测量。结果表明地面横波地震记录可用来计算方位的各向异性,以及方位各向异性的地震测量能够提供地下裂隙的位置、方向和强度信息。该     

根据多分量有井源距VSP资料中的SV波的参数反演结果估算裂隙

横波双折射总是与垂直裂隙的存在相联系的。在这种情况下,识别裂隙的常规方法是探测横波VSP中的横波分裂。这些勘查将海洋采集排除在外且局限于能用横波震源的地区。本文描述了一种用有井源距VSP的转换横波测量横波双折射的技术。假定SV波的传播是几乎垂直的,参数反演方法可被应用到根据三个参数:快横波偏振和快、慢横波速度模拟的多分量有井源距VSP数据的水平分量中。本技术可应用于来自裂隙区之上的SV波和双折射层顶端产生的波型转换横波中。在这种情况下,分别地处理SV波能提供有意义区域中存在横波双折射的证据。     

用双分量记录反演裂隙方位的旋转变换方法

沉积岩中的定向直立裂隙系是一种方位各向异性体，它往往是油气富集区，是地球物理工作者寻找的重要目标之一。横波在这种定向直接裂隙系中传播中引起分裂，产生快横波和慢横波，因而可通过纯横波资料或三分量转换ＰＳ波资料来检测这种所谓的横波双折射。     

含裂隙介质中弹性波场正演模拟

应用定向分布裂隙介质中弹性波场正演理论，导出各向异性介质吸收边界条件，对同一地质模型模拟出不同裂隙性质、不同裂隙密度的地面合成记录和VSP记录。结果表明，充填裂隙介质和干裂隙介质的地震波场特征有明显的差别，干裂隙介质的横波分裂现象更为明显。这种分裂现象与裂隙密度有关，裂隙密度越大，分裂现象越明显。同时还表明，地面合成记录的转换波分裂现象比VSP记录更明显，而地面记录反射横波分裂现象又不及VSP记录易于识别。     

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。     

含裂隙介质中弹怀波场正演模拟

应用定向分布裂隙介质中弹性波场正演理论，导出各出异性介质吸收边界条件，对同一地质模型模拟出不同裂隙性质，不同裂隙密度的地面合成记录和ＶＳＰ记录，结果表明，充填裂隙介质和干裂隙介质的地震波场行征有明显的差别，干裂介质的横波分裂现象更为明显，这种分裂现象与裂隙密度有关，裂隙密度越大，分裂现象越明显，同时还表明，地面合成记录的转换波分裂现象比ＶＳＰ记录更明显，而地面记录反射横波分裂现象又不及ＶＳＰ记录易     

各向异性介质中横波测试技术实验研究

依据发射和接收横波换能器偏振的转动方式,归纳总结了各向异性样品的3种测试方法,并通过相同的实验条件和各向异性样品详细分析了各种测试记录的特征。认为各向异性介质横波传播特性的研究,应有针对性地选择观测方法:用垂直偏振旋转法测试介质的各向异性结构方向,用平行偏振旋转法测量快、慢横波的波至时间。相对旋转偏振法则是垂直偏振旋转法和平行偏振旋转法的综合。同时,使用窄脉冲横波换能器,并对其偏振特征进行校正,以及借助辅助测试可以大大提高测试精度。     

各向异性情况下地震数据的处理

提取矢量波场数据中分裂出来的快,慢横波的偏振方向及其旅行时的各种处理技术为未来地下岩层内部构造细节的成像奠定了基础.新近发展的独立旋转震源极化方向和检波器轴技术是一种从横波数据中提取各向异性效应的有效处理工具.该技术在理论上能够把握分裂横波的非正交偏振方向.进一步可用各种各向异性介质模型的VSP横波数据集来检验它的性能,并用全波模拟计算.当横波在裂缝走向不随深度变化的模型中传播吋。使用该方法效果很好,而当裂缝走向随深度剧烈变化时,用此法则会得到不精确的偏振和时间延迟估值.在这种情况下,用其它技术未必会得到更好的结果,因为这些问题是由横波多次分裂而导致的复杂性造成的.     

基于各向异性流体替换的裂隙介质波传播特征研究

流体替换是利用地震资料进行地层各向异性特征分析和流体预测的基础。基于各向异性流体替换理论,研究了多孔隙垂直裂隙(HTI)介质中的波传播特性,分析了裂隙密度、法向与切向裂隙韧度比(ZN/ZT)以及流体饱和度的变化对多孔隙HTI介质的P波速度、横波分裂、各向异性参数以及反射系数特征的影响。研究表明,随着裂隙密度的增大,P波速度水平分量的减小量大于垂直分量的减小量;随着水饱和度的增加,各向异性参数减小,而P波速度和各向异性AVO梯度增大;不同的ZN/ZT对横波分裂的幅度和偏振方向有明显影响,在干燥与饱和状态下各向异性AVO梯度都随着ZN/ZT的增大而减小。