黏弹TTI介质旋转交错网格微地震波场模拟

基于Carcione提出的黏弹各向异性一阶速度—应力方程,采用旋转交错网格有限差分正演模拟方法,利用地震矩张量分解方法,将力源转化为速度源,并将其加载到旋转交错网格点上,实现了ISO、DC、CLVD等3种基础震源机制的旋转交错网格微地震震源加载,得到了微地震波场、微地震记录以及震源照明图,并分析了微地震信号的波场特征。结果表明:(1)微地震波场qP波和qSV波的能量相对关系以及qP波初动极性都仅仅受制于震源类型,与储层类型无关,可据此考察震源机制以及反演水力压裂裂缝参数;(2)微地震波场qP波旅行时仅仅受制于储层类型,与震源机制无关,可根据其同相轴曲率预测储层类型及性质;(3)微地震波场能量辐射方式受震源机制及储层类型等因素的影响,且存在较大差异,因此在实际观测系统布设时,要综合多方面先验信息,优选出主能量方位和有效辐射强度,从而设计出合理、高效的观测系统。     

正交各向异性介质中的剪张源震源机制与矩张量特征

水力压裂区在整体上呈现各向异性特征,深入研究和分析水力压裂区的各向异性参数对震源机制和矩张量的影响成为必要。本文研究了干燥和完全饱水垂直正交裂缝介质的地震波响应特性,通过各向异性介质参数和源张量获得各向异性介质中的微地震矩张量,分析了震源区各向异性对双力偶分量(DC)、补偿线性偶极子分量(CLVD)和各向同性分量(ISO)的影响,并对比了裂缝及其所含流体的特征参数对地震波响应特性的影响效果。研究结果表明:各向异性介质中由于剪张破裂产生的非DC分量依赖于破裂方式、各向异性介质的类型、裂缝参数及断面方向等,干燥裂纹介质中的ISO分量较高,水饱和裂纹介质中产生较高的CLVD分量、而ISO较小;各向同性与各向异性介质中剪张源的远场P波辐射花样存在差异,震源特征和介质各向异性会对地震波走时、极性和振幅产生明显影响。探究水力压裂区各向异性参数对震源机制的影响效果对微地震震源描述具有重要意义。     

基于不同震源机制的黏弹各向异性微地震波场模拟

考虑到介质的复杂性和微地震震源的多样性,基于黏弹各向异性波动方程和地震矩张量,通过交错网格有限差分方法,进行了微地震波场正演模拟,并分析了微地震信号的传播特性和偏振特性。研究表明:1双力偶成分(DC)源产生的能量主要分布在V_y分量的qS波上,而各向同性(ISO)源和补偿线性矢量极偶成分(CLVD)源产生的能量主要分布在V_x和V_z分量的qP和qS波上,且CLVD源相对于ISO源能激发出更强的qS波;2介质的黏弹性会导致振幅和波形改变,对qS波更是如此。对于各向异性介质,在三种基础源的模拟结果中都能观测到剪切波分裂现象,在黏弹性情况下剪切波分裂更为明显;3当存在CLVD源时,在不同的入射角范围内各类介质的偏振角出现突变现象,可以通过引起偏振角突变的入射角范围识别VTI介质。此外,黏弹性对微地震信号的偏振特征影响较小。     

富有机质页岩微裂缝地震响应特征——以长宁示范区宁201井为例

为明确四川盆地长宁示范区龙马溪组-五峰组所发育的构造微裂缝密度和走向对富有机质页岩地震响应特征的影响,基于长宁示范区宁201井富有机质页岩钻井岩心资料建立地质模型,利用各向异性HTI介质计算地层反射系数,开展地震AVAZ正演模拟,结合研究区地震勘探资料对比验证,分析该井富有机质页岩微裂缝地震响应特征。研究表明：①富有机质页岩微裂缝的地震识别受到地震资料的入射角、方位角以及主频控制。地震资料入射角控制不同微裂缝密度对振幅造成的差异性,方位角控制微裂缝走向的识别能力,主频保证振幅不会受到地震波调谐效应的影响;②随着地震波传播方向与裂缝面法向的夹角增大,振幅值逐渐降低,在夹角为90°时达到最低。平行于微裂缝走向的方位角振幅不受微裂缝密度变化的影响,垂直于裂缝面方位角振幅随着微裂缝密度增大而增大。从富有机质页岩微裂缝识别的角度来看,研究结果可以为长宁示范区后期富有机质页岩微裂缝地震解释工作提供依据。     

裂缝单斜介质qP波正演模拟方法

正确识别裂缝介质中地震波传播规律对于了解裂缝的性质及利用地震波进行裂缝预测具有重要的意义。对于包含两组垂直、斜交裂缝的各向同性地层,单斜各向异性介质是最符合的地震模型。首先根据等效理论将两组垂直、斜交裂缝等效为单斜各向异性介质,建立了裂缝参数与弹性参数的线性关系;其次根据频散关系式推导了单斜各向异性介质qP波方程,避免了弹性波方程的复杂性与纵横波耦合在一起等问题;最后应用有限差分数值模拟qP波在两组垂直、斜交裂缝介质中的传播规律。模拟结果表明,qP波波前面不是圆也不是椭圆,不同方位的地震数据存在旅行时、振幅等差异。本文研究对正确认识地震波场在两组垂直、斜交裂缝介质中的传播具有重要的意义。     

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。     

两组任意夹角倾斜裂缝介质地震波场模拟

 两组任意夹角的倾斜裂缝在自然界中具有普遍性,本文针对两组任意夹角的倾斜裂缝介质模型,采用交错网格高阶差分法进行地震波场二维三分量数值模拟。根据Hudson理论和Bond矩阵变换得到裂缝型储层在观测坐标下的弹性系数,对比了在本构坐标和观测坐标下地震波场之间的差异,分析了不同方位角下炮记录波场特征、不同炮检距方位角道集上的波场特征,以及改变裂缝夹角后在方位角道集记录上的响应特征。研究表明,裂缝型储层的各向异性特征是裂缝的综合反映,各向异性的强弱不仅与裂缝的发育强度有关,还与裂缝发育的复杂程度有关。通过对方位各向异性介质数值模拟和波场特征的分析,可为方位各向异性介质的裂缝反演提供理论基础。     

二维黏弹性随机介质中的波场特征

在高分辨率地震数据中常常作为“噪声”处理的不相干扰动，其实部分是源于介质在小尺度上的非均匀性。随机介质模型及其相关理论，使人们有可能在统计的意义下反演出介质在小尺度上的非均匀特征(如空间自相关函数、平均异常尺度、标准差等)。本文通过波动方程的交错网格有限差分正演，模拟了地震波在二维黏弹性随机介质中的传播及其自激自收时间记录。研究了黏弹性随机介质中的波场特征以及黏弹性随机介质中的最大振幅波至旅行时、振幅衰减等特征，并得出了若干结论。通过正演模拟表明：黏弹性随机介质模型对应的地震记录中有散射波、振幅衰减、旅行时扰动、地震波尾等复杂的波场特征；波的散射形式强烈依赖于介质的统计特性，如自相关函数、方差和吸收系数等；介质的自相关长度的变化对波前振幅的影响很小。     

各向异性含气砂岩模型正演及AVO响应特征分析

为认识和研究各向异性含气砂岩储层中弹性波的多波波场特征,以利于多波地震资料解释。在各向异性弹性波方程基础上,采用高阶交错网格有限差分技术模拟地震波在各向异性含气砂岩模型中的传播,得到该类储层的弹性波场。同时结合AVO分析技术分析了各向异性系数对多波波场特征的影响,比较了地震波在各向同性含气砂岩模型和各向异性含气砂岩模型中的波场响应异同。对比研究结果表明,地层的各向异性对波场特征和AVO响应有明显影响,并且这种影响在纵波和转换波上表现不一致;正演记录中的振幅特征与AVO异常响应是吻合的,说明将正演模拟与AVO分析相结合可为准确识别多波波场提供一种思路。     

各向异性粘弹性孔隙介质伪谱法波场正演模拟

在用地震资料描述油气储层时应综合考虑地球介质所表现出来的各向异性、粘弹性以及孔隙特征。本文建立了各向异性粘弹性孔隙介质模型,导出了各向异性粘弹性孔隙介质的弹性波波动方程,采用伪谱法进行了正演模拟,并分析了其波场特征。该研究有益于加深对地震波在实际地球介质中传播规律的认识。     

VSP波场研究与应用现状

垂直地震剖面法(VSP)通常采用三分量(3C)检波器记录地震波场信息,而纵、横波震源的应用使其波场进一步丰富和复杂化,开展VSP各种波场特征的研究具有重要的理论和实际应用价值。首先对VSP记录的波场特征进行分析,进而讨论了不同类型震源和不同介质模型的复杂波场分离方法,包括光纤观测VSP波场的噪声特点及压制方法,井筒波与电缆波的产生机理、压制及应用方法,绕射波与断面波的特征及其应用方法,多次波的特征及其压制和应用方法,折射波与导波的传播特征及其应用方法等,重点研究了上行横波和转换波的传播特征、波场分离与矢量合成及多波信息的综合应用方法等。最后,对多分量VSP波场处理中存在的问题进行了分析并对多波应用的前景进行了展望,认为拓展VSP记录中波场传播特征的研究有益于揭示地下复杂构造与地层物性信息,VSP多波解释与反演研究、多波属性的提取与应用有助于油气储层的勘探与开发等,预期VSP多种波场的研究将具有持续攻关和推广应用价值。     

平面波射线追踪与面炮波场时间滞后深度成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟分解并合成组合炮记录,分别进行组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波的反射波成像。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓的良好振幅特性,提出了用平面波射线追踪法计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,并着重讨论了程函方程有限差分法计算平面波传播时间和组合记录上行波场时间滞后的深度成像方法。通过对Marmousi模型数据的成像检验,表明该法要比积分法偏移效果优越。     

双检数据上下行波场分离技术研究进展

随着海洋油气勘探开发技术的发展，水、陆双检海底接收的应用日趋广泛，上下行波场分离作为双检数据处理的关键技术，决定了资料处理品质及应用效果。在双检数据上下行波场分离技术的发展过程中，国内外学者提出了许多切实可行的技术方案。本文通过系统调研国内外相关文献，对上下行波场分离方法和技术进行了归纳和总结。首先基于波动理论，把双检数据与上下行波场联系起来，建立了双检数据标定和上下行波场分离的理论基础：水、陆检数据接收的波场分别为压力波场和质点垂直速度波场，可以分解为上行压力波场和下行压力波场及上行质点垂直速度波场和下行质点垂直速度波场；下行压力波场与下行质点速度波场振幅成正比，且极性相同，上行压力波场与上行质点速度波场振幅成正比，且极性相反。然后针对海底电缆/海底节点（OBC/OBN）水、陆检数据，建立了基于消除海水鸣震的双检数据处理技术。最后，总结出7种双检数据上下行波分离方法，包括：常数标定因子分离、频率—波数域分离、镜像分离、去虚反射分离、最优去虚反射分离、检波器脉冲响应分离和τ-p域分离等方法。双检数据上下行波场分离之前，首先要进行检波器脉冲响应校正；然后进行双检数据匹配和标定处理等，使水检数据中上下行压力波场与陆检数据中上下行质点垂直速度波场振幅和频率趋于一致，且由于下行压力和质点垂直速度波场极性相同、上行压力和质点垂直速度波场极性相反，陷波问题得到补偿，检波点端虚反射得到合理压制；最后实现最佳的上下行波场分离处理。     

时间域广义2.5D一阶波动方程曲网格有限差分法数值模拟

2.5D地震波场数值模拟通过在2D地质模型中施加点源从而计算得到3D地震波场。首先通过傅里叶变换得到了一种适用于混合（声波、弹性各向同性、弹性各向异性）介质和各种边界条件（声波自由地表、固体自由地表和固—液边界）的2.5D时域广义一阶波动方程,并采用曲线网格有限差分法求解该波动方程。在各种均匀介质模型（声波、弹性各向同性和弹性各向异性）中,通过对比2.5D数值解与3D解析解和3D数值解,不仅验证了推导的方程和数值求解方法的正确性,而且验证了2.5D数值方法相比3D数值方法在计算效率和内存占用方面有很大的优势。2D数值方法由于线源假设,其解与2.5D数值解相比存在较大的振幅误差和相移,难以直接应用。数值实验结果表明,该2.5D数值模拟方法适用于含各种边界（声波自由地表、固体自由地表和固—液边界）的地质模型。不同于2D波场数值模拟方法,2.5D波场数值模拟方法可直接应用于实际的点源观测数据处理,如2.5D逆时偏移成像。     

一种基于新差分模板和无穷范数的震源波场重建方法

伴随状态法广泛应用于偏移成像和全波形反演中。模型的像或梯度可通过震源波场和伴随波场之间的相互运算得到。但两种波场分别沿时间正向和反向传播,无法同时访问。为避免对震源波场进行存储,可采用边界波场逆向重建震源波场。但现有的重建方法仍无法平衡精度和存储需求。为此,发展了一种新的交错网格有限差分震源波场重建方法。新方法通过存储边界区域的N层波场和M-N层波场的线性组合来重建内部区域的震源波场(M为差分算子长度参数,0≤N≤M)。推导了基于新差分模板的频散关系,构建了无穷范数型目标函数,采用Remez交换算法优化了重建系数。详细分析了所提方法的精度和稳定性,并将其应用于声波逆时偏移和弹性波全波形反演。数值结果表明：新方法可以获得足够精确的重建波场、偏移剖面和反演结果;其内存需求仅为传统方法的(N+1)/M。     

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。     

井间地震定向接收的物理模型实验

本文利用超声物理模型实验技术，对一个二维双层各向同性的水平层物理模型，进行了野外井间地震模型，昨用接收换能器的方向特性，有目的地作定向接收井间波场实验，研究检波器定向和其方向特性对井间地震数据采集的影响。实验资料表明，不同定向接收的井间波场有明显的差异。通过对井间地震波场的简单剖析和实验结果对比分析，得出了定向接收到的井间地震波具有明显滤波效应不能完全反映井间波场特性，以及震源位置也会对定向接收到     

平面波射线追踪与面炮波场滞后时间成像

面炮(Arealshot)偏移技术是对实际炮集数据按照不同方向传播的平面波进行时间延迟并形成组合炮记录,然后分别作组合震源下行波的向下波场外推和组合记录上行波的向下波场延拓,在相遇深度得到该方向平面波成像的技术。本文基于面炮深度偏移技术,充分利用射线追踪计算量小和波动方程波场延拓具有良好振幅的特性,提出了用平面波射线追踪计算平面波组合震源下行波前走时和面炮波场滞后时间成像的深度偏移方法,着重讨论了有限差分程函方程(Eikonalequation)计算平面波传播时间和组合记录上行波场的滞后时间成像。