基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

基于BISQ模型双相各向同性介质中地震波数值模拟

基于BISQ机制,推导了双相各向同性介质中弹性波数值模拟方程,并借助交错网格有限差分方法进行了波场模拟。证实了三种波(快纵波、慢纵波、横波SV)的存在和波场特征;在合成地震记录中,观测列三种波的反射,由于各种波相互之间的转换,转换波在地震记录中显示也很清楚,这使得波场变得更为复杂化。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维交错网格高阶有限差分数值模拟

从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发，推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法，进行了数值模拟，在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波，在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波、慢纵波和慢横波。在三维情况下对比了xoz、xoy、yoz平面内的波场切片，并对平行xoz平面，不同y值处的波场切片进行了对比，结果证明三维数值模拟可以从不同角度更好地反映波场的传播特性。     

利用时间分裂的错格伪谱法模拟地震波在基于改进BISQ模型的双相介质中的传播

改进的BISQ(Biot-Squirt)模型中各参数具有明确的物理意义和可实现性,在不引入特征喷流长度的情况下可将Biot流动和喷射流动两种力学机制有机地结合起来;而高精度的地震波场数值模拟技术是研究双相介质地震波传播规律的重要手段。本文从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导了基于改进BISQ模型的双相各向同性介质的一阶速度--应力方程组;采用时间分裂错格伪谱法求该方程组的数值解,模拟半空间及层状双相介质中的地震波场。数值模拟结果表明:①与传统方法相比,时间分裂错格伪谱法波场数值模拟的精度更高,压制网格频散效果更好;②在非黏滞相界情况下,慢纵波呈传播性,而在黏滞相界情况下,慢纵波呈扩散性,以静态模式出现在震源位置;③双相介质分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可由数值模拟结果清晰展现。     

VTI介质中井间地震三分量数据的波场特征

用波动方程的有限差分数值解法,模拟了井间地震观测到的VTI介质中传播的波场,合成井间地震共炮点的三分量记录,对比识别了野外实际井间地震三分量观测记录上的快纵波、慢纵波、快横波和慢横波,分析了各类波的传播速度和偏振特性,为井间地震数据的波场分离、不同类型波场的成像以及纵横波和快慢波的联合解释提供依据。      

传统和旋转交错网格有限差分在双相介质中的模拟对比

以Biot双相介质模型为背景,笔者推导了双相各向同性介质二维三分量一阶速度——应力弹性波方程方程,建立了各向同性双相介质波动方程的二维三分量有限差分格式。分别采用传统交错网格有限差分技术和旋转交错网格有限差分技术对均匀和非均匀双相各向同性介质进行了波场模拟。结果表明,旋转交错网格有限差分技术能够有效模拟双相各向同性介质中弹性波的传播情况;通过传统和旋转交错网格有限差分技术的对比,说明了旋转交错网格有限差分算法的稳定性更强,避免了插值带来的误差,是一种有效的地震波场模拟方法。     

双相介质中纵波方程的高阶有限差分解法

从双相介质中的纵波方程出发,导出了求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,给出了吸收边界条件和稳定性条件,在此基础上实现了双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明,这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,算法可同时应用于叠前和叠后的数值模拟。     

井间地震弹性波传播特征数值模拟

采用弹性波方程数值模拟和Zoeppritz方程解相结合的方式,研究了井间地震固-固界面上以及低速和高速夹层中弹性波场特征及传播规律.给出了井间地震弹性波的主要类型,其中包含一种特殊面波,该面波由激发井和接收井内的地层界面处产生的二次源形成,并说明了反射波以广角反射占优势;利用正演模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出了在临界角处广角反射波的振幅、相位突变,极性反转,这与反射系数变为复数相对应;提出利用临界反射波特征和临界反射点位置来确定地层速度.震源在高速夹层中激发时,其中传播的弹性波场简单;而在低速夹层中,则弹性波场非常复杂.低速夹层中的导波存在明显的频散现象,其振幅和频率与低速层的速度和厚度密切相关.提出利用导波可以确定低速层的横向变化和连通性.     

不同煤岩介质模型的波场特征研究

准确和形象地分析煤矿微地震波在不同介质中的传播规律,能够为煤矿主动地震勘探以及反演煤矿不同区域内部介质结构提供有效的理论依据。基于二维介质模型,以煤矿典型的煤、岩单一均匀介质模型、煤岩组合多层介质模型、含断层煤岩介质模型以及含水煤岩双相介质模型为例,利用高阶有限差分法对不同煤岩介质进行了波场模拟,分析不同介质的波场特征。研究结果表明,高阶有限差分法可以准确、形象地得到煤岩不同介质条件下的纵横波的波场特征;不同介质模型的波场特征各不相同,在多层煤岩介质中不同介质的分界面会发生纵横波的反射、透射和转换,产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波;在含断层煤岩介质中断层处不仅可以产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波,还可以发生绕射产生绕射波;在含水煤岩双相介质中不仅有快纵波和横波,也会产生慢纵波。不同时刻的波场快照可以进一步形象地描述波场动态特征,都为矿山微震波场分析打下了理论基础。     

倾斜裂缝地层qP波方位反射系数椭圆特征研究

倾斜定向排列裂缝地层可以等效为TI介质,根据TI介质弹性波反射透射方程,模拟了上覆各向同性泰勒岩/下伏含有倾斜裂缝的奥斯汀白垩岩模型qP波方位反射系数。通过将qP波方位反射系数拟合成椭圆,研究了裂缝密度、裂缝倾向、裂缝倾角与椭圆参数的关系。研究发现,随着裂缝密度增大椭圆扁率也在增大,裂缝倾向与椭圆中心点方位相差180°,裂缝倾角与椭圆中心点到坐标原点距离存在一定的对应关系。本研究可以为预测倾斜裂缝地层提供一定的理论支撑。     

淤砂层模拟方法对上层理想流体动力反应的影响——平面P波入射

采用解析法,以弹性半空间-淤砂层-理想流体层为对象,分别将淤砂层模拟为固体介质和流体介质,分析了平面P波入射时上层理想流体的动力反应特性。通过算例分析,比较了将淤砂层模拟为弹性固体、黏弹性固体、理想流体和黏性流体介质时与将淤砂层模拟为两相多孔介质时计算结果的差异。研究表明当渗透系数很小时,多孔介质可以近似简化为黏弹性固体,甚至线弹性固体。这一分析研究对于在高坝-库水-淤砂-地基系统地震反应分析的数值模型中采用合理的淤砂层模型,提高计算效率具有重要参考意义,而且还可以用于校核数值模型的合理性。     

裂缝介质中不同震源横波分裂现象的数值模拟

采用TTI介质中二维三分量一阶交错网格应力-速度弹性波方程,模拟胀缩源、垂直集中力源、剪切源在垂直裂缝介质中的井间地震波场,分析了不同方位角情况下波场的传播特征,并讨论了横波分裂时的能量分配情况。结果表明:地震波从各向同性介质进入各向异性介质时会观测到快慢横波;在一定方位角的情况下,垂直裂缝介质中会得到快慢横波,这为进一步分析横波分裂特征和地震实际数据提供了依据。      

方位各向异性介质的VSP资料处理

本文从理论上推导了二维EDA介质中的弹性波动方程，并对其进行了数值模拟，获得了当坐标系旋转30°时用点源激发的三分量波场切片及用相互正交的横波震源在同一位置激发，用两个相互正交的水平检波器接收的四分量全成记录。用双源四分量同时旋转方法对从两种EDA介质中采集的四分量作分析，得到了分裂的快，慢横波分量和它们间的时间延迟以及介质的裂隙方位角。从分离的快横波分量中提取反射能量，然后用VSP-CDP变换方法作成像处理。     

含油水各向异性孔隙介质中地震波传播方程

油气勘探的重点是寻找油气储层的分布 ,而地下油气的存在必然对地震记录产生影响。传统的地震波理论是建立在纯弹性固体基础之上 ,没有考虑固体中所含的流体 ,因此 ,它难以研究含油水岩石的物理性质 ,如岩石的渗透率和孔隙度、油水粘度。从固、液介质系统能量和本构方程出发 ,推导出固体、油相和水相的动力学方程 ,进而建立起含油水两相流体各向异性孔隙介质的地震波传播方程。该方程包括有岩石和油水的物理参数 ,更适合于油田的勘探和开发。     

高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂

笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法.相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差.采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征.结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关.具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差.利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角.横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象.     

基于P-SV波分离的VTI介质射线追踪方法

近年来,VTI介质参数建模和成像技术发展迅速,其中VTI介质射线追踪是基础,其精度和稳定性直接影响建模和成像的效果。VTI介质射线追踪大多通过前人提出的频散关系推导出程函方程和射线方程,该方法主要基于纵横波相互独立的假设,采用令横波速度等于零的手段,在某些特殊情况下精度较低、稳定性较差。针对其缺点提出一种新的射线追踪方法,该方法基于P-SV波分离得到的q P波频散关系,从而推导出程函方程和射线方程,提高了精度和稳定性。最后通过模型试算验证该方法的正确性和稳定性。     

二阶弹性波动方程高精度交错网格波场分离数值模拟

给出了一种等价的二阶弹性波动方程,以解决弹性波场中完全弹性波动方程不能完全分离耦合的纵、横波波场问题.应用高阶交错网格有限差分法求解该波动方程,并使用通量校正技术(FCT)进一步压制频散,采用均匀介质模型和层状介质模型进行波场分离数值试验,精确得到了混合波场、完全分离的纯纵波及纯横波波场.数值结果分析表明,本文方法在均匀介质情况下准确可靠,在分离后的纯纵、横波波场中可观察到较为丰富的能量转换信息,这对认识复杂弹性波的传播规律及弹性波理论具有重要意义.     

基于随机各向同性背景的单斜介质二维三分量正演模拟

针对满足Von Karman型椭圆自相关函数条件的随机各向同性背景下的单斜介质理论模型,应用交错网格技术对快照和地震记录进行模拟,所得结果清晰明了,发现在这种复合介质中波场特性既体现了规律性较强的单斜各向异性性质,又体现了介质的随机性特点。具体表现为:裂隙填充物的性质决定了qP波与qS波的各向异性特征,即干裂隙对qP波的影响显著大于qS波,而含水裂隙的情况则相反;相同方差条件下,尺度越小,随机介质干扰强度越大。