基于各向异性的薄煤层AVO正演方法

针对煤层厚度薄、煤层顶底界面波阻抗差较强的特点,从一般各向异性介质的弹性动力学方程出发,推导出了两层EDA介质水平界面情况下平面波的反射和透射系数公式,并进一步推导了3层介质（即EDA介质薄层位于两个各向同性介质之间）的平面波反射和透射系数。利用所推导的AVO公式,对煤系地层进行了纵波AVO正演模拟,对模拟结果进行分析发现：薄层的厚度、EDA介质的各向同性背景参数对薄层纵波反射系数有较大影响,裂隙开度对薄层反射系数几乎没有影响。     

煤储层裂隙参数正演分析

以TTI煤层的二维三分量各向异性弹性波方程为基础,推导Lebedev网格的有限差分格式,对不同裂隙参数的TTI介质进行数值模拟,分析裂隙参数对地震波场的影响,建立3层介质模型,获得不同裂隙密度和裂隙填充物的理论模型,正演得到煤层的AVO记录。通过对模拟结果的分析可知:(1)当煤层介质为干裂隙时,纵波的速度各向异性对裂隙反应敏感,当煤层介质为含流体裂隙时,横波的速度各向异性对裂隙反应敏感;(2)煤层顶板的反射系数为负值,底板为正值,煤层顶底板反射系数受多种因素的影响;(3)在煤层裂隙介质为干裂隙时,裂隙密度的变化对于反射系数曲线的截距影响较大,而对斜率的影响较小,在煤层裂隙介质为含饱和流体时,裂隙密度对于煤层反射系数基本无影响;(4)随着裂隙密度的增大,裂隙填充物对于反射系数的影响也相对增大。     

各向异性薄煤层纵波AVAZ分析

通过建立HTI型薄煤层的传播矩阵,推导了水平界面情况下含各向异性薄煤层反射系数精确计算公式,并利用该公式对含有薄HTI型各向异性煤层进行了纵波AVAZ分析。经过研究发现,当HTI型煤层为薄层时(厚度小于地震波长的1/4时),其纵波反射系数与煤层为厚层时(厚度大于地震波长)顶板的纵波反射系数规律相似,但其值不仅与上下层介质物性参数有关,还与厚度有关,可见煤层为薄层时采用经典公式反演会带来误差;薄层厚度、Thomsen等效各向异性参数和裂缝密度对纵波反射系数有较大影响,裂缝纵横比对反射系数影响较小。入射波方位角为90°时,入射波在HTI介质各向同性面,此时各向异性参数对反射系数影响最小。     

基于方位AVO正演的HTI构造煤裂隙可探测性分析

通过建立6类HTI构造煤的理论模型,利用Hudson等效介质理论和Schoenberg所定义的传播矩阵,正演煤层顶板的方位AVO记录,最终获得了6类模型的多方位AVO记录。通过对HTI构造煤方位AVO曲线的分析可知：① 不同方位AVO曲线的P值为小于零的常量,G值较大并随方位角φ的增大而减小（φ∈[0,90°\]）;②当裂隙密度增大时,P值减小,G值增大;③ 相对于泥岩顶板来说,砂岩顶板的P值较小,G值较大。通过对HTI构造煤GVAz曲线的分析可知：① GVAz曲线的周期为180°,并在裂隙法向方位取最小值;② 随着裂隙密度的增大,GVAz曲线的波幅相应增大;③ 当裂隙水填充时,GVAz曲线的波幅大于裂隙气填充时的情形。因此,方位AVO的P值可以被用来识别煤层的顶板岩性,GVAz曲线的极值和波幅可分别用来获得裂隙发育法向和裂隙密度信息。就实际地震数据来说,较高信噪比（＞5）是进行方位AVO分析的前提。     

基于AVO反演技术的煤层含气量预测

为预测煤层气含气量,结合山西寺河煤矿实际资料,在分析不同含气量AVO异常特征的基础上,通过反演得到AVO属性,建立多地震属性与含气量之间的相关关系,从而获得煤层含气量分布。对于含气量不同的钻井,高含气量的煤层一般能形成较强的AVO异常,低含气量的煤层AVO异常很小。基于截距和梯度属性,可获得纵波阻抗、横波阻抗、极化参数、密度和伪泊松比等地震属性。地震属性与煤层含气量之间具有相关性,其中截距、纵波速度、纵波阻抗、横波阻抗、极化参数、密度、伪泊松比等属性与含气量具有较大相关性。研究表明,井孔处煤层含气量预测结果与实测瓦斯含量预测误差低,吻合性好,表明基于AVO反演技术预测煤层含气量是一种可行的方法。     

薄煤层P-SV转换波AVO正演研究

研究了EDA（Extensive Dilatancy Anisotropy）介质中的横波分裂现象,在此基础上,对薄煤层的转换波反射系数进行了推导,并建立了含煤地层模型,并对该模型进行了P-SV转换波AVO正演模拟。模拟结果分析发现：入射角为0时,薄层的转换波反射系数为0;随着入射角的增大,反射系数先增大到一个最大值,然后开始减小,薄层的厚度对于薄煤层的转换波反射系数存在较大的影响,裂隙密度和裂隙的填充物对于薄层的转换波反射系数在大角度入射时存在较大影响,这种影响与EDA介质的各向同性背景参数有较大关系,裂隙的开度对于薄层转换波反射系数几乎没有影响。     

瓦斯含量对煤层物性参数及AVO响应特征的影响研究

煤的孔隙度一般较小,低于5%,且被水充满,游离气和溶解气甚少,主要是吸附气,因此,无法利用测井方法直接判断煤层中是否含气。本文在流体替换原理基础上,分析了不同含气饱和度对煤层纵、横波速度和密度等物性参数的影响,并建立了不同含气饱和度煤储层地质模型,对纵波反射波(P-P波)和纵波转换波(P-S波)的AVO特征进行了数值模拟和分析,认为综合利用P-P波和P-S波AVO信息,可以判断煤层中是否含气,对煤层气的勘探开发具有一定参考作用。     

正交各向异性裂隙煤层地震波波速响应特征研究

煤层中常发育近似正交裂隙,正交裂隙近似为正交各向异性介质,地震波各向异性响应特征与裂缝介质关系可以利用作为地震波进行裂隙预测,为了研究煤层中地震波传播速度受裂缝介质的影响,选取正交各向异性裂隙煤层(称OA煤层)为研究对象,根据正交各向异性介质弹性矩阵,结合Schoenberg线性滑动理论和Hudson理论,利用正交各向异性煤层裂隙等效方法,并用正交各向异性介质群、相速度公式,实现对正交各向异性煤层群、相速度分析,进一步研究了受正交裂隙参数影响下煤层地震波各向异性参数变化和速度响应规律。研究结果表明:在给定理论模型中,若煤层裂缝中充填不同流体,当裂缝纵横比或裂隙密度恒定时,各向异性参数也会随着充填流体体积模量的变化而变化; OA煤层干裂隙(气充填)和饱和水裂隙模型中纵波都表现出较强的各向异性,P波对OA煤层裂隙中干裂隙(气充填)、饱水都比较敏感,SV波对OA煤层含水裂隙更敏感,而对含气裂隙却不敏感。     

基于AVO反演技术的赵家寨煤矿煤层瓦斯含量分布预测

为预测赵家寨煤矿14采区煤层瓦斯含量分布,结合赵家寨煤矿14采区勘探地震资料,基于截距和梯度属性,得到纵波阻抗、横波阻抗、极化参数、密度和伪泊松比等地震属性。地震属性与煤层含气量之间具有相关性,瓦斯含量高的煤层一般能形成较强的AVO异常,瓦斯含量低的煤层AVO异常较弱。利用AVO反演技术,建立不同地震属性与煤层瓦斯含量之间的相关关系,从而获得赵家寨煤矿14采区煤层瓦斯含量分布。研究表明,煤层瓦斯含量预测结果与实测瓦斯含量误差小,吻合性好,说明AVO反演技术在一定条件下适用于预测煤层瓦斯含量分布。     

HTI介质地震波各向异性AVO反演

常规AVO反演主要针对各向同性介质进行,含有裂隙的地层实际上是各向异性的。地震反演问题是典型的不适定问题,各向异性参数的加入,使得地震反演问题的非线性程度显著增加,比传统反演难度加大。SA-PSO算法将粒子群算法与模拟退火法进行混合优化,具有全局寻优能力更强、克服早熟现象、不易陷入局部极小值等优点。将含有垂向裂隙的介质近似为HTI介质,基于HTI介质近似反射系数方程,建立关于各向异性参数的目标函数,通过SA-PSO算法实现HTI介质各向异性参数反演,进一步,利用流体因子、裂隙弱度与各向异性参数的关联,对裂隙相关参数及流体因子进行预测。建立含有HTI型煤层的理论模型,对原始数据同时使用SA-PSO算法与PSO算法进行反演,对算法的优越性进行测试,SA-PSO算法反演精度更高,反演过程更稳定;对多层理论模型数据分别加上信噪比为5,10,20的高斯随机噪声,对反演方法的抗噪性进行测试,反演结果误差较小,反演过程能快速收敛,反演抗噪性较好;根据HTI型含水裂隙中各向异性参数的特点,对Marmousi2模型的含水砂岩部分进行改造,引入各向异性参数,通过反演获取速度、密度及各向异性参数剖面,并实现流体因子预测,反演及预测结果与理论模型吻合,论证了方法的有效性。     

煤层AVO正演模拟

AVO技术是研究反射波振幅随炮检距的变化规律,目前在油气探测中已成为一种十分有效的勘探手段。基于AVO技术在多方领域中的探讨,对在煤层勘探中的应用进行了分析,建立了煤系地层的AVO正演模型,并对其进行了分析研究,认为煤层顶、底板反射波振幅随炮检距的增加而减小。根据不同煤种反射波振幅随炮检距的变化不同还可以估算出煤的种类。     

煤层气AVO分析预处理关键技术

利用地震勘探AVO技术预测煤层气(CBM)的风险主要来自地震预处理对反射振幅的改造,这种改造对高信噪比、高分辨率和高保真处理虽然是必要的,但是对煤层气AVO分析却存在一定影响。类似砂岩含气储层的AVO预处理,相对振幅保持是煤层气AVO分析预处理秉持的基本原则,煤层气储层第IV类AVO异常使得其预处理又区别于一般砂岩含气储层。径向道滤波线性噪音衰减技术、高低频分离地表一致性振幅补偿技术、保幅Kirchhoff叠前时间偏移技术是解决煤层气AVO分析预处理中线性干扰、近地表异常、空间成像引起的振幅变化问题的关键技术。野外数据试验表明:3项关键技术可以满足相对振幅保持处理要求,最大程度保留煤层气AVO第IV类振幅异常,有利于实现煤层气AVO分析和提高煤层气预测精度。     

薄煤层中垂直裂缝地震响应特征模拟分析

通过定义一个简单的薄煤层模型,在不断增加煤层中垂直裂缝数量的条件下,利用基于分裂节点的有限元数值方法模拟了含有不同条数裂隙煤层的地震反射波场;通过与不含裂缝、各向同性薄煤层反射的多波波场对比分析发现:裂缝的存在会对煤层的反射产生影响,但裂缝密度低时影响微弱,裂缝密度增加到一定程度后会出现类似调谐作用的反射能量干涉加强;裂缝密度进一步升高,对煤层反射的影响主要反映在高频成分的增加,对振幅影响较弱,说明煤层的反射强度主要受薄层的干涉作用影响较大;从理论地震波场分析的角度证明了薄煤层含裂缝的不可忽视性及反演的可能性。     

利用地震正演模拟实现高保真AVO处理质量监控

本文介绍了一种利用偶极声波和密度测井资料进行叠前道集正演，对实际地震处理道集振幅随偏移距距变化特征进行对比和监控的方法。通过采用实测偶极声波和密度测井资料，利用Zoeppritz方程及其近似公式计算井的叠前正演道集，选取沉积稳定的区域标志层，分析其截距和梯度属性。通过对比正演AVO道集和井旁实际偏移道集波组特征及AVO属性特征，达到检验处理过程和结果是否保幅的目的，实现了AVO特征定量监控。     

正入射爆炸应力波与运动裂纹作用的动态光弹性实验研究

采用动态光弹性实验方法,研究了正入射爆炸应力波对运动裂纹的作用效果。实验得到了运动裂纹与正入射爆炸应力波作用过程的光弹等差条纹变化图,分析了正入射爆炸应力波对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度的影响效果,以及正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展轨迹的影响。研究表明:正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展方向没有明显影响,但对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度有显著时间相关性的抑制和增强作用;当正入射爆炸应力波P波前端压缩脉冲相与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子会受到抑制;当正入射爆炸应力波P波尾部拉伸脉冲相和S波与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子则得到显著增强。     

TI介质中三分量转换波的速度比研究

对TI介质中三分量转换波的速度比进行了研究，给出了转换波速度比求取的系列公式；通过推证得出VTI与HTI介质中速度比与裂缝隙同测线的夹角无关，TI介质速度比的计算不受裂缝、隙方位角影响.对速度比误差的讨论表明，转换波速度较小的误差可给转换波速度比带来较大的误差，而当P波速度和转换波速度均含有误差且误差方向相同时，速度比的误差率可相对减小；当P波速度的误差率和转换波速度的误差率相同时，可消除速度比的误差.