Hudson理论中裂隙参数的适用性研究

介绍了Hudson裂缝介质模型；阐述了边界元法的基本原理；建立了纵波在裂缝介质中传播的边界元法数值模型；模拟了裂缝密度、裂缝纵横比和裂缝填充物对纵波的传播速度和衰减因子的影响；分析了Hudson理论中裂隙参数的有效取值范围以及可能带来的误差。模拟结果表明，边界元法可以很好地模拟含裂缝非均匀介质中波的传播问题，裂缝密度对纵波传播速度和衰减因子有一定的影响。在地震长波长情况下，相同特征尺度的圆形干裂缝比薄形干裂缝对弹性波的散射可以进行更有效的衰减；裂缝饱和充水后各向异性程度下降，且纵横比值越小，岩石介质性质对裂缝流体越敏感。     

用边界元数值模拟验证Hudson裂缝介质理论

裂缝介质各向异性的研究对于油气勘探与开发及地下工程建设均有重要意义。边界元法具有输入数据少、精度高等优点。本文依据Hudson裂缝介质模型,建立了纵波在裂缝介质中传播的边界元法数值模型,模拟了裂缝密度、裂缝纵横比以及裂缝填充物对纵波的传播速度和衰减因子的影响,探讨了波长与裂缝特征尺度的关系。结果显示,边界元法可以很好地模拟含裂缝非均匀介质中波的传播问题。波长和裂缝特征尺度的比值是等效介质理论能否成立的一个重要因素,裂缝饱和水后各向异性程度下降,裂缝密度对纵波传播速度及衰减因子有一定的影响。在地震长波长情况下,相同特征尺度的圆形干裂纹比薄的干裂纹对弹性波衰减更有效。     

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。     

裂缝对岩石纵、横波参数影响的实验研究

对裂缝模块纵、横波参数与裂缝角度和宽度之间的变化规律进行了实验研究。结果表明随裂缝角度的变化，低角度裂缝主要影响纵波波速和横波幅度衰减，高角度裂缝主要影响横波波速和纵波幅度衰减，横波波速由于双折射，在两个方向出现了不同的变化；而随裂缝宽度的增加，纵、横波幅度有所下降，横波在裂缝性岩石中传播时显示了较强的各向异性。     

基于Hudson理论的裂隙参数对纵波的影响

各向同性介质的背景上因存在定向排列的裂隙而导致方位各向异性。描述方位各向异性介质的主要参数是裂隙密度和裂隙的发育方向。同时．裂隙内所含的矿物成分(流体或气体)对各向异性也有一定的影响。以Hudson理论为基础。给出裂隙介质地质模型．通过数值计算．结合理论分析,描述裂隙密度、裂隙的发育方向和裂隙内的流体及气体对纵波传播速度和衰减的影响。为利用纵波属性的变化进行裂缝油气藏的检测建立理论依据。     

基于蚂蚁体各向异性的裂缝表征方法

纵波振幅方位各向异性已广泛应用于裂缝发育带的定量化预测。但对于碳酸盐岩溶缝、洞储层及多组裂缝的预测,该方法遇到了困难。为此,本文提出了基于蚂蚁体方位各向异性的裂缝表征方法,该方法将蚂蚁追踪算法和基于纵波振幅方位各向异性的方法结合起来表征裂缝,即由多方位蚂蚁体结合裂缝发育规律得到裂缝发育带的分布范围,在裂缝发育带内应用基于振幅各向异性的裂缝检测方法确定裂缝的密度和方向。该方法既克服了基于纵波振幅方位各向异性裂缝预测受溶洞影响大、对多组裂缝预测困难的缺点,又克服了常规蚂蚁追踪方法对裂缝描述不全面、不能定量预测的缺点。实际应用表明,该方法能对复杂的岩溶储层裂缝发育带进行量化预测,预测结果准确可靠。     

裂缝性多孔介质纵波频变特性研究

各向异性介质地震波衰减的研究一般只针对横向各向同性介质,即包含一组垂向裂缝。实际储层中往往存在多组正交或斜交裂缝,因此研究含多组裂缝储层的地震波频散和衰减非常必要。Chapman建立了包含两组裂缝的中观尺度喷射流模型,但是没有讨论两组裂缝对特征频率、频散和衰减幅度的影响。为此,建立了计算含多组裂缝储层纵波频变特性的方法。首先对Chapman模型数值模拟,讨论裂缝参数对特征频率和频散、衰减幅度的作用;然后分析Chapman模型和标准线性固体模型之间的关系;最后建立利用广义标准线性固体模型计算包含多组裂缝储层的频变纵波模量的方法,即利用Chapman模型和各向异性Gassmann方程得到低频模量,利用Chapman模型得到高频模量。所提方法利用低频、高频极限模量和模量损失表征地震波的频散和衰减特性,其中模量损失可表征每组裂缝的贡献,并得出以下认识：1裂缝方位和地震波入射方向只影响频散幅度和衰减幅度,而不影响频散频带和衰减频带;2不同裂缝发育情况的纵波速度V_P(或纵波逆品质因子Q_P^-1)曲线间存在代数关系,因此可以利用单组裂缝的V_P(或Q_P^-1)曲线表示两组甚至多组裂缝的V_P(或Q_P^-1)曲线;3当地震波传播方向与裂缝平行时,V_P随频率的变化很小,P波衰减最小。所提方法对于研究各向异性介质的地震波场特征及地震响应机理具有一定实际意义。     

裂缝储层地震波特征响应的物理模型实验研究

通过多种裂缝物理模型和MTS岩石物性测试系统，测试了不同材料和不同状态下裂缝模型的地震波特征响应，分析了裂缝特征参数的变化对地震波属性参数的影响。裂缝密度、方位、张开度的变化对纵横波的速度、振幅、衰减和主频等均有明显的影响，但裂缝参数的变化对地震波动力学特征参数(振幅、主频等)的影响远远大于对运动学特征(速度等)的影响，为利用地震波的振幅、衰减和主频等属性参数进行裂缝特征的检测提供了可靠的实验基础。     

方位纵波裂缝检测技术在深层火山岩中的应用

根据裂缝的尺度不同,检测裂缝的方法多种多样,检测效果也不尽相同。纵波方位各向异性裂缝预测技术是目前国内外正在发展和不断完善的技术。利用地震纵波在各向异性介质中传播时发生振幅、频率、速度等随方位角的变化,研究了深层火山岩裂缝发育方位和发育密度的检测方法,该方法预测结果与裂缝发育带的微观特征有更加密切的关系。以徐家围子断陷F区块的火山岩储集层为目标进行了裂缝检测,取得了较好的效果。     

横向各向同性介质纵波方位各向异性物理模型研究

 Ruger公式表明：在各向异性介质中,当各向异性参数、纵波阻抗、横波速度、介质密度已知的情况下,反射系数是方位角和入射角的二元函数;若采用固定炮检距观测方式,只改变测线与裂缝方向之间的夹角,则反射系数可化简为方位角的一元函数,根据Ruger公式便可得到不同炮检距下的反射系数值。本文基于Ruger公式,运用物理模型模拟方法,在水中以50,100,150mm的炮检距观测了HTI介质的地震响应,了解了反射波振幅、反射旅行时随裂缝方位角变化的规律。研究表明：在不同炮检距情况下,裂缝层顶、底界面的反射纵波振幅均出现方位AVO响应,即当方位角为0°时,纵波反射振幅最大,当方位角为90°时,纵波反射振幅最小;裂缝对纵波旅行时也产生影响,即反射时间随方位角增大而增大。物理模拟实验结果与理论计算结果相近,从而为裂缝识别和预测提供了借鉴。