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。     

裂缝参数对纵波能量衰减影响的物理模型研究

基于Hudson理论制作了具有不同裂缝密度、不同裂缝张开度和不同裂缝延伸度的三组物理模型,使用超声波透射法采集了三组模型的纵波振幅数据。文中对比、分析了实验结果与Hudson理论结果,并利用频谱比法计算了三组模型的品质因子,通过分析纵波振幅和品质因子的变化判断不同模型的衰减特性,得出以下认识:①随着裂缝密度的增大,总体上实测纵波振幅呈幅度很小的下降趋势,并显示出较强的振幅方位各向异性,且实验结果与Hudson理论结果类似,因此应用Hudson理论研究裂缝密度较准确。②随着裂缝延伸度的增大,总体上实测纵波振幅呈现增大趋势,且在X和Z方向振幅变化趋势基本相同;而Hudson理论结果的纵波振幅呈幅度很小的单调下降趋势,Hudson理论结果与实验结果的差异说明Hudson理论对于裂缝延伸度的预测存在问题。③随着裂缝张开度的增大,实测纵波振幅变化明显,实测结果的纵波振幅变化幅度远大于Hud-son理论结果,说明Hudson理论公式低估了裂缝张开度对地震波能量的影响。④速度各向异性和衰减各向异性随不同裂缝参数的变化趋势相同,其中裂缝张开度对各向异性的影响最为明显,衰减各向异性的数值要比速度各向异性的数值大一个数量级以上,表明衰减各向异性对裂缝参数的变化更加敏感。     

任意各向异性介质方位旅行时正演

在研究任意各向异性介质中的旅行时正演方法时，针对含气裂隙和含水裂隙模型，本文给出了各向异性介质中射线追踪计算方法。计算结果表明：①在垂直裂隙情况下，纵波反射时间随炮检距、方位角变化，含气裂隙纵波反射时间的方位差异和炮检距差异更为明显；②在相同炮检距时，随着方位角变化反射波旅行时间呈近似椭圆规律变化，含气裂隙介质反射时间的方位差异比含水裂隙差异明显；③在不同裂隙面倾角情况下，反射波旅行时间的方位差异在裂隙面垂直时最为明显，然后随裂隙倾角的减小而减小，当裂隙面水平时变成方位各向同性介质；④在不同方位的测线中，以垂直裂隙走向测线的．纵波反射时间与平行于裂隙走向测线的纵波反射时间差异最大。     

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。     

与储层孔隙度和渗透率有关的纵波传播速度的变化

研究表明，在大多数情况下，油气藏孔隙度和渗透率性质并不涉及连续的一储层，但涉及到由储层和非储层组成的产层，这种由井间地震勘探资料估计的产层平均孔隙度值，即使可以提供地层的物性参数，也不能用来确定油藏大小和用来计算储量，这就需要知识测量油藏的孔隙度及其有效厚度，同时，不能根据地震振幅值较稳定地估计孔隙度和有效厚度，但是，有效厚度与孔隙度的乘积，即储层的有效储集能力与研究剖面的众多类型的地震振幅密度相关，然而，当胡定纵波在碳酸盐岩和陆源沉积物产层里的传播速度的变化时，使用有效厚主与孔隙度的乘积作为通用的要素，其理论方面的正确性和必要性，至今尚未研究清楚，本文试图填补这一空白，并根据现代纵波传播理论的观点证明所获得的实验现象，作者通过大量的方法说明这样一个事实，即纵波在不连续储层里的传播速度是有效厚度与孔隙与隙度乘积的函数。     

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     

基于等效介质模型的裂缝参数AVOA反演

对于裂缝储层内部的垂直剖面,裂隙弱度差可能为负值,而裂隙弱度为非负值,裂隙弱度递推反演方法和假设反射界面之上为各向同性介质的反演方法所得到的反演结果与真实裂隙弱度有较大差异。为此,根据裂隙弱度差等于一阶差分矩阵与裂隙弱度的乘积推导出了反射振幅与裂隙弱度的直接关系式,并将裂隙弱度非负值约束条件加入裂隙弱度反演方程中,构建了裂隙弱度纵波AVOA反演方法。模型试算结果证明了改进的裂隙弱度直接反演方法的有效性。利用塔里木盆地麦盖提地区实际纵波AVOA数据实现了法向和切向裂隙弱度以及裂缝密度反演,裂缝参数反演结果表明该区裂缝基本呈条带状发育,裂缝发育强度与断裂带密切相关,裂缝储层预测结果与测井和钻井资料吻合。     

裂隙煤层弹性波场方位各向异性特征数值模拟研究

 基于二维—三分量各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟， 本文研究了高裂隙密度煤层弹性波场及其方位各向异性特征。对不同裂隙密度均匀裂隙介质模型和含裂隙煤层的三维层状模型进行了弹性波场数值模拟。结果表明， 随着裂隙密度的增大（0~0.3）， 干裂隙介质中弹性波波前面由圆形变为椭圆形， 而饱和水裂隙介质中， 拟纵波波前面则由圆形渐变为菱形， 拟横波波前面则由圆形渐变为蝴蝶结形。垂直裂隙仅引起煤层顶板反射P波及转换波振幅的方位各向异性， 而垂直裂隙却能引起煤层底板反射P波和转换波的速度和振幅的方位各向异性。随方位角的变化， 煤层底板反射P波和转换快慢横波的同相轴呈正弦形态。煤层底板转换快、慢横波时差与裂隙密度之间存在近似线性关系， 而转换慢横波振幅随裂隙密度的增加是非线性衰减的。     

垂直裂隙P波响应特征分析

应用反射P波数据预测裂缝发育带,进行流体识别是当前地震勘探的重点和难点。利用各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分数值模拟方法,开展了不同密度和不同充填物的垂直裂隙介质的波场响应特征研究。对不同模型反射P波的振幅和速度随方位角和炮检距的变化特征进行了定量的分析和总结。研究结果表明,当地层中含有单组垂直的平行裂隙时,反射P波振幅对垂直裂隙中充填物的敏感性大于速度对裂隙中充填物的敏感性,随着裂隙密度的增加,P波各向异性程度也相应增强,裂隙中含气时,各向异性程度较含饱和水时强。在一定程度上,为利用P波属性进行垂直裂隙油气藏的检测提供了理论依据。     

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。     

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。     

根据方位属性预测塔北碳酸盐岩裂缝

碳酸盐岩地层裂缝非常发育,使得地层具有强烈的各向异性。地震波传播时,其振幅、走时、速度、频率、吸收等具有明显方位特性。它们的变化是和裂缝的方向和强度密切相关的,因此可利用纵波方向特性来进行裂缝预测。研究了利用方位层间旅行时来预测裂缝的方法,并预测了塔北—轮古东区碳酸盐岩的裂缝发育情况,取得了较好的效果。     

完全纵波方程有限差分波场模拟

通常情况下，当介质的密度变化相对于其速度变化很小时，可以近似地将密度看作常数，使用声波方程及速度函数来描述波动问题是可行的；如果介质的密度变化与其速度变化相当或更大时，则密度的变化不可忽略，声波方程没有体现密度函数对波场的影响。本文从弹性动力学的基本方程出发，导出了非均匀介质的完全纵波方程及其有限差分格式，完全纵波方程右端含有压力场空问变化项和密度空间变化项，完整地描述了介质的速度和密度两种因素对波动过程所起的作用。数值算例表明，在研究不均匀地质体和地层界面上的反射、透射问题时，完全纵波方程的模拟结果能更准确地描述波场特征。文中还结合反射、透射问题的解析解对相应的模拟结果进行了分析，指出当界面上、下存在明显的密度差异时，考察反射问题时要使用阻抗或阻抗率的概念。     

裂缝参数对纵波各向异性影响的数值模拟

利用地震资料研究天然裂缝的纵波方位各向异性，目前还缺乏纵波属性对裂缝的敏感性系统分析。为此，基于数字图像处理技术，通过设置裂缝参数，采用邻点融合方法建立非均匀性的随机裂缝介质；基于声波波动理论，对随机离散裂缝模型的声波波场进行数值模拟，通过计算不同测线方位的声波速度和衰减系数，分析声学参数与裂缝分布、走向、密度及流体间的关系，可较准确地判定裂缝方向。对随机离散裂缝模型的声波波场的数值模拟结果表明：裂缝参数变化对声波衰减系数的影响远远大于对声波速度的影响，采用声波衰减系数最小值对应的测线方位可较准确地判定裂缝走向；随着裂缝密度增加，衰减系数相对变化量减小；随着含水饱和度增加，速度和衰减系数的相对变化量均先增大后减小。     

振幅随方位角变化裂缝检测技术及其应用

川西坳陷深层须家河组埋藏深，岩石超致密，具有很强的非均质性和各向异性。近年的勘探实践表明，裂缝是否发育对该地区深层超致密储层的孔隙度和渗透性的改善具有重大作用，是天然气能否富集、产出和高产的主控因素。目前，国外在利用P波振幅检测定向垂直裂缝方面取得了成功的经验，其本质是利用P波振幅随方位角变化(AVA)估算裂缝的方位和密度。为此，针对川西深层须家河组裂缝型气藏，利用宽方位采集的三维地震资料，研制并建立了一套预测裂缝方向和裂缝发育强度的P波方位各向异性裂缝检测技术，并且在JM地区三维地震勘探中进行了初步的应用研究，取得了较好的效果。     

裂隙介质的运动学特征反演与应用

在物理模型实验观测的基础上，总结了裂隙介质中P波叠加速度随观测方位的变化规律。应用Grechka叠加速度公式，分析了速度椭圆参数与裂隙走向方位及发育强度之间的关系。利用全方位自适应速度扫描，开发了一种以目的层顶底叠加速度分析为基础，通过广义DIX公式求取层间叠加速度椭圆参数，并进一步预测层间裂隙特征的分析技术，将它应用于实际资料的反演，取得了满意的效果。     

基于宽方位地震数据的纵、横波速度方位各向异性对比研究

对比研究纵、横波速度方位各向异性,对确定方位各向异性敏感参数非常重要。利用中国东部某盆地B区深层OVT域道集数据,开展了纵、横波速度各向异性反演,分别得到了对应的各向异性强度和方向。基于横波速度各向异性强度和方向的解释结果与研究区已知井资料揭示的裂隙信息吻合,与区内断裂关系合理,即各向异性强度大的区域附近断裂发育,各向异性方向大致平行于断裂走向;基于纵波速度求得的各向异性强度明显小于基于横波速度求得的各向异性强度,其各向异性方向偏差较大,与区内断裂关系不甚合理,即断裂附近的各向异性强度很小,各向异性方向与断裂并未大致平行或呈锐角相交。因此,横波速度对方位各向异性更敏感,反映的裂隙分布也更可靠。     

地震裂缝综合预测技术在川西致密砂岩储层中的应用

川西BMM地区侏罗系沙溪庙组储层为河流相低孔低渗致密砂岩，裂缝控制了储层的储渗空间和井的产能。针对研究区为窄方位三维P波地震数据，直接用于地震裂缝检测存在的不足，提出了解决这一问题的实用处理方法。在各向异性理论和实际井资料合成的方位AVO理论记录指导下，从三维方位数据体中提取地震波反射振幅、速度和高频衰减参数，并利用其方位变化特征来预测裂缝各向异性。为了消除岩性横向变化对裂缝检测的不利影响，减少多解性，从沉积相分析入手，描述河流的空间分布，利用砂岩和泥岩伽马值的差异，通过反演技术，建立砂岩储层的空间分布模式，然后进一步估计砂体的裂缝发育情况以及含流体性。预测效果获得了新钻井的验证，取得了很好的经济效益。