复杂各向异性介质中的地震波场有限差分模拟

从具有倾斜对称轴的横向各向同性介质（TTI）中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波方程进行差分离散,得到了TTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式.研究了PML吸收边界条件,推导了该边界条件在交错网格中的高阶差分格式,在此基础上实现了二维TTI介质中弹性波方程正演的多波正演.数值算例表明:该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录.     

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。     

矿井超前探测高阶交错网格有限差分数值模拟

该文针对矿井不良地质异常体的反射波超前探测问题,建立了典型矿井介质模型,通过对一阶速度-应力方程进行时间2阶、空间4阶有限差分求解,得到了高阶交错网格有限差分格式,推导了完全匹配层和自由边界方程,并对稳定性条件进行了分析,实现了矿井介质模型的高阶交错网格有限差分数值模拟。结果表明:高阶交错网格有限差分数值模拟,能清晰描述矿井介质模型中弹性波传播规律,能为矿井反射波超前探测数据处理与解释提供理论依据。     

基于一阶速度-胀缩-旋转方程的多分量联合逆时偏移

弹性波逆时偏移是多分量地震勘探领域的重要研究内容,逆时偏移过程中纵、横波传播方向的准确求取是实现纵、横波偏移噪声压制和横波极性校正的前提,坡印廷矢量是指示纵横波传播方向的重要依据。常规一阶速度-应力方程只能求取纵、横波混合波场的坡印廷矢量,其指示的波场传播方向也只是混合波场的传播方向而非单纯纵波或横波的传播方向,故无法准确解决偏移噪声压制和横波极性校正等问题。理论上,一阶速度-胀缩-旋转方程能够求取纯纵波或纯横波的坡印廷矢量,获得单一类型波的传播方向信息,从而克服常规方法的局限。基于一阶速度-胀缩-旋转方程的弹性波逆时偏移技术,首先给出了该方程逆时延拓的交错网格时间2阶、空间2N阶差分格式和稳定性条件,其次在波场延拓过程中通过求取纵、横波的坡印廷矢量获得了单一类型波的传播方向,并利用基于行波分离的互相关成像条件实现了该方程的多分量联合逆时偏移。模型试算表明:基于一阶速度-胀缩-旋转方程的弹性波逆时偏移能够准确解决横波的极性校正问题,并取得优于常规算法的偏移噪声压制效果。     

三维粘弹性介质地震波场数值模拟技术研究

为了适应油气田勘探的发展需求,提高勘探精度,地震勘探由二维向三维发展。传统的地震波数值模拟一般假设地层介质是均匀、完全弹性的,但在实际情况中,由于介质是非完全弹性、各向异性、物性参数可连续变化的,因此地震波的能量在传播过程中是逐渐衰减的。在非均匀介质情况下进行地震波的数值模拟,可以更真实地反映地震波的传播和能量变化规律。推导出三维交错网格高阶有限差分算法,求取优化差分算子,实现三维粘弹性波数值模拟,获得地震记录,并分析其波场特征和能量变化情况。     

煤储层双相各向同性地震波场模拟

基于二维-二分量弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对单相介质原生煤、单相介质构造煤和双相介质的构造煤二维层状模型进行了弹性波场数值模拟,并利用了属性技术对模拟的共炮点记录进行了分析。结果表明:瓦斯突出煤体与煤层气富集煤体跟原生煤存在着明显的差异。当地下煤层中含有瓦斯时,其地震波场特征相对于不含瓦斯时存在明显变化,含瓦斯双相介质对地震波的有效平均频率和相对振幅,特别是积分振幅与时差之积地震属性的影响很大。可以利用地震属性技术研究瓦斯突出煤体与煤层气的富集煤体。     

煤层Love型槽波数值模拟及其频散特征分析

槽波地震是探查采煤工作面内部小断层或其他地质异常中的有效手段,但以往对槽波中蕴含的频散信息利用不足。采用二维高阶交错网格法模拟了煤层槽波的波场发育特征,激发震源采用横波震源,模型边界吸收采用完全匹配层法。从模拟结果可以看出:与传统槽波理论认识不同,槽波的能量不仅分布在基阶模式,高阶部分的能量也很强,这对于今后的煤矿井下槽波勘探具有一定的参考意义。     

黏弹性VTI煤层介质超声波传播模型建立与分析

煤岩界面自动识别是深部煤层无人采掘装备自主控制中的关键技术。利用煤和岩声阻抗的差异性,采用超声波检测煤层厚度达到识别煤岩界面的目的。以Kelvin-Voigt黏弹性模型及各向异性理论为基础,推导适用于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)黏弹性煤层介质的二维一阶速度-应力波动方程,建立黏弹性VTI煤层介质数学模型,采用交错网格有限差分法模拟超声波场在煤层中的传播,并通过实验验证所建立的黏弹性VTI煤层介质模型和交错网格有限差分法的正确性。研究结果表明：黏弹性VTI介质数学模型和交错网格有限差分法适用于数值模拟超声波在煤层中的传播,为超声波煤层厚度检测和煤岩界面识别研究提供了理论基础。     

基于Biot机制的孔隙介质地震波传播特征研究

实际油气储层的孔隙介质往往由固流两相构成,孔隙介质弹性波理论的研究对复杂油气储层有重要的理论与实际意义。地震波数值模拟是一种含有限元、有限差分、伪谱法等,用于研究地下复杂介质较有效的方法。对地震波数值模拟与波场特征分析进行研究,首先用有限差分法模拟Biot孔隙介质纵波方程,选择完全匹配层(PML)处理边界,并利用波场快照分析地震波在孔隙介质中是如何传播的;对Biot模型速度及衰减随频率的关系进行推导,对不同孔隙条件下地震波速度和衰减与频率的变化特征进行分析。     

双相介质中流体黏滞性对地震波场响应特征研究

为了研究黏滞性对双相介质地震波场的影响,利用地震波在有黏滞性和无黏滞性的介质中传播特性,采用数值模拟的方法研究黏滞性对双相介质中波场的影响特征,证明了当黏滞性很小时,双相介质地震波场中的慢P波快速衰减而变为静态模式出现在震源位置,而快P波和横波几乎没有影响。     

岩石黏性系数的超声波法测试与敏感性分析

基于超声波在Kelvin-Vigot黏弹体传播过程中的幅值衰减规律,推导了岩石黏性系数的理论计算公式。通过室内岩样的超声波试验,获取不同发射波频率下的黏性系数。引入相关系数,进行岩石黏性系数与密度、波速、弹性模量的相关性分析。结果表明:岩石的黏性系数随超声波发射波的频率呈负指数函数关系;岩石的黏性系数对弹性模量的变化最为敏感,而对纵波波速的变化最不敏感,可用岩石的弹性模量来表征黏性系数;建立岩石黏性系数随发射波频率变化的统一拟合公式,拟合参数C1对弹性模量的变化最为敏感,拟合参数C2对纵横波波速比的变化最为敏感。研究成果可以为岩石力学参数测试和岩石动力学特性研究提供参考。     

含瓦斯煤体声发射应力波传播规律理论研究

基于含瓦斯煤岩体属于固-气两相孔隙介质,运用经典的弹性动力学理论进行AE信号的传播分析不能准确反映含瓦斯煤层中的传播情况.提出了固-气耦合两相孔隙介质模型,进行了两相介质AE传播理论的初步研究,推导了固-气两相孔隙介质的本构关系和波动方程,对含瓦斯煤层中的AE应力波进行了理论分析.结果表明：含瓦斯煤体双相介质中的横波方程仍然保持单相介质中的传播形式;纵波方程发生明显改变.     

Velocity and amplitude of P-waves transmitted through fractured zones composed of multiple thin low-velocity layers

Fractured zones and faults in rock masses influence the velocity and amplitude of P-waves propagated through them. In the frequency range of seismic exploration, wavelengths of P-waves are comparable to or longer than the thickness of fractures or faults. Fractures can be modeled as thin low-velocity layers in homogeneous high velocity material. We carried out model experiments on P-wave propagation through a low-velocity zone composed of many thin low-velocity layers, with the direction of P-wave propagation normal to the layers. The experimental models were made of aluminum rods and acrylic resin disks: they correspond, respectively, to rock and materials filling fractures such as clay. Next, we numerically simulated one-dimensional wave propagation through the low-velocity zone by using the communication matrix method. Waveforms obtained by this model calculation show good agreement with those obtained by the model experiments. The waveform and the amplitude of the transmitted P-waves vary with the number and the thickness of low-velocity layers. The time-average equation does not provide a good velocity estimation, because the velocity decreases with the increase in the number of low-velocity layers in spite that the total thickness of layers remaining the same. The distribution of low-velocity layers has little effect on velocity and waveform. Effects of low-velocity zones on waveform, amplitude and velocity of the transmitted P-wave vary with frequency of the incident P-wave. We concluded that the wave transmitted through the low-velocity zone was formed by the superposition of the direct wave and the many waves having multiple reflections at the interfaces of the layers in their path.     

振动场中散体介质波的传播规律

非理想散体介质显现出非匀质性、各向异性和层状分布等特点 ,且有气、液、固三相 ,其波的传播比较复杂。当应变值ε <1× 10 - 4 时 ,散体介质为弹性介质 ,据此分析并给出了各向同性散体介质中弹性波的波动方程、传播速度和波动能量的表达式 ,以及横观各向同性介质中弹性波的波动方程和能量透过系数表达式 ,并通过试验验证了能量衰减与分层介质密度有关。此外 ,根据瑞利波由P波和S波振动叠加而成的特点 ,分析了无限半空间各向同性介质和横观各向同性介质中瑞利波的传播特性 ;又由于勒夫波由SH波经多次全反射加强干涉产生 ,研究表明其运动特性与散体厚度和剪切波速度等因素有关     

采动过程中微地震定位方法研究

对当前微地震的主要定位方法包括P波定位法、地震波射线法、P波射线传播方向交汇点法等推导的定位公式进行了对比分析,总结了各自优缺点及适用条件。同时在实验室利用预制的混凝土模型,模拟矿山监测环境,采用P波定位法对其模拟定位,定位结果与实际情况进行比较,破裂位置基本吻合(定位精度±1m),表明微地震技术能满足采矿工程中的应用条件。     

煤矿巷道内地震勘探的数值模拟

用交错网格高阶有限差分波场数值模拟方法模拟了煤矿巷道内点震源激发产生的弹性波场,识别了波场中不同类型的波.分析巷道底部不同深度激发的全空间3分量波场传播的波场特点,结果表明：① 在巷道底部激发,巷道顶、底界面引起的混响是巷道内地震勘探的主要干扰波,它严重干扰巷道下方深处煤层的反射;② 在巷道底界面以下一定深处激发,混响干扰波大大减少,深部煤层的反射可得到较清楚地显现;③ 由于SH波偏振和传播的特点,Y－分量波场特别简单清楚,因而用与测线垂直的水平分量检波器接收有可能采集到信噪比高的资料;④ 巷道内地震勘探分辨率较高,在所设计的模型情况下,可以检测到巷道下方高3 m、宽4 m的空洞.     

利用测井技术识别储气层的技术方法

从天然气、煤层气测井探测技术的发展出发,简要介绍多种利用气测井取得的孔隙度、纵波时差、横波时差、弹性模量等数据进行综合分析进行天然气、煤层气储气层识别技术方法。