粘弹性介质中地震波的吸收衰减补偿方法

地震波在地下介质中传播时,高频成分易被吸收。研究地震波的吸收与衰减机制可以部分地补偿被吸收与衰减的地震波成分,但是,实际地下介质的地震波吸收与衰减机制很复杂,非一个简单的数学模型可以充分描述的。尽管如此,地震波的吸收与衰减补偿对提高地质构造和岩性分布反演的分辨率仍有重要意义。地震波的吸收与衰减不但与岩性有关,而且也依赖于传播路径。因此,除了研究常规的单道吸收与衰减补偿方法外,研究沿地震波传播路径的吸收与衰减补偿方法更接近真实情况,补偿更准确。     

介质效应导致的地震波衰减及补偿方法

地震数据中的振幅信息是地球物理勘探最重要的内容之一。地震波在传播过程中，由于地层的介质效应，其强度会受到反射系数以外因素的影响。在全面分析地震波的能量衰减机理的基础上，提出了相应的补偿方法，其有效性在实际资料处理中得到证实。     

复杂介质中地震波模拟的无单元法

复杂介质中地震波的传播多是通过求取单程或双程波动方程的数值解进行模拟的。波动方程的数值解法多种多样,本文将工程和岩石力学领域中广泛应用的一种无网格算法——无单元法应用于地震模拟。由于无单元法的节点完全独立存在,因此在计算成本上与有限元相比优势明显;再采用滑动最小二乘的拟合方法使得无单元法具有精度高、独立变量解高次连续等优点。本文在介绍无单元法原理的基础上,通过薄膜震动算例表明该方法与有限差分法相比有精度优势;然后将无单元法用于叠前地震模拟,并讨论了几种吸收边界方法在地震模拟中与无单元法的结合。模型计算的结果表明,辅以有效的吸收边界,无单元法能够获得波场完整、走时精确的理论地震图,其精度和稳定性皆令人满意。     

组合吸收边界条件下VTI介质地震波场模拟

 针对横向各向同性（VTI）介质P-SV波和SH波一阶速度—应力波动方程,本文应用交错网格法进行了地震波场数值模拟。其模拟效果在很大程度上取决于边界条件的处理。针对特征分析法吸收边界条件存在的边界处差分精度低、吸收效果差等问题,本文采用特征分析法和扩边衰减法形成组合边界条件对人工边界进行吸收处理,较显著地削弱数值频散,提高了差分精度;同时还提出了改进的衰减函数及其应用原则,可以更好地模拟复杂介质波场传播机理。     

中、深地层地震波速度分析的不确定性研究

在中、深地层（1500～1600m），由于反射波同相轴在共中心点道集中的正常时差比较小，根据能量（或振幅）原则，用正常时差作中、深地层的速度分析会降低速度的分辨率，产生速度分析的不确定性。本文利用反射波同相轴正常时差和有效道的方法定量地分析了中、深地层速度分析的不确定性。在均匀的单层模型下，求出了我国大部分油田中、深地层速度的不确定性范围和各速度对应的不确定性深度范围。最后，提出了利用有效道的反射波正常时差作叠加或相关速度分析的方法，以减少速度的不确定性，并用理论模型数据证实了该方法的可行性。     

基于广义S变换的吸收衰减梯度检测

利用时频分析可以对地震波进行时频分解,进而获得地震波高频段吸收衰减梯度,用于油气检测。然而当地震记录中高频干扰较强时,高频段时频谱的吸收衰减梯度并不能很好反映真实的吸收衰减情况。本文提出利用目前时频分辨能力较高的广义S变换求取地震波低频段时频谱的衰减梯度,并与高频段的吸收衰减梯度进行对比,以期更好地指示油气。理论推导、数值模拟及实际应用结果表明:基于广义S变换的低频吸收衰减梯度可以与高频吸收衰减梯度相互佐证,更可靠地指示油气的存在。     

基于双相介质BISQ模型的地震波正演模拟

Biot流动机制和喷射流动机制是含流体孔隙介质中的两种重要的力学机制,同时包含这两种机制的BISQ模型能够更好地反映孔隙介质中弹性波的传播规律。本文从BISQ模型的基本方程出发,推导了完全匹配层(PML)吸收边界的交错网格高阶有限差分方法的表达式,对双相各向同性介质中地震波场进行了数值模拟;然后通过调整孔隙度、渗透率等储层参数,对比分析了储层参数对双相介质波场特征的影响。数值模拟结果表明,基于BISQ模型的正演模拟正确反映了双相各向同性介质的波场特征;储层参数取值变化对波场特征的影响也十分明显。     

基于等效交错网格的流固耦合介质地震波模拟

为提高流固耦合介质中地震波模拟的精度和稳定性,本文借助等效交错网格思想并充分考虑密度参数空间变化对地震波传播的影响,在流相介质和固相介质中分别采用非均质情况二阶标量声波方程、二阶纯位移弹性波方程,在流固耦合界面处采用一阶位移—应力弹性波动方程作为流相和固相之间的转换过渡层,并详细说明了过渡层与上、下介质进行时间和空间差分的耦合方法。与传统的交错网格差分方法相比,本文方法尽可能减少了方程的参数变量和内存需求,提高了计算效率。简单的双层模型和复杂Marmousi 2模型的模拟结果证明了本文方法的准确性和稳定性。     

基于混合方程的裂隙介质地震波场数值模拟

在Hudson理论的基础上推导出基于弹性-声学近似的裂缝模型反射系数计算公式;用变参考慢度Rytov近似波场延拓算子对给定裂缝模型进行正演和偏移,并分析其波场特征。结果表明：①在当前地震分辨率下,不能识别单个裂缝,但可以探测裂缝发育带;②裂缝带达到一定的宽度和密度时,可以用地震方法检测裂缝的分布,潜山内幕反射波的范围与强弱,有利于研究裂缝发育带的宽度和密度;③裂缝带的低频复波反射,表明在裂缝发育带,地震波频率减低,这意味着用地震波的频率特征是可以检测裂缝的。     

基于拉普拉斯算子的叠前逆时噪声压制方法

低频噪声是叠前逆时偏移成像的主要问题。分析了叠前逆时噪声的产生机制和基于拉普拉斯算 子的图像去噪机理,采用拉普拉斯算子分别在叠加成像域、共成像点域和共炮点域分别进行了叠前逆时 噪声的压制处理试验,并与高通滤波压噪方法进行对比。数值实例研究表明,偏移速度的不准确是造成 叠前低频逆时噪声的主要原因,此外正演子波波形与数值模拟记录波形的不匹配和应用相关逆时成像条 件是引入低频成像噪声的次级成因。另外,在不同域的基于拉普拉斯算子的低频噪声压制效果均较为明 显,其中在共炮点域的去噪效果最佳,且其去噪效果要优于常规滤波方法,去噪后的剖面上地层细节特征 更加清晰,共成像点道集上的水平同相轴能准确地凸显出来。     

基于低频伴影和波阻抗反演的礁滩相储层预测

基于小波变换的谱分解原理的低频伴影与储层中流体有密切关系,可以作为流体识别的重要标志,确定储层在横向上的展布,但难以有效识别其顶底界限。波阻抗反演技术可以利用测井纵向分辨率高的优点,很好地分辨储层的顶底界限。综合利用这两种方法可以更好地预测储层,精细刻画储层范围。川东北地区发育礁滩相储层,此类储层埋藏深、油气分布不均匀。该区礁滩相储层预测及研究结果表明,利用低频伴影的不同频率切片和单频剖面可以预测储层的横向展布范围,波阻抗反演剖面可以预测储层纵向分布范围,综合这两种方法可以精细刻画储层在横向和纵向上的分布及油气富集的位置和范围,提高了储层预测精度。     

变分模态分解与包络导数算子结合的时频分析方法及溶洞储层预测

深层缝洞型碳酸盐岩储层空间分布散乱且内部结构差异大,利用希尔伯特—黄变换、集合经验模态分解、完备集合经验模态分解等时频分析方法描述储层时存在模态混叠、端点效应等问题.为此,提出了一种联合变分模态分解(VMD)与包络导数能量算子(EDO)的高精度时频分析方法(VMD-EDO).VMD能够将地震信号自适应、非递归地分解为一...     

TTI介质qP波方程频率—空间域加权平均有限差分算子

 波动方程有限差分方法能够较精确地模拟任意非均匀介质中的地震波场，但它本身存在着数值频散问题。在具有倾斜对称轴的横向各向同性介质(TTI介质)地震波正演模拟中，为了解决常规有限差分算子的数值频散问题，本文构造了频率—空间域qP波方程加权平均有限差分算子，求取了归一化相速度，并根据最优化理论中的高斯—牛顿法确定了加权平均差分算子的最优加权系数。利用常规差分算子和加权平均差分算子对归一化相速度进行了频散分析，并对均匀TTI介质(包括各向同性介质和椭圆各向异性介质)中的qP波地震波场进行了有限差分数值模拟。结果表明：加权平均有限差分算子具有较高的数值精度，能有效地压制常规有限差分算子的数值频散，为TTI介质频率—空间域qP波正演模拟奠定了基础。     

应用正演模拟分析近地表黏弹性对深层缝洞储层地震波衰减及成像的影响

近地表沙层的黏弹特性引起的地震波能量及频率的吸收衰减不容忽视。本文基于黏弹性介质波动方程正演模拟技术,研究了近地表不同Q值情况下地震波穿过黏弹介质后的地震波场特征,通过波场频谱特征分析了影响地震波能量及频率吸收衰减的因素,即Q值越小、激发子波的主频越高、传播距离越远的地震波能量及主频吸收衰减越严重。在此基础上建立起伏地表沙层缝洞型模型,研究近地表沙层对中深部储层反射波的衰减及对缝洞型储层成像的影响,对实际地震资料的振幅、频率的恢复补偿以及提高分辨率具有一定意义。     

岩石中波传播速度频散与衰减

速度频散与衰减是地震岩石物理领域一个前沿性问题,它不仅是开展频率域储层及流体预测的关键理论基础,同时也是解决不同地球物理测量方法（地面地震、VSP、测井、超声波岩心观测等）之间数据匹配困难的重要手段。笔者在阐述速度频散和衰减现象基本特征的基础上,详细回顾了Biot模型、喷射流模型、BISQ模型、双孔模型、裂缝 孔隙微结构模型和斑块饱和模型等6种主要速度频散与衰减理论模型的研究进程、原理和限制性,利用示意图直观地描述了这些模型的机制,并给出了它们各自的高低频极限、特征频率和适用条件。同时系统回顾并分析了国内外半个多世纪来速度频散与衰减实验测量技术的发展进程和应用现状,并在实验测量数据的基础上给出了自己对地球物理测量手段、岩石物理模型与频率相关性方面的思考和认识,即有必要将单频带的岩石物理模型拓展到全频带,并基于此将不同频带地球物理手段的测量数据联系起来,实现在同一尺度下的综合应用。     

基于黏弹性介质波动理论的页岩超声波数值模拟

利用超声波透射法来研究页岩的超声波响应特征,是页岩气开发过程中利用测井资料解决地质和工程问题的基础,而目前对于以页岩地层声波测井为目的的声学响应研究成果则鲜有报道且相关研究将页岩当作弹性介质来处理,未考虑页岩的黏弹性特征。为此,基于黏弹性介质波动理论,结合超声波透射实验背景,构建初始条件、振源条件、边界条件和稳定性条件,采用交错网格有限差分法模拟不同层理角度页岩的超声波透射实验。研究结果表明:①数值模拟计算和物理实验所得到的页岩声波特性变化趋势相互吻合;②基于理想和真实岩心的数值模拟计算和物理实验所得到的页岩衰减系数随测试频率、层理角度变化的规律均一致;③在层理尺度和密度恒定的条件下,随着层理角度的增大,波速呈幂函数递减,衰减系数呈线性增加。结论认为:①基于黏弹性介质声波波动理论,结合高阶交错网格差分技术建立的模拟页岩超声波透射实验的数值计算方法计算科学合理,具有较强的适应性;②利用该数值模拟方法可以从微观角度分析页岩层理特征对超声波传播特性的影响规律;③新方法拓展了层理性页岩地层声学研究的思路、避免了人为误差、节约了实验成本,具有重要理论价值和实际意义。     

低频波在油层中衰减系数预测模型的实验研究

利用室内实验所采集的低频水力振动在岩心中传播的时域分析、频域分析、振幅在岩心中的变化以及相关的实验数据,定性分析了振幅在岩心中的传播规律,并建立了振幅衰减率在x传播方向上变化的基本模型,得出衰减系数与振源振幅的关系式。应用量纲分析和相似原理建立了相关参数的函数关系式,对数据进行分析回归得出系数A、B的表达式,推导出低频波在油层中衰减系数的预测模型。应用此数学模型计算了低频水力脉冲压力波在油层渗流条件下的有效作用距离,所得结果与油田实际情况基本吻合。     

基于匹配追踪算法的碳酸盐岩储层低频伴影识别方法研究

由于储层介质具有黏滞性,地震波在穿过含油气地层时会产生强烈的吸收衰减,并在储层下方产生低频伴影异常,因此,这种异常可以作为一种直接检测烃类的方法。 深层碳酸盐岩储层内部结构复杂,地震资料分辨率低,用常规时频分析方法难以精确刻画储层内部结构。 针对这些问题提出了一种基于匹配追踪算法的碳酸盐岩储层低频伴影识别方法,该方法利用匹配追踪算法对地震资料进行谱分解。 通过与其他时频分析方法进行对比,表明该方法具有更高的时频分辨率,能够有效检测储层低频伴影异常。 实际资料试算表明,基于匹配追踪算法的低频伴影方法能够有效检测深层碳酸盐岩含气储层。     

VTI介质qP波广义高阶屏单程传播算子

 本文从VTI介质弹性波波动方程入手，通过本征值方法及声学理论近似建立了VTI介质qP波频散关系方程，再根据介质扰动理论深入研究了VTI介质qP波广义高阶屏单程传播算子。将VTI介质参数场分解为均匀各向异性速度场、速度扰动场以及各向异性参数扰动场，这样qP波广义高阶屏单程传播算子就由背景介质波场自由传播项和各向异性扰动项两部分组成。背景场的计算在波数域完成，而非均匀各向异性扰动项(包括慢度扰动项、各向异性参数扰动项)在空间域计算。当各向异性参数横向变化较为剧烈时，采用高阶屏算子能提高单程qP波高角度传播精度。均匀各向异性介质和复杂各向异性介质模型脉冲响应试验表明：qP波广义高阶屏算子不仅在大角度传播时能够满足精度要求，而且能够适应任意强横向变速、强横向各向异性扰动时的情况，适用于复杂VTI介质qP波地震深度偏移。