含横向喷射流的部分饱和介质的纵波衰减和频散特性研究

当纵波在部分饱和多孔介质中传播时,孔隙内的流体会同时产生宏观、微观和中观流动,这3种尺度的流体流动共同作用,使纵波在较宽的频带范围内产生衰减和速度频散现象。目前同时考虑3种尺度流体流动的研究不多。为了研究流体的多尺度流动对纵波传播的影响,在层状双孔模型的基础上,引入了横向喷射流,建立了含横向喷射流的层状部分饱和模型。通过求解模型介质内的平均流体压力,推导了含横向喷射流的层状部分饱和模型的波动方程。利用平面波分析,得到了快纵波和两类慢纵波的相速度和品质因子,研究了3种尺度流体流动同时存在时的纵波衰减和速度频散特性,同时分析了岩石参数对纵波衰减和速度频散的影响。结果表明,在3种尺度流体流动的共同作用下,快纵波在低频和高频范围内都出现了衰减和速度频散现象,且由于喷射流的影响,快纵波在高频范围内出现了强衰减和高频散。快纵波相速度对模型的含气饱和度较为敏感,且随着模型孔隙度的减小,低频范围内的频散曲线和衰减峰向低频方向移动;随着喷射长度的增加,高频范围内的频散曲线和衰减峰向低频方向移动。     

含裂隙孔隙介质中纵波传播特征研究

基于准静态孔隙弹性理论和White模型,给出了垂直于层面传播纵波的频散方程.在周期性层状孔隙介质中采用具有高孔隙度的柔性层表征裂隙从而构成裂隙孔隙介质,利用周期性层状孔隙介质的频散方程并综合线性滑动裂隙模型,推导出裂隙孔隙介质中垂直于裂隙传播纵波的等效介质模型.裂隙孔隙介质中介观尺度上的流体流动作用所引起的纵波速度频散与衰减值远高于Biot流作用,特征频率或衰减峰值通常可位于地震频段.介质中纵波速度频散及逆品质因子均会随裂隙弱度(密度)的增大而增大,背景孔隙介质的渗透率与粘度以及裂隙的间隔与弱度共同决定特征频率的大小.     

依赖频率的裂缝孔隙介质弹性属性及参数影响

地震波穿过不同形状和大小且充满流体的孔隙时会引起波致流效应,导致地震波依赖频率发生频散和衰减。基于Collet喷射流模型,本文分析了流体替换在裂缝孔隙介质中的影响。首先计算不同入射角情况下的纵波相速度和逆品质因子,发现速度随频率发生频散和衰减,高低频极限时速度趋于平稳,逆品质因子随频率先增大后减小。同时分析了背景孔隙度对纵波相速度和各向异性参数的影响,发现随孔隙度增加纵波速度在低频段(10~3Hz)明显减小,而在高频段(10~5Hz)无明显变化,且衰减频率向高频移动,同时使介质各向异性增强。流体类型也会影响介质的纵波速度,当介质含气时频散和衰减效应不明显,而当流体为油时全频带内速度发生衰减和频散最严重,含盐水时次之。最后分析了裂缝密度对地震速度及各向异性参数的影响,发现裂缝密度的增大使纵波速度的衰减程度增强,且介质的各向异性更显著。     

微观与介观波致流下的速度频散与衰减

地震波在含软、硬孔隙斑块饱和介质传播过程中会诱发多个尺度孔隙流体流动而产生衰减和速度频散,并且多个尺度间的流体流动相互影响。综合考虑微观喷射流与介观尺度流体流动的相互作用,从Biot理论出发,推导出一个新的衰减模型——双尺度模型,以及该模型下流体流动引起的固体相位移、弹性模量、相速度及衰减系数的表达式,并与层状斑块饱和模型进行了对比。同时基于双尺度模型,分析了改进湿岩石骨架参数以及不同的储层物性参数对纵波传播特征的影响。结果表明:改进湿岩石骨架会增加岩石骨架刚度,减小介观尺度下界面处流体流动引起的固体相位移,增加速度频散与衰减,进而解释了微观喷射流与介观波致流相互作用的机理;当上、下层介质饱含不同的流体类型时,双尺度模型在整个频段上会出现两到三个"频散台阶",喷射流与介观流有可能作用于同一频段;随着含水饱和度的增大,纵波衰减峰值增大,且向低频移动,当含水饱和度达到较大值时,衰减峰值移向高频、衰减减小,速度随着含水饱和度的增大而增大。     

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。     

多孔介质的流体机制模型及其频散机理

当声波或弹性波在流体饱和多孔介质中传播时，孔隙或裂缝受其影响发生闭合或张开，流体产生相对运动，致使多孔隙岩石的宏观物理性质发生变化，从而引起弹性波传播速度的改变、能量的耗散和振幅的衰减。基于双相介质理论提出的Gassmann方程、Biot理论、喷流机制、BISQ模型和斑块饱和模型等岩石物理机制模型，以不同的流体流动机制描述了多孔介质中弹性波传播的动态耦合机理、耦合程度和耦合结果。许多岩石物理机制模型都试图模拟和解释岩石中速度频散和衰减的起因。根据现有各种机制模型的高限、低限频率和特征（弛豫）频率，可以粗略地计算出衰减和频散的影响。随着地震岩石物理学研究的深入与发展，人们对弹性波速度频散和衰减与岩石物理性质及本征条件之间关系的认识必将不断深化。     

随机斑块饱和孔隙介质模型研究

为研究介观尺度下斑块饱和对地震波传播规律的影响,对随机斑块饱和孔隙介质模型(Continuous Random Model of Patchy Saturation,简称CRM)进行了研究并提出改进模型MCRM。利用MCRM模型研究了介观尺度下气、水两相流体非均匀饱和时纵波速度频散和衰减特征,并对实验测量的数据进行了模拟分析。结果表明:(1)MCRM与CRM模型的纵波速度高低频极限相同且具有相同的衰减峰值,但前者特征频率增大,衰减曲线收窄;(2)MCRM与White模型有相同的高、低频极限,但MCRM模型的频散曲线变化相对缓慢、衰减峰值稍小;(3)利用MCRM模型能够模拟渗透率、含水饱和度、频率等参数对速度频散和衰减的影响,并能解释实验室测量的高、低孔隙度砂岩频散、衰减数据。该研究成果有助于更好地理解岩石的黏弹性行为,提高定量地震解释的精度。     

介观尺度不均匀对反射系数的影响

介观尺度介于地震波长尺度及孔隙颗粒尺度间,地震波传过介观尺度不均匀介质时层间的应力差会引起流体流动,摩擦力使动能向热能转化产生衰减。White层流模型[1]是介观尺度的不饱和模型,该模型中两种饱和介质薄层周期交替。计算了地震频带上纵波穿过饱气层、饱水层周期出现模型的相速度Vp(ω)和品质因子Q(ω);建立无衰减对比模型以计算对反射系数的影响。结果显示纵波入射不饱和层时,反射系数随频率变化明显,尤其是在低频处的衰减峰值附近。     

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Gray反射系数的频变AVO反演

地震波传播过程中的频散现象对于流体识别至关重要,而常规的AVO反演技术没有考虑地震波在传播过程中的能量衰减和速度频散,忽略了频率因素,影响流体识别效果。基于Gray的λ-μ-ρ反射系数公式,通过依赖频率的AVO反演,构建了新的频散属性I_λ和I_μ,将其作为新的流体识别因子可以识别出含流体介质所引起的频散现象。模型试算和实际数据处理结果表明,该频散属性可以较好地识别出含流体储层,并且对不同流体的敏感性存在差异,频散属性I_λ可以更加准确地识别出含气储层,且受背景干扰很小。因此,基于Gray反射系数公式的频变AVO反演方法得到的频散因子对于有效储层的识别具有重要意义,为利用频散属性进行流体识别提供了一条有效途径。     

非牛顿流体孔隙介质弹性波动方程

重油、聚合物和压裂液等非牛顿流体普遍存在于油气勘探和开发过程中,研究孔隙尺度非牛顿流体流动及其对地震波场的影响具有重要意义.Biot理论忽略了流体黏性系数及剪切应力的非线性变化,虽然可用于描述完全饱和固体与经典牛顿流体在波场作用下的相互作用,但是对于非牛顿流体孔隙填充物来说不准确,因此需要研究含非牛顿流体效应的孔隙介质...     

层状饱和多孔介质中Biot慢波的影响

本文基于Biot理论对P波在层状饱和多孔介质中的传播进行数值模拟。首先根据Kennett反射方法建立层状介质中地震波的数值模型，然后利用此模型研究层状饱和介质中Biot慢波对地震波性质的影响。文中分别在孔隙为弹性（考虑了P波扩散、Biot全局流及慢波影响）和黏弹性（可忽略慢波影响）两种情况下定量地分析了频率、孔隙率、层厚、渗透率以及岩石弹性模量对Biot慢波效应的影响。对比两种模型的数值模拟结果发现，在低频范围内，沉积盆地地层间液体压力的平衡作用（Biot慢波）能使P波产生显著的衰减；若这种衰减发生在浅层勘探地震波的频带内（几十到几百赫兹），则介质层厚必然在几厘米到几十厘米范围内；介质越柔顺，孔隙率越大，渗透性越好，则慢波影响越大；在高频段，只要地层足够薄，介质的柔顺性足够好，界面处产生的慢波对高P波散射也会有很大影响。     

双相PTL介质地震波场模拟

从基于Biot理论建立的双相各向异性弹性波方程出发,推导出二维双相PTL介质弹性波方程。在此基础上,高阶实现了高阶有限差分数值模拟,并对双相PTL介质模型和实际测井数据模型进行模拟试算。基于模拟结果,分析了各类波的传播规律,讨论了弹性参数和耗散系数对地震波传播的影响。结果表明：在双相PTL介质中存在快纵波、慢纵波和SV波,并具有各向异性,两种纵波有明显的区别,快纵波的速度远大于慢纵波的速度;慢纵波具有很强的衰减性,能否观察到慢纵波是与含流体地层介质的耗散性质有关。     

双相不混溶流体饱和裂缝—孔隙岩石依赖频率的地震响应数值分析

裂缝—孔隙岩石中流体类型及其分布特征是影响弹性参数的重要因素,实际储层中流体大多不是单一流体,且在数值模拟过程中很少考虑流体间饱和状态的影响。为此,基于Chapman模型,针对饱含双相不混溶流体的裂缝—孔隙岩石,研讨了饱和度和毛细压力参数变化对砂岩储层频散衰减和地震响应的影响。数值分析结果表明：随着油气饱和度的增加,特征频率（不同于于单一流体介质情形）呈先减后增趋势,且在中间频段的变化最明显,地震响应存在时间延迟和波形畸变现象;当双相流体中存在气体时,频散衰减和地震响应对饱和度的变化更敏感;随着衡量流体间毛细压力的参数q值的增加,双相流体间由“斑块饱和”趋向“均匀饱和”状态,特征频率向着“高频低饱”方向移动。该数值模拟结果为储层流体识别提供了有效依据。     

基于频变AVO反演的深层储层含气性识别方法

地震波在地下含油气介质储层中传播时会发生地震振幅的衰减与弹性特征频散现象,造成深层含油气储层地震流体识别困难。为此,基于Chapman裂隙—孔隙微结构衰减理论模型,分析多种频变弹性参数的流体敏感程度,优选出Gassmann流体项的频散程度作为深层储层含气性预测的识别因子;联合连续小波变换时频谱分解方法对部分角度叠加地震数据展开频谱分析确定参考频率;在此基础上,研究基于贝叶斯Cauchy约束准则的叠前地震频变Gassmann流体项反演优化方法,利用频变Gassmann流体项反演结果指导储层的流体检测,并在我国近海某盆地P探区对该方法进行了深层储层含气性预测验证。研究结果表明,该方法可以实现基于叠前地震资料的频变Gassmann流体参数的可靠提取,由其所得到的深层储层流体识别结果与实际测井解释结果吻合度较高。结论认为,频变Gassmann流体项能够有效识别深层储层的流体类型,为深层天然气层的识别提供了新的技术思路和方法。     

基于岩石物理模型和谱分解的储层描述技术

横波品质因子的倒数与剪切模量－频散有关，由此可以建立横波衰减的估算方法。非固结砂岩的地震响应研究表明泊松比参数与低有效应力的砂岩模型参数有关。不同压力下岩石的弹性参数变化研究证实随着有效压力的增加，孔隙之间的喉道缩小。这使得纵横比小的柔顺孔隙关闭，从而降低孔隙度。借助模型技术，可以利用孔隙介质中粘滞流体对地震波传播速度的影响预测地震波传播速度，降低反演结果的不确定性。利用岩石物性研究地震振幅响应，提供了一种更可靠的岩性、孔隙度、岩石纹理、孔隙流体和厚度地震预测，岩石物理模型驱动的地震反演技术可以实现直接反演孔隙度。地震波衰减机制和测量方法研究表明，在孔隙和渗透性碎屑岩中，流体运动是衰减的主要机制。深水环境下的流体模型可以通过地震和井资料的地质统计反演方法来建立。地震资料谱分解技术已在裂缝发育方向和裂缝间距的检测中得到了实际应用。     

饱和砂岩滞弹性弛豫热激活过程机理探讨

物理模型实验揭示：流体饱和度、孔隙流体的特性，地震波的频率和岩石孔隙的纵横向尺寸比对地震波的衰减都有很大的影响。本文借鉴滞弹性弛豫热激活过程的研究来描述地震波在饱和砂岩中的衰减机理。     

强衰减介质中地震波场的频率—空间域特征

强衰减模型,是应用Biot理论的基本思想通过运动方程描述介质吸收衰减特征的黏弹性介质模型。相对于传统的黏弹性模型和黏弹孔隙介质模型,可以简便且精准地刻画稠油储层、近地表松散沉积层等的强衰减性。为此,利用优化的25点频率—空间域有限差分算法,模拟了强衰减模型介质中的波场特征,并根据近地表低速层介质的实际情况,研究了孔隙度、流体黏度和介质黏弹性三种物理因素的衰减机理。结果表明：孔隙度、流体黏度和介质黏弹性都是影响地震波强衰减和高频散特征的重要因素,而且对横波衰减的影响都明显强于纵波。其中,介质黏弹性是造成地震波高频衰减的关键,其他因素均能影响地震波有效频率范围内能量的衰减,尤其介质孔隙度的增大引起地震波的衰减最强。通过对比完全弹性、一般黏弹性和强衰减理论下的模拟波场,研究了浅、表层强衰减介质对深层波场信息的影响。结果表明,强衰减模型刻画近地表介质更符合实际,能为涉及不同衰减机制的强衰减介质的研究和强衰减补偿理论的建立奠定基础。