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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析

考虑到裂缝介质的双重孔隙特征,将Thomsen等效孔隙裂缝模型与线性滑动模型进行等价对比,得出Thomsen裂缝模型的广义各向异性参数并将其引入到HTI介质的纵波、转换横波弹性阻抗公式中,最终得到对应Thomsen裂缝介质的弹性阻抗公式,建立裂缝参数、岩性参数以及物性参数与弹性阻抗的直接函数关系,对弹性阻抗归一化后进行数值模拟。模拟结果表明,裂缝型油气藏弹性阻抗对裂缝填充物性质极其敏感,且在不同流体饱和条件下对基岩的横纵波速度平方比、基质孔隙度的响应程度差异显著。在此基础上,将各向同性介质流体因子定义延伸,建立适用于各向异性介质的广义流体因子。数值模拟和实际数据处理结果表明,优选的因子能够更好地识别等效孔隙裂缝介质中的流体。     

双相VTI介质地震波场特征及其影响因素

含流体性和各向异性是实际地下介质的两大主要表征,综合考虑这两大特征的双相各向异性介质模型更接近实际地下介质。研究这类介质模型中的地震波传播特征,有助于对实际地震波传播规律的认识,进而指导地震数据处理和解释。通过双相横向各向异性(VTI)介质波传播方程,采用伪谱法数值求解该方程进行地震波场模拟,并对波场特征及其影响因素进行详细分析。结果表明:利用伪谱法能够得到高精度的波场模拟结果,双相VTI介质中的弹性波包括快准纵波、准SV波和慢准纵波;快准纵波、准SV波的传播特征主要受固体骨架各向异性的影响,而慢准纵波的传播特征主要受弯曲度各向异性和流体黏滞系数的影响。     

黏弹性裂缝诱导各向异性介质地震波场传播特征——以束鹿凹陷沙河街组三段下亚段泥灰岩储层为例

广泛发育裂缝的泥灰岩储层具有复杂的黏弹性和各向异性性质,使得地震波在其中的传播机理尚不完全清楚,这成为制约该类储层油气勘探取得进一步突破的重要因素。综合考虑裂缝储层的各向异性与黏弹性性质,利用Kelvin-Voigt黏弹性模型、线性滑动裂缝模型与Hudson模型,构建了黏弹性各向异性裂缝性储层等效介质模型;采用旋转交错网格有限差分算法近似计算空间导数,同时采用复频移递归积分非分裂PML边界条件来吸收边界反射,进而对所建立的等效介质模型的地震波场进行数值模拟。研究结果显示地震波传播特征受基质Q值、裂缝充填流体、裂缝体密度及裂缝倾角与方位角等参数的影响。     

双相各向异性介质正演研究

建立了一个具有双相各向异性介质特征同时可考查慢纵波行为的特殊模型,应用交错网格有限差分方法模拟并分析了此模型的合成地震记录;此外,通过改变双相各向异性介质的固流耦合密度和孔隙度,对比并分析了介质参数对慢纵波的影响。     

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。     

裂隙密度对纵波传播特性影响的实验观测

 在利用纵波对裂隙储层预测中，速度和振幅是两个不可缺少的参数，实际资料处理时更需要知道裂隙密度与速度和振幅的关系。在实验室，通过把圆薄币状填充物嵌入基质材料中的方式来模拟裂隙模型，制作了裂隙密度从0到12%的9种裂隙模型，并用四种频率的超声纵波换能器测试了平行和垂直裂隙方向上的纵波速度和透射振幅，得到了裂隙密度与纵波速度及振幅曲线。实验表明，纵波沿裂隙方向传播时，其速度随裂隙密度变化的影响不大，当裂隙密度增大到12%时，速度仅有2%的变化；纵波垂直裂隙传播时，速度比平行传播时下降一半。随着裂隙密度的增加，纵波振幅下降的趋势不但与裂隙密度有关也与频率相关。实验结果定量地给出了在裂隙介质中裂隙密度和频率对纵波参数的影响。     

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。     

基于一阶速度应力方程的双相各向异性介质波场模拟及耗散系数分析

为了解决在石油地震勘探中常常遇到的各向异性问题,利用双相各向异性介质的波动方程,导出双相各向异性PTL介质中的固相、流体相的一阶应力速度方程及差分方程。利用高阶二维交错网格差分方法,对双相PTL介质波长进行了模拟和分析,并讨论了耗散系数与双相PTL介质的波场问题。模拟结果表明：①双相PTL介质中存在快P波、慢P波和SV波,波场具有各向异性性质。②耗散系数对地震波传播的影响主要体现在对地震波能量的吸收和衰减上,耗散系数对慢P波产生较大的影响,大的耗散系数将使慢P波很快被衰减掉;在不同方位上,耗散系数存在较大差异时,慢P波能量并非只是在一个方向上衰减,而是整个慢P波的大部分能量在所有的方向上都要被衰减掉。该研究认识提高了计算效率,增强了计算的稳定性。     

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。     

黏弹性介质叠前地震反演方法

前人只是从理论上分析了黏弹性介质中各种波的传播特征和衰减特征,并未对黏弹性介质精确的Zoeppritz方程进行近似,无法用于实际反演;沈章洪等以完全弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似方程,由于该近似方程的实部为完全弹性项,虚部为黏弹性项,因此也无法用于实际资料。为此,本文以黏弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似公式,以此为基础,基于贝叶斯理论的叠前地震反演,将纵横波速度、密度的反演推广到纵横波速度、密度和地层品质因子(Q值)的联合反演,建立了黏弹性介质近似方程,再根据贝叶斯理论建立反演方程,最终利用共轭梯度法对方程进行求解,得到纵横波速度、密度和地层Q值。模型试算与实例分析结果表明,根据联合反演所得的纵横波速度、密度和Q值进行储层描述,可提高储层预测精度。     

沉积岩的速度、衰减与岩石物理性质间的关系

本文用Toksoz等人提出的频谱振幅法对砂、泥岩样品的纵、横波速度(vP、vS)及其品质因子(QP、QS)进行了实验室测试,得到以下结论:对于干燥岩石,衰减与频率无关,且纵、横波速度之间存在着强相关性;纵波速度和纵波品质因子呈弱相关性,横波速度与横波品质因子呈强相关性;纵波品质因子与横波品质因子呈强相关性;孔隙率与纵、横波速度有线性关系;岩石的衰减受岩性的影响,泥岩的衰减大干砂岩的衰减,含砾砂岩衰减大干不含砾砂岩。     

四川盆地龙马溪组页岩声波特性与断裂韧性实验研究

为更好地指导四川盆地页岩气的开发,以四川盆地东南部下志留统龙马溪组页岩为对象,研究其声波特性和断裂韧性,其中,纵横波速度测定所采用的是透射法,断裂韧性测定所采用的是ISRM推荐的人字形切槽巴西圆盘(CCNBD)法。研究结果表明,页岩的断裂韧性为0.474 4～0.875 2 MPa·m~(0.5),表明其显著的各向异性特征;页岩的纵横波速度之间呈较好的正相关;页岩声波速度随着其体积密度的增大而增大,呈正相关;声波频率与声波速度和衰减系数均呈正相关;断裂韧性与声波速度和波阻抗呈正相关,与衰减系数呈负相关。