本文選題：AVO　切入點(diǎn)：弱度　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：在煤田和油田地震勘探中,AVO方法是用來(lái)預(yù)測(cè)和識(shí)別煤層與石油儲(chǔ)集層重要手段。煤層與油層的主要不同之處在于煤層與圍巖阻抗差很強(qiáng),而油層差異較弱,使得AVO近似公式中常采用的入射角和透射角近似公式不再成立,導(dǎo)致近似公式與精確解誤差變大,最終致使AVO技術(shù)在煤田勘探收到較大的限制;同時(shí)裂隙的存在使得目標(biāo)層出現(xiàn)各向異性等特征,通常情況下我們研究煤層與油層之間的裂隙采用水平或垂直分布的裂隙做等效替代傾斜裂隙,由于傾斜裂隙使得AVO系數(shù)介于垂直裂隙和水平裂隙AVO系數(shù)之間,對(duì)AVO的截距、曲率和梯度產(chǎn)生影響,從而對(duì)利用AVO屬性體技術(shù)來(lái)識(shí)別儲(chǔ)層物理特征造成誤差;當(dāng)裂隙開(kāi)度較大時(shí),裂隙中流體填充物會(huì)和固體骨架之間產(chǎn)生摩擦,從而導(dǎo)致地震波能量的損失,該現(xiàn)象被稱(chēng)為粘彈性介質(zhì)的頻變效應(yīng),要求研究AVO系數(shù)的頻變特征。針對(duì)上述AVO研究中的不足之處,首先假設(shè)平面縱波從均勻各向同性介質(zhì)入射到含有傾斜裂隙的各向異性介質(zhì)或粘彈性各向異性介質(zhì)時(shí),在水平各向異性界面處可以同時(shí)產(chǎn)生反射縱波、反射快橫波、反射慢橫波、透射縱波、透射快橫波和透射慢橫波;其次在邊界處位移與應(yīng)力連續(xù)條件下,建立6階Zeoppritz精確解的方程;最后在弱各向異性假設(shè)基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)、推導(dǎo),建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)上述步驟進(jìn)行研究總結(jié),得到內(nèi)容方面的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括以下幾方面:首先,利用Thomsen定義的各向異性參數(shù),在弱各向異性近似條件公式基礎(chǔ)上,化簡(jiǎn)過(guò)程中保留各向異性參數(shù)一階項(xiàng),利用相速度與群速度的傳播方向近似一致,推導(dǎo)出縱波偏振的近似公式,進(jìn)一步推導(dǎo)出各向異性參數(shù)對(duì)位移和應(yīng)力的擾動(dòng)量,最終求解出方位AVO近似公式的Thomsen參數(shù)表達(dá)式。利用推導(dǎo)的AVO方位各向異性公式,建立多種介質(zhì)模型,做出界面反射波反射系數(shù)曲線(xiàn),得出在TTI介質(zhì)中,由于傾斜裂隙作用使得垂直入射縱波可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波;近似公式與精確解對(duì)比,在裂隙各向同性面,即方位角在90°時(shí),誤差較大;當(dāng)縱橫波速度比為2時(shí)近似公式精確解的擬合效果最好,當(dāng)縱橫波速度比大于2時(shí)縱波近似公式擬合效果好,縱橫波比小于2時(shí)橫波近似公式擬合效果好;通過(guò)對(duì)不同模型參數(shù)之間的不同之處進(jìn)行分析,得出對(duì)精確解與近似解的誤差控制因素由強(qiáng)到弱依次為反射角與透射角近似關(guān)系式的誤差、將反射系數(shù)拆分成各向同性部分和各向異性部分的誤差、由方位角引起的對(duì)偏振計(jì)算公式帶來(lái)的誤差。利用Ruger給出的VTI介質(zhì)縱波偏振的近似公式來(lái)更新TTI介質(zhì)中的縱波近似偏振公式,以縱波反射和透射系數(shù)為例,得到改進(jìn)后的縱波反射和透射系數(shù)的近似公式,通過(guò)介質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬,方位角在45°時(shí)縱波的近似公式和精確解誤差最大。兩種不同的計(jì)算地震波偏振近似公式的算法,表明了不同假設(shè)條件下的公式推導(dǎo),得到的結(jié)論是不一致的。其次,根據(jù)Chapman理論中涉及到的13個(gè)參數(shù)來(lái)表示Schoenberg的弱度參數(shù),重新建立精確Zeoppritz方程,得到界面處反射縱波、反射快橫波和反射慢橫波數(shù)值解。利用Chapman等效模型理論求解的胡克系數(shù)矩陣,在0-100Hz內(nèi)的剪切弱度可認(rèn)為是一個(gè)常實(shí)數(shù),而法相弱度表現(xiàn)出明顯的頻散特性。根據(jù)品質(zhì)因子隨著方位角和入射角變化規(guī)律,快橫波衰減最快,縱波最慢。對(duì)于垂直裂隙,方位角無(wú)論為何值,快橫波的頻散現(xiàn)象可以忽略,對(duì)于對(duì)稱(chēng)軸面(包含裂隙對(duì)稱(chēng)軸的垂直平面),即方位角為0°時(shí),快橫波系數(shù)恒為0,而對(duì)于縱波和慢橫波頻散最明顯;當(dāng)裂隙為傾斜裂隙時(shí),縱波、快橫波和慢橫波的反射系數(shù)頻散現(xiàn)象明顯增強(qiáng),若增加上下層介質(zhì)裂隙走向不同的條件,快橫波反射系數(shù)頻散得到增強(qiáng),而縱波和慢橫波反射系數(shù)頻散被削弱。地震波反射系數(shù)并非隨著頻率增加而變大或者減小,其變化規(guī)律與頻率關(guān)系是很難確定的。然后,以反射縱波和透射縱波系數(shù)為例,用弱度參數(shù)來(lái)化簡(jiǎn)Zeoppritz方程,求取縱波方位AVO近似公式。當(dāng)弱度參數(shù)為實(shí)數(shù)時(shí),地震波所在的傳播介質(zhì)為彈性介質(zhì),當(dāng)弱度參數(shù)為虛數(shù)時(shí),表示地震波所在的傳播介質(zhì)為粘彈性介質(zhì)。由于在常規(guī)地震勘探中,將不同粒徑級(jí)別的裂隙統(tǒng)一處理,所以選取了Hudson等效模型理論而非Chapman理論來(lái)計(jì)算弱度參數(shù)。根據(jù)縱波方位AVO近似公式,對(duì)縱波反射系數(shù)屬性體—截距、梯度和曲率在0-100Hz頻散特性進(jìn)行詳細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)在頻率0-20Hz范圍內(nèi)時(shí),屬性體頻散現(xiàn)象最明顯;若利用屬性體的數(shù)值來(lái)進(jìn)行研究,截距在極化角90°附近數(shù)值明顯,梯度在極化角45°附近數(shù)值最大,在極化角在0°附近曲率數(shù)值最大;利用屬性體變化率時(shí),極化角在0°附近截距變化率最大,在70°-90°之間變化不大,極化角在90°時(shí)曲率變化最大,而在0-30°范圍內(nèi)變化不大,對(duì)于梯度在極化角0°和90°附近都有很明顯的變化;傾斜裂隙對(duì)AVO的截距和曲率體產(chǎn)生的擾動(dòng)量介于垂直裂隙產(chǎn)生的擾動(dòng)量和水平裂隙產(chǎn)生的擾動(dòng)量之間,而裂隙傾角接近45°時(shí)對(duì)AVO的梯度影響最大。再有,利用各向異性介質(zhì)中的縱波方位AVO近似公式,以HTI介質(zhì)為例,由于各向異性的弱度參數(shù)對(duì)AVO反射系數(shù)產(chǎn)生的擾動(dòng)量遠(yuǎn)弱于骨架參數(shù)產(chǎn)生的反射系數(shù),故而對(duì)各向異性的弱度參數(shù)反演采用兩步驟:首先不考慮弱度參數(shù)影響,反演出骨架參數(shù),然后利用反射系數(shù)方位上的差異來(lái)反演出弱度參數(shù)。這樣做的好處在于利用方位各向異性消除反演矩陣的病態(tài)特征。由于貝葉斯算法收斂性,對(duì)初始模型參數(shù)依賴(lài)性不強(qiáng),故而采用貝葉斯原理反演方法,首先反演出縱橫波阻抗、密度,最后在反演出弱度參數(shù)等信息,這樣就可以利用切向弱度與法相弱度之比來(lái)區(qū)分裂隙填充物為氣體和液體。反演結(jié)果中的縱波反射率、橫波反射率以及剪切弱度與理論值相比較可靠,而密度和法相弱度相對(duì)較差。最后,在推導(dǎo)出的單組裂隙基礎(chǔ)上,利用Hudson等效模型理論,認(rèn)為不同組裂隙之間互不影響,即等效的胡克系數(shù)矩陣是不同組裂隙產(chǎn)生的擾動(dòng)量的線(xiàn)性相加,推導(dǎo)出了多組裂隙的速度、偏振公式是不同組裂隙參數(shù)的線(xiàn)性組合的表達(dá)式,故而可以推斷出縱波方位AVO的近似公式的表達(dá)式也是不同裂隙參數(shù)的線(xiàn)性表達(dá)式,為研究不同裂隙參數(shù)對(duì)方位AVO近似公式的影響提供理論支撐。從多組裂隙方位AVO近似公式中可以清晰看出次生裂隙和主控裂隙分別能對(duì)反射系數(shù)產(chǎn)生多大的影響。除上述研究?jī)?nèi)容外,還額外補(bǔ)充了TTI介質(zhì)中求取胡克系數(shù)矩陣的不同等效模型理論、地震波在粘彈性各向異性介質(zhì)中的近似速度公式、衰減規(guī)律、偏振近似公式等表達(dá)式。在第3.3節(jié)給出傾斜界面上轉(zhuǎn)換波的轉(zhuǎn)換點(diǎn)計(jì)算公式,當(dāng)視傾角越大,轉(zhuǎn)換點(diǎn)在水平面上的投影變化范圍越大;隨著界面深度的增加,轉(zhuǎn)換點(diǎn)在界面上投影趨于穩(wěn)定。無(wú)論是彈性介質(zhì)還是粘彈性介質(zhì),在不知地下介質(zhì)任何信息時(shí),通過(guò)反射系數(shù)的AVO曲線(xiàn)在方位上的變化規(guī)律能夠識(shí)別出裂隙的走向和傾向。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P631.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1590737