發布時間：2021-03-08所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要地震波場的方位特征對于裂縫性油氣藏的地震預測方法研究有著重要的意義。為使裂縫模型更具一般性，本文基于線性滑動理論和Bond變換構造了兩組任意夾角豎直裂縫模型;考慮到波場二維模擬中突出方位特征，依據彈性動力學的基本方程和Bond變換，推導出了含方
摘要地震波場的方位特征對于裂縫性油氣藏的地震預測方法研究有著重要的意義。為使裂縫模型更具一般性，本文基于線性滑動理論和Bond變換構造了兩組任意夾角豎直裂縫模型;考慮到波場二維模擬中突出方位特征，依據彈性動力學的基本方程和Bond變換，推導出了含方位角的彈性波傳播速度應力方程;使用高精度交錯網格有限差分法對幾種裂縫介質進行了數值模擬，并分析其波場特征的變化。模擬結果表明，在兩組參數相同的任意夾角豎直裂縫模型中，裂縫內夾角各個方位的波場特征變化不明顯，各向異性強度較低，裂縫外夾角各個方位的波場特征變化劇烈，裂縫正交時，各處波場特征相近;針對單組裂縫模型，分析了裂縫參數變化對波場特征的影響，總結出了三種波場形態，得出了裂縫垂直面的波場特征與裂縫法向弱度和切向弱度的相對大小有關，從裂縫垂直面到裂縫平行面的波場朝著相同的形態變化，與裂縫參數無關等認識。這些分析結果有助于進一步認識和應用裂縫介質的波場方位特征。
關鍵詞線性滑動理論;裂縫介質;有限差分;全方位;數值模擬;Bond變換
0引言
一般而言，地震波傳播特征隨傳播方向變化是地球介質中普遍存在的一種各向異性特征(王赟等,2017)。在油氣勘探中，裂縫產生的方位各向異性等引起的油氣儲層的地震波場特征變化已經引起人們的廣泛關注。近10年來隨著對各向異性介質的地震波傳播理論的研究，特別是對于方位各向異性的地震波傳播特征不斷深入的研究和實踐，帶來了地震采集、處理及解釋技術的一些巨大進步，如寬方位采集技術、各向異性偏移處理以及地震資料5D解釋技術等(印興耀等,2018)。
在裂縫介質的研究和實踐中，國內外學者基于各種假設條件，建立了多種適用于不同情況的裂縫模型。Hudson模型(Hudsonetal.,1981,1988,1996)建立了遠小于波長尺度的橢球狀裂縫模型，推到了各種不同裂縫情況的彈性系數計算公式。Thomsen模型(Thomsen,1986,1995)提出了弱各向異性條件下物理意義相對明確的各向異性參數e、d和g,并推導了定向排列裂隙巖石的各向異性參數表達式。Schoenberg提出的線性滑動理論(Schoenbergetal.,1988,1995)忽略裂隙的具體形狀，假設裂隙是個無限薄的平面，提出了裂隙附加柔度的概念，為一般性裂縫各向異性模型的建立奠定了堅實的基礎。
各向異性介質的地震波數值模擬，常用方法包括有限差分、有限元法、偽譜法，以及譜元法等。在這其中，有限差分應用最為廣泛(Tessmer,2000;劉立彬等,2019)。1976年，Madariaga提出了經典的交錯網格差分格式，Virieux給出了波動方程的一階交錯網格格式(Virieux,1987)。結合波動方程理論和裂縫等效介質理論，許多學者對裂縫介質的波場特征做了詳細的分析。Bakulin等人在Schoenberg理論的基礎上給出了單斜各向異性介質彈性參數的計算方法(Bakulinetal.,2000),李雨生等人以此模型為基礎，使用有限差分方法進行三維波場模擬，分析裂隙物性與波場特征之間的關系(李雨生等,2016)。王德利等人根據Hudson理論和Bond變換建立了裂縫型單斜介質，分析了各種波的速度及波場特征(王德利等,2002,2005)，Wang等人使用粘彈性波動方程對該裂縫型單斜模型進行正演，分析了粘彈性對單斜介質的波場影響(Wangetal.,2007)，王月英等人使用同樣的方法構建了兩組任意夾角傾斜裂縫介質，并進行了二維三分量的波場數值模擬(王月英等,2010)。在多組豎直裂隙模型中，張安家等人構建了等效HTI介質來近似多組豎直裂縫，對簡化和反演復雜的裂縫模型提供了基礎(張安家等,2019)。
在總結前人研究成果的基礎上，為進一步深入研究由于方位各向異性引起的波場特征變化，為寬方位地震資料的特征認識以及處理解釋奠定理論基礎。本文構建了一種兩組任意夾角的豎直裂縫嵌入到各向同性背景介質中的模型，這種模型屬于單斜各向異性模型，比一般的TI介質更具有普遍性。通過線性滑動理論和Bond變換，推導出單斜裂縫介質的彈性系數矩陣。在一般的彈性波傳播方程中再次引入Bond方位變化，推導出含方位角的彈性波速度應力方程。通過高精度交錯網格有限差分方法進行數值計算，使得二維正演中能獲得更多方位的地震波傳播特征。通過模型的數值模擬，探討了兩組不同夾角的豎直裂縫介質下的波場方位特征;針對單組豎直裂縫介質，探討了裂縫參數變化以及方位變化所引起的波場特征。所得到的模擬分析結果有助于進一步深入認識地震波在裂縫介質中的傳播規律。
1方法原理
1.1彈性系數矩陣的計算
本次研究的模型如圖1所示，背景巖石為各向同性介質。模型中有兩組豎直裂隙
王赟、楊德義等人提出，裂縫的法向弱度
1.2含方位角的彈性波傳播方程
1.2.1觀測方式在
如圖2所示。圖中紅藍兩條線分別代表兩組裂縫的走向，黃色線條表示觀測線。
1.2.2彈性動力學基本方程
根據彈性動力學的三個基本方程，本構方程、運動微分方程和幾何方程，可推導出波傳播的一階速度應力方程。
2裂縫夾角對波場特征的影響分析
考慮到不同分量的波場主要體現在能量上的差異，且本文主要目的是研究波場形態特征與裂縫參數、夾角和方位之間的關系，因此在后面的波場快照中只展示了速度z分量。為了研究方位特征與裂縫夾角之間的關系，在雙裂縫模型中，我們設置了相同參數的兩組裂縫。
4結論
本文基于線性滑動理論和Bond變換建立了各向同性背景下任意夾角單斜裂縫模型，并推導出了含方位角的彈性波速度應力方程，為簡化波場方位特征的模擬奠定了基礎，通過對模型的波場特征模擬分析，得到以下幾點認識：
(1)、兩組參數相近的豎直裂縫存在時，裂縫內夾角各個方位波場變化不大，且各向異性強度較低，波場更趨近于圓形。外夾角二等分方位的各向異性強度最大，觀測方位向裂縫靠近時，各向異性強度減弱。裂縫正交時，各處的波場特征差異不明顯。
(2)、在單組裂縫介質中，垂直于裂縫面的波場形態可以簡單分為三類，他們與裂縫法向弱度和切向弱度的相對大小有關，且三種形態之間的兩條過渡線呈線性，且平行。干裂隙(含氣)介質屬于形態二，在裂隙較發育的含流體裂隙介質中，隨飽和度增加，波場從形態二逐漸過渡到形態一。
(3)、觀測方位從垂直于裂縫方位轉向平行于裂縫方位的過程中，波場形態變化都趨近于形態二，即qP波和qS2波形態都趨近于標準的橢圓形，與垂直于裂縫面的波場形態無關。——論文作者：李小斌，閻建國
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