一種基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的avo/ava分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，提出了一種基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AV0/ AVA(振幅隨偏移距的變化/振幅隨入射角的變化）分析理論及其層狀介質(zhì)中合成零偏 VSP(垂直地震剖面）記錄的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AV0/AVA分析在地震勘探中有著重要的作用，它是一種烴類檢測(cè)的有效工具，可以 用于反演地下介質(zhì)的物性參數(shù)和識(shí)別流體。傳統(tǒng)的AV0/AVA分析理論已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于聲 學(xué)、彈性介質(zhì)以及黏彈性介質(zhì)。Carcioneetal.研宄了兩種粘彈各向同性介質(zhì)中徑源巖介 質(zhì)層的AV0響應(yīng)，考慮了有機(jī)質(zhì)和水存在時(shí)引起的耗散機(jī)理；Lametal.研宄了具有衰減 和頻散特性的平介質(zhì)界面上的脈沖聲反射；Krebesetal.分析了計(jì)算非彈性介質(zhì)中平面 波反射系數(shù)和透射系數(shù)的難點(diǎn)，并給出三種確定垂直慢度符號(hào)的方法；Linesetal.發(fā)現(xiàn)當(dāng) 僅存在地震衰減差異時(shí)也會(huì)產(chǎn)生微弱的反射，與只考慮聲波阻抗差異相比，這種反射存在 相移現(xiàn)象。Innanenetal.研宄了非彈性介質(zhì)中利用AVF(振幅隨頻率的變化）和AVA反 演介質(zhì)參數(shù)的問(wèn)題；Odebeatuetal.將譜分解技術(shù)用于檢測(cè)與含氣飽和儲(chǔ)層相關(guān)的頻散 異常，這是非彈性AVF響應(yīng)在烴類儲(chǔ)層中的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。Birdetal.發(fā)展了一種利用 校正的非冗余S變換算法估計(jì)與高吸收目標(biāo)層相關(guān)的反射系數(shù)譜的AVF反演方法;Morozov etal.提出了一種利用矩陣微分算子描述地震波阻抗的廣義定義，并詳細(xì)地研宄了非彈性 介質(zhì)的聲波阻抗及其相關(guān)的原理。
[0003] 為了更好地刻畫不同類型的儲(chǔ)層，許多學(xué)者也研宄了孔隙彈性介質(zhì)中的AV0/AVA 效應(yīng)。Tomaretal.研宄了彈性介質(zhì)與含有兩種不相容流體的孔隙介質(zhì)界面上平面波的反 射和透射現(xiàn)象；Quintaletal.基于一維層間流模型，如White模型，研宄了由于層間流引 起的強(qiáng)衰減薄層上的低頻反射現(xiàn)象；任海濤等研宄了非頻散介質(zhì)與頻散介質(zhì)界面上波正入 射時(shí)反射系數(shù)的振幅、相位角隨頻率的變化特性，并將振幅隨頻率的變化（AVF)響應(yīng)分為 低頻暗點(diǎn)響應(yīng)、相位反轉(zhuǎn)和低頻亮點(diǎn)響應(yīng)三類；Quintaletal.研宄了孔隙介質(zhì)中飽和度 的變化對(duì)于依賴頻率變化的反射系數(shù)的影響，結(jié)果表明部分飽和介質(zhì)層的反射系數(shù)隨頻率 變化非常明顯，尤其在低頻部分飽和度會(huì)引起強(qiáng)衰減。
[0004] 與烴類儲(chǔ)層相關(guān)的地震低頻異常現(xiàn)象已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注，學(xué)者們認(rèn)為烴類 飽和儲(chǔ)層中的異常衰減與速度頻散相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明P波在部分飽和巖石中的衰減比完 全飽和介質(zhì)以及干介質(zhì)層中的衰減大，這會(huì)使得在某些區(qū)域的反射是由衰減變化引起的而 不是彈性波阻抗的變化引起的。Loizouetal.總結(jié)了在聲波測(cè)井和地震頻段范圍與衰減 和速度頻散相關(guān)的不同的物理機(jī)理，大多數(shù)都是與流體相對(duì)于固體骨架的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，并且 他指出AV0隨頻率變化的響應(yīng)與飽和流體的存在息息相關(guān)。
[0005] 彌散黏滯性波動(dòng)方程對(duì)于解釋與烴類儲(chǔ)層相關(guān)的異?，F(xiàn)象有很重要的作用，所以 研宄彌散黏滯性波依賴于頻率變化的反射特性是有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于基于彌散黏滯性波動(dòng)方程給出一種AV0/AVA分析理論和合成VSP記錄的方法。從彌散黏滯性波動(dòng)方程出發(fā)，詳細(xì)地推導(dǎo)了彌散黏滯性平面波入射到兩種 頻散介質(zhì)界面上的反射系數(shù)公式，在此基礎(chǔ)上將其用于兩方面的分析：AV0/AVA分析和反 射率法合成VSP記錄。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 1)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)背景條件、巖石物理測(cè)試及其測(cè)井、鉆井資料給出彌散黏滯性波 動(dòng)方程中所涉及的流體飽和介質(zhì)層的物理參數(shù)；
[0009] 2)求取二維彌散黏滯性波的復(fù)速度、相速度、傳播波數(shù)及衰減系數(shù)；其中，
[0010] 二維彌散黏滯性波動(dòng)方程為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AVO/AVA分析方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 根據(jù)實(shí)際地質(zhì)背景條件、巖石物理測(cè)試及其測(cè)井、鉆井資料給出彌散黏滯性波動(dòng)方 程中所涉及的流體飽和介質(zhì)層的物理參數(shù)； 2) 求取二維彌散黏滯性波的復(fù)速度、相速度、傳播波數(shù)及衰減系數(shù)；其中，二維彌散黏 滯性波動(dòng)方程為：
式（2)中：K為滲透率，Kf為流體的體變模量，yf為流體的剪切粘度，If為流體
為常數(shù)；Pf為流體的質(zhì)量密度，yM為較大尺度上固體的剪切模量，ys為固體的剪切模量； 3) 基于平面波理論求取二維彌散黏滯性波動(dòng)方程的反射系數(shù)公式，其中，反射系數(shù)公 式如下：
4) 利用式（3)分析平面波入射到兩種密接介質(zhì)界面上的反射系數(shù)隨頻率和入射角的 變化規(guī)律。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AV0/AVA分析方法，其特征在于： 所述步驟1)中，物理參數(shù)包括密度、波傳播速度、彌散衰減系數(shù)、黏滯性衰減系數(shù)；其中，彌 散衰減系數(shù)和黏滯性衰減系數(shù)由滲透率、孔隙度、固體的剪切模量、流體的體變粘度、流體 的剪切粘度進(jìn)行確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AV0/AVA分析方法，其特征在于： 所述步驟2)中，求取二維彌散黏滯性波的復(fù)速度、相速度、傳播波數(shù)及衰減系數(shù)的具體方 法是： 二維彌散黏滯性波動(dòng)方程的數(shù)學(xué)描述為：
式中：U為波場(chǎng)函數(shù)；Y和n分別為彌散和黏滯性衰減系數(shù)，它們與巖石的孔隙度、滲 透率以及流體的密度、粘度等有關(guān)；U為非頻散介質(zhì)中波的傳播速度；X和t分別為空間和 時(shí)間變量； 設(shè)二維彌散黏滯性波動(dòng)方程（1)的平面諧波解為：
為簡(jiǎn)單起見，設(shè)平面波的振幅為1 ;上式中水平方向和垂直方向的波數(shù)依次為A71.,之； ?為角頻率；且^r2+€ =F，I為復(fù)波數(shù)，可以寫為
式（7)和式（8)中的符號(hào)由彌散黏滯性波的衰減特性決定，而且傳播波數(shù)和衰減系數(shù) 都不僅與介質(zhì)的參數(shù)有關(guān)，還依賴于頻率的變化； 彌散黏滯性波的復(fù)速度從式（4)得到：
則相速度與復(fù)速度之間的關(guān)系為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AVO/AVA分析方法，其特征在于： 所述步驟3)中，求取二維彌散黏滯性波動(dòng)方程的反射系數(shù)公式具體采用如下方法： 當(dāng)彌散黏滯性平面波入射到兩種密接介質(zhì)界面時(shí)會(huì)發(fā)生發(fā)射與透射，上、下層介質(zhì)分 別用角標(biāo)1、2表示，并依此稱為介質(zhì)1與介質(zhì)2,界面位于z= 0處； 用壓力P=P(x，z;t)來(lái)表示波場(chǎng)，均勻介質(zhì)中波場(chǎng)的位移速度為V={VP)i{hop)UD 式中：P為介質(zhì)的密度； 設(shè)波的入射面與XZ平面重合，因此 = sinOj, ky =Jij cosOj, / = 1,2 (12)
取入射波的振幅為I，記波的反射系數(shù)為R，透射系數(shù)為T，則介質(zhì)1和介質(zhì)2的總波場(chǎng) 分別為

【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于彌散黏滯性波動(dòng)方程的AVO/AVA分析方法，基于彌散黏滯性波動(dòng)方程推導(dǎo)了兩種頻散介質(zhì)界面上平面波的反射系數(shù)，該反射系數(shù)不僅與介質(zhì)的參數(shù)有關(guān)，還明顯地依賴于頻率的變化。對(duì)于三種典型的介質(zhì)，研究了其介質(zhì)界面上反射系數(shù)隨頻率和入射角的變化特性，并將結(jié)果與基于聲波方程的反射系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。這種依賴于頻率變化的反射特性(尤其在低頻)在不同類型的介質(zhì)中其響應(yīng)不同，對(duì)于刻畫儲(chǔ)層和識(shí)別流體有著重要的指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G01V1-50, G06F19-00
【公開號(hào)】CN104714253
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510144943
【發(fā)明人】高靜懷, 趙海霞
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日