双相介质中地震波衰减和频散属性分析及其应用

摘要

石油和天然气是当今社会的主要能源。石油和天然气不仅关系着国民经济命脉，也与国家的战略发展息息相关。所以石油和天然气等化石能源的勘探开发也是至关重要的。随着油气勘探精度的不断提高，简单的构造油气藏已经基本被开发，岩性油气藏、孔隙油气藏是目前的主要勘探方向。基于单相弹性介质的理论已难以解决新油田勘探开发所面临的问题。含油气的地层实际是具有固体状态与流体状态的双相介质。双相介质波动理论体现出了地下地层孔隙流体的充填情况，具有更合理的岩石物理假设，能更好地寻找复杂的孔隙油气藏。
　　地震波穿过地下含油气区域时会发生衰减和频散，衰减特征和频散特征可以作为地下油气检测的标志。目前基于双相介质理论的衰减属性的研究刚刚进入发展阶段，关于双相介质理论的频散特征的研究更少。本文主要利用双相介质弹性波方程的有限差分正演模拟，分析其快纵波的能量和频谱特征；研究双相介质中地震波的衰减和频散随流体参数变化的规律，借助时频分析方法，将理论结果应用到实际的油气检测中，结合衰减和频散特征更好地完成油气检测。
　　针对以上目的，本文主要从以下几个方面进行研究：
　　首先，设计均匀的双相介质和单相介质模型，分别采用相同的激发和接收条件，通过弹性波方程的交错网格有限差分数值模拟，得到波场快照和单炮记录，分析双相介质中快纵波传播时的能量和频谱情况。
　　第二，地震波的频散特征是由相速度随频率的变化体现的，地震波的衰减则是由地震波的逆品质因子来体现。从Biot方程出发，推导BISQ模型中快、慢纵波的相速度和逆品质因子的解析式，分析渗透率、粘滞系数、孔隙度和喷射流长度等流体参数在不同频率的情况下，对垂直波传播方向相速度和逆品质因子的影响规律。
　　同时，针对目前较为流行的时频分析方法进行总结，分析短时傅里叶变换、小波变换、S变换和匹配追踪时频分析方法的优劣，通过合成信号从运算效率与效果两方面综合考虑，选取合适的时频分析方法进行应用。
　　最后，针对衰减属性和频散属性总结提出对实际地震信号提取的两种方法，结合前边的理论和方法实现对实际工区的应用。
　　双相介质理论能很好地刻画地下介质含有流体时的情况，地震波在双相介质中传播时有明显的衰减和频散的现象。通过研究流体参数和频率对地震波衰减和频散的影响规律，得出以下结论：流体参数影响着地震波的相速度和逆品质因子，地震波相速度频散和随频率的衰减与地下地层的含流体信息密切相关。地震勘探频带内，中低孔、低渗油气储层具有较强的衰减、频散的特征，高孔、高渗油气储层衰减和频散小。地震波的衰减、频散特征可以作为识别含油、气和水储层的一个依据。通过对合成信号的试算，分析了短时傅里叶变换、小波变换、S变换和匹配追踪算法的时频谱，发现它们的分辨率是逐步递增的。利用效果最好的匹配追踪算法对实际地震剖面进行了试算，发现其对实际地震信号的匹配效果令人满意，但运算效率较差，比其它变换多两个数量级。综合考虑计算效率和精度，选取S变换对实际工区的地震资料进行地震波的低频、高频能量和频散特征的提取，并进行含油气性预测，取得了与钻井一致的结果，表明地震波的频散和衰减可以作为油气存在的标志和检测油气的手段。

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1 绪论

1.1 背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的

1.4 研究路线

2 双相介质理论

2.1 地震波在双相介质中的传播特征

2.2双相介质BISQ模型的衰减和频散特征

2.3 本章小结

3 谱分解技术

3.1 短时傅里叶变换

3.2 小波变换

3.3 S变换

3.4 匹配追踪算法

3.5 谱分解技术对比

3.6 本章小结

4 衰减和频散特征参数的提取与应用

4.1 衰减特征参数的提取

4.2 频散特征的提取

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的论文