非均匀孔隙介质有限差分正演模拟方法研究

摘要

勘探技术日益发展的今天,隐蔽油气藏等复杂油气藏成为勘探热点,从而对小尺度复杂地质体与孔隙流体的研究也在不断发展进步。正演模拟方法对认识复杂油气藏的地震响应特征有重要指导意义,而研究适合非均匀孔隙介质的正演方法则成为地震波正演的发展趋势。
　　 有限差分方法是波动方程正演的常用方法之一。本文首先介绍了基于声波方程的常规高阶有限差分正演模拟方法,讨论了有限差分正演模拟方法的稳定性和数值频散问题,并使用完全匹配层边界条件作为有限差分正演模拟的边界条件。针对非均匀小尺度地质体,本文在研究常规声波有限差分正演模拟方法的基础上研究了基于声波方程的可变网格有限差分算法,改进了变网格方法的网格剖分形式,发展了基于多级可变网格的有限差分正演方法,同时推导了基于PML边界条件的变网格过渡区差分格式,使得该方法更为灵活高效。
　　 为讨论流体响应特征,本文介绍了描述孔隙介质的经典双相介质理论-Biot理论,根据岩石物理理论讨论了双相介质模型参数的求解方法,研究了基于Biot理论的常规弹性波高阶有限差分正演模拟方法。为满足非均匀孔隙介质的模拟需要,本文将可变网格方法推广至基于Biot弹性波耗散方程的正演模拟方法中,解决了混合偏导数过渡问题,并推导了基于PML方程的变网格差分格式,发展了适于讨论小尺度非均匀孔隙介质的正演模拟方法。
　　 使用声波方程和Biot弹性波方程正演模拟方法,文中对多个非均匀孔隙介质模型进行正演模拟,分别对溶洞性介质的地震分辨率问题,串珠现象成因及特征等问题进行了讨论,同时对非均匀孔隙介质中的孔隙度和流体成分因素造成的影响进行了分析归纳,得到了一般性的结论,可以用来作为解决实际问题的参考。