吉林大学博士研究生文献阅读综述报告

吉林大学博士研究生文献阅读综述报告(姓名：崔杰学号：2008621005学院：地球探测科学与技术学院）一、研究目的及意义纵波地震勘探在油气探查中的应用大半个世纪以来，各项技术已趋于成熟，但是地质勘探需要解决的问题日益增加，人们逐渐认识到仅靠单一纵波勘探已无法解决，此时多波多分量勘探显得尤为重要，通过在波场中多方向采集地质信息，成为了减少地质解释不确定的有效有段。传统的AVO理论是建立在各向异性介质假设基础上的，其反射系数中不含有各向异性参数，所以就无法反映各向异性介质存在对反射系数的影响，在理论上是不完善的。但实际地下介质却是各向异性的，而且各向异性介质的性质对反射振幅有很大影响，这就促使人们进一步地研究各向异性介质中各向异性因素对反射振幅的影响规律。近十几年来，各向异性PP波AVO的研究发展迅速，它在寻找裂隙方向和裂隙密度、检测流体方面常常被看作是关键技术之一。PP波AVO具有对纵、横波速度比敏感的特性，但是在岩性参数改变而纵、横波速度比几乎不变的情况下，PP波AVO很难反映岩性变化；而PS转换波振幅主要有横波速度和密度控制，与纵波速度变化无直接关系，并且PS波在估计地下岩石结构、孔隙率和流体饱和度等重要参数方面具有潜在的价值。所以在方位各向异性介质PP波AVO已经应用于实际生产寻找裂隙的情况下，方位各向异性PS波反射系数的研究非常有必要。为了从实际地震资料中提取更多的反应储层流体的信息，人们提出了许多流体因子，这些方法都是使用线性Zoeppritz方程来提取物性参数，例如P波和S波阻抗、速度、泊松比等，同时也可以获得一些利于解释的参数，如弹性模量、拉梅常数以及一些流体因子。相类似的，近年来广泛应用的弹性波阻抗公式和流体识别因子公式也是建立在各向异性介质的假设前提上的，只有最近几年才有有关各向异性弹性波阻抗公式的论述，理论的发展必然需要经历从简单到复杂的过程，当各向同性介质的条件在实际应用中受到限制的时候，我们就试图突破这种限制。方位各向异性弹性波阻抗公式拓宽弹性波阻抗的应用范围。方位各向异性AVO及弹性波阻抗公式的研究，不仅对地震学和地球物理学的发展都具有十分重要的理论意义，而且对于利用地震资料进行储层的预测和检测裂缝，油气田开发均具有重要的实际意义。通过对弱各向异性介质中的反射系数和弹性波阻抗、流体识别因子的研究能够定量的分析各向异性因素对反射系数和波阻抗的影响，从而指导我们的野外生产。二、国内外研究现状及进展1、各向异性介质AVO理论发展历史及研究现状方位各向异性AVO理论是现今地震学与勘探地震学理论研究的前沿和难点之一，对方位各向异性介质中AVO的研究，是石油地质学家和油藏工程学家感兴趣的课题。它综合了方位各向异性和AVO分析两方面的知识，体现了当今地震学发展中宏观层次与微观层次的结合。方位各向异性AVO理论与各向异性及裂缝的研究密不可分，前人对此做过许多有益的研究与探索。在各向异性的研究中，Helbig研究了地震波在各向异性介质中的传播，并分析了诱导各向异性对地震数据的影响。Hudson提出了求解裂隙介质中等效弹性参数的计算方法。Crampin领导的研究小组对地震各向异性进行深入研究，做了大量开创性研究，取得许多有益的成果。Crampin用反射率法制作了三分量合成地震记录，并通过横波分裂的研究指出：裂隙诱导的各向异性可能是地壳中地震各向异性的主要原因，这一假设被后来的研究者普遍接受；Crampin提出广泛扩容各向异性介质模型即EDA（extensivedilatancyanisotropy）介质，表示一组垂直定向排列的裂隙介质，这一模型的提出促进了人们对各向异性理论、成因与观测的更深入的研究。越来越多的学者在这一方面展开工作，各向异性的研究主要是裂隙诱导的各向异性为主，广泛开展裂隙介质理论、正演模拟及反演与裂隙检测的研究。Thomsen引入一套各向异性参数，使得这一理论得到了进一步发展，这些研究成果对裂隙介质理论研究、数值模拟和实际裂缝检测方法研究奠定了理论基础。在过去的20多年中，人们对各向异性P波AVO的进行了大量研究并取得了长足的进步，这主要归因于地震资料质量以及处理和解释质量的不断提高。今天，方位各向异性P波AVO问题已不再是没有实际意义的学术议题，它在寻找裂隙方向和裂隙密度、检测流体方面常常被看作是关键技术之一。最近几年研究各向异性的方法侧重于利用P波叠前反射数据检测地层垂直裂缝。Bakulin和Tsvankin分析了多分量地震数据提取裂隙参数的方法，并用对方位角P波振幅随偏移距的变化（AVO）进行裂缝检测，并对从地震数据中估计裂隙参数进行研究。Grechka研究了VTI和HTI中的动校正和叠加方法，为进行P波检测裂隙奠定了数据处理基础。Lynn、Ruger和Tsvankin把炮检方位对裂缝走向的角度作为速度和振幅的函数，观测方位角的P波资料振幅随炮检距变化(AVO)或振幅随入射角、方位角的变化情况。此外，Thomsen，Ruger、Mallick、Tsvankin等众多学者对各向异性介质中的衰减、吸收、AVO等现象进行了研究。Ruger和Vavryčuk[54,55]对裂隙储层振幅随炮检距的变化(AVO)进行了分析和模拟研究，阐明了与P波反射系数有关裂隙信息,并取得了一系列研究成果。Perez研究了裂隙方向与P波方位AVO响应之间的关系。Mallick等定量研究了P波资料在固定炮检距条件下振幅随方位的变化。Tsvankin对各向异性介质中的纵波和转换波动校正和参数估计进行研究，并利用P波和PS波NMO速度的方位角变化检测裂缝。在这种背景下，Grechka和Tsvankin提出了一种甚至更简单、更通用的P波分析方法。他们指出,与深受推崇的时距公式双曲线近似相同，P波速度和振幅的方位变化形式上是一椭圆。令人惊讶的是，这样简单的事实数十年前竟没有人注意到。另外，仅仅稍作近似就可以用单一的各向异性实现P波资料全部时间城处理。Ruger把它应用于振幅随偏移距变化（AVO）的定量分析，Tsvankin又将它推广到了正交对称系（例如交叉的层状岩层），这就为我们分析P波方位各向异性AVO分析提供了一套语言体系。目前为止，人们对PS波AVO反射系数研究进行了大量研究。首先，许多学者对转换波AVO反射系数在各向同性介质条件下的解析解进行了研究。Ramos，杨慧珠，孙鹏远等分别从不同的角度对反射系数的解作了各种形式的近似。利用确定横波极化主方向的稳健方法,使2C*2C横波勘探数据中的方位各向异性分析成为可能，它将早期的遥测地震工作与勘探地震联系了起来。用于转换波的类似方法是Garotta和Granger建立的，虽然当时这一认识的重要性并未引起重视。在实际的勘探中，各向同性的条件是很难满足的。当边界条件是弱各向异性条件下的时候，上述研究的反射系数的结果将不再适用。早期，Musgrave,Henneke,Keith＆Crampin和Daley＆Hron对各向异性介质分界面的反射透射情况进行了讨论。但是，各向异性分界面的反射系数的代数解是非常复杂的。Kim和Aminzadeh等根据经验公式进行了反射系数研究。Cherepanov和Nefedkina推导了方位各向异性介质中PS波的反射系数公式，只是公式本身表达式很复杂，并且其中的各向异性参数不是通用的Thomson各向异性参数，这样就不能联合的PP波进行综合AVO研究。刘前坤等利用广义刚度矩阵理论在cherepanov等人工作的基础上推导出了以Thomsen各向异性参数表示的PS波反射系数公式，将PS波反射系数的应用范围进一步推广。2、弹性波阻抗理论发展历史及研究现状弹性波阻抗理论发展主要经历了三个阶段：第一阶段，声波波阻抗发展阶段。20世纪70年代兴起的波阻抗(AcousticImpedance,简称AI)反演技术,80年代得到了迅速发展,90年代后达到应用高峰。声波波阻抗（AI）测井曲线，是联系地震数据校正和反演这个两个过程的桥梁。但是AI测井曲线只能对小偏移距（小入射角）的地震数据进行校正和反演。而且常规声波波阻抗由于缺乏横波的信息,使得它对于流体的变化很不敏感,而弹性波阻抗除了与纵波速度,密度有关之外,还与横波速度、入射角度有关,由于考虑了AVO(AmplitudeVariationwithOffset)效应,使得对流体和岩性的预测能力增强。第二阶段，弹性波阻抗发展阶段Connolly在1999年利用Aki和Richards提出的近似反射系数推导出了大偏移距弹性波阻抗公式（EI），因为弹性波阻抗公式主要与介质参数有关，所以EI公式比AI公式更加能够反映岩性异常属性。Mukerji曾指出弹性波阻抗是进行大偏移距反演地震参数方法的基础。Connolly提出的EI波阻抗公式把测井曲线与岩石物性数据联系了起来，大大提高了储层预测准确性。之后，Whitcombe对原始的EI方程进行了进一步推导，把EI方程进行了归一化处理，与AI方程建立起了联系。Wang也进行了类似的推导，得到了使用射线参数表示的EI方程。第三阶段,各向异性弹性波阻抗发展阶段弹性波阻抗公式（EI）是建立在各向同性介质的假设基础上的，而在实际的勘探工作中，各向异性因素是普遍存在的，Thomsen认为弱各向异性因素的影响是不可以忽略的。即使是在不随方位角改变的横向各向异性（VTI）介质中，也需要考虑各向异性因素的影响。忽略了各向异性因素的影响大大限制了这项技术的应用范围。Rowbotham把各向异性的影响引入了EI方程中，推导了VTI介质中的EI反射系数公式。他将弱各向异性介质中的PP波反射系数引入了Connolly（1999）的原始EI方程中得到了新的弹性波阻抗公式。Martins对各向异性弹性波阻抗进行了大量研究，并把HTI介质中的PP波反射系数引入Connolly的EI公式中，得到了方位各向异性介质(HTI)中的PP波弹性波阻抗公式。新的HTI介质中的PP弹性波阻抗公式把弹性波阻抗与入射角和方位角的变化联系了起来，进一步推广了弹性波阻抗公式的应用范围。综上所述，方位各向异性PP波AVO理论取得了巨大的进步，但是转换波PS波AVO和方位各向异性弹性波阻抗基础理论研究还不成熟。为了适应地震勘探越来越高的要求，方位各向异性介质中的AVO及弹性波阻抗理论就成为当今石油地球物理勘探亟待解决的一个问题，它对充分利用多波多分量地震资料的进行深入解释与处理具有重要的促进作用，也是目前国际上地球物理学界正在开展并希望有所突破的热点之一。参考文献[1]ConnolyP.Elasticimpedance[J].TheLeadingEage,1999,18(4):438-452;[2]KennethDuffaut,Martinlandro,etal.Shearwaveelasticimpedance[J].TheleadingEdge.2000:1223-1229[3]EzequielF,TapanM,etal.NearandfarPSelasticimpedacefordiscriminatingfizzwaterfromcommercialgas[J].TheleadingEdge,2003,22(10)：1012-1015[4]JinfengMa,IgorB.Morozov.TheexactelasticimpedanceforP-SVwave[J].SEGExpandedAbstracts,2007:288-292.[5]Martins,J.L.,Anapproachforelasticimpedanceinweaklyanisotropicmedia[J].ExpandedAbstractsof72thAnnualMeeting.2002:185-188.[6]苑书金，于长青.各向异性介质中的弹性阻抗及其反演[J].地球物理学进展，2006，21（2）：520-523.[7]陈天胜，魏修成，刘洋.一种新的各向异性弹性阻抗近似公式[J].石油物探.2006，45（6）：563-569.[8]李爱山，印兴耀，张繁昌