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粘弹性正交各向异性孔隙介质波场数值模拟和衰减特性分析

程时俊  
【摘要】:伴随着国家对油气资源需求的持续上升,地震油气勘探目标逐渐转向薄互层,裂缝型等复杂的油气藏,而先前的弹性介质理论已不能对实际地层介质对地震波传播地影响进行合理的描述。实际的地球储层介质往往十分复杂,其介质成分中不仅包含有固体的骨架,同时介质普遍发育有孔隙,由于孔隙中填充着各种流体,其对地震波的传播特征有着显著的影响。因此,进行对符合实际储层介质性质的复杂多孔介质地研究显得尤为重要,它为后续的地震勘探和地震资料解释奠定坚实的基础。所以,本文在前人的孔隙介质理论的基础上,建立了粘弹孔隙正交各向异性介质模型,深入研究了地震波的传播特性。传统的Biot理论是建立在Gassman方程基础上,深入考虑了孔隙中流体和固体岩石骨架在压力梯度作用下地相对流动所引起的摩擦损耗,其描述的是宏观现象,奠定了地震波在孔隙介质中传播的理论基础。随后大量研究表明,Biot理论并不能对地震波在岩石介质中的强衰减和高频散做出合理的解释,伴随着对Biot理论和众多实验的深入研究,人们发现孔隙介质的微观Squirt喷射流作用是导致地震波强衰减和高频散的主要因素,于是将Biot理论和Squirt喷射机制结合起来,建立一个统一的BISQ模型。虽然BISQ理论较好的刻画了地震波在孔隙介质中的强衰减和高频散现象,但是这种现象主要发生在较高频段,而地震勘探的有效频段主要集中在低频带,所以这与实际工作仍存在较大偏差。本文通过对BISQ理论的深入研究,将广义Zener线性体的岩石固体骨架粘弹机制引入BISQ模型,并充分考虑介质的各向异性的影响,以符合实际地层介质的正交各向异性介质为例,推导出基于BISQ模型粘弹性孔隙正交各向异性介质的波动方程。通过交错网格高阶有限差分技术,对介质中的地震波场在二维情况下进行数值模拟,就固体骨架的粘弹机制,裂隙参数以及薄互层对波场传播的影响进行讨论,得到相应的波场快照和地震合成记录进行对比,分析各介质参数对波场传播的影响。同时通过求解模型的平面波解,推导出相速度和逆品质因子的方程,分析在地震频段范围内各模型参数的不同对地震波在介质中的传播影响。


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