各向异性介质中三维倾斜界面P波反射时距模拟

【摘要】：随着地球物理勘探的深入发展，三维地震勘探和地震波在各向异性介质中的传播成为近年来研究的热点领域。为了获得清晰的地下介质图像，传统处理方法中的叠加偏移需要知道准确的速度信息，而造成速度误差较大的两个因素就是地下介质的横向不均匀性和各向异性。目前关于各向异性问题的讨论多集中于具有垂直对称轴或水平对称轴的横向各向同性介质，而涉及横向非均匀倾斜界面时由于问题相当复杂讨论起来很困难。据此，就三维地震反射面接收，本文对三维倾斜界面以及各向异性对P波时距特征的影响做计算讨论。 本文取裂隙对称轴有任意空间取向，平行排列，可以含气或者含水。 三维地震勘探在地表采用网格面接收，反映的是地下三维介质的情况，要求资料的处理解释完全从三维出发。另外，从实际资料分析可以看出，地下反射界面往往是倾斜界面，由炮点、反射点和接收点所组成的路径面一般情况下也是倾斜的。而且随着炮点和检波点位置的变化路径面的空间取向也会发生变化。这是三维倾斜界面条件下问题的复杂性所在，因此前人在这方面所做的工作比较有限。以往处理解释上一个简洁的办法就是把路径面看作是垂直于地表的竖直面，然后按照这种做法将每条测线所构成的路径面拼接成空间上的“三维”路径。虽然在这种竖直面假设的前提下，每条测线的视倾角均不同，相应的视速度也不同，但真实反射点的位置却与这种假设结果有很大不同。最终反演的速度和深度也与真实情况下有较大误差。 各向异性介质中，速度随传播方向不同而不同。但由于假设路径面与真实路径面的空间取向不同，将造成各向异性速度值理论上与实际处理上的误差。考虑到真实三维路径的复杂性，三维倾斜界面条件下的各向异性研究有很大难度。因此，前人的研究多集中于横向各向同性介质、各向异性对称轴或者水平或者垂直于地表平面。 地下介质同时存在横向不均匀性和各向异性，两种介质条件下，视速度都随方位变化。这两种方位效应的区分对实际资料的解释很重要。所以，在这方面开展理论性的工作很有科学意义。 对于各向同性介质，理论上利用P波面接收双曲时距可获得速度、倾斜界面 硕士学位论文(蔡明刚，2003) 深度、倾角、走向的反演解(姚陈等，2001;姚陈等，2002)。我们把检波器排 列方向定义为横向测线，其垂直方向定义为纵向测线。无论利用横向测线时距还 是纵向测线时距，以上各向同性反演解是唯一的。 对于各向异性介质，三维倾斜界面P波反射时距正演模拟为我们提供了一些 全新的认识。对于直立裂隙的P波反射，发现P波时距仍可以用双曲时距来拟合， 在横向和纵向上的拟合误差都很小。为此，我们用双曲时距反演法来检验各向异 性对反演结果的影响。 我们注意到，因含水弱裂隙各向异性速度变化不大，对比各向同性的反射到 时，各向异性到时与它的差别很小，反演解的时距速度和界面深度与各向同性大 致相同;但裂隙含气时的到时相比各向同性到时，两者时差较大，故本文集中讨 论裂隙含气的情况。 P波反射路径下行波和上行波因传播方向不同而速度不同，从炮点到测线各 接收点反射路径不同，速度也不相同，但对于地表网格接收的每一条横向测线， 基于双曲时距反演的速度基本相同，各纵向测线的反演速度也大致相同。但纵、 横测线的反演速度却出现较大差别。这说明单就某个测线方向，各向异性反射可 以用各向同性反射等效，可以反演得到相应的速度和深度。但比较不同测线方向 的反演结果可以看出各向异性条件下P波的时距反演解不唯一。 由于问题的复杂性，本人进行了大量的基础理论推导，并且用Visua1C++ 语言实现了各向异性介质中三维倾斜界面P波反射时距模拟，原始创新性很强。 通过本文的理论计算研究，可获得如下结论: 1、理论上，各向同性介质中三维倾斜界面P波反射时距是双曲线。在一定 条件下，各向异性P波反射时距具有各向同性P波反射时距近似的曲线 特征。 2、裂隙密度较小时，各向异性到时同各向同性到时相差较小，裂隙密度较 大时，两者相差较大(可达几十毫秒)。垂直裂隙面观测时，各向异性到 时同各向同性到时相差较大，平行裂隙面观测时，两者相差较小。 3、在炮检距不大时，利用双曲时距方程，可以很好的拟合各向异性到时。 当裂隙密度较小时，拟合误差很小，当裂隙密度较大时，拟合误差稍大。 4、对于各向异性时距，可以有一个由对应的双曲方程给出的等效各向同性 考 硕士学位论文(蔡明刚，2003) 时距速度。对于三维网格面接收，x方向和y方向上的每一条测线都有一 个等效各向同性时距速度，而且同方向上的每条测线的时距速度近似相 等。 5、等效各向同性时距速度主要与裂隙密度、裂隙对称轴的空间取向、裂隙 含气还是含水有关。与倾斜界面的倾角、走向以及炮点的位置关系不大。 6、对于垂直裂隙，对称轴沿x方向横向观测(垂直裂隙面观测)的各向异 性速度大于对称轴沿x方向纵向观测(平行裂隙面观测)的各向异性速 度。对称轴沿y方向横向观测(平行裂隙面观