井间地震波场数值模拟及波场特征研究

论文摘要

井间地震是油气田勘探开发的一项关键技术,能够实现两井之间构造和储层等地质目标的高精度成像。井间地震数值模拟是研究复杂地层中井间地震波传播规律的有效手段,可以帮助认识井间地震的复杂波场。而识别和分析井间地震波场中各种主要波的传播特征是井间地震采集设计、资料处理、解释以及井间地震资料利用的前提。论文首先研究井间地震波场数值模拟的方法,接着根据模拟生成的波场识别和分析井间各种主要波的传播特征。重点研究了三种地震波场数值模拟方法:一是弹性介质中改进的突变点加插值的射线追踪方法,这种方法的特点是能够快速地追踪井间地震记录的直达P波和S波、上行和下行反射波、PS和SP反射和透射转换波及干扰波（井筒波）,并模拟生成多炮多道的水平分量和垂直分量的井间地震记录。本文根据模拟的结果,结合理论分析,系统总结了上述主要类型波在共炮点、共接收点、共偏移距和共中心深度点等4种道集中的传播规律。模拟的记录和野外实际采集的井间地震记录进行对比,可以识别出野外复杂波场中主要类型的波,以及他们的传播规律,分析结果证明数值模拟是正确的。二是VTI介质交错网格高阶有限差分数值模拟方法,选择这种方法是因为井间地震观测的波场常常显示出明显的各向异性,另外,井间地震要求有较高的模拟精度。本文在前人工作的基础上,推导了VTI介质时间-空间域二维三分量一阶速度-应力弹性波方程及其任意偶数阶时间和空间精度交错网格差分格式,特别是推导了Y-分量的方程、差分格式和边界条件,并研发了相应的数值模拟软件,能够模拟声波、各向同性及横向各向同性介质中各种复杂构造的二维三分量波场,能清楚地识别出快纵波、慢纵波、快横波和慢横波。模拟的结果解释了实际野外地震记录上由于各向异性引起的一些难解释的现象。三是粘弹各向异性介质频率空间域有限差分数值模拟方法,选择频率域主要是易于模拟衰减。本文在重复前人关于频率空间域各向异性准P波波场推导的基础上,补充推导了加入粘弹性的公式,研发了弹性和粘弹性VTI介质准P波正演模拟软件,能模拟更接近井间实际介质的各向同性、各向异性准P波的波场。在频率空间域有限差分算法的实现中改进了大型稀疏带状矩阵的解法,解决了存储空间不够和计算时间过长的问题,解决了利用傅里叶变换的周期性和共轭对称性计算频率域波场的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 国内外研究现状综述
• 1.3.1 井间地震方面国内外研究现状
• 1.3.2 井间地震波场数值模拟方面国内外研究现状
• 1.4 研究方法和技术路线
• 1.5 论文研究要达到的目标
• 1.6 本文完成的工作量和创新点
• 1.6.1 完成的主要工作量
• 1.6.2 创新点
• 2 井间地震波场数值模拟的射线法
• 2.1 射线法的基本理论
• 2.2 射线法模拟井间地震的波场
• 2.2.1 单层水平界面模型井间地震观测波场的模拟
• 2.2.2 多层水平介质模型井间地震观测波场的模拟
• 2.2.3 断层模型井间地震观测波场的模拟
• 2.2.4 野外实际介质井间地震观测波场的模拟
• 2.3 本章小结
• 3 井间地震波场模拟的时间-空间域交错网格高阶有限差分法
• 3.1 VTI 介质时间-空间域交错网格有限差分方法
• 3.1.1 一阶速度-应力VTI 介质弹性波方程
• 3.1.2 一阶速度-应力VTI 介质弹性波方程的差分格式
• 3.1.3 吸收边界条件
• 3.1.4 震源函数
• 3.2 VTI 介质弹性波的波动特征
• 3.2.1 各向异性弹性波的Christoffel 方程
• 3.2.2 VTI 介质弹性波的相速度及偏振方向
• 3.2.3 VTI 介质弹性波的群速度
• 3.2.4 横波分裂现象
• 3.3 基于测井和井间地震数据的各向异性建模方法
• 3.4 井间地震的波场特征分析
• 3.4.1 理论模型分析井间地震的波场特征
• 3.4.2 大庆油田葡33 井区实际井间地震记录的正演模拟
• 3.4.3 大庆油田杏69 井区井间地震记录的正演模拟
• 3.5 本章小结
• 4 井间地震波场模拟的频率-空间域25 点优化差分方法
• 4.1 弹性VTI 介质频率空间域准P 波波动差分方程
• 4.2 粘弹性VTI 介质频率空间域准P 波波动差分方程
• 4.3 VTI 介质准P 波优化加权系数的确定
• 4.4 震源
• 4.4.1 空间力函数
• 4.4.2 震源子波
• 4.5 边界条件
• 4.5.1 特征值分析法吸收边界条件基本原理
• 4.5.2 完全匹配层衰减边界条件
• 4.5.3 边界条件的吸收衰减效果
• 4.6 大型稀疏矩阵的压缩存储
• 4.7 井间地震的波场特征分析
• 4.8 本章小结
• 5 结论
• 5.1 井间地震数值模拟方法的研究成果
• 5.2 井间地震波场特征的研究成果
• 5.3 井间地震波场数值模拟软件的研究成果
• 5.4 论文进一步工作的设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录