部分飽和孔隙介質中地震波的衰減和頻散機理研究

《部分飽和孔隙介質中地震波的衰減和頻散機理研究》是依託中國海洋大學，由張會星擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：部分飽和孔隙介質中地震波的衰減和頻散機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張會星
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

生產實踐表明：地震波穿過含油氣儲層時發生明顯的能量衰減和速度頻散現象，研究地震波在含流體介質中的傳播規律，揭示孔隙流體對地震波能量衰減和速度頻散的影響機理，可完善現有地震勘探理論並為基於地震資料的流體檢測技術提供理論依據與新思路。考慮流體中觀流動的部分飽和孔隙介質模型能夠解釋地震勘探頻帶內地震波的衰減和頻散現象，但目前尚未建立對應的地震波方程，有關機理也未做深入研究。本課題擬以White模型和Biot理論為基礎，利用Johnson得到的Biot參數，建立含流體中觀流動的部分飽和孔隙介質中的地震波方程；在平面波假設條件下通過求解方程解析解研究地震波衰減與頻散特性和岩石含流體性、流體粘滯性、孔隙度、滲透率、飽和度等的關係；研究數值模擬算法實現部分飽和孔隙介質中地震波方程的正演模擬，綜合理論分析與數值模擬結果研究該類介質中地震波的能量衰減與速度頻散機理，為提高地震資料的反演精度提供新思路。

結題摘要

地震波穿過含油氣儲層時發生明顯的能量衰減和速度頻散現象，研究地震波在含流體介質中的傳播規律，揭示孔隙流體對地震波能量衰減和速度頻散的影響機理，可完善現有地震勘探理論並為基於地震資料的流體檢測技術提供理論依據與新思路。相關研究發現，考慮流體中觀流動的部分飽和孔隙介質模型能夠較好地描述地震勘探頻帶內地震波的衰減和頻散現象，但目前尚未建立對應的地震波方程，有關機理也未做深入研究。本課題以 White 模型為基礎，並考慮了固體和流體之間的相對運動，構建了部分飽和孔隙介質模型；根據 Biot 方程的建立思路，引入Johnson導出的部分飽和孔隙介質參數建立了部分飽和孔隙介質中的地震波方程；推導了平面波假設條件下部分飽和孔隙介質中的地震波的衰減係數和波數，研究了地震勘探頻帶範圍內波的衰減和頻散特徵，結果表明：在地震勘探頻帶範圍內，部分飽和孔隙介質中的地震波有較強的衰減和頻散現象，第二縱波的衰減和頻散比第一縱波嚴重。這一結論和Biot方程描述的超聲頻帶內波的衰減和頻散特徵一致。因此，部分飽和孔隙介質中的地震波方程彌補了Biot方程不能有效描述地震勘探頻帶範圍內波的衰減和頻散現象的不足。為研究地震波的傳播特徵，推導了部分飽和孔隙介質中的高階有限差分格式，以PML為吸收邊界條件，實現了部分飽和孔隙介質中地震波場的數值模擬，分析了波的傳播規律；綜合數值模擬結果和建立的地震波衰減係數與岩石含流體性、流體粘滯性、孔隙度、滲透率、飽和度等的關係式，進一步分析了孔隙度、飽和度和模型內徑尺寸對第一縱波衰減的影響，主要表現在：在地震勘探頻帶範圍內，波的衰減隨孔隙度的增大而增大，隨含油氣飽和度的增大而減小，當孔隙內徑尺寸小於二分之一外徑尺寸時，波的衰減隨內徑尺寸的增大而增大，當內徑尺寸大於二分之一外徑尺寸時，波的衰減隨內徑尺寸的增大而減小。這些結論為利用地震波的衰減特性直接檢測油氣提供了參考依據。綜合上述結果，分析部分飽和孔隙介質中地震波的能量衰減與速度頻散機理為：岩石被不同流體非均勻飽和，使岩石內部產生中觀非均勻性，中觀非均勻性使得岩石內部不同區域的流體產生壓力差，當地震波在岩石中傳播時，這種壓力差使流體發生中觀流動，導致地震波的衰減和頻散。