论文部分内容阅读
随着地震勘探程度的提高和我国油气、煤炭、煤层气、致密砂岩气等勘探目标类型的日益复杂，地层中薄储层的空间展布规律及其性质的确定成为一个亟待解决的问题。常规储层预测手段对薄互层预测效果不佳，不能满足实际生产的要求，因此对薄层、薄互层的定性或定量预测分析，对油气与非常规油气、煤炭的勘探开发来说有一定的理论及现实意义。 薄层反射与透射系数是AVO研究的基础。本文参考薄互层P波入射情况下的位移位反射透射系数矩阵方程，利用Brehkovskikh传播矩阵建立了SV波入射水平层状各向同性介质时的位移位反射透射系数矩阵方程;并给出了位移波函数的薄互层传播矩阵、P波及SV波入射情况下的单薄层反射透射系数方程。对比不同波函数下的薄互层反射透射系数方程，可以发现:位移位传播矩阵与位移传播矩阵形式相同，而单薄层反射透射系数相差速度比关系;当薄层退化为单界面时，P波入射情况下位移位及位移反射透射矩阵方程分别对应Knott方程与Zoeppritz方程。 在薄层反射透射系数矩阵方程推导、分析的基础上，本文对薄层反射透射系数与射线参数p的关系展开了讨论。指出与单界面类似，纵波入射时薄层非转换波的反射透射系数是射线参数p的偶函数;转换波的反射透射系数是射线参数p的奇函数。煤层及含油气砂岩拟合分析显示在小角度范围（≤30度）内保留奇偶一次项就可以高度地近似精确反射系数，从而为进一步简化薄层反射透射系数公式奠定了基础。 由于单薄层精确反射透射系数矩阵方程形式复杂，很难用于薄层反演。本文在单薄层厚度较小假设下对薄层反射透射矩阵方程进行简化，获得Zoeppritz方程形式的薄层近似矩阵方程。通过一系列典型薄层模型拟合误差分析可知，极薄层近似公式近似精度高，基本可以满足薄层地震反演的精度要求，并且近似误差随着薄层厚度及阻抗差的减小而降低。相同主频条件下，PP波反射系数近似公式在薄层厚度小于八分之一波长时误差小于10％;相比之下，PS波反射系数近似精度稍差。考虑到实际地震勘探中PP波与PS波的频率差异，薄层厚度分别取相应波长的相同倍数时，对比PP波与PS波反射系数近似精度，薄层与围岩阻抗差极性相反时Rpp近似精度高于Rps，极性相同时则反之。 由极薄层近似分析可知，阻抗差越小薄层近似精度越高。因此，本文围绕着阻抗差展开，采用Aki-Richards和Shuey的模式，对薄层进行弱阻抗差及小角度近似。根据幂级数的舍弃项次，依次提出了薄层弱阻抗差近似、四次幂级数及二次幂级数近似。模拟分析结果表明:弱阻抗差近似公式可以反映大角度范围内薄层反射系数的变化，但公式形式较为复杂，难以直接用于薄层的AVO反演。四次幂级数近似及二次幂级数近似适用于小角度范围内的弱阻抗差假设，对于薄层顶、底界面反射系数振幅不同的情况下，四次幂级数近似精度略高于二次幂级数近似;对于薄层顶、底界面反射系数极性相反振幅相同的情况，二次幂级数近似对于低阻抗差薄层而言具有普遍比四次幂级数近似更高的近似精度;而对于高阻抗差薄层而言，二次幂级数近似的近似精度高于四次幂级数近似。四次幂级数近似及二次幂级数近似公式形式简明，可与Shuey公式类比，分析薄层反射系数截距-斜率与各参量的变化关系即可实现薄层的反演。 针对沉积地层中典型的周期性薄互层由于地震频率较低而表现出的长波长各向异性，本文修正了薄互层各向异性近似公式;给出了Schoenberg关于各向异性薄互层的反射透射公式，为薄互层的视各向异性表征提供了理论基础，也为后续薄互层背景下目标层反演提供了可能性。 在上述薄（互）层反透射理论研究的基础上，针对实际煤层是典型的、相对于地震频带的薄层，具有低速、低密度、与围岩之间形成强阻抗差等特征，本文通过几个典型模型的建立与不同数值模拟方法的模拟及波场特征分析，详细讨论了煤层裂隙发育程度、裂缝隙孔渗与充填流体的变化、粘弹性及其各向异性、煤层中含有构造煤或夹矸等的地震响应，重点研究煤层物性与结构不同复杂程度下的反射模式:1）利用反射率法模拟了原生结构煤、构造煤与含夹矸的煤层反射特征差异，从理论上证明了利用弹性波反演不同煤体结构的可能性;2）利用有限元散射模拟方法，分别讨论了煤层含垂直、水平单组多尺度裂缝以及含两组正交裂缝对煤层反射的影响;3）利用有限差分法模拟了孔渗变化情况下含水或游离气的煤层反射，通过与单相介质反射的对比，说明了孔隙度及其流体变化对煤层反射的影响;4）通过弹性与粘弹性假设下煤层反射的对比，证明了煤层粘弹性研究对于煤层反射的意义。从理论数值模拟的角度综合分析了煤层复杂程度的变化对煤层反射的影响，总结了煤层的各种响应模式，为煤层反演提供了理论指导。