物探新方式新技术之十各向异性技术AnisotropyWord格式文档下载.docx

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（2）地层中方向应力致使的各向异性；

（3）岩性各向异性（如颗粒的定向排列）；

（4）地层中岩石晶体定向排列致使的各向异性；

（5）岩石定向裂隙裂痕致使的各向异性，见图10—3。

图10—2薄层状结构引发的各向异性

图10—3岩石定向裂隙裂痕致使的各向异性

各向异性介质的类型

各向异性介质按其弹性性质转变的程度进行分类。

（1）极端各向异性介质

若是介质中任一点处沿任意方向的弹性性质都是不同的，那么这种介质称为极端各向异性介质，具有21个独立弹性参数。

（2）正交各向异性介质

若是介质中存在一个平面，在平面对称的方向上弹性性质是相同的，那么该平面称为弹性对称面，垂直弹性对称面的方向称为弹性主方向。

若是介质中有三个彼此正交的弹性对称面，且它们的弹性主方向上的弹性性质互不相同，那么这种介质称为正交各向异性介质，具有9个独立弹性参数。

（3）横向各向同性介质

若是介质中存在一个弹性对称面，在平面内沿所有方向的弹性性质都是相同的，而垂直平面各点的轴向都是平行的，那么称该平面为各向同性面，垂直各向同性面的轴为对称轴。

具有各向同性面的介质称为横向各向同性介质，简称TI（TransverseIsotropy）介质。

当TI介质的对称轴垂直时，称其为VTI（TransverseIsotropywithaVerticalaxisofsymmetry）介质，即具有垂直对称轴的横向各向同性介质。

它近似地表示水平层状介质周期性沉积的薄互层各向异性介质，因此VTI介质也称为PTL（PeriodicThin-Layer）各向异性介质。

图10—4为PTL介质示用意。

当TI介质的对称轴水平常，称其为HTI（TransverseIsotropywithaHorizontalaxisofsymmetry）介质，即具有水平对称轴的横向各向同性介质。

HTI介质近似地表示空间排列垂直裂隙而引发的各向异性，也称为扩容各向异性介质，简记EDA（ExtensiveDilatancyAnisotropy）介质。

EDA介质是典型的方位各向异性介质，图10—5为EDA介质示用意。

图10—4PTL介质示用意图10—5EDA介质示用意

依照各向异性介质的对称特性，各向异性介质可分为8类（Crampin,1981）。

（1）三斜对称各向异性介质

（10-1）

（2）单斜对称各向异性介质

（10-2）

（3）正交对称各向异性介质

（10-3）

（4）四方对称各向异性介质

（10-4）

（10-5）

（5）三角对称各向异性介质

（10-6）

（10-7）

（6）六方对称各向异性介质

（10-8）

（7）立方对称各向异性介质

（10-9）

（8）各向同性介质

（10-10）

各向异性介质中的弹性理论

弹性波在各向异性介质中与在各向同性介质中遵循不同的传播规律，知足不同的波动方程，具有不同的波型、极化、相速度、群速度等波动特点。

各向异性介质中地震波的传播

关于各向异性介质，通常利用广义虎克定律来描述应力与应变之间的关系，即介质的本构方程

（10-11）

其中，

为应力张量，

为应变张量，

为弹性劲度（elasticstiffness）常数，简称弹性系数，也称刚度张量或刚度矩阵。

因为式（10-11）中包括九个方程（下标

所有可能的组合），每一个方程中有九个应变变量，故有81个弹性系数。

当应力知足对称（

=

）时，能够增加条件

如此81个弹性系数减少到36个，广义虎克定律有如下形式

（10-12）

（

）弹性系数。

由于弹性系数是应变的单值函数，即

。

因此，描述一个复杂的弹性介质需要21个弹性系数。

TI介质中的波动方程

TI介质的弹性沿横向是各向同性的，沿纵向那么是转变的，相当于薄互层（薄层厚度

地震波长）或水平裂隙情形。

关于VTI（横向各向同性）介质，

面都是对称的，因此有

，

于是弹性系数矩阵为

（10-13）

其中

因为它在

方向完全相同，又有

因此，关于横向各向同性介质，只有

这5个独立的弹性系数。

将式（10-13）代入应力运动方程

（10-14）

那么得

（10-15）

为外界作使劲，

为对应质点

三个方向的位移分量。

在二维介质中，设

，用式（10-13）对式（10-15）简化，即可得二维横向各向同性介质中的弹性波动方程

（10-16）

（10-17）

（10-18）

上述方程组可分解为一个独立的波动方程（10-17）及一个波动方程组（10-16）和（10-18）。

方程（10-17）是横向各向同性SH波波动方程；

方程组（10-16）和（10-18）那么是准P波和SV波波动方程，它们是偶合在一路的，即在横向各向同性介质中，P波传播可引发SV波，SV波传播也可引发P波，它们联合称为横向各向同性准P—SV波动方程。

图10—6是点震源S激发，地震波别离在各向同性和TI介质无穷空间中传播的数值模拟结果。

从图10—6中能够看出，波场有以下特点：

（1）与均匀各向同性介质中只产生P波不同，在TI介质中，P波和SV波是偶合的，即在无穷均匀TI介质中，不仅产生P波，而且产生SV波。

（2）P波的波前面再也不是一个圆（二维情形），而是一个椭圆。

说明在TI介质中的同一点，波沿不同方向的传播速度是不同的。

波前面不老是与波的传播方向（射线）垂直，这种波又称准纵波。

（3）SV波的波前面加倍复杂，其偏振方向也再也不与传播方向（射线）垂直，但与P波的偏振方向仍然正交，这种波又称准SV波。

图10—6TI介质的数值模拟结果

（a）各向同性；

（b）各向异性

地震资料裂隙裂痕检测技术

目前，国内外油气勘探中利用地震资料研究各向异性、检测裂隙裂痕系统的要紧方式有三类。

（1）多波多分量裂隙裂痕检测技术

理论上，含有裂痕的介质是各向异性介质，地震多波多分量是研究各向异性介质中波传播规律的理想方式。

可是，由于多波多分量地震搜集的高本钱和转换波处置、说明的复杂化，使得这种技术的推行应用受到极大限制。

（2）S波裂隙裂痕检测技术

S波法裂隙裂痕检测要紧有质点振动矢量分析、旋转分析和协方差矩阵分析等。

S波割裂是地下各向异性存在的最好证据，利用S波割裂检测裂隙裂痕已经成为研究裂痕性储层的一种靠得住技术手腕。

可是，S波地震搜集的本钱高，而且难以取得高质量的S波数据，这就限制了S波方式的应用。

（3）P波裂隙裂痕检测技术

由于P波地震勘探本钱低，从20世纪90年代起，地球物理学家把目光转向P波勘探，用P波代替S波/转换波检测裂隙裂痕成为一个重要研究课题。

目前，国内外学者在研究利用反射P波进行裂隙裂痕检测方面做了大量工作，其研究重点是利用叠前P波数据的振幅、速度和旅行时差随炮检距或方位角的转变规律来识别裂痕，其研究方式包括裂痕介质中地震P波波场特点的物理模型研究和数学模拟计算。

研究结果说明，反射P波对裂痕性地层所表现出的方位各向异性特点很灵敏。

本节的重点讨论第三种方式。

垂直裂痕介质方位各向异性特点的物理模拟

所用的垂直裂痕模型是由一组平行排列的有机玻璃片叠合而成，利用有机玻璃片之间的裂缝来模拟平行排列的裂痕。

有机玻璃片周围用螺杆固定并将其放置于水槽中，有机玻璃片之间的裂缝充满了水，超声波观测在其上方进行。

将偏移距固定，并在裂痕模型上部过中心点使测线方位进行

或

旋转，那么能够通过物理模型实验记录直观地观测裂痕介质的P波方位各向异性特点，见图10—7。

图10—7（a）裂痕物理模型；

（b）固定偏移距观测系统示用意

以图10—7所示的观测系统对垂直裂痕模型进行测线方位

旋转搜集数据。

测线方位每旋转

搜集一道数据，共搜集25道数据，实验记录见图10—8。

图10—8垂直裂痕介质方位各向异性特点物理模型实验结果

图10—8中A同相轴是不同方位测线所接收的裂痕层顶界面的反射，B同相轴为射线通过裂痕层后，不同方位测线所接收的裂痕层底界面的反射。

A同相轴的反射时刻与振幅大体一致，而B同相轴的反射振幅、反射时刻和传播速度曲线均说明，反射波在通过裂痕体后呈现出方位各向异性特点，具体表现为：

（1）当测线方位与裂痕走向平行时（夹角为

），反射波振幅和速度最大；

随着测线方位与裂痕走向之间的夹角增大，反射波振幅和速度慢慢减小，当夹角为

时达到最小；

尔后反射波振幅和速度随着夹角增大而慢慢增大，当夹角为

时又达到最大，转变周期为

（2）当测线方位与裂痕走向平行时，反射时刻最小；

随着测线方位与裂痕走向之间的夹角增大，反射时刻慢慢增大，当夹角为

时达到最大；

尔后反射时刻随着夹角增大又慢慢减小，当夹角为

时达到最小，转变周期仍为

分析这些地震属性的转变规律，反射波振幅和速度可简化表达为

（10-19）

式中，

是炮检方向与裂痕走向的夹角，A是与偏移距有关的偏置因子，B是与偏移距和裂痕特点有关的调制因子。

式（10-19）给出了反射P波振幅、速度等的方位各向异性特点，可用图10—9来近似表示。

图10—9垂直裂痕介质的P波方位各向异性示用意

利用P波方位属性确信岩溶裂隙带的空间散布

假设从某个CMP道集中，抽取三个方位角

、

的资料，对应的振幅别离为

，注意

和

是已知的。

依照式（10-19），能够取得

（10-20）

（10-21）

此刻的任务是依照

求取

用式（10-19）减去式（10-20），并利用三角判别式

能够取得

（10-22）

类似地用式（10-19）减去式（10-21），能够取得

（10-23）

解式（10-22）和式（10-23），取得

（10-24）

利用式（10-24），能够通过CMP道集中三个方位角的P波资料计算裂痕方向

在求取

后，也能够从式（10-19）、式（10-20）和式（10-21）中求得偏置因子A和调制因子B。

地震模拟研究结果说明，裂痕密度（每单位长度的裂痕数）和B/A的值成正比，即裂痕密度越高，B/A的值越高。

因此，B/A的计算提供了一种定量测量裂痕密度的方式。

关于叠前资料，能够对每一个偏移距利用式（10-24）求取所有偏移距的裂痕方向，然后进行加权平均取得总的裂痕方向。

关于叠加资料，能够利用三个方位测线的叠加数据来计算裂痕方向，值得注意的是叠加数据已经把所有偏移距进行了校正。

综上所述，利用多方位的P波叠前或叠加资料能够确信裂痕的方位角和密度。

因此，利用P波方位属性能够确信岩溶裂隙带的空间散布。

利用地震P波方位属性研究岩溶裂隙带的大体步骤是：

（1）为了增加用于裂痕属性计算的有效覆盖次数，将4个面元（

）的数据形成超级CMP道集；

（2）然后按30°

的方位角增量抽取6个方位角道集；

（3）对6个方位角道集进行速度分析、NMO校正、叠加和偏移，取得6个方位偏移数据体；

（4）对6个方位偏移数据体进行波阻抗反演，取得6个方位波阻抗数据体；

（5）从6个方位偏移数据体和方位波阻抗数据体中提取与岩溶裂隙密度有关的地震属性参数；

（6）利用从方位偏移数据体、方位相干/方差数据体、方位波阻抗数据体中提取的地震属性（要紧包括振幅、频率、分形参数、相干/方差系数、波阻抗、速度）对下组煤层到太原组灰岩、奥陶系灰岩之间的岩溶裂隙带进行说明。

研究不同方位角P波地震振幅、速度、波阻抗随入射角转变关系（AVA、VAV、IPAV），利用AVA、VAV、IPAV方式定量计算裂痕属性。

把上述观点进行延伸，研究多个地震属性（SeismicAttributes）随入射角转变的规律，利用地震属性参数随方位角转变的特点提取裂隙属性，从而确信岩溶裂隙带的空间散布，这种方式称为SAVA（地震属性随入射角转变）方式。

应用实例

利用淮南张集煤矿西三采区三维地震P波资料进行处置和说明，观测系统为束状8线8炮中点激发，

道接收，覆盖次数为24次，CMP网格为

，在偏移前通过插值加密为

该区的三维地震资料搜集进程中存在问题，由于采纳的观测系统方位角较窄，致使了各个方位角上的炮检距和覆盖次数散布不十分均匀，因此在抽取方位道集时，要尽可能使各个方位上的炮检距和覆盖次数散布均匀，减小其对处置结果的阻碍。

在地震资料处置进程中，先抽取方位道集，并对其进行相应的处置，取得6个方位偏移数据体；

然后利用地震属性技术，针对某一目标层位，从时刻属性、振幅属性、频率属性和相位属性中别离提取了波峰相位时刻、时域平均能量、峰值频率和平均频率相位四种属性；

第二用这四种地震属性别离计算出裂隙的发育方向和密度，取得以下要紧功效。

图10—10（a）为利用波峰相位时刻属性识别裂隙带，图10—10（b）为利历时域平均能量属性识别裂隙带，图10—10（c）为利用峰值频率属性识别裂隙带，图10—10（d）为利用平均频率相位属性识别裂隙带。

图10—10中，直线方向表示裂隙的方向，直线长度表示裂隙的密度。

综合各类地震属性预测结果取得最终的预测功效图，见图10—11。

将图10—11的预测功效与图10—12的地震说明功效比较后，发觉二者之间超级吻合，这就验证了利用地震P波方位属性预测裂隙发育带的正确性。

结果还说明，利用平均频率相位属性识别裂隙发育带的成效最为明显，利用峰值频率的成效次之，而利用波峰相位时刻和时域平均能量的成效最弱。

（a）（b）

（c）（d）

图10—10利用地震P波属性识别裂隙发育带

（a）波峰相位时刻；

（b）时域平均能量；

（c）峰值频率；

（d）平均频率相位

图10—11最终预测功效图图10—12地震说明功效图