正交介质地震波场模拟频散压制方法技术

本发明专利技术提供一种正交介质地震波场模拟频散压制方法，包括：步骤1，利用岩石物理理论和裂隙等效理论将裂隙物性参数转化为正交介质参数，为正交介质正演模拟提供模型；步骤2，根据地震波动力学理论结合裂隙介质刚度矩阵推导正交介质弹性波一阶速度‑应力方程；步骤3，利用有限差分法求解正交介质弹性波方程模拟地震波在裂隙介质中的传播过程；步骤4，利用最小二乘优化方法优化正交介质交错网格差分系数从而压制频散提高模拟精度；步骤5，进行模拟测试。该正交介质地震波场模拟频散压制方法推导更大频率范围内可以获得高精度模拟结果的差分系数，可以用于压制频散，当模型速度低或地震子波主频高时效果更为明显。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及勘探地球物理领域，特别是涉及到一种正交介质地震波场模拟频散压制方法。
技术介绍
地震学研究的对象是地震波及其传播的地球介质，实际地球介质是一种非均匀、非完全弹性、各向异性、多相态的介质。地震学的发展历程正是由简单均匀、完全弹性、各向同性、单相态的波动理论向复杂的真实地球介质的波动理论步步逼近的过程(梁锴,2009)。开展地震各向异性研究对认知地球介质结构、勘探开发复杂油气藏和预报地质灾害等方面均具有理论意义和实用价值，是认知地球介质历史发展的必然(吴国忱，2006)。随着油气勘探开发的深入，勘探的目标逐步由构造油气藏转化为裂缝性油气藏，裂隙是许多油气藏中液体或气体的重要通道，正确的识别裂隙发育位置对于油气藏的勘探和开发均具有重要意义(秦海旭，2015)。裂隙中弹性波传播表现为方位各向异性介质。具有方位各向异性特征的介质包括HTI介质、正交各向异性介质和单斜各向异性介质等。Tsvankin在2001年指出可将发育在横向各向同性介质中的多组平行排列直立裂隙等效为正交各向异性(Tsvankin,2001)，图1给出了正交各向异性介质示意图(Tsvankin,2001)。更多情况下前人研究的是由广泛扩容各向异性(EDA)(Crampin，1987)和旋回性薄互层(PTL)(Postma，1995)等效而成(何燕，2008)。本文研究的是两组正交发育于各向同性介质中的直立裂隙等效成的正交各向异性介质(Bakulin，2000partII)。各向异性介质三大裂隙理论主要包括Hudson裂缝等效理论(Hudson,1981)、Thomsen裂隙等效理论(Thomsen,1995)和线性滑动理论(Schoenberg,1995)。这里利用线性滑动理论将前文提到的裂隙模型等效为正交各向异性来进行岩石物理建模，为地震波数值模拟提供模型。地震波正演模拟是模拟地震波在地球介质中的传播过程，并研究地震波的传播特性与地球介质参数的关系(孙成禹,2007)，开展地震波的正演模拟研究，对人们正确认识地震波的传播规律，验证所求地球模型的正确性，进行实际地震资料的地质解释与储层预测等，均具有重要的理论和实际意义(吴国忱，2006)。各向异性介质中地震波正演模拟的数值方法主要有：射线追踪法、有限差分法、反射率法、伪谱法和有限元法等，这些数值正演模拟方法各有优缺点。有限差分法是一种应用比较广泛的正演模拟方法，能够较精确地模拟任意非均匀介质中的地震波场，并含有多次散射、转换波与绕射波。有别于规则网格有限差分法，交错网格有限差分法采用一阶速度-应力弹性波方程，其无须对弹性常数进行空间微分(Virieux,1984)，在相同储存空间和计算量的情况下具有更高的模拟精度(董良国，2000)。传统交错网格有限差分空间导数的高阶差分系数一般是通过Taylor级数展开法求取的，而用该方法确定的差分系数来求解空间导数时，一般只是在一个较小的频率范围内才能取得比较高的精度(杨蕾，2014)。刘洋在2013年采用最小二乘法求解二阶空间导数差分系数(Yang Liu,2013)，杨蕾在2014年使用最小二乘法优化一阶空间导数差分系数(杨蕾，2014)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以压制波场模拟中的数值频散现象，明显提高模拟精度的正交介质地震波场模拟频散压制方法。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：正交介质地震波场模拟频散压制方法，该正交介质地震波场模拟频散压制方法包括：步骤1，利用岩石物理理论和裂隙等效理论将裂隙物性参数转化为正交介质参数，为正交介质正演模拟提供模型；步骤2，根据地震波动力学理论结合裂隙介质刚度矩阵推导正交介质弹性波一阶速度-应力方程；步骤3，利用有限差分法求解正交介质弹性波方程模拟地震波在裂隙介质中的传播过程；步骤4，利用最小二乘优化方法优化正交介质交错网格差分系数从而压制频散提高模拟精度；步骤5，进行模拟测试。本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，借助线性滑动理论给出了各向同性介质背景下的两组正交直立裂隙的弹性系数矩阵： C = C 11 C 12 C 13 C 12 C 22 C 23 C 13 C 23 C 33 C 44 本文档来自技高网...

【技术保护点】
正交介质地震波场模拟频散压制方法，其特征在于，该正交介质地震波场模拟频散压制方法包括：步骤1，利用岩石物理理论和裂隙等效理论将裂隙物性参数转化为正交介质参数，为正交介质正演模拟提供模型；步骤2，根据地震波动力学理论结合裂隙介质刚度矩阵推导正交介质弹性波一阶速度‑应力方程；步骤3，利用有限差分法求解正交介质弹性波方程模拟地震波在裂隙介质中的传播过程；步骤4，利用最小二乘优化方法优化正交介质交错网格差分系数从而压制频散提高模拟精度；步骤5，进行模拟测试。

【技术特征摘要】
1.正交介质地震波场模拟频散压制方法，其特征在于，该正交介质地震波场模拟频散压制方法包括：步骤1，利用岩石物理理论和裂隙等效理论将裂隙物性参数转化为正交介质参数，为正交介质正演模拟提供模型；步骤2，根据地震波动力学理论结合裂隙介质刚度矩阵推导正交介质弹性波一阶速度-应力方程；步骤3，利用有限差分法求解正交介质弹性波方程模拟地震波在裂隙介质中的传播过程；步骤4，利用最小二乘优化方法优化正交介质交错网格差分系数从而压制频散提高模拟精度；步骤5，进行模拟测试。2.根据权利要求1所述的正交介质地震波场模拟频散压制方法，其特征在于，在步骤1中，借助线性滑动理论给出了各向同性介质背景下的两组正交直立裂隙的弹性系数矩阵： C = C 11 C 12 C 13 C 12 C 22 C 23 C 13 C 23 C 33 C 44 C 55 C 66 = C ~ 1 0 0 C ~ 2 - - - ( 1 ) ]]>其中C为弹性系数矩阵，C11,C22,C33,C44,C55,C66,C12,C13,C23为弹性系数矩阵元素，为子矩阵，其又可表示为： C ~ 1 = 1 d ( λ + 2 μ ) l 1 m 3 λl 1 m 1 λl 1 m 2 λl 1 m 1 ( λ + 2 μ ) l 3 m 1 λl 2 m 1 λl 1 m 2 λl 2 m 1 ( λ + 2 μ ) ( l 1 m 3 - l 4 ) - - - ( 2 ) ]]> C ~ 2 = μ ( 1 - Δ T 2 ) 0 0 0 μ ( 1 - Δ T 1 ) 0 0 0 μ ( 1 - Δ T 1 ) ( 1 - Δ T 2 ) ( 1 - Δ T 1 Δ T 2 ) - - - ( 3 ) ]]>其中λ和μ分别为裂隙所在背景介质的拉梅参数，ΔN和ΔT分别是法向柔度和切向柔度，它们与裂隙充填物有关，变量的下标N1,N2,T1,T2分别表示第一组和第二组裂隙法向和切向，d＝1-r2ΔN1ΔN2,r＝1-2g,g＝μ/(λ+2μ)，l1,l2,l3,l4,m1,m2,m3,d为过渡参数，其可以表示为： l 1 = 1 - Δ N 1 , l 2 = 1 - r - Δ N 1 , l 3 = 1 - r 2 Δ N 1 , l 4 = 4 r 2 g 2 Δ N 1 Δ N 2 m 1 = 1 - Δ N 2 , m 2 = 1 - rΔ N 2 , m 3 = 1 - r 2 Δ N 2 - - - ( 4 ) ]]>切向柔量和法向柔量的表达式，其中K为体积模量： Δ N i = ( λ + 2 μ ) K N i 1 + ( λ + 2 μ ) K N i , Δ T i = μK T i 1 + μK T i - - - ( 5 ) ]]>当裂隙满足Hudson理论的假设时，可以从Hudson理论中给出ΔT,ΔN的表达式：(1)当裂缝中填充较小体积模量和剪切模量的固体时： Δ N = 4 3 g [ 1 - g + ( k ′ + 4 μ ′ 3 ) / ( π d μ ) ] e , Δ T = 16 3 [ 3 - 2 g + 4 μ ′ π d μ ] e - - - ( 6 ) ]]>(2)当裂缝为干裂缝时： Δ N = 4 3 g ( 1 - g ) e , Δ T = 16 3 ( 3 - 2 g ) e - - - ( 7 ) ]]>(3)当裂缝中填充无粘滞流体时：ΔN＝0，其中，k'和μ'分别为填充介质的体积模量和剪切模量，e和d分别为裂缝密度和裂缝的纵横比。3.根据权利要求1所述的正交介质地震波场模拟频散压制方法，其特征在于，在步骤2中，根据应力应变关系： τ x x τ y y τ z z τ y z τ x z τ x y = c 11 c 12 c 13 0 0 c 16 c 12 c 22 c 23 0 0 c 26 c 13 c 23 c 33 0 0 c 36 0 0 0 c 44 c 45 0 0 0 0 c 45 c 55 0 c 16 c 26 c 36 0 0 c 66 e x x e y y e z z e y z e x z e x y - - - ( 9 ) ]]>其中τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz为应力张量，exx,eyy,ezz,exy,exz,eyz为应变张量，C11,C22,C33,C44,C55,C66,C12,C13,C23为弹性系数矩阵元素，应力位移关系： ρ ∂ 2 ∂ t 2 u x u y u z = ∂ ∂ x 0 0 0 ∂ ∂ z ∂ ∂ y 0 ∂ ∂ y 0 ∂ ∂ z 0 ∂ ∂ x 0 0 ∂ ∂ z ∂ ∂ y ∂ ∂ x 0 τ x x τ y y τ z z τ y z τ x z τ x y + ρ F x F y F z - - - ( 10 ) ]]>其中ρ为密度，ux,uy,uz为位移变量，Fx,Fy,Fz为震源变量，位移应变关系： e x x e y y e z z e y z e x z e x y = ∂ ∂ x 0 0 0 ∂ ∂ y 0 0 0 ∂ ∂ z 0 ∂ ∂ z ∂ ∂ y ∂ ∂ z 0 ∂ ∂ x ∂ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴谋，李红梅，魏文，吴国忱，王凡剑，王树刚，王红，宫红波，董娜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37