탄산염 저수지에 기초한 전단파 분할에 관한 정량적 연구

(중국 유씨대 (화동) 지구과학기술학원 청도 266555)

기금 프로젝트: 국가 973 프로젝트 (no.2065438+2011cb202402), 석유대학 혁신기금 (no.27r/kloc-0)

저자 소개: 리나, 여자, 박사 대학원생은 현재 지진파 정연 모의연구에 종사하고 있다. 사서함: Lina19202 @163.com.

요약: 횡파 분열은 파동 전파 매체의 비등방성을 식별하는 중요한 지표입니다. 빠른 가로파 분열 시차와 빠른 가로파 편광 방향은 가로파 분열을 평가하는 두 가지 주요 매개변수이다. 방향이 평행하게 배열된 비등방성 매체에서 빠른 가로파 분할 시차와 편광 방향은 균열 밀도, 폭, 볼륨, 방향 및 매체 특성과 같은 균열 정보를 반영할 수 있습니다. 방향 균열 매체에서 가로파 분열의 방위 특성 특성을 감지하기 위해 분단 시차가 편광각과 톰슨의 약한 비등방성 매개변수에 따라 변하는 법칙을 분석하기 위해 이 문서에서는 인터레이스 그리드 고차 유한 차이 방법과 PML 흡수 경계 방법을 사용하여 X 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하는 VTI 미디어의 세 가지 컴포넌트 기록을 얻었습니다. 주요 결론은 다음과 같습니다. (1) 에너지 관점에서 편광각은 다음과 같습니다 (2) 단일 웨이브 형상을 비교 및 정량적으로 분석한 결과, 분할 시차는 qP 파 비등방성 강도 매개변수 ε이 증가함에 따라 감소하고 qS 파 비등방성 강도 매개변수 γ가 증가함에 따라 증가하고 P 파와 P 파 속도를 연결하는 전환 매개변수 δ가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났습니다. (3) 같은 강도에서 qS 파의 비등방성 강도 매개변수 γ는 가로파 분열 시차에 가장 큰 영향을 미치며, δ의 영향은 가장 적다. 빠른 가로파의 속도는 감마에만 의해 결정되므로, 감마값의 범위는 빠른 가로파의 속도로 판단할 수 있고, qP 파의 속도는 ε에 의해 결정되므로, ε의 범위는 qP 파의 속도로 판단할 수 있다. 또한, ε이 δ에 가까울 때, 전단파 분할 시간차는 각도에 따라 크게 변하는 추세가 없으며, 전단파 분할 시간차가 편광각과 함께 증가하거나 감소하는 추세로 전단파 분열을 나타내는 분할 시차에 대한 이해가 더욱 깊어진다.

키워드: 전단파 분할; 이방성 VTI 미디어 시차를 나누다

탄산염 카르스트 저수지의 전단파 분할에 관한 정량적 연구

리나, 이진춘, 황건평, 전곤, 공설, 유옥금

(중국 석유대학 (화동) 지구과학대학, 청도 266555)

요약: 비등방성의 최대 진단 효과는 가로파 분열이고, 가로파 분열의 일반적인 측정은 속속파 사이의 지연 시간과 빠른 가로파의 편광이다. 응력 배열 지진 이방성에서 전단파 분할의 두 가지 측정은 균열의 밀도, 폭, 크기, 방향 및 비등방성 시스템의 특성을 반영합니다. 응력 방향 균열의 방위 속성을 감지하기 위해 분석 시간 지연은 편광각 및 비등방성 매개변수의 변화에 따라 인터레이스 그리드 고차 유한 차이를 PML 흡수층 방법과 결합하여 VTI 미디어가 반시계 방향으로 다른 각도를 회전할 때의 3 가지 컴포넌트 레코드를 얻습니다. 연구결과에 따르면 (1) 에너지 관점에서 볼 때 편광각이 45 도에 이르면 빠르고 느린 전단파는 모두 강한 에너지를 가지고 있어 전단 분할을 관찰하기에 가장 좋은 각도로 사용할 수 있다. (2) 동시에, 단일 파형과 질적 연구의 비교 분석을 통해, qP 파 비등방성 강도를 표상하는 ε의 증가에 따라 지연 시간이 줄어들고, 표상 qS 파 비등방성 강도의 증가에 따라 커진다. qP 파 및 qS 파 속도와 관련된 δ의 증가에 따라 증가합니다. (3) 같은 강도에서, 텅스텐은 지연 시간에 가장 큰 영향을 미치고, 은 가장 작다. 빠른 가로파의 속도는 감마로만 제어되기 때문에, 우리는 빠른 가로파의 속도로 감마를 측정할 수 있고, qP 파의 속도는 ε에 의해서만 제어되기 때문에, 우리는 qP 파의 속도를 통해 ε을 측정할 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 또한, ε과 δ의 차이가 작을 때, 지연 시간은 크게 변하지 않고, 그 반대는 지연 시간이 증가하거나 감소하는 추세이다. 이것들은 우리가 횡파 분열의 시간 지연을 깊이 이해하는 데 도움이 된다.

키워드: 전단파 분할; 이방성 VTI 미디어 지연

1 소개

지구 매체의 비등방성은 보편적으로 존재한다. 지진파가 비등방성 매체에서 전파되는 법칙과 이미징 방법을 연구하는 것은 지진학과 탐사 지진학 분야의 최전선 과제이다. 실제 지구 매체가 지진 비등방성을 일으키는 요인이 많고 원인도 복잡하다. 많은 지구물리학자와 지진학자들은 지진파가 지구 매체에서의 전파 현상 [1 ~ 10] 을 관찰함으로써, 지진파가 비등방성 매체에서의 전파 법칙과 형성 메커니즘에 대해 대량의 연구를 하여 지구 매체가 비등방성을 가지고 있다는 것을 깨달았다. 전단파 분열은 이방성을 진단하는 가장 효과적인 방법입니다. 종합적으로 볼 때, 지하 암석 지진 비등방성의 원인은 주로 고유 비등방성, 갈라진 틈 유도 비등방성, 장파 비등방성의 세 가지 측면에서 비롯된다.

균열에 의한 이방성 유도 메커니즘은 매우 복잡합니다. 응력장의 작용으로 인해 암석에는 기체나 유체와 같은 충전재로 채워질 수 있는 바람직한 방향의 균열, 균열 및 구멍이 형성됩니다. 갈라진 암석에서의 지진파의 전파는 균일한 탄성 비등방성 고체에서의 전파와 같다. 이론과 실험실 연구를 통해 지각에 있는 대부분의 암석에 방향성 충액 균열이 있다는 사실이 확인됐다. 이 균열은 횡파 분열을 광범위하게 일으킬 수 있다.

서부 균열성 탄산염암 매장층이 점차 석유 탐사의 초점이 되면서 비등방성에 기반한 전방 시뮬레이션 방법도 최근 몇 년간 크게 발전했다. Byun( 1984), Tanimoto( 1987), Chapman( 1989) 등이 cervent 에 있다 Mora( 1989), Tsingas 등 (1990), Igel 등 (1995) 은 비등방성 미디어의 지진파를 유한 차분법으로 연구했다. Kosloff( 1989) 와 Carcione 등 (1992) 은 의사 스펙트럼 지진파 필드 포워드 시뮬레이션을 연구했다. 국내에서 호 교수 등은 유한차법, 유한 요소법, 푸리에 변환법을 이용하여 비등방성의 전방 시뮬레이션 [1을 연구했다. 소 (1994, 1995, 1998) 는 EDA 매체의 지진파 필드, 횡파 분열 현상 및 종파 비등방성을 유한 요소법으로 연구했다. (1998) 과 동 (1999) 은 비등방성 탄성파의 물리적 시뮬레이션에 대해 심도 있는 연구를 진행했다.

그림 1 비등방성 및 비등방성 3D 그래픽에서 파동의 전파 대비 [1]

횡파 분열 연구의 경우, 배 [16] 는 인터리빙 그리드 고차 유한 차분 방법을 이용하여 층상 비등방성 미디어의 횡파 분열 현상을 연구했다. 오송한 등 [20] 은 비등방성 매체 물류 모델을 설계했고, 모형에는 수직 방향의 균열이 있어 분열 전단파의 전파 속도와 전파 시간과 균열 방향의 관계를 연구했다. 곽귀홍 등 [9] 은 횡파 분열 시차, 편진 방향, 균열 밀도와 방위의 관계를 위선법으로 분석했다.

가로파 분할이란 가로파가 비등방성 매체에서 두 개의 편진 방향으로 수직, 다른 방향으로 광선 경로 속도가 다른 파동으로 분열되는 것을 말합니다. 빠른 가로파의 편광은 균열 방향과 일치하고, 느린 가로파의 편진 방향은 균열 배열 방향과 평행합니다. 빠른 가로파 분열 시차는 가로파 분열을 표상하는 주요 매개변수 중 하나이다.

이 글은 에너지의 관점에서 분단 시차가 편진각과 함께 변하는 법칙을 연구했다. 동시에 톰슨의 약한 비등방성 매개변수를 변경하여 단일 채널 파형을 가져와 빠르고 느린 가로파의 최대 시간을 선택하여 가로파 분할 시차와 톰슨 매개변수 간의 관계를 얻습니다.

2 TTI 매체의 2 차원 3 성분 탄성파 방정식

X 와 y 는 수평 (표면에 평행) 이고 z 는 수직이며 깊이를 따라 있습니다. 수직 대칭 축이 있는 VTI (가로 비등방성) 미디어는 X 축을 중심으로 회전하여 TTI 미디어 (편광 비등방성) 를 얻습니다. TTI 미디어 대칭 축과 축 z 축 사이의 각도를 편광각이라고 합니다.

VTI 미디어 시뮬레이션의 파열 방향은 Y 방향과 평행하고 빠른 가로파 편광 방향은 파열 방향과 일치하기 때문에 가로파 분할 현상이 편광각의 변화에 따라 변하는 것을 관찰하기 위해 좌표계를 회전해야 하며, 기존의 2D 탄성파 수치 시뮬레이션 방법은 회전 후 관찰할 수 없습니다. 따라서 이 문서에서는 2D 3 구성요소 방법을 사용하여 Y 방향의 X 와 Z 에 대한 편미분을 증가시켜 공간파 필드를 보다 사실적으로 시뮬레이션했습니다. 2 차원 3 구성요소는 3 차원 비등방성 탄성 상수 텐서 행렬에서 두 번째 행과 두 번째 열을 제외한 모든 탄성 매개변수를 사용하며 전단파 비등방성 강도의 탄성 상수 c66 을 고려하여 전단파 분할 현상을 더 정확하게 반영합니다.

속도 벡터를 v = (VX, vy, vz)', 물리적 힘 벡터를 f = (FX, fy, FZ)', 응력 벡터를 (σxx, σzz, σyz, σxz, σxy) 로 설정합니다

비 전통적인 석유 및 가스 탐사 및 개발에 관한 국제 회의 진행 (청도)

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공식에서 cij 는 공간 미분 연산자와 탄성 상수 행렬 Cx 의 요소를 나타내며 다음과 같이 계산됩니다. 3 차원 VTI 매체의 탄성 상수의 모멘트 행렬은 다음과 같습니다

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X 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하는 θ의 좌표 변환 행렬은 다음과 같습니다

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회전 후 탄성 상수의 텐서 행렬 표현식은 다음과 같습니다

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3 모델 시산표

0 ~ 90 편각 변화가 전단파 분열 시차와 에너지 영향에 대한 정량적 관찰. 균일 측면 비등방성 모형 매개변수 (방위각 90): ρ =1000kg/m3.

메쉬 점 수 300×300, 메쉬 크기 DX = DZ = 10m, 소스 주파수 20Hz, x 방향 전단 웨이브 소스, 소스 위치 (150,/kloc-0)

3. 1 다른 모델에서 전단파 분할 시차가 편광각에 따라 변하는 연구

(1) 톰슨 매개변수: VP = 2449.49m/s, vs =1414.21;

그림 2 ~ 4 는 VTI 미디어가 X 축을 중심으로 20, 45, 70 뒤로 회전할 때 X, Y, Z 컴포넌트의 포록과 500ms 파장 스냅샷을 보여 줍니다.

그림 2 총 기록 (20 회전); 맨 위: x 구성요소; 왼쪽 아래: y 구성요소; 오른쪽 아래: z 구성요소

그림 3 총 기록 (70 회전); 왼쪽: x 구성요소; 중간: y 구성요소; 오른쪽: z 구성요소

그림 2 에서 그림 4 까지 볼 수 있습니다. (1) 진원의 편광 방향이 매체 대칭축과 일정한 각도를 이루면 전단파 분열이 발생하여 파장 스냅샷에서 파열 방향을 따라 빠른 가로파 (qS 1 파) 를 명확하게 볼 수 있습니다. (2) 총 기록에서 에너지 변화를 볼 수 있습니다. 편광각이 0 에서 90 까지 변화함에 따라 빠른 가로파가 점차 커지고 느린 가로파 (qS2 파) 가 점차 줄어들기 때문에 45 정도 가로파 분열을 관찰하기에 가장 좋은 각도이며, 빠른 가로파 에너지는 상당합니다. (3) 또한, 포기록에서 볼 수 있듯이, 각 각도의 횡파 분열 시차는 크게 다르지 않고, 뚜렷한 증감은 없다.

그림 5 는 x = 250 그리드 선의 단일 채널 파형으로, 전단파 분할 시간차를 정량적으로 관찰하기 위해 빠르고 느린 전단파의 최대 시간을 얻습니다.

0 과 90 을 제외하고 편광각이 커짐에 따라 빠른 가로파는 초부터 줄고, 느린 가로파는 초부터 커져 가로파 분열 시차가 커지고, 시차 변화는 39ms 로 커진다는 것을 알 수 있다. 단일 기록에서 볼 수 있듯이, qP 파의 초기부터 편광각이 증가함에 따라 감소한다는 것을 알 수 있다.

그림 4 45 회전 시 포점 기록 (위) 및 웨이브 필드 스냅샷 (아래, T = 500ms); 왼쪽: x 구성요소; 중간: y 구성요소; 오른쪽: z 구성요소

그림 5

(2) 톰슨 매개변수: VP = 2449.49m/s, vs =1414.214m/s, ε

포기록과 500ms 포기록에서 볼 수 있듯이 극화가 여전히 45 정도일 때 빠르고 느린 가로파의 에너지 대비가 가장 강하다.

그림 6 에서 볼 수 있듯이, 빠르고 느린 가로파의 초기부터 모두 감소하고 있으며, 분열 시차는 전반적으로 감소하는 경향이 있으며, 최대 변화는 6ms 로 이전 모델의 변화보다 훨씬 작습니다. 가로파의 비등방성 강도 매개변수는 변경되지 않았지만 종파와 가로파를 연결하는 매개변수가 변경되어 가로파의 분열 시차에 영향을 미치기 때문입니다. 단일 파형에서 qP 파의 비등방성 강도 매개변수가 작아지면서 각도 변화에 따라 초기부터 감소하는 것을 명확하게 볼 수 있습니다.

(3) 톰슨 매개변수: VP = 2449.49m/s, vs =1414.214m/s, ε

그림 7 에서 볼 수 있듯이, 각도가 커짐에 따라 분할 시간차가 점차 줄어든다. 텅스텐은 변하지 않았기 때문에 빠른 전단파의 변화 추세는 그림 5(a) 와 그림 6(a) 과 동일합니다. 느린 전단파의 최대 시간은 편광각의 변화에 따라 감소합니다. 또한, 단일 기록에서 알 수 있듯이, qP 파의 초기부터 각도가 증가함에 따라 감소한다.

그림 6

그림 7

그림 5(b), 6(b), 7(b QP 파의 초초는 ε에 의해 결정되고, 느린 전단파의 초초는 ε과 δ * * 에 의해 결정되며, 초초부터 편각의 변화는 ε과 δ에 달려 있다. 두 매개변수가 접근하면 느린 전단파가 초기부터 변화까지 느립니다. 두 매개변수가 크게 다를 때 느린 가로파는 처음에는 변화가 뚜렷하고 각도에 따라 증가하거나 감소하여 분열 시차의 변화 추세에 더욱 영향을 줍니다. 따라서 분단 시차가 편진각의 변화 추세에 따라 ε과 δ의 관계를 측정하고, 빠른 가로파의 초부터 최고점까지 감마선의 범위를 판단할 수 있다.

3.2 편광각이 45 일 때 가로파 분열 시차에 미치는 영향을 관찰한다.

톰슨 매개변수: ρ = 1000kg/m3, VP = 2450m/s, VS = 14 14m/s

텅스텐과 텅스텐은 각각 0 에서 0.3 으로, 텅스텐은 -0.3 에서 0.3 으로, 가로파 분열 시차는 각 매개변수의 변화 추세를 관찰한다.

그림 8 에서 볼 수 있듯이 은 증가, 횡파 분열 시차 감소, 총 진폭은 38ms； 입니다. 플루토늄의 변화는 기본적으로 빠른 가로파의 초단에 영향을 주지 않고, 느린 가로파의 초부터 점차 줄어든다. 또한 단일 웨이브 그래프에서 볼 수 있듯이 qP 파동의 초기부터 점점 줄고, 변화가 느리고, 가로파가 크며, qP 파동의 비등방성 강도를 나타내는 매개변수임을 확인할 수 있습니다.

그림 9 에서 볼 수 있듯이, 분단 시차가 증가함에 따라 0.3ms 내에서 13ms 가 증가하여 분단 시차에 미치는 영향보다 훨씬 적습니다. 또한 단일 파형에서 볼 수 있듯이, δ는 주로 느린 전단파에 영향을 미치고, 느린 전단파의 초부터 모두 증가하고, qP 파의 초부터 감소하지만, qP 파와 빠른 전단파의 초부터 변화는 3 ms 이내로 작다. .....

그림 8

그림 9

그림 10 에서 볼 수 있듯이, γ가 증가함에 따라 분할 시차가 증가하고 0.3ms 내 분할 시차가138MS 에 도달합니다. 을 눌러 섹션을 인쇄할 수도 있습니다 또한, 단일 채널에서 볼 수 있듯이, 텅스텐의 변화는 빠른 가로파에 큰 영향을 미치지만, 느린 가로파의 초부터 변화까지는 매우 작다. QP 파에는 영향을 주지 않고 qP 파초의 변화를 일으키지 않습니다.

그림 10

그림 1 1 은 동일한 강도 (모두 0. 1)ε, δ, γ 전단파 분열 시차의 관계 곡선입니다.

그림 1 1 같은 강도에서 ε, δ, γ와 전단파 분열 시차의 관계.

위 그림에서 볼 수 있듯이, 같은 강도에서, 은 분할 시차에 가장 큰 영향을 미친다. 이는 전단파의 비등방성 강도를 나타내고, 분할 시차는 ε과 δ의 변화에 따라 완만하기 때문이다.

4 결론

본 논문에서는 2 차원 3 성분 인터리빙 그리드 고차 유한 차분 법을 사용하여 서로 다른 편광 각에서의 횡 방향 이방성 매체의 횡파 분할 시간차를 연구하여 다음과 같은 주요 이해를 얻었다: (1)ε 증가, 횡파 분할 시간차 감소; QP 파와 전단파의 초기부터 감소까지, 은 qP 파와 느린 전단파의 초지에만 영향을 주며, 빠른 전단파에는 거의 영향을 주지 않으며, 최대 시간 변화는 2ms 이내입니다. (2) 전단파 분열 시간차는 δ가 증가함에 따라 증가한다. 느린 전단파 초부터 증가까지, δ는 느린 전단파 초도착에만 영향을 주며, qP 파 및 빠른 전단파에는 거의 영향을 주지 않으며, 최고점은 3ms 내에서 변합니다. (3) 전단파 분할 시간차는 γ의 증가에 따라 증가한다. 빠른 가로파는 처음에는 증가하고, 텅스텐은 빠른 가로파의 초지에만 영향을 주며, qP 파는 영향을 받지 않는다. 동시에 (1) 과 (2) 를 결합하면, 우리는 빠른 가로파가 감마에만 영향을 받는다는 것을 알고 있기 때문에, 감마는 빠른 가로파의 속도로 판단할 수 있고, 동시에 qP 파는 ε에 의해서만 제어될 수 있기 때문에, ε의 범위는 qP 파의 속도로 판단할 수 있고, 최종δ의 범위는 qP 파와 느린 가로파의 속도로 판단할 수 있다 (4) 그림 1 1 에 따르면, 동일한 강도에서, γ는 전단파 분열 시차에 가장 큰 영향을 미치며, ε과 δ는 그 영향이 완만하다. 두 값이 가까울 때 분할 시차는 편광각에 따라 크게 변하지 않아 증가하거나 감소하지 않을 수 있습니다. 두 수치가 크게 다를 때 분단 시차는 편각의 변화에 따라 주도적으로 작용하고, 분단 시차의 변화 추세에 영향을 주며, 은 분단 시차를 각도에 따라 줄이고, δ는 분단 시차를 증가시킨다. (5) 에너지 관점에서 볼 때, 약 45 도에서 관찰된 느린 가로파 에너지의 대비가 가장 강하며, 이는 가로파 분열을 연구하는 가장 좋은 각도이다. X 와 Z 컴포넌트의 빠른 전단파와 느린 전단파의 에너지는 각도에 따라 규칙적으로 변한다. 0 에서는 느린 전단파에 해당하는 파동만 관찰되고 90 에서는 빠른 전단파에 해당하는 파동만 관찰됩니다. 가로파는 0 과 90 에서 분리되지 않기 때문에 두 파동의 속도는 SV 파와 SH 파라고 합니다.

Crampin [3 ~ 5] 수년간의 이론적 연구와 실천을 통해 방위 이방성이 보편적으로 존재하고 종종 균열과 관련이 있으며 전단파 분열을 동반한다는 것을 증명했다. 탄산염암 지역의 경우 균열은 침투율, 기름가스 수집 및 이동과 밀접한 관련이 있다. 따라서 횡파 분열을 이용하여 탄산염암 균열을 연구하는 것은 중요한 의의가 있다. 하지만 지하 균열이 발달한 지층의 두께는 대개 작고, 빠른 가로파는 종종 겹치기 때문에 분열 시차와 균열 방위를 추출하기가 어렵다. 이 문서에서는 균일한 비등방성 매체에서 분할 시차와 균열 방위의 관계만 설명합니다. 더 복잡한 균열 매체의 경우 에너지 비율 방법, 파형 특징 가장 유사한 방법, 최소 엔트로피 회전법 [1 1] 등을 결합하여 분할 시차를 결정해야 더 나은 연구 결과를 얻을 수 있습니다.

참고

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