黏弹性各向异性的模拟分析
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发布时间：2022-05-13 20:34
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时间：2023-07-30 15:24
淮南顾桥煤矿的目标煤层上方覆盖了一层厚度约400m的第四系，对高频能量的吸收衰减作用较强，在该区的3D3C采集试验发现多波地震数据主频太低，时间分辨率太小，这对于后续的处理与解释是不利的。所以需要通过数值模拟分析新生界地层的吸收因素对地震波主频的影响，同时获得反射波数据的优势频段。
从宏观上看煤系地层是TI各向异性的，可以将其等效为KEL-TI（开尔芬－横向各向同性）模型，模拟其黏弹性各向异性地震波场需要首先获得煤系地层的速度各向异性和品质因子各向异性参数（Lu Jun等，2010）。仅从沿水平方向观测的地面地震和沿垂向观测的零偏移距VSP数据中不能确定δ和δQ参数，所以对该工区附近的多偏移距3CVSP、Walkaway3CVSP、过井地面2D3C数据进行了综合分析，获得表1.3淮南煤系地层纵横波各向异性速度模型和Q值模型（由于纵波源不能激发q SH波，此处q SH波的吸收问题不加以讨论）。第1层为新生界地层；第2,4,6,8,10层分别为13煤、11煤、8煤、6煤、1煤；第3,5,7,9层其余为砂泥岩互层。由于煤层较薄，该层段的VSP采集采用了加密点观测；第11层为弹性各向同性基底砂岩。计算垂向Q值时，先通过分频处理，获得窄频带波场，PP波采用了28～32Hz（平均30Hz），PSV波采用了13～17Hz（平均15Hz）；然后用频谱比法估算Q值。从表1.3可以看出，新生界的速度和品质因子各向异性参数要大于煤系地层，13煤下方煤层的各向异性程度较小，由于薄层的Q值难以测准，第2～6层给出了一个平均的垂向Q值。εQ<0说明纵波的横向衰减比纵向衰减严重。
数值模拟采用了KEL-TI介质中的时间域褶积模型（Lu Jun et al,2010）。频带宽度为10～120Hz，不考虑球面扩散对振幅的影响，走时的计算采用了TI介质的射线追踪方法（芦俊等，2006）。为了便于分析，PP波取Z分量，SV波取X分量，并将两者波场分开显示。从图（1.11）可以看出，在弹性TI介质中，地震波的振幅没有衰减，不同偏移距的振幅差异只反应AVO效应，时间分辨率较高，煤层顶、底反射能区分开，13煤下方煤层的顶板反射均表现为负极性，底板反射均表现为正极性。从图1.12的振幅谱图上可以看出，地震波的频带较宽，主要表现为高频；且PSV波的振幅在远偏移距上较强，PP波的振幅在近偏移距上较强。图1.13为KEL-TI介质中的单炮合成记录，PP波和PSV波的时间分辨率都大大降低，顶底板的反射几乎无法区分，而是形成一个复合波的形态。从图1.14可见，PP波的频带要宽于PSV波，上限大约能到100Hz，优势频率范围基本在10～90Hz；而PSV波的频带上限只能达到60Hz，优势频率范围基本在10～40Hz。PP波在近零偏移距附近的振幅谱能量最强；而PSV波主要在偏移距700m附近的振幅谱能量最强，这主要是受到AVO和品质因子各向异性的综合影响的结果。在实际采集中，我们力争将数据的高频限接近数值模拟的结果，采用数字检波器接收数据，改善激发接收的耦合问题，通过反复试验，确定激发井20m深处的硬质粘胶泥为最佳激发井段，检波器挖30cm深的坑并埋置。图1.15为实际采集的窄频带波场，由于低速带的作用，Z分量主要接收70～75Hz的PP波，X分量主要接收25～30Hz的PSV波，可以看出浅层的反射波能量要远大于深处的反射波能量。图1.15（a）、1.15（b）的方框标识处为煤系地层的反射，近偏移距处的PP波能够分辨，但能量已经很弱；中远偏移距的PSV波基本能达到30Hz，但近偏移距的PSV波基本没有能量。实际采集数据的频率上限比数值模拟的结果低约10～15Hz，可见该工区的KEL-TI介质的吸收作用会大大影响采集数据的频带。
表1.3 淮南煤系地层纵横波速度各向异性模型
图1.11 弹性TI介质中的反射波合成单炮记录（10～120Hz）
图1.12 弹性TI介质中的反射波合成单炮记录频谱
图1.13 KEL-TI介质中的反射波合成单炮记录（10～120Hz）
图1.14 KEL-TI介质中的反射波合成单炮记录频谱
图1.15 实际采集数据的窄频带波场
