天然气水合物地震波场数值模拟与属性研究

【摘要】：论文依托导师自然科学基金项目《基于组分型弹性孔隙介质的天然气水合物饱和度研究》(编号40474043),在研究导师组分型弹性孔隙介质理论的基础上,将交错网格高阶有限差分法数值模拟与组分型弹性孔隙介质模型速度分析相结合开展地震波场和属性研究。相关的研究成果可以为天然气水合物地震勘探和开发提供潜在的理论和方法依据。 论文在导师的指导和继承前人成果基础上,主要研究工作如下: 从岩石物理学和波动物理学两方面阐明了国内外孔隙介质理论的发展历史和现状,详细叙述了组分型弹性孔隙介质理论,并与传统的速度计算方法进行了对比分析,指出了组分方程的合理性。 采用一阶弹性波动方程的交错网格高阶差分格式,用C语言编程实现了有限差分格式的数值模拟,对于孔隙介质采用等效处理的方法,实现对天然气水合物沉积层的波场数值模拟。采用三种典型的地质模型,详细考察震源在时间上和空间上的传播特性,波在弹性分界面的反射、透射、折射和存在垂直断层时波的绕射现象。 在上述工作基础上,讨论用AVO研究水合物的适用范围:介质中水合物饱和度小于临界饱和度时,可以通过AVO曲线变化形态来判断水合物沉积层下伏介质是否含有游离气;而大于临界饱和度时,则难以判断。并结合AVO分析了BSR的形成原因:一是界面下伏介质存在游离气;二是下伏介质不存在游离气,但上覆介质水合物含量很高。 采用CGHC模式和VGHC模式分析了振幅空白形成的原因,结果表明水合物沉积物中多层介质饱和度的变化是振幅空白的主要原因。 但是由于水合物存在的特殊温、压条件而使实际地层更复杂,所以对BSR和空白带的讨论需要结合更多地质、地球化学资料进行综合判断,才能达到更高的精度。 本文还详细讨论了当孔隙度或者是含水合物饱和度单一参数变化时对地震参数的影响,结果表明孔隙度对地震参数的影响远远大于含水合物饱和度对地震参数的影响。 论文最后研究了NIU2组分公式的弹性参数试算与分析,并与其它方程计算出来的结果进行了对比分析。结果显示由NIU2组分公式计算出来的泊松比与实际吻合。 【关键词】：天然气水合物 组分型弹性孔隙介质 波场模拟 地震属性 似海底反射 空白带
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：P631.4;P744.4
【目录】：

• 第1章 引言9-14
• 1.1 海洋天然气水合物及其地球物理特征9-10
• 1.2 孔隙介质研究的历史背景与现状10-12
• 1.2.1 Biot 理论的研究简况10-11
• 1.2.2 国内孔隙介质研究现状11
• 1.2.3 弹性组分孔隙介质理论背景11-12
• 1.3 天然气水合物地震波场和属性研究的目的和意义12
• 1.4 论文工作内容和成果要点12-14
• 第2章 含水合物孔隙介质弹性参数计算与分析14-25
• 2.1 天然气水合物沉积物的微观模型14-15
• 2.2 前人对水合物微观模式的速度参数估算方法研究15-18
• 2.2.1 时间平均方程15
• 2.2.2 伍德-Wood 方程15-16
• 2.2.3 李-Lee 权重方程16
• 2.2.4 弹性模量模型16-18
• 2.3 组分型弹性孔隙介质弹性参数计算方法18-22
• 2.3.1 整体介质体变系数方程19
• 2.3.2 整体介质位移方程19
• 2.3.3 整体介质应变方程19-20
• 2.3.4 整体介质密度方程20
• 2.3.5 整体介质体积模量、剪切模量方程20
• 2.3.6 整体介质速度方程和波动方程20-21
• 2.3.7 整体介质纵、横波波阻抗方程21-22
• 2.3.8 整体介质拉梅系数表达形式22
• 2.3.9 整体介质泊松比表达形式22
• 2.4 天然气水合物速度参数估算方法对比分析22-24
• 前二章内容小结24-25
• 第3章 有限差分法波场数值模拟的实现25-34
• 3.1 声波方程的差分格式25-26
• 3.2 弹性波动方程的规则网格的差分格式26-27
• 3.3 一阶弹性波动方程的交错网格的高阶差分格式27-34
• 3.3.1 一阶应力-速度弹性波动方程27-28
• 3.3.2 数值离散28-30
• 3.3.3 震源、精度、稳定性和吸收边界条件分析30-33
• 3.3.4 交错网格模型试算33-34
• 第4章 数值计算实例34-45
• 4.1 均匀半空间模型35-38
• 4.1.1 均匀半空间模型波场快照35-36
• 4.1.2 均匀半空间模型合成记录36-38
• 4.2 水平层状介质模型38-42
• 4.2.1 水平层状介质波场快照38-39
• 4.2.2 水平层状介质合成记录地表接收39-41
• 4.2.3 水平层状介质合成记录井中有偏接收41
• 4.2.4 水平层状介质合成记录井地联合接收41-42
• 4.3 存在垂直断层时的介质模型42-44
• 4.3.1 存在垂直断层时的波场快照42-44
• 4.3.2 存在垂直断层时的合成记录44
• 前二章内容小结44-45
• 第5章 天然气水合物的似海底反射研究45-56
• 5.1 BSR 特征46
• 5.2 天然气水合物的AVO 研究46-52
• 5.2.1 AVO 的基本理论基础及其在水合物中的应用47-48
• 5.2.2 AVO 曲线计算48-52
• 5.3 水合物沉积介质BSR 合成地震记录52-55
• 本章内容小结55-56
• 第6章 空白带研究56-63
• 6.1 空白带的特征及其衡量标准56-57
• 6.2 空白带模型试算及分析57-61
• 6.2.1 水合物饱和度恒定模式(CGHC 模式)57-58
• 6.2.2 水合物饱和度变化模式(VGHC 模式)58-59
• 6.2.3 两种模式的合成地震记录59-61
• 6.3 海底反射模型试算及分析61-62
• 本章内容小结62-63
• 第7章 地震属性差异特性研究63-78
• 7.1 孔隙度变化时的弹性参数计算63-64
• 7.2 孔隙度变化时的波场模拟64-67
• 7.3 孔隙度变化时的差异提取与分析67-69
• 7.4 含水合物饱和度变化时的弹性参数计算69-71
• 7.5 含水合物饱和度变化时的波场模拟71-73
• 7.6 含水合物饱和度变化时的差异提取与分析73-76
• 本章内容小结76-78
• 第8章 NIU2 公式的弹性参数试算与分析78-85
• 8.1 弹性参数组分方程和组分系数78-82
• 8.1.1 两相介质密度组分方程和组分系数表达形式78-79
• 8.1.2 两相介质体积模量、剪切模量组分方程79-80
• 8.1.3 两相介质速度组分方程80-81
• 8.1.4 三相介质组分方程和组分系数表达形式81-82
• 8.2 弹性参数试算与分析82-84
• 本章内容小结84-85
• 第9章 结论与建议85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-89

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