CN108227000A - 一种获取各向异性煤层地震波响应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种获取各向异性煤层地震波响应的方法，该方法用于针对裂隙中含气或者含饱和水的不同情况下，获取纵波的相速度与相角的关系，纵波的群速度与群角的关系，横波的相速度与相角的关系，横波的群速度与群角的关系；针对HTI型煤层中裂隙中含气和含饱和水的不同情况下，获取不同的地震波响应；能够为后续的各向异性参数和裂隙预测做准备。

Description

一种获取各向异性煤层地震波响应的方法
技术领域
本发明属于地震勘探技术领域，涉及一种获取各向异性煤层地震波响应的方法。
背景技术
煤层中裂隙通常比较发育，介质中裂隙的存在必然导致地震波传播时出现各向异性现象，同时，由于煤层厚度相对地震子波来说较小，而且裂缝形态复杂，如何通过各向异性分析确定地下裂隙的发育情况是一个难度较大的问题。
煤层中存在一种常见的裂隙为近似垂向裂隙，对于近似垂向裂隙通常可以用HTI(Transverse isotropy with a horizontal axis of symmetry)介质来描述,故存在垂直裂隙的煤层可以近似看作HTI型煤层。正确预测煤层含水还是含气对于煤矿安全开采非常重要，很多学者针对HTI型煤层的裂隙充填物展开研究，其识别方法主要集中在地震波AVO响应方面，也有一些专家针对裂隙充填物与地震波响应进行研究，如Bakulin(2000),但这些研究在处理各向异性参数公式时，都做了较大程度的近似，而这种近似都基于各向异性较弱的假设，显然这种近似对于强各向异性的HTI型煤层不适用，会产生较大误差，导致各向异性煤层的响应特征不显著。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种获取各向异性煤层地震波响应的方法，分析煤层不同充填物时地震波的速度各向异性响应，为煤层各向异性响应研究增加一个判别指标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种获取各向异性煤层地震波响应的方法，所述的地震波响应包括在裂隙中含气或者含饱和水的不同情况下，纵波的相速度与相角的关系，横波的相速度与相角的关系；其中，
纵波的相速度与相角的关系采用公式(1)获取：
vp(θp)＝vp0(1+δsin2θpcos2θp+εsin4θp) (1)
横波的相速度与相角的关系采用公式(2)获取：
vsv(θsv)＝vs0(1+δsin2θsvcos2θsv+εsin4θsv) (2)
上式中，θp为纵波的相角；vp0为垂向纵波速度；θsv为横波的相角；vs0为垂向横波速度；ε,δ均为Thomsen参数，当煤层裂隙中含气时， 当煤层裂隙中含饱和水时，ε＝0，其中，e为裂缝密度,g为背景速度平方比。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明针对HTI型煤层中裂隙中含气和含饱和水的不同情况下，获取不同的地震波响应；能够为后续的各向异性参数和裂隙预测做准备。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是裂隙密度为0.11，裂隙含气时，得到的地震波响应图；其中，图1中的(a)为裂隙含气时得到的纵波相速度与相角关系图，图1中的(b)为裂隙含气时得到的横波相速度与相角关系图，图1中的(c)为裂隙含气时得到的纵波群速度与群角关系图，图1中的(d)为裂隙含气时得到的横波群速度与群角关系图。
图2是裂隙密度为0.11，裂隙含饱和水时，得到的地震波响应图；图2中的(a)为裂隙含饱和水时得到的纵波相速度与相角关系图，图2中的(b)为裂隙含饱和水时得到的横波相速度与相角关系图，图2中的(c)为裂隙含饱和水时得到的纵波群速度与群角关系图，图2中的(d)为裂隙含饱和水时得到的横波群速度与群角关系图。
图3是裂隙密度为0.01，裂隙含气时，得到的地震波响应图；图3中的(a)为裂隙含气时得到的纵波相速度与相角关系图，图3中的(b)为裂隙含气时得到的横波相速度与相角关系图，图3中的(c)为裂隙含气时得到的纵波群速度与群角关系图，图3中的(d)为裂隙含气时得到的横波群速度与群角关系图。
图4是裂隙密度为0.01，裂隙含饱和水时，得到的地震波响应图；图4中的(a)为裂隙含饱和水时得到的纵波相速度与相角关系图，图4中的(b)为裂隙含饱和水时得到的横波相速度与相角关系图，图4中的(c)为裂隙含饱和水时得到的纵波群速度与群角关系图，图4中的(d)为裂隙含饱和水时得到的横波群速度与群角关系图。
具体实施方式
本发明提供一种获取各向异性煤层地震波响应的方法，所述的地震波响应包括在裂隙中含气或者含饱和水的不同情况下，纵波的相速度与相角的关系，横波的相速度与相角的关系；其中，
纵波的相速度与相角的关系采用公式(1)获取：
vp(θp)＝vp0(1+δsin2θpcos2θp+εsin4θp) (1)
横波的相速度与相角的关系采用公式(2)获取：
vsv(θsv)＝vs0(1+δsin2θsvcos2θsv+εsin4θsv) (2)
上式中，θp为纵波的相角；vp0为垂向纵波速度；θsv为横波的相角；vs0为垂向横波速度；ε,δ均为Thomsen参数，当煤层裂隙中含气时， 当煤层裂隙中含饱和水时，ε＝0，其中，e为裂缝密度,g为背景速度平方比。
另外，地震波响应还包括纵波的群速度与群角的关系，采用如下方法得到：
将公式和输入到MATLAB软件平台中，得到纵波的群速度与群角的关系，此关系能够以极坐标图的形式呈现；其中，为纵波的群角，为纵波的群速度；
地震波响应还包括纵波的群速度与群角的关系，采用如下方法得到：
将公式和输入到MATLAB软件平台中，得到横波的群速度与群角的关系，此关系能够以极坐标图的形式呈现；其中，为纵波的群角，为纵波的群速度。
实施例
根据煤层特性，建立HTI型煤层模型，煤层层厚为7m，煤层的纵、横波波速分别为1900m/s、1090m/s，煤层密度为1.7g/cm3,裂隙密度为0.11，针对煤层中裂隙含饱和水和含气两种情况分别展开讨论,当裂隙中含饱和水时，δ的值为-0.01499，ε为0，当裂隙中含气时，δ的值-0.31433，ε的值为-0.29333，得到地震波响应图，如图1、图2所示，均为极坐标图。图1为裂隙含气时，得到的地震波响应图，图2为裂隙含饱和水时，得到的地震波响应图；其中，图1中的(a)为裂隙含气时得到的纵波相速度与相角关系图，图1中的(b)为裂隙含气时得到的横波相速度与相角关系图，图1中的(c)为裂隙含气时得到的纵波群速度与群角关系图，图1中的(d)为裂隙含气时得到的横波群速度与群角关系图。图2中的(a)为裂隙含饱和水时得到的纵波相速度与相角关系图，图2中的(b)为裂隙含饱和水时得到的横波相速度与相角关系图，图2中的(c)为裂隙含饱和水时得到的纵波群速度与群角关系图，图2中的(d)为裂隙含饱和水时得到的横波群速度与群角关系图。
从图1、图2可以看出，当裂隙密度较大时，煤层速度表现明显各向异性，而且当裂隙中充填物发生变化时，在地震波速度响应上也有明显差异。裂隙中含饱和水时，纵波的群速度和相速度受各向异性影响相对不显著，横波的群速度和相速度受各向异性影响明显，波前形状由近似圆形变化为近似方形，表现出明显的各向异性；而当裂隙中含气时,纵波的群速度和相速度明显受各向异性影响，波前形状变为扁率较大的椭圆，呈现强各向异性，横波的群速度和相速度接近各向同性介质，波前形状为近似圆形，也就是说在上述模型中，纵波对含气裂隙比较敏感，横波对含水裂隙更敏感。
如果上述模型的其它参数不变，只减小裂隙密度到尽可以小(如：裂隙密度为0.01)的程度，得到图3，图4所示的地震波响应图，均为极坐标图，图3为裂隙含气时，得到的地震波响应图，图4为裂隙含饱和水时，得到的地震波响应图；其中，图3中的(a)为裂隙含气时得到的纵波相速度与相角关系图，图3中的(b)为裂隙含气时得到的横波相速度与相角关系图，图3中的(c)为裂隙含气时得到的纵波群速度与群角关系图，图3中的(d)为裂隙含气时得到的横波群速度与群角关系图。图4中的(a)为裂隙含饱和水时得到的纵波相速度与相角关系图，图4中的(b)为裂隙含饱和水时得到的横波相速度与相角关系图，图4中的(c)为裂隙含饱和水时得到的纵波群速度与群角关系图，图4中的(d)为裂隙含饱和水时得到的横波群速度与群角关系图。
通过图3、图4可以得到以下结论：在速度各向异性响应方面，当煤层裂隙较小时，无论是含饱和水还是含气的裂隙，介质的各向异性表现不明显，基本接近各向同性，群速度和相速度关系图几乎为圆形。

Claims (1)

1.一种获取各向异性煤层地震波响应的方法，其特征在于，所述的地震波响应包括在裂隙中含气或者含饱和水的不同情况下，纵波的相速度与相角的关系，横波的相速度与相角的关系；其中，
纵波的相速度与相角的关系采用公式(1)获取：
vp(θp)＝vp0(1+δsin2θpcos2θp+εsin4θp) (1)
横波的相速度与相角的关系采用公式(2)获取：
vsv(θsv)＝vs0(1+δsin2θsvcos2θsv+εsin4θsv) (2)
上式中，θp为纵波的相角；vp0为垂向纵波速度，单位：m/s；θsv为横波的相角；vs0为垂向横波速度，单位：m/s；ε,δ均为Thomsen参数，当煤层裂隙中含气时， 当煤层裂隙中含饱和水时，ε＝0，其中，e为裂缝密度,g为背景速度平方比。
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