地震物理模型

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1、地震物理模拟地震物理模拟石油大学（北京） CNPC物探重点实验室目 录一、地震物理模型概况 二、地震物理模拟技术 三、震源和接收器-超声换能器 四、地震物理模型实验实例1、地下介质中波传播的基本规律研究 2、复杂构造物理模型研究3、岩性物理模型研究4、井间地震层析物理模型研究5、各向异性介质波场特征物理模型研究1、地震物理模拟的发展 面临的任务：随着石油天然气勘探开发工作的不断发展，所面临的勘探对象和开发环境也越来越复杂、越来越困难。地震方法面临着复杂构造油气藏、岩性油气藏和裂缝油气藏的勘探及寻找“剩余油”的艰巨而复杂的任务。一、地震物理模型概况 1999年荷兰代夫特科技大学介绍了最新技术的三

2、维物理模型采集系统。 另外，加拿大卡尔加里大学、英国石油公司、法国石油研究所、挪威大陆架和石油技术研 究所及俄罗斯科学院、日本等国都建有地震物 理模型实验室。 概况荷兰代夫特科技大学最新技术的三维物理模型采集系统(1999) 80年代是国内地震物理模型实验室以展的顶峰时期，有 近十家单位建有规模不等的实验室： 1)石油物探研究所（原地矿部）2)煤炭部地球物理勘探研究院(涿州)3)长春地质学院物理系4)同济大学地质海洋系5)石油大学(北京)6)南京大学声学所7)武汉地质学院物理系还有成都地质学院、江汉石油学院等 中石化石油物探研究所（原地矿部，南京）1980建立小 型水箱和观测系统，1983建成

3、大型水漕和高精度自动定 位装置，2002完成自动定位装置的改进。 同济大学在1985年前后设计建立了大型水槽自动定位地 震物理模型观测系统，2001实验室撒销。 长春地质学院物理系在1985年前后设计建立了大型水槽自动定位地震物理模型观测系统，近几年正在逐步完善 观测系统。 1985年筹建实验室，建有中等水箱和低精度定位系统； 1986研究成功了固体地震物理模型方法,并开始研制大规 模、高精度自动定位固体地震物理模型设备(1993完成)。 1998年使用23位数学采集仪 2000年研制成多道采集系统 2001年研制成混合模型材料设备 2002年添置模型形态测试设备， 2003年第二套高精度自动

4、定位固体地震物理模型工作，原大规模、高精度自动定位系统更新调试石油大学(北京) 实验室概况概况大型高精度自动定位 地震物理模型观测系统和测试设备大型精密三维空间定位（炮点、检波点）系统，有效 范围3.23.2 1米，定位误差小于0.1毫米 (1993年) 采用伺服电机控制地震物理模型实验方法地震物理模型实验是在实验室内将野外的地质构造和地质体按照一定的模拟相似比制做成地质模型，并用超声波或激光超声波等方法对野外地震勘探方法进行正演模拟的一种地震模拟方法。 2、地震物理模型基本原理概况 地震物理模型实验主要把超声波在模拟 的地质模型上得到的传播规律应用到地 震勘探中。因为，无论地震波或是超声 波

5、研究其激发、接收和在介质中传播是 共同的内容，有相同的理论基础。只要 介质的尺度和性质在一定的范围内遵守 相似原理，所得结论是正确的。 地震物理模型的优点与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受计算方法、假设条件的限制，因而地震物理模型受到国外各石油公司和大学的普遍重视。缺陷震源和检波器的尺度，参数变化困难。地震物理模型的应用地震物理模型实验在石油天然气勘探、开发中的应用越来越广泛。它除了在地震波理论 研究，例如声波介质、弹性介质、各向异性介 质和双相介质中弹性波传播理论研究外，还对 复杂构造（例如：盐下构造成象、河道砂预测 ） 、裂缝带检测、井间地震研究及油藏动态监

6、 测等石油天然气勘探、开发工作中发挥重要的 作用。概况应用范围 波传播的基本规律 典型地质构造地震响应 波传播理论和数学计算方法的验证 观测系统的研究 勘探方法的研究 处理解释的研究二、地震物理模拟技术 1、声波的相似比原理2、超声测试技术和设备3、地震物理模型材料和制模工艺4、介质的基本声学参数测试1、声波的相似比原理 在弹性介质中，机械波无论在什么频段 ，只要在各自传播的介质中其距离和波 长之比相等或近似相等，它们的传播规 律和特性就相似。 定义物理模型的比例因子（Model scale facter）为野外实际地层地震波运动学 和动力学参数与模拟介质超声波的运动 学和动力学参数之比，用无

7、量纲表示 。 影响相似比的几个主要因素 实验室具有的条件： 1、模型材料速度范围；2、震源和接收器的定位精度； 3、A/D的采样率和采样长度； 4、震源和接收器的频率和幅射直径 野外模拟区要求： 1、模拟区域 2、观测系统参数 3、地层速度 2、超声测试技术和设备 定位系统 发射接收仪 超声换能器 A/D模数转换器微机控制所 有仪器设备1、大面积三维地震数据采集 2、固体和水槽两种方式 3、多分量、多道数据采集4、定位和采集全自动控制 5、高性能各种类型超声波换能器目前采集系统特点：发射和接收仪器 由脉冲发射器和信号衰减放大器组成 实验室没有现成的发射和接收仪器 现有仪器的来源1) 使用组合仪

8、器2) 借用超声检测领域中的仪器3) 自己研制国外脉冲发射和接收仪12个换能器排置方式多路（16）接收转换器多道采集系统A/D模数转换器 16位，10MHz 23位，10MHz 23位，20MHz最新仪器3、地震物理模型材料和制模工艺 模型材料系列模型形态测试仪测试范围1000 600 800mm，精度0.07mm真空搅拌机三、超声换能器物理模型应用实例 波传播的基本规律研究 复杂构造物理模型研究 岩性储层物理模型研究 井间地震层析物理模型研究 各向异性介质波场特征物理模型研究模型、测试结果图4.6车排子地质构造、剖面和物理模型地质剖面逆掩断层-新疆车排子地区复杂断块江苏碳酸盐岩反转构造偏移剖

9、面F-X偏 移剖 面克希 霍夫 积分 偏移 剖面物理模型叠加剖面（小道大排列观测方式）地质剖面物理 模型逆掩断层新疆依希克里克逆掩推覆体三维物理模型逆掩推覆体三维物理模型逆掩推覆体物理模型偏移剖面逆掩推覆体物理模型偏移剖面实际没有实际没有 近炮检距近炮检距 数据数据, ,用远用远 炮数据难炮数据难 以确定构以确定构 造形态造形态, ,猜猜 想模型验想模型验 证解释结证解释结 果果, ,小幅度小幅度 构造构造, ,T0T0 变化解释变化解释 结果变化结果变化结论结论 ：在在 地表地表 不复不复 杂的杂的 情况情况 下，下， 单炮单炮 记录记录 清楚清楚 ，构，构 造成造成 像正像正 确确高陡出露

10、构造模型高陡出露构造模型 目的目的: :以大倾角地层的清晰成像为目标，设计以大倾角地层的清晰成像为目标，设计 了一个高陡构造模型，利用地震物理模型了一个高陡构造模型，利用地震物理模型 模拟技术，来研究针对高陡构造的观测系模拟技术，来研究针对高陡构造的观测系 统设计和特殊成像方法。上覆地层对成像统设计和特殊成像方法。上覆地层对成像 的影响。的影响。 模型模型: :选择选择选择选择 川川东东东东鄂西地区鄂西地区高陡构造作为研高陡构造作为研 究靶区。究靶区。高陡出露构造物理模型高陡出露构造物理模型高陡出露构造物 理模型数据处理模型一模型一南边放炮北边接收的偏移剖面 北边放炮南边接收的偏移剖面 结论：

11、结论：接收方向，多次聚焦，局部深层向斜不能成像接收方向，多次聚焦，局部深层向斜不能成像物理模型二数据处理北边放炮偏移剖面 高陡构造出露点位置正确。高陡构造出露点位置正确。 断断2 2归位基本正确，断归位基本正确，断1 1过偏移，断过偏移，断3 3 、断、断4 4没有成像，断没有成像，断5 5断点不清。断点不清。 大倾角部位没有成像，其右下侧出现大倾角部位没有成像，其右下侧出现 多相位同相轴。多相位同相轴。 结论：结论： 双边放炮、超长排列是高陡构造的最双边放炮、超长排列是高陡构造的最 佳观测系统；佳观测系统； 常规叠加偏移处理流程不能大倾角构常规叠加偏移处理流程不能大倾角构 造正确归位成像造正

12、确归位成像 ，应进一步做特殊处，应进一步做特殊处 理方法研究。理方法研究。 常规处理方法不能正确成像。常规处理方法不能正确成像。物理模型二数据处理北边放炮偏移剖面 陡倾陡倾不成像范围增大不成像范围增大 测翼变好测翼变好 松软地层的影响是山地勘探的主松软地层的影响是山地勘探的主 要问题之一要问题之一近地表模型二物理模拟近地表模型二物理模拟 由于近地表横向速度剧烈变由于近地表横向速度剧烈变 化，在时间偏移剖面就会出化，在时间偏移剖面就会出 现地质假象，水平界面变成现地质假象，水平界面变成 了弯曲界面；低幅度假构造了弯曲界面；低幅度假构造 左侧剖面成像较好，而右侧左侧剖面成像较好，而右侧 成像质量较

13、差，这一结果可成像质量较差，这一结果可 能与观测系统设计有关，应能与观测系统设计有关，应 该采用两端放炮的观测方式该采用两端放炮的观测方式 。 断层位置变化断层位置变化 带构造玄武岩模型制作实例换能器开角80度换能器开角180度a.炮检距小于4200米(偏移) c.反褶积偏移b.大炮检距30012000米(偏移) 胜利郝家模型构造和地质剖面制作实例胜利二维模型处理最大偏移距3000米，反褶积偏移最大偏移距3000米偏移 最大偏移距6000米偏移 最大偏移距6000米，反褶积偏移鄂西-渝东高陡构造模型制作实例Ts构造选区高陡构造成像（三维偏移）29线69线109线149线物理模型制作 大庆油田主

14、要地质特 征：砂泥岩薄互层， 层厚小于5米（2-3米 ）模型薄互层： 泥层：厚3.6米， 速度2490 m/s； 砂层：厚4.2米， 孔隙度约17%，速度 3245m/s。 薄互层物理模型示意图 砂泥岩薄互层油气藏物理模型研究实际地质和模型的一些参数的比例关系实际地层物理模型速度Vp（11）2500米/秒2500米/秒频率f（13000）35Hz105kHz波长（30001）71.4米23.8毫米薄层层厚h 4.2米1.4毫米波长/薄层层厚h1717薄互层中三种状态为 ：空气、水、机油用二维观测系统采集：0-60-1008米；50炮，炮距：30米；每炮80道，道距：12米 叠加剖面砂泥岩薄互层地震物理模型结果与分析梯度剖面薄互层模型三种状态下AVO分析交汇图AVO属性分析含油、水、气 储层的AVO属 性有明显分布 规律油气储层模型与AVO属性分析含气顶面含气底面含水砂Aki-Richards 公式：AAVO截距BAVO梯度