[發(fā)明專利]一種預(yù)壓固體介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110084998.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112904417B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 符力耘;楊海迪;付博燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G01V1/28
• 分類號(hào): G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 李曉紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種預(yù)壓固定介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬方法，包括以下步驟：1)利用聲彈性技術(shù)中描述預(yù)壓應(yīng)力環(huán)境下的彈性波傳播方程，描述在預(yù)壓固體條件下波的傳播情況；2)利用已知的巖石彈性模量，建立均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型；3)用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法差分彈性波傳播方程；4)在步驟2)中的均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型邊界應(yīng)用不分裂卷積完全匹配層吸收邊界；5)在不同應(yīng)力場(chǎng)條件下用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法對(duì)均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型進(jìn)行聲彈性模擬，檢驗(yàn)?zāi)M精度；6)建立雙層介質(zhì)模型，重復(fù)步驟3)?5)，進(jìn)行預(yù)壓固體介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬，得到不同應(yīng)力場(chǎng)下的地震波場(chǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種預(yù)壓固體介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬方法，屬于地震勘探領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著地震勘探領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人們對(duì)于油氣藏的開(kāi)發(fā)已經(jīng)不再拘泥于淺部，地震勘探技術(shù)也逐漸向深部油氣藏以及復(fù)雜構(gòu)造油氣藏方向轉(zhuǎn)變。深部以及復(fù)雜構(gòu)造儲(chǔ)層受到周圍環(huán)境壓力、應(yīng)力影響較大，深部?jī)?chǔ)層動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)與淺部狀態(tài)完全不同。深部?jī)?chǔ)層的巖石介質(zhì)，會(huì)受到較強(qiáng)的地層壓力甚至是復(fù)雜應(yīng)力的影響。常規(guī)的地震波彈性理論是假設(shè)介質(zhì)受無(wú)窮小應(yīng)力下波在介質(zhì)中的傳播理論，未考慮介質(zhì)在承受較大的地層壓力以及復(fù)雜應(yīng)力條件下波的傳播情況，從而傳統(tǒng)勘探地震學(xué)方法無(wú)法獲得真實(shí)深部?jī)?chǔ)層結(jié)構(gòu)，也無(wú)法獲得真實(shí)反映深部地下結(jié)構(gòu)的地震剖面。

因此我們?cè)谶M(jìn)行地震波模擬時(shí)需要增加預(yù)壓應(yīng)力項(xiàng)，也就是我們要用到聲彈性理論來(lái)模擬深層巖石中彈性波的傳播情況，聲彈性理論是經(jīng)典線彈性理論的進(jìn)一步拓展，我們將經(jīng)典線彈性理論的Hook定律向外推廣就得到了聲彈性理論。進(jìn)行聲彈性模擬即模擬預(yù)壓固體介質(zhì)中地震波的傳播時(shí)，情況比傳統(tǒng)地震波模擬時(shí)更加多樣更加復(fù)雜，這就要求我們建立一種有效的有限差分模擬技術(shù)來(lái)精確地模擬預(yù)壓應(yīng)力條件下波在介質(zhì)中的傳播。

旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種空間差分技術(shù)，旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格中，所有的應(yīng)力分量被定義在整點(diǎn)處，而速度分量被定義在半點(diǎn)處。旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法相較于傳統(tǒng)交錯(cuò)網(wǎng)格甚至規(guī)則網(wǎng)格技術(shù)擁有更寬松的穩(wěn)定性條件，更能適應(yīng)復(fù)雜介質(zhì)情況，得到更加準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)壓固體介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種預(yù)壓固定介質(zhì)地震波傳播有限差分模擬方法，包括以下步驟：

1)利用聲彈性技術(shù)中描述預(yù)壓應(yīng)力環(huán)境下的彈性波傳播方程，描述在預(yù)壓固體條件下波的傳播情況；

彈性波傳播方程如下：

式中，A_αβγδ表示四階剛度張量，u表示位移分量，ρ⁰表示初始狀態(tài)固體介質(zhì)密度；

其中，A_αβγδ的剛度矩陣形式為：

式中，λ和μ是拉梅常數(shù)；A、B、C是巖石的三階彈性常數(shù)；和是巖石在不同方向上的應(yīng)變分量；

將方程(1)改寫成為一階速度應(yīng)力格式：

式中，ρ表示固定介質(zhì)密度，τ表示應(yīng)力，v表示速度；

根據(jù)公式(6)和笛卡爾張量表示法，展開(kāi)重寫公式(7)得到聲彈性一階速度應(yīng)力公式

2)利用已知的巖石彈性模量，建立均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型；

3)用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法差分彈性波傳播方程；

將方程(7)中速度和應(yīng)力用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法離散，得到的離散格式為：