岩石力学论文6000字关于碳酸岩

刘金华1，2 唐建东3 钟思瑛1 葛政俊1 姚富来1（江苏油田 地质科学研究院，江苏扬州 225012； 江苏油田 博士后流动工作站，江苏扬州 225012； 江苏油田 开发处，江苏扬州 225012）作者简介：刘金华，男，江苏油田博士后流动站在站博士后，从事石油与天然气地质研究。E-mail：liujinhua＠摘 要：前人对金湖凹陷西斜坡地区阜宁组阜二段湖相碳酸盐岩地层的成因认识不统一，因而本次研究 以该层碳酸盐岩沉积相为重点，通过对研究区碳酸盐岩的成分组成、虫管保存程度、地层厚度分布规律、泥 晶灰岩等的研究，提出研究区发育一套碳酸盐岩坪沉积体系，碳酸盐岩坪是一套静水环境下的泥晶灰岩和生 物碎屑灰岩为主体的沉积体系，包含碳酸盐岩席、碳酸盐岩坝、碳酸盐岩滩以及泥坪4种微相。平面上在研 究区西部水体较浅，水体动力较强，发育碳酸盐岩滩、坝相，东部水体较深，水动力较弱，发育碳酸盐岩席。并在全面研究基础上提出了碳酸盐岩坪沉积体系的沉积模式。关键字：金湖凹陷；阜二段；碳酸盐岩；沉积相；湖泊相The Research of The Sedimentary Model of The Carbonate Rock in Lake Facies of The Second Member of Funing Formation，The West Slope of Jinhu SagLiu Jinhua1，2，Tang Jiandong3，Zhong Siying1，Ge Zhengjun1，Yao Fulai1（Geology Research Institute of Jiangsu Oilfield，SINOPEC，Yangzhou 225012，China； Mobile Post-doctoral Center of Jiangsu Oilfield，SINOPEC，Yangzhou 225012，China； The Exploration and Development Department of Jiangsu Oilfield Branch Company，SINOPEC，Yangzhou 225012，China）Abstract：The recognition of carbonatite origin in Lake Facies of the second Member of Funing Formation，the west slope of Jinhu Sag was different，so the major part of this research was the sedimentary facies of the carbonate The main components of the carbonate rock were intraclast and bioclast，and other components were few ooide and crmb，the grains content of the rock were different，the content of different area were different，and the content of different formation were alike different；the marx of the rock was micrite matrix，and cementing material of the rock was calcsparit cementing After the analysis of the components of carbonate rock，the conservation of fossil，the distributed law of the stratum thickness and cryptite，the conservation of fossil in the workarea was unbroken，the distributed law of the stratum thickness was obvious，the changement of the stratum thickness was little；and the cryptite was distributed in all the So a kind sedimentary facies was established which was the carbonate terrace，the carbonate terrace was a kind of depositional system made up by the bioclastic limestone and cryptite，and it was a kind of standard carbonate formation formed in the strong-weak hydrodynamic force environment，this facies was classified into carbonate sheet，carbonate dam，and carbonate strand and In the plane，the water was shallow in the west part of the work area，and hydrodynamic force was powerful，so the carbonate dam and strand was developed；in the east，the water was deep，and hydrodynamic force was weak，so the carbonate terrace was developed，in longitudinal direction，the carbonate formation deposited from the sublayer，the fastigium of the deposition was 国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集 sublayer，and declined in the sublayer，the deposition formed a entire carbonatite sedimentary Finally，the sedimentary model of the carbonate rock in Lake Facies was Key words：Jinhu Sag；the Second Member of Funing Formation；Carbonate Rock；Sedimentary Facies；Lake Facies引言湖相碳酸盐岩油气储层的研究从20世纪80年代开始，至今已有30余年的历史。前人对国内四川 盆地侏罗系大安寨组、华北盆地济阳坳馅古近系纯化镇组、黄骅坳馅古近系沙河街组、松辽盆地下白垩 统等多个区域存在的碳酸盐岩均进行了详细研究，湖相碳酸盐岩主要以生物礁和碳酸盐岩滩坝相为 主［1～4］。金湖凹陷西斜坡地区阜宁组阜二段地层湖相碳酸盐岩是一套较好的油气储层，前人对此地层成 因的研究多认为是滨浅湖中的碳酸盐岩滩坝相沉积，但是本次研究中通过对大量取心资料和测井、录井 等资料的分析，发现存在碳酸盐岩分布稳定、厚度变化不大、生物碎屑灰岩内部生物介壳保存完好等现 象与碳酸盐岩滩坝相存在较大分歧，因而提出一种碳酸盐岩坪沉积体系发育模式。为下一步油田的开发 和滚动提供了新的地质依据，对油气的勘探和开发具有重要的研究意义。1 区域地质概况金湖凹陷位于苏北盆地东台坳陷西部，为晚白垩世发育起来的南断北超的箕状凹陷。北起建湖隆 起，南至天长凸起，西邻张八岭隆起，东与菱塘桥-柳堡低凸起相连，面积约5000km2（图1）。金湖 凹陷西斜坡则是指三河、汊涧次凹的西部斜坡带，西连建湖隆起，南邻张八岭隆起，斜坡整体呈西抬东 倾，走向北东，地理上跨江苏、安徽两省，总面积约1500km2（图1）［5～9］。图1 苏北盆地金湖凹陷西斜坡工区位置图研究区阜宁组的地层与下伏泰州组呈假整合—整合接触，与上覆戴南组呈假整合接触，根据大套岩 性组合自下而上称之为阜一段、阜二段、阜三段和阜四段。阜二段是阜一段沉积末的最大水进的开始，阜二段自上而下形成3个亚段：第一亚段 称“泥脖子”、“四尖峰” 或 “七尖锋” 段，为暗色 泥岩段，厚60～120m，是一套生油岩；第二亚段 称为 “碳酸盐岩层”，为生物碎屑灰岩与灰 质泥岩互层，其中包含云灰岩、生物灰岩、粉砂质泥岩等，也是一套生油岩，厚10～30m；第三亚段 称“山字型” 段，为砂、泥岩互层夹少量生物灰岩段，厚60～80m，是金湖凹陷的主要油气储 层。本次研究的目的层段就是第二亚段 “碳酸盐岩层”。2 碳酸盐岩岩石学及组构特征湖相碳酸盐岩由碳酸盐岩颗粒和灰泥等沉积物组成，经成岩作用以一定的方式固结为不同的岩石类 型。碳酸盐岩的岩石学及其组构特征是碳酸盐岩判别沉积环境的重要依据。本次研究从组成岩石的颗 粒、基质和胶结物等方面进行分析。1 颗粒特征在研究区内的碳酸盐岩按常规分析方法，借鉴前人的研究成果基础上，对存在的内碎屑、生物屑、 鲕粒和团粒的基本特征进行分析。（1）内碎屑：内碎屑主要是指砾屑、砂屑和粉屑。砾屑是先成岩石（或半固结—准固结的沉积物） 再破碎的产物［10］，故其内部结构必然受先成岩石、先成沉积物类型的制约，常见岩类有泥晶砾屑灰岩、 含砾屑粉晶灰岩、砾屑虫管灰岩等。研究区内砾屑大小不一，粒径为2～15mm，形态多变，分选性差，圆度为次棱—次圆；砾屑含量 7％～65％，主要由泥晶方解石、白云石组成，具有泥晶结构和含颗粒泥晶结构，砾屑间充填物为泥晶 方解石、白云石或者鲕粒。砂屑在本区分布广泛，含量5％ ～55％，主要成分为泥晶方解石，次为白云石，形态不规则（图版-1），分选、磨圆度较差，粒径1～2mm，砂屑间为泥晶方解石、少量泥晶白云石或陆源碎 屑充填，多具泥晶结构，常与砾屑或其他颗粒伴生。常见岩类有泥晶砂屑含泥质灰岩，灰色亮晶砂屑藻 含云质灰岩、砂屑泥晶云灰岩等。（2）生物屑：生物屑主要有虫管、藻、管孔藻、藻叠层，其次有介形虫、介壳及腹足类［11，12］。生 物种属比较单一，但生物屑含量比较高，变化大，含量1％～80％。碳酸盐岩中虫管生物屑含量30％ ～70％。虫管多保存较好，多呈簇状分布，偶见平行层理分布，具有一定方向性。虫管内充填亮晶方解石、粉屑；管壁多粘结着球粒或粉屑，使管壳表面呈瘤状（图 版-1）；有的虫管外被藻包覆，使管壁形成增厚环。虫管直径5～5mm，具有生物骨架结构。伴生 颗粒有砾屑、砂屑以及藻屑等。虫管屑间多为泥晶方解石充填，偶有被亮晶方解石充填。常见岩类为泥 晶虫管灰岩、虫管泥晶灰云岩、亮晶虫管灰云岩或虫管亮晶灰云岩。碳酸盐岩中藻或藻屑较为发育，含量3％ ～85％，具有层纹同心纹层及辐射条纹结构。色暗、透 明，由泥晶方解石、白云石组成夹有少量泥质。形态有半球状、波状或小型单体柱状等。（3）鲕粒：鲕粒是本区碳酸盐岩中的重要颗粒，含量1％ ～70％，常见鲕粒有藻鲕、正常鲕、负 鲕、复鲕、结晶鲕和变形鲕（图版-2）。（4）团粒：本区岩层中团粒含量变化较大，变化范围5％ ～45％。形态各异，大小06～2mm不 等，圆度、分选较差，由粉砂级或泥晶方解石、白云石组成，色暗，圆度和分选性好。2 泥晶基质与亮晶胶结物泥晶是本区碳酸盐岩中颗粒之间常见的填隙物，其含量变化可在0～100％之间，主要由泥晶方解 石、次为泥晶白云石组成，局部重结晶呈块状或条带状分布。泥晶和颗粒是同时沉积的，它的存在与否或含量多少，是衡量沉积时水体能量的指标。灰泥（即 泥晶）是低能环境的产物，与其共存的颗粒亦为低能颗粒。亮晶胶结物是在颗粒沉积之后，由颗粒间的粒间水以化学沉淀的方式形成的，其特点是干净明亮，它是成岩期的产物。本区亮晶胶结物一般具有一世代、二世代胶结结构，亮晶胶结物含量0～40％，主 要由亮晶方解石，次为白云石组成，一般基质含量大于亮晶胶结物含量。3 沉积特征及沉积模式通过岩心观察、分析化验、单井相等研究，金湖凹陷西斜坡阜二段第二亚段 国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集主要发育碳 酸盐岩地层，该层碳酸盐岩沉积为以半咸水环境下沉积的一套生物灰岩为主，泥晶灰岩为辅的沉积物，该碳酸盐岩地层具有如下特征：(1)地层中虫管的保存完好，大多数地区虫管无任何破损；(2)地层发育 厚度分布规律性强，厚度变化小，无明显坝体特征；(3)碳酸盐岩地层发育广泛，全区分布，分布面积 广，也与滩坝相不符；(4)泥晶灰岩全区分布，含量普遍较高，在较强水动力环境下很难沉积。鉴于此，本次研究认为该区目的层的沉积成因为碳酸盐岩坪沉积；并且目的层中的蠕虫状虫管化石，经中国科学 院南京地质古生物研究所俞昌民、王惠基（1976）研究，确定为环节动物门多毛纲隐居亚纲的栖管化 石。现代栖管多毛纲均营栖生活，主要生活于近岸滨海到水下60m左右深处。因而可以说工区阜二段 碳酸盐岩沉积时水体环境应较深。本次研究中认为工区沉积了一套碳酸盐岩坪沉积体系，碳酸盐岩坪是一套在盆地斜坡带发育，发育于湖泊中滨湖和浅湖地区的一套碳酸盐岩沉积，包含碳酸盐岩席、碳酸盐岩坝、碳酸盐岩滩 以及泥坪4种微相的沉积体系（图2），属于静水环境下的泥晶灰岩和生物碎屑灰岩为主体的沉积 体系。图2 碳酸盐岩坪沉积体系相模式图碳酸盐岩坝：该微相发育于工区边缘，受湖浪作用明显，厚度大，为15～40m，以泥晶灰岩与生物 碎屑灰岩伴生为主，多处可见波浪作用形成的破碎生物介壳（图3，图版-3，图版-4）。碳酸盐岩滩：与碳酸盐岩坝发育于同一位置，只是厚度较小，纵向上分布于厚层的碳酸盐岩坝之间 的薄层碳酸盐岩，分布相对稳定，也以泥晶灰岩与生物碎屑灰岩伴生为主（图版-5，图版-6），生物 碎屑也多见破碎或水动力改造现象。碳酸盐岩席：分布于高集-崔庄等水体较深区域，以生物灰岩为主，生物介壳保存完好，成层分 布，一般与灰黑色泥岩或页岩伴生（图3，图版-7，图版-8），碳酸盐岩滩与碳酸盐岩席虽然均为薄 层碳酸盐岩，但是其发育环境的水体深度不同，导致的生物碎屑的保存程度以及含有的泥质颜色均有所 不同。从岩心观察中可以看出，在 砂岩沉积后沉积了碳酸盐岩，继而是半深湖相灰黑色泥岩、泥页 岩沉积，形成一套典型的水体由浅变深，由强水动力到弱水动力的典型地层。碳酸盐岩沉积环境位于砂 岩与灰黑色泥岩之间，其沉积环境应为水动力介于半深湖的静水环境和砂岩的强水动力环境之间，属于 静水-弱水动力沉积。图3 碳酸盐岩坪沉积体系相序4 沉积相展布及演化从剖面和平面上分析，研究区内碳酸盐岩坪沉积体系发育地层厚度不大，较大厚度位于南湖-范庄 地区，最大厚度约40m，从斜坡西缘向东南部地层逐渐变薄（图4），地层中碳酸盐岩的相对含量也逐 渐变低，到河参1井等井区出现了无碳酸盐岩发育区，这种分布特征主要受到湖水深度和水动力环境控 制，沉积相带的分布与古构造相匹配。金湖凹陷西斜坡地区阜宁组阜二段二砂组碳酸盐岩地层主要发育3套碳酸盐岩沉积，因而将二砂组 划分为3个小层，从下而上分别为 小层（后文中简称3、2、1小层）。下边针 对2小层的具体情况对工区沉积相平面分布进行分析。图4 金湖西斜坡东西向连井剖面相在2小层中，范7井-南1井-陆1井-洪2井、崔17井-宋1井两个区域主要发育碳酸盐岩滩 坝，形成了两个与湖岸线成一定角度的坝体，西1井-陆2井-仁1井、刘8井-刘10井一线发育碳 酸盐岩滩。从研究区南部的阳3井到中部的崔7井，再到北部的高6井、高3井的大片地区发育碳酸盐 岩席微相，仅在南部的阳X7井周围、崔4井东部、河参1井东部等地区发育泥坪微相沉积（图5）。从 平面上分析，沉积相的分布基本为西部水体较浅、水体动力较强、发育碳酸盐岩滩坝相，东部水体较 深、水动力较弱、发育碳酸盐岩席，这与单井和剖面上的认识也是相符的。图5 金湖凹陷西斜坡 小层沉积相平面图从纵向上看，3小层是碳酸盐岩刚刚开始沉积的地层，碳酸盐岩分布局限，仅在崔庄和高集等区域 的局部发育，厚度薄，泥晶灰岩发育，说明当时的水体盐度相对较低，不利于大规模碳酸盐岩的沉积。1小层与2小层的碳酸盐岩发育规模相似，全区分布；从厚度看，2小层比1小层大。整体分析，研究 区阜二段二砂组地层碳酸盐岩从3小层开始沉积，到2小层达到沉积高峰，1小层又开始减退，从而形 成了一套完整的湖相碳酸盐岩沉积体系。5 结论（1）研究区碳酸盐岩的组成以内碎屑和生物碎屑两种颗粒为主，含少量的鲕粒和团粒，颗粒的含 量不同，区域差异巨大，不同层位也有较大差异，基质为泥晶基质，胶结物多为亮晶胶结物。（2）阜二段碳酸盐岩地层中虫管的保存完好，地层发育厚度分布规律性强，厚度变化小，泥晶灰 岩全区分布；本次研究中提出研究区发育一套碳酸盐岩坪沉积体系，碳酸盐岩坪是一套静水环境下的泥 晶灰岩和生物碎屑灰岩为主体的沉积体系，包含碳酸盐岩席、碳酸盐岩坝、碳酸盐岩滩以及泥坪4种 微相。（3）研究区阜二段二砂组平面上在西部水体较浅，水体动力较强，发育碳酸盐岩滩坝相，东部水 体较深，水动力较弱，发育碳酸盐岩席；纵向上碳酸盐岩地层从 小层开始沉积，到 小层 达到沉积高峰， 小层又开始减退，从而形成了一套完整的湖相碳酸盐岩沉积体系。参考文献［1］冯增昭，王英华，刘焕杰，等中国沉积学［M］北京：石油工业出版社，1994：153～［2］宋华颖，伊海生，范爱春，等柴达木盆地西部西岔沟剖面湖相碳酸盐岩岩石学特征与沉积环境分析［J］中国地 质，2010，37（1）：117～［3］王洪宝，王书宝，李勇，等东辛油田沙一段碳酸盐岩储集层研究［J］石油勘探与开发，2004，31（5）：38～［4］夏青松，田景春，倪新锋湖相碳酸盐岩研究现状及意义［J］沉积与特提斯地质，2003，23（1）：105～［5］高炎，李维锋，施小荣金湖凹陷范庄油田阜宁组层序划分及沉积相分析［J］石油天然气学报，30（5）： 225～［6］张金亮，司学强，林辉金湖凹陷阜三段沉积相分析［J］中国海洋大学学报，2006，36（4）：535～［7］冀国盛，戴俊生，马欣本，等金湖凹陷闵北地区阜一、二段火山岩地层划分与对比［J］中国石油大学学报（自然 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李 娜 李振春 黄建平 田 坤 孔 雪 刘玉金（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，青岛 266555）基金项目：国家973课题（编号2011CB202402），石油大学创新基金（编号27R1001046A）及（Y090104）作者简介：李娜，女，在读博士研究生，现从事地震波正演模拟研究。Email：lina19202＠。摘 要：横波分裂是识别波传播介质的各向异性的中重要标志，快慢横波的分裂时差和快横波的偏振方 向是评价横波分裂的两个主要参数。在含定向平行排列的各向异性介质中，横波分裂时差及快横波的偏振方 向能反映裂隙的密度、宽度、体积、走向及介质的性质等裂缝信息。为检测定向裂隙介质中横波分裂的方位 属性特征，分析分裂时差随极化角及Thomsen弱各向异性参数的变化规律，本文采用交错网格高阶有限差分法，PML吸收边界法，得到VTI介质绕x轴逆时针旋转不同角度时的三分量记录，研究得到如下主要结论：(1)从能量角 度，极化角为45°时，分裂的快慢横波能量对比最强，是观测横波分裂的最佳角度；(2)同时对单道波形进行对比，定量分析，得到分裂时差随qP波各向异性强度参数ε的增大而减小，随qS波各向异性强度参数γ的增大而增大，随连接纵横波速度的过渡性参数δ的增大而增大；(3)同等强度下，qS波各向异性强度参数γ对横波分裂时差的影 响最大，δ的影响最小。快横波速度只由γ决定，由此可通过快横波速度判断γ的取值范围，而qP波速度由ε决 定，故可通过qP波速度判断ε的取值范围。并且，当ε与δ数值相近时，横波分裂时差随角度没有明显变化趋势，反之，横波分裂时差随极化角度变化呈递增或递减趋势，进而，对表征横波分裂的分裂时差有了深入认识。关键词：横波分裂；各向异性；VTI介质；分裂时差The Quantity Study of The Shear-wave Splitting for The Carbonate Karst ReservoirLi Na，Li Zhenchun，Huang Jianping，Tian Kun，Kong Xue，Liu Yujin（School of Geoscience of China University of Petroleum（East China），Qingdao 266555，China）Abstract：The most diagnostic effect of anisotropy is shear-wave splitting，routine measurements of shear-wave splitting are the delay time between fast and slow wave and the polarization of the fast shear The two measurements of shear-wave splitting in stress-aligned seismic anisotropy reflect the density，width，size，strike of the cracks and the property of the anisotropy To detect the azimuthal attributes in stress-aligned cracks and analyze the rules of the time delay changes with polarization angle and the anisotropic parameters，this paper gets three-component records when VTI media is rotated to different angles in anti clockwise direction，using staggered-grid high-order finite difference with PML absorbing layer The research results shows the following conclusions：（1）From the point view of energy，the fast and slow shear wave are both have strong energy when polarization angle goes to 45°，so we can make it the best angle to observe shear-splitting；（2）At the same time，through comparative analysis between single-waveform and qualitative research，we get that the delay time decreases with increasing εthat characterizing the qP anisotropy intensity，increases with increasing γ that characterizing the qS wave anisotropy intensity and increases with increasing δ that related the velocity of qP wave and qS wave；（3）At the same intensity，γ has the biggest influence on the delay time and δ has the The velocity of the fast shear wave is controlled by γ only，so we can measure γ through the velocity of the fast shear wave，The velocity of the qP wave is controlled by ε only，so we can measure ε throughthe velocity of the qP What's more，the delay time has no noticeable shift when εsand δ have low difference in value，otherwise，the delay time shows increase or decrease All of these help us have deep insight into the time delay of shear-wave Key words：shear-wave splitting；anisotropy；VTI media；time delay1 引言地球介质的各向异性是普遍存在的。研究地震波在各向异性介质中的传播规律与成像方法是地震学 和勘探地震学研究领域的前沿课题。实际地球介质引起地震各向异性的因素很多、成因很复杂。许多地 球物理学家和地震学家通过对地震波在地球介质中的传播现象进行观测，对地震波在各向异性介质中的 传播规律和形成机理方面做了大量的研究工作［1～10］，认识到地球介质存在各向异性；而横波分裂是诊 断各向异性最有效的方法［4］。综合起来，地下岩石的地震各向异性成因主要来源于三个方面：固有各 向异性、裂隙诱导各向异性和长波长各向异性。裂缝诱导各向异性的机制十分复杂，由于受到应力场的作用，岩石中形成择优取向排列的裂缝、裂 隙和孔隙，这些裂缝、裂隙或孔隙可能充满气体或流体等充填物，地震波在裂隙岩石中的传播相当于在 均匀弹性各向异性固体中的传播。通过理论与实验室研究证实，地壳中大多数岩石中存在定向排列的流 体充填的裂隙，可广泛引起横波分裂。随着西部裂缝性碳酸盐岩储层逐步成为石油勘探的重点，基于各向异性的正演模拟方法最近也得到 了长足的发展。Byun（1984）、Tanimoto（1987）、Chapman（1989）等研究了基于Cerveny（1972）的 射线理论，以波动方程的高频近似为前提的射线追踪技术；Mora（1989）、Tsingas等（1990）、Igel等（1995）研究了利用有限差分方法进行各向异性介质地震波正演模拟问题；Kosloff（1989）、Carcione等（1992）研究了伪谱法地震波场正演。在国内，何樵登教授等人采用有限差分法、有限元法、傅里叶变 换法等对各向异性的正演问题进行了的研究［1；牛滨华（1994、1995、1998）利用有限元方法研究了 EDA介质中的地震波场、横波分裂现象和P波各向异性；阴可（1998）、董良国（1999）等在各向异性 弹性波的物理模拟方面做了深入的研究。图1 波在各向同性与各向异性中传播时的三维图解比较[1]对横波分裂的研究，裴正林［16］利用交错网格高阶有限差分 法研究了层状各向异性介质的横波分裂现象；吴松翰等［20］设计 了含垂直定向裂隙的各向异性介质物流模型，研究了分裂横波的 传播速度和传播时间与裂隙方位的关系。郭桂红等［9］利用伪谱法 分析研究了横波分裂时差、偏振方向与裂隙密度及方位的关系。所谓横波分裂，是指横波在各向异性介质中，沿不同方向 的射线路径会分裂成两个偏振方向垂直，速度不同的波，快横 波的偏振与裂隙走向一致，慢横波的偏振方向平行于裂隙的排 列方向。快慢横波的分裂时差是表征横波分裂的主要参数之一。本文从能量角度研究了分裂时差随极化角度的变化规律，同时，通过改变Thomsen弱各向异性参数建立不同的模型，得 到单道波形并从中拾取快、慢横波的峰值时刻进行对比，得到 横波分裂时差与Thomsen参数的关系。2 TTI介质二维三分量弹性波动方程x，y为水平方向（平行于地表），z方向为垂直方向，沿深度走向。具有垂直方向对称轴的VTI（横向各向异性）介质绕x轴旋转得到TTI介质（称为极化各向异性），TTI介质的对称轴与坐标轴z轴 的夹角称为极化角。观测横波分裂现象随极化角的变化需要旋转观测坐标系，但是利用常规二维弹性波数值模拟方法旋 转后仍然无法观测到，这是因为VTI介质模拟的裂隙走向是平行于y方向的，快横波的偏振方向与裂隙 走向一致；因此，本文采用二维三分量的方法，增加了y方向对x，z的偏导，更真实的模拟空间波场。二维三分量用到三维各向异性弹性常数张量矩阵中除了第二行与第二列以外的全部弹性参数，考虑了影 响横波各向异性强度的弹性常数c66，更精确的反映横波分裂现象。设速度向量为v＝（vx，vy，vz）′，体力向量为f＝（fx，fy，fz）′，应力向量为（σxx，σzz，σyz，σxz，σxy）′，ρ 为介质密度， ，于是，TTI介质二维三分量应力-速度弹性波方程可以表示为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集式中，cij表示空间微分算子和弹性常数矩阵Cx中的元素，求取方法如下。三维VTI介质弹性常数矩 阵为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集绕x轴逆时针旋转θ°坐标变换矩阵为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集则旋转后的弹性常数张量矩阵表达式为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集3 模型试算定量观测极化角0°～90°变化对横波分裂时差及能量的影响。均匀横向各向异性模型参数（方位角 90°）：ρ＝1000kg/m3。网格点数300×300，网格大小dx＝dz＝10m，震源主频20Hz，x方向横波震源，震源位置（150，150），接收线：z＝110水平网格线。1 不同模型下横波分裂时差随极化角度变化研究（1）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝1/3，δ＝166875，γ＝25图2～图4为VTI介质绕x轴逆时旋转20°，45°，70°时，在x，y，z分量的炮记录和500ms波场快照。图2 炮记录（旋转20°）；上：x分量；下左：y分量；下右：z分量图3 炮记录（旋转70°）；左：x分量；中：y分量；右：z分量从图2～图4可以看出；(1)当震源偏振方向与介质的对称轴存在一定夹角时，就会产生横波分裂现 象，从波场快照中沿裂隙方向可以明显看到快横波（qS1波）；(2)从炮记录可以看出能量的强弱变化： x，z分量随着极化角从0°到90°变化，快横波逐渐增强，慢横波（qS2波）逐渐减弱，所以45°左右是 观测横波分裂的最佳角度，快慢横波能量相当；(3)另外，从炮记录中还可以看到，每个角度的横波分 裂时差相差不大，没有明显增大或减小的现象。图5为抽取x ＝250网格线的单道波形，得出快慢横波峰值时刻，定量观测横波分裂时差。可以看出除了0°及90°，随着极化角的增大，快横波初至减小，而慢横波初至增大，使得横波分裂 时差增大，时差变化了39ms，呈递增趋势；由单道记录可以看出，qP波初至随极化角增大而减小。图4 旋转45°时炮记录（上）和波场快照（下，t＝500ms）；左：x分量；中：y分量；右：z分量图5（2）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝1，δ＝2，γ＝25从炮记录和500ms炮记录可以看出，依然在极化45°左右时快慢横波的能量对比最强。由图6可见，快慢横波初至均减小，分裂时差总体呈减小趋势，变化最大为6ms，相对上个模型小 了很多，这是因为，虽然横波各向异性强度参数未变，但是联系纵、横波的参数变了，由此影响到横波 的分裂时差；从单道波形上可以明显观测到，由于qP波各向异性强度参数变小，其初至随角度的变化 幅度减小。（3）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝05，δ＝2，γ＝25由图7可见，随着角度增大，分裂时差逐渐减小；由于γ未变，所以快横波的变化趋势同图5（a），6（a）一样；而慢横波峰值时刻随极化角改变减少的多；另外由单道记录可知，qP波初至随角 度增大而减小。图6图7对比图5（b），6（b）及7（b）可知，快横波初至由γ决定，γ不变时，快横波峰值时刻的变化 基本不变；qP波初至由ε决定，慢横波初至由ε，δ共同决定，其初至随极化角度的变化取决于ε，δ 的大小；当两参数数值接近时，慢横波初至变化缓慢；而两参数相差大时，慢横波初至变化明显，随角 度递增或递减，进而影响分裂时差的变化趋势；因此，分裂时差随极化角度的变化趋势可以测定ε，δ 的大小关系，同时，由快横波的初至或峰值时刻可以判断γ的范围。2 极化角为45°时观测ε，γ，δ三个参数变化对横波分裂时差的影响。Thomsen参数：ρ＝1000kg/m3，vp＝2450m/s，vs＝1414m/s，ε＝ 1/3，δ＝ 1/6，γ＝25。ε，γ分别单独由0变化到3，δ在-3～3内变化，观察横波分裂时差随各参数的变化趋势。由图8可见，ε增大，横波分裂时差减小，总幅度为38ms；ε的变化基本未影响快横波的初至，但 是慢横波的初至逐渐减小。另外，由单道波形图可以看出，qP波的初至也逐渐减小，变化较慢横波大，这验证了ε为表征qP波各向异性强度参数。由图9可见，随着δ的增大，分裂时差增大，3ms内增大的幅度为13ms，相对于ε对分裂时差的 影响，δ对分裂时差的影响小了很多；另外，从单道波形可以看到，δ主要影响慢横波，快慢横波初至 均增大而qP波初至减小，但是qP波与快横波的初至变化都很小，在3ms内。图8图9由图10看出，随着γ增大，分裂时差增大，3ms内分裂时差的变化达到138ms；另外，从单道上 可以看出，γ的变化对快横波影响较大，慢横波初至变化很小；其对qP波没有影响，没有引起qP波初 至的变化。图10图11为ε，δ，γ在同等强度（都为1）下，分别与横波分裂时差的关系曲线。图11 同等强度下ε，δ，γ与横波分裂时差的关系由上图可以发现，在同等强度下，γ对分裂时差的影响最大，这是因为γ代表横波各向异性强度，而分裂时差随ε，δ的变化比较平缓。4 结论本文通过二维三分量交错网格高阶有限差分法，对横向各向异性介质不同极化角度下横波分裂时差 的研究，得到如下几点主要认识：(1)ε增大，横波分裂时差减小；qP波与横波的初至均减小，并且ε 只影响qP波与慢横波的初至，对快横波的影响很小，其峰值时刻的变动范围在2ms以内；(2)δ增大，横波分裂时差增大；慢横波初至增大，δ只影响慢横波初至，对qP波和快横波的影响很小，其峰值时 刻的变动范围在3ms以内；(3)γ增大，横波分裂时差增大；快横波初至均增大，且γ只影响快横波初 至，qP波不受影响；同时结合(1)、(2)可知，快横波也只受γ的影响，由此，可以通过快横波的速度来 判断γ，同时，qP波只由ε控制，故可通过qP波的速度判断ε的取值范围，最后由qP波与慢横波速 度确定δ的取值范围；(4)由图11可知，同等强度下，γ对横波分裂时差的影响最大，而ε，δ对其影响 较平缓，当两者数值接近时，分裂时差随极化角变化较小，可能没有递增或递减的现象；当两者数值差 别较大时，随极化角改变剧烈的对分裂时差起主导作用，影响分裂时差的变化趋势，ε使得分裂时差随 角度减小，而δ使其增大；(5)从能量角度，45°左右时观测到的快慢横波的能量对比最强，是研究横波 分裂的最佳角度；x，z分量快慢横波的能量随角度变化呈现一定的规律变化，0°时只观测到相当于慢横 波的波，90°时只观测到相当于快横波的波，因在0°与90°时横波不分裂，两个波的速度相同，称为SV 波，SH波。Crampin［3～5］经过多年理论研究与实践证明，方位各向异性是广泛存在的，常与裂缝有关且伴有横 波分裂现象。对于碳酸盐岩地区，裂缝与渗透率以及油气的聚集和运移密切相关，因此，利用横波分裂 研究碳酸盐岩裂缝具有重要意义。但由于地下裂隙发育层位的厚度通常较小，快慢横波往往混叠在一 起，由此，提取分裂时差与裂隙方位成为难点。本文仅讨论了均匀各向异性介质下分裂时差与裂隙方位 的关系，对于更为复杂的裂隙介质还需要结合能量比法、波形特征最相似法、最小熵旋转法［11］等多种 方法来确定分裂时差，以取得更好的研究效果。参考文献［1］Savage，MKSeismic anisotropy and mantle deformation：what have we learned from shear wave splitting？ Geophysics，1999，37（1），65-［2］Thomsen，LWeak elastic Geophysics，1986，51（10），1954-［3］Crampin，SThe New 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