地震正演模拟.ppt

2007 04 05 1 地震正演模拟 孙建国中国石化石油勘探开发研究院 2007 04 05 2 地震正演模拟 地震正演模拟 物理模拟国内外现状物理模拟基本概念模拟结果地震正演模拟 数学模拟 2007 04 05 3 地震正演模拟 物理模拟 国内外现状物理模拟基本概念模拟结果 2007 04 05 4 大专院校 休斯顿大学 加拿大卡尔加里大学 荷兰德尔福理工大学 英国石油公司 法国石油研究所 Sercel公司 挪威大陆架和石油技术研究所及俄罗斯 日本等国都建立了模型实验室和试验场 勘探难度增加推动方法和技术进步 石油公司 建立了自己的模型实验室和试验场 研究单位 国内外现状 2007 04 05 5 休斯顿大学 AlliedGeophysicalLab 水槽约1 6m 2m 1 2m 固体约1 6m 1 2m 2007 04 05 6 荷兰Delft大学成像与科学实验室 水槽约1 75m 1 75m 1 3m 水中 固体 地震物理模型 建模 2007 04 05 7 荷兰Delft大学成像与科学实验室 超声微型换能器 激光测试系统 2007 04 05 8 澳大利亚Curtin工业大学 高温高压1 2m 0 8m 1m 2007 04 05 9 埃克森石油公司 模型比例6600 1 10 12 3英尺的地质模型 测试范围约4m 4m 3 48 3 66 0 91m模型 模型重量约12吨模型材料费约55万元 2007 04 05 10 国内地震物理模型实验室概况 50年代未到60年代个别单位自制或引进仪器开展声波速度测试等初步研究 78年北京大学地球物理系重建地震物理模型实验室 至90年代初以赵鸿儒为代表 结合教学开展了一系列的基础模型实验 研究范围 天然地震 工程勘探 煤炭石油勘探交通和国防等 研究内容 二维模型中不均匀介质中地震波的传播 各种介质的速度和衰减测试 工程质量检测等 2007 04 05 11 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 2007 04 05 12 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 2007 04 05 13 中石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所 有效测量范围2m 1 5m 0 7m 定位装置 控制系统 模型 2007 04 05 14 石油大学地震物理模型实验室 地震固体物理模型实验系统 控制系统 定位装置 2007 04 05 15 物理模拟物理模拟相似三定理物理模拟的相似准则与相似条件地震物理模拟地震物理模拟的相似准则地震物理模拟的相似原理运动学理论 几何相似原理动力学理论 动力学相似原理 物理模拟基本概念 相似比原理 地震正演模拟 物理模拟 2007 04 05 16 物理模拟 物理模拟是通过物理实验过程对某一科学技术领域中某个过程或现象进行模拟的一种方法模型实验方法 是以相似理论为根据建立模型 通过模型实验得到某些量之间的关系和规律 然后再把它推广到实际对象上 2007 04 05 17 物理模拟相似三定理 相似第一定理 凡彼此相似的现象 必定具有数值相同的相似准则相似第二定理 当一现象由n个物理量的函数关系来表示 且这些物理量中含有k个独立的物理量 即有k种基本量纲 就能得到 n k 个相似准则 描述这一现象的函数关系式 可表示成 n k 个相似准则间的函数关系式相似第三定理 凡具有同一特性的现象 当单值条件彼此相似 且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等 则这些现象必定相似 2007 04 05 18 物理模拟相似第一定理 在相似理论中 将两个物理现象相似定义为 如果在几何相似的物系中 现象进行的是具有同一物理性质的变化过程 而且两个物理现象中各对应的同名物理量之间有固定的比例常数 则称两物理量现象相似 以两质点系的动力学相似为例 说明两物理现象相似的性质 设有两个初始位置几何相似的质点系 各质点上有作用方向对应平行的力 在对应的时间t t 内各质点移动了距离 2007 04 05 19 物理模拟相似第一定理 如果两质点系中对应的同名物理量有固定的比例常数 则根据定义 我们说这两个质点系是相似的 其中 和称为相似常数 由牛顿第二定律我们得出这些相似常数的相互关系 2007 04 05 20 物理模拟相似第一定理 对第一类质点系有 i 1 2 n 对第二类质点系有 i 1 2 n 可得 即 由上可得到 上式表明 相似现象中相似常数不都是可以任意选取的 它们之间存在一定的关系 这是物理现象中各物理量之间有一定的函数关系的原故 称为相似指标 其中 2007 04 05 21 物理模拟相似第一定理 可得 记一般形式为 则有 我们把量群称为相似判据 则相似第一定理可表述为 相似现象的相似指标等于1 或者说相似现象的相似判据相等 可以看出 相似判据是把两相似现象中对应的物理量联系起来是相似模型设计的依据 因此寻求所研究的物理现象有几个相似判据以及每个相似判据的具体形式 是我们研究相似的主要目的之一 如果已知物理现象的物理方程 可以通过分析物理方程方法求得相似判据 如果对物理现象求不出它的物理方程 则可通过量纲分析求得相似判据 2007 04 05 22 其中为该物理现象的k个基本物理量 故可选取k个基本单位 物理模拟相似第二定理 在相似当所研究的物理现象求不出它的物理方程时 可以利用量纲分析方法求得该物理现象的相似判据 相似第二定理 证明了描述一个具体的物理现象有几个独立的相似判据 设物理现象的物理方程为 k个基本量纲表示为 其余n k个导出物理量的量纲可表示为 根据基本单位可以任意选取的性质 我们这样地变换基本单位的大小 使变换后j1的单位增大到j1倍 j2的单位增大到j2倍 jk的单位增大到jk倍 则采用变换后的单位各物理量的数值为 2007 04 05 23 物理模拟相似第二定理 根据量纲公式 各量群都是无量纲的 记为 则有 2007 04 05 24 物理模拟相似第二定理 按照量纲的齐次性 采用变换后的单位系统 物理方程仍可写成 为方便起见 改写为 这就证明了相似第二定理 把由个物理量构成的物理方程无量纲化为个无量纲群的关系式 使物理方程的变数减少了 这就大大地简化了问题地理论研究工作 2007 04 05 25 物理模拟相似第三定理 在两现象相似 它们必须是发生在几何相似物系中同一类物理现象 因此系统的几何相似和物理方程文字结构相同是两物理现象相似的一个必要条件 物理方程可以转换成判据方程 相似现象的判据方程完全相同 要使两现象的判据方程完全相同 只要使它们的决定判据 单值量判据 相等即可 因此决定判据相等是两现象相似的另一个必要条件 但是两个必要条件还不足以判别现象相似 因为同一物理方程 或者说同一判据方程可以描述一系列同类的物理现象 要描述某以特定的物理现象还需要有把该物理现象与同类物理现象区别出来的单值条件 因此单值条件相似则是两现象的充分条件 2007 04 05 26 物理模拟相似第三定理 一般固体力学问题单值条件相似包括 1 边界条件相似 包括支承 或约束 条件相似 即支承地形式 支承的相对位置相似 荷载的形式和作用相对位置相似等 2 物理参数相似 即对应的同类已知物理量的比例常数相同 例如弹性体内各点的弹性常数 等等 对于动力学问题单值条件还应包括 3 时间相似4 初始条件相似 即初始几何位置 初始速度相似等 总之相似第三定理可归纳未 发生在几何相似物系中的物理现象 服从同一物理方程 单值条件 单值量对应成常数比例 单值量判据相等 则现象相似 相似第三定理给出使现象相似的必要和充分条件 这是设计相似模型的依据 2007 04 05 27 物理模拟相似准则的导出 以量纲分析方法讨论动力学相似为例 描述动力相似现象的物理量的函数为 式中 为应力 为挠度 为集中力 t为时间 Z为摩擦系数 为密度 L为任一线性长度 包括长 宽 高 E为弹性模量 项的指数式为 列出量纲矩阵 写出指数的联立方程组求解 可得到动力学相似问题的相似准则 即 上式即为动力学相似问题的最基本的相似准则 由此可以导出一系列相似准则来 2007 04 05 28 物理模拟的相似条件 物理模拟的几何相似 时间相似 运动相似 动力相似和材料相似等相似准则导出如下 由相似准则中 代入相应的相似倍数得 上式表明 在动力相似模型实验中 模型材料 几何相似倍数 力相似倍数以及时间相似倍数四个量 只有两个量可以任意选取 另两个则随之而定 由上式 也可得到其它物理量的相似倍数 式中 为力相似倍数 为密度相似倍数 为弹性模量相似倍数 为时间相似倍数 为几何相似倍数 频率相似倍数 速度相似倍数 加速度相似倍数 边界摩擦系数的相似倍数 2007 04 05 29 地震物理模拟 地震物理模拟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作成物理模型 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模拟的一种地震模拟方法 2007 04 05 30 地震物理模拟的相似准则 进行地震物理模型是以无量纲波动方程的不变性为基础 以几何参数 物理参数的相似性为准则的 一般正确模拟地震波传播的物理过程和现象应考虑下述原则 二者物理过程服从同一自然规律 可以用相同的物理方程描述 描述模型与原型的物理量应相似 模型与原型的空间条件和时间条件应相似 2007 04 05 31 地震物理模拟的基本控制方程 模型和原型在均匀各向同性介质中波的传播 都遵循弹性波动方程等基本控制方程 用带下标m的字母代表模型介质的参数 在模型介质中的波动方程为 2007 04 05 32 地震物理模拟的相似准则 定义某一个量原型的值与模型值之间的相似常数为两者比值或比例尺时 则模型介质与实际介质各参数的相似比有相应的单值 考虑几何相似性 有 将上面的常数关系式代入基本控制方程 得 2007 04 05 33 地震物理模拟的相似准则 按照相似原则 原型与模型的基本控制方程中的同名物理量应当相似 即它们之间存在一定的相似比 设 ML Mt MV和分别为空间 L为几何尺度 x y z为空间坐标 时间 波速和波动位移势函数的相似比 代入基本控制方程 可以导出ML 2007 04 05 34 地震物理模拟的相似准则 欲使上式与基本控制方程一等价 必须有 上式中 分别为模型和原型中波长 为波长相似比 于是有 以上两式就是地震模型实验在模拟均匀 各向同性介质中的地震波传播时所要考虑的相似准则 前者明确提出了在波动方程成立的前提下的时间 空间和介质物性三方面的要求 并表明在介质物性方面只要考虑波速相似即可 后者则指明了模型尺度相似比与波长相似之间的关系 为模型设计提供了依据 2007 04 05 35 地震物理模拟的相似原理 从几何参数 物理参数两个方面相似性考虑 也就是波在模型和实际介质中传播的运动学特征和动力学特征都应当具备相似性几何相似原理 几何尺寸 波长 频率 传播时间成比例动力学相似原理 弹性参数 密度 吸收衰减系数等相等或相似 2007 04 05 36 地震物理模拟运动学理论 几何相似原理 当波在模型介质和实际介质中传播速度相同时 分别代表速度 频率 波长 下标m代表模型 则有 即 模型介质与实际介质的尺度比 传播时间比 波长比 频率的反比 2007 04 05 37 地震物理模拟运动学理论 几何相似原理 当波在模型介质和实际介质中传播速度不同时 则有 即 模型介质与实际介质的尺度比 速度比 传播时间比 频率的反比 速度比 波长比 2007 04 05 38 地震物理模拟动力学理论 动力学相似原理 当波在声学介质中传播时 声波方程为 要保持波的动力学特征必须满足模型介质和声学介质的弹性常数和介质密度相等或相似 2007 04 05 39 地震物理模拟动力学理论 动力学相似原理 当波在弹性介质中传播时 弹性波方程为 要保持波的动力学特征必须满足模型介质和弹性介质的拉梅弹性常数和介质密度相等或相似 2007 04 05 40 地震物理模拟动力学理论 动力学相似原理 当波在介质饱含流体的双相介质中传播时 双相介质弹性波方程为 要保持波的动力学特征必须满足模型介质和双相介质的弹性常数 衰减系数b和介质密度相等或相似 2007 04 05 41 实际 模型 2007 04 05 42 几种常用相似比因子组合 2007 04 05 43 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 2007 04 05 44 实验室装备 现有地震物理模型实验系统 2007 04 05 45 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物理模型 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 2007 04 05 46 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 2007 04 05 47 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测等石油天然气勘探 开发工作中发挥重要的作用 2007 04 05 48 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 2007 04 05 49 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 地震物理模型数据采集系统框图 2007 04 05 50 三维定位与采集系统 控制系统 2007 04 05 51 动态光弹物理模拟实验装置 2007 04 05 52 激光超声物理模拟实验装置 2007 04 05 53 系统的硬件框图 超声发射接收方式 现实高稳定性 高保真度 大瞬时动态范围 2007 04 05 54 实验所用不同的观测系统示意图 常用观测系统 2007 04 05 55 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 2007 04 05 56 定位系统 定位系统用来确定炮点和检波点的位置 其精度影响着测试数据的成像三种定位系统手工定位 精度为0 5mm拉线定位 精度为0 1mm丝杆定位 精度为0 05 0 005mm 2007 04 05 57 拉线定位 丝杆定位 几种定位系统 大型三维坐标定位仪特点 X Y和Z方向最大可移动范围230 230 100 每个坐标的空间精度为小于0 1mm Z轴可承受压力 2007 04 05 58 定位系统工作方式 定位系统的功能就是把震源和接收器正确地放在系统的各个位置上 实验室采用单发单收的数据采集方式 通过重复放炮并移动接收器的位置来完成与野外一炮多道相同的测线记录方式 与信号采集系统配合可有两种工作方式 行进和步进模式 行进模式是指定位系统在移动中进行数据采集 步进模式是定位系统每走一步 停顿一下 采集一次数据 2007 04 05 59 行进模式采集速度快但定位精度有误差 步进模式定位精度高数据采集速度慢 行进模式采集时要精确计算出移动距离与采集时间之间的关系 否则会出现较大的误差 震源和接收器分另装在两套三维定位装置上 两者不能交叉使用 它限制了全方位的三维观测系统设计采集 只能采用分区采集 目前的定位系统 采用行进模式采集时最快在5 10道 秒 平均采集速度约10000道 小时 2007 04 05 60 数据采集系统 发射和接收仪器 由脉冲发射器和信号衰减放大器和模数转换器组成 震源和接收器使用超声换能器 实验室没有现成的发射和接收仪器系统现有仪器的来源 1 使用组合仪器2 借用超声检测领域中的仪器3 自己研制 2007 04 05 61 脉冲信号发生器 由电子振荡器产生一个高压电脉冲信号 同时还产生一个同步触发信号 或电平 给接收器 脉冲信号发生器的主要性能考虑几个指标 1 信号稳定性 包括幅度和同步 2 脉冲前后沿陡度 越陡越好 3 脉宽可调 最佳指标为 脉冲信号幅度 大于100伏 幅度从10伏到最大可调脉宽可调范围 0 1 5微秒 分段分档可调 脉冲上升时间 10 20纳秒 能同时满足这三条不太容易 国内很少见到此类产品 2007 04 05 62 脉冲信号发生器 专用仪器 自己研制 2007 04 05 63 国外脉冲发射和接收仪 2007 04 05 64 12个换能器排置方式 多路 16 接收转换器 多道采集系统 2007 04 05 65 A D模数转换器 16位 10MHz23位 10MHz23位 20MHz 最新仪器 2007 04 05 66 地质模型制作技术 与数学模拟中的地质构造和速度建模一样 在地震物理模拟实验中地质模型的构制也是一个十分重要的工作 三维地震物理模型的地质模型制作是在整个地震物理模拟技术中最难解决的问题之一 实际地层由不同岩性组成 其速度和密度的变化范围很大 除岩石本身外 实验室内很难找到速度和密度可任意变化的材料来模拟各种地层 另一方面 即使具有速度等参数合适模型材料 但要加工成各种地质构造的形态也不是一件易事 所以 构制地震物理模型中的地质模型分两个部分 一是材料的选择 二是模型形态的制作 2007 04 05 67 不同速度的模型混合材料研究 目前解决模型材料问题主要有二个途径 1 寻找各种工业或建筑材料 积累已有的各种材料的声学和弹性数据库 2 开发研制一些复合材料 形成不同的速度系列 材料中形态易加工的有各种树脂 硅橡胶 石蜡 石膏等 其中 速度变化可控的复合材料是最理想的三维地质模型制作材料 因为这种速度的变化可通过不同的配比来控制 通过对大量不同的复合材料研究和实验声学参数的测试表明 环氧树脂与硅橡胶类之间的复合仍是一种较合适的模型材料 值得注意的是有些速度变化的复合材料 制作是时并不能完全实现化学上的复合 主要还是物理上的混合 所以在制作时要有一定的设备和工艺技巧 2007 04 05 68 各种工业或建筑材料 工业和建筑材料的种类很多 速度和密度的范围相差也很大 固体材料用来构建地质模型时会遇到两个困难 1 形态加工2 层间胶接普通的液态固化材料遇到困难是1 固化时间长2 不均匀性3 速度和密度变化范围不均等 2007 04 05 69 复合材料 复合材料是根据不同性能的材料物理或化学的方法把两种或多种材料混合而成的一种材料 材料中形态易加工的有各种树脂 硅橡胶 石蜡 石膏等 其中 速度变化可控的复合材料是最理想的三维地质模型制作材料 因为这种速度的变化可通过不同的配比来控制 通过对大量不同的复合材料研究和实验声学参数的测试表明 环氧树脂与硅橡胶类之间的复合仍是一种较合适的模型材料 2007 04 05 70 实验材料 2007 04 05 71 转换波数据采集的实验研究 不同速度材料的纵横波速度和幅度 不同复合材料的纵横波速度 2007 04 05 72 复合材料地质模型材料 2007 04 05 73 真空搅拌机 2007 04 05 74 模型形态测试仪 测试范围1000 600 800mm 精度0 07mm 2007 04 05 75 2007 04 05 76 模型制作工艺 2007 04 05 77 起伏地表物理模型的半成品照片 模型制作 2007 04 05 78 快速成型技术 三维实体喷墨打印机 2007 04 05 79 换能器 2007 04 05 80 适用于平观测面 直径1CM 适用于起伏地表 直径2MM 微型超声换能器 2007 04 05 81 超声换能器 2007 04 05 82 2007 04 05 83 微型换能器结构 2007 04 05 84 2007 04 05 85 换能器脉冲响应研究 市场换能器 自行研制换能器 2007 04 05 86 换能器方向性研究 压电陶瓷球形换能器 复合材料换能器 2007 04 05 87 换能器大小研究 170KHz 500KHz 2007 04 05 88 起伏地表物理模拟 应用条件 沿面曲线运动 2007 04 05 89 解决方法 减小换能器接触面 用球壳状晶片 负面影响 激发接收能量减小 负面影响 能量减小 子波相位增加 起伏地表物理模拟 采用在探头上增加触点开关 压力检测和相应测量电路的方法 为起伏地表物理模型的数据采集和高程测量同步进行提供了行之有效的方法 实验采集数据具有可靠保证 同时展示实际应用实验成果 实验证明该实验系统完全适用于起伏地表地震物理模拟实验 2007 04 05 90 起伏模型的高程测量方法 定位系统高程测量实现 采用触点控制方式 高程测量 数据采集 同步进行 高程测量原理图 压力检测 2007 04 05 91 起伏地表地震物理模拟数据采集 2007 04 05 92 起伏地表地震物理模拟数据采集 2007 04 05 93 模拟起伏地表地震物理模型剖面图及参数 模拟结果 2007 04 05 94 起伏地表物理模型的半成品照片 模型制作 2007 04 05 95 地表高程模拟 长度比例尺1 40000物理模型起伏地表形态 最高30mm 最低5mm 高差25mm 横向长度250mm相当于野外的起伏地表 最高1200m 最低200m 高差1000m 横向长度20000m 2007 04 05 96 物理模型的实验数据叠加剖面 水平面观测 CDP ms 观测系统示意图 发射接收 水 2200m s 2400m s 2400m s 1500m s 3 2cm 2007 04 05 97 水中起伏界面观测 CDP s 物理模型的实验数据叠加剖面 2007 04 05 98 起伏模型表面观测 物理模型的实验数据叠加剖面 CDP s 2007 04 05 99 水平面观测偏移剖面水中起伏面观测偏移剖面起伏表面观测偏移剖面 3种观测结果 2007 04 05 100 缝洞储层地震物理模拟 根据材料设计的要求 选择适当的反应剂 气相 液相或固相 在适当的温度下 借助于基体和它们之间的物理化学反应 原位生成分布均匀的第二相或称为增强相 它能显著改善材料中两项界面的结构状况 2007 04 05 101 多孔灰岩露头样品 致密灰岩露头样品 2007 04 05 102 多孔灰岩露头局部反大 致密灰岩露头局部反大 2007 04 05 103 有机玻璃中激发有机玻璃中接收 速度 2600m s厚度50mm 模拟野外500m us 实验子波 相当于野外致密岩性激发和接收记录 反射P多次 2007 04 05 104 us 低速带中激发 有机玻璃中接收 有机玻璃速度 2600m s厚度50mm 模拟野外500m低速带速度 1800m s 厚度0 5mm 模拟野外5m 实验子波 相当于野外表层激发 致密岩性接收记录 直达纵波 反射P 转换波 面波 2007 04 05 105 灰岩中激发 灰岩中接收 致密灰岩速度 6630m s厚度100mm 模拟野外1000m 实验子波 透射纵波 透射横波 透射纵波多次 us 100mm 相当于野外破碎灰岩激发和接收记录 2007 04 05 106 低速带中激发 灰岩中接收 实验子波 透射纵波 透射横波 透射纵波多次 100mm 低速带速度 1500m s 厚度1mm 模拟野外10m致密灰岩速度 6630m s厚度100mm 模拟野外1000m 相当于野外表层激发 破碎灰岩中接收记录 2007 04 05 107 低速带中激发 灰岩中接收 低速带中激发透射的道集记录 实验子波 透射纵波 透射横波 透射纵波多次 低速带速度 1500m s 厚度3mm 模拟野外30m致密灰岩速度 6630m s厚度100mm 模拟野外1000m 100mm 2007 04 05 108 低速带中激发 灰岩中接收 低速带中激发多孔灰岩透射的 放大增益 道集记录 实验子波 透射纵波 透射横波 透射纵波多次 90mm 低速带速度 1500m s 厚度1mm 模拟野外10m多孔灰岩速度 6400m s厚度90mm 模拟野外900m 2007 04 05 109 岩溶储层地震响应特征 放空0 5m求产 203d t 放空1 4m求产 204t d 酸压求产 479t d 2007 04 05 110 洞缝体地震波场模拟 2007 04 05 111 模型平面图 测线截面图 模拟孔 缝物理模型截面示意图 K 3模型 不同孔洞缝物理模型超声观测 分析地震反射特征 超声模型的定比观测 2007 04 05 112 K 3模型记录 K 3模型叠加剖面 K 3模型偏移剖面 叠加剖面上有绕射波 叠加剖面上有绕射波 偏移剖面上有串珠状反射 偏移剖面上有串珠状反射 偏移剖面上有串珠状反射 2007 04 05 113 孔洞物理模型叠加和偏移剖面 加反褶积 孔洞造成白烟囱状 孔洞尺度稍大时 利用底部弱反射或振幅变化率研究上部孔洞体的存在 2007 04 05 114 奥陶系孔洞储层物理模型 K 4模型 K 5模型 2007 04 05 115 模拟奥陶系储层物理模型 含有孔洞 2007 04 05 116 奥陶系孔洞储层物理模型 不含孔洞 2007 04 05 117 裂缝物理模型叠加和偏移剖面 叠加剖面上有绕射波 不同缝洞物理模型定比超声观测 分析地震反射特征 偏移剖面上出现杂乱相 低部出现有杂乱干扰相 2007 04 05 118 垂直裂缝带观测 2007 04 05 119 垂直裂缝带观测 2007 04 05 120 P波通过垂直裂缝体后 与均匀介质相比 均表现为振幅降低 速度减小 频率衰减 时差变长等综合响应特征 波形及属性变化带往往与裂缝发育过渡带对应 裂缝体反射P波波形及属性变化较明显 垂直裂缝带模型自激自收观测 2007 04 05 121 垂直裂缝物理模型观测 深度M时间MS 观测方式 道间距10m 炮间距离20m 最小偏移距200m 最大偏移距1390m 接收道数120 共150炮 样点10000 采样0 5ms 记录长5s 目标 不同观测点距下裂缝的响应 不同密度裂缝可能对地震波波场的影响 2007 04 05 122 观测点距 5m 7 5m 10m Htop Hbootm 2007 04 05 123 30m 35m 40m 观测点距 绕射能量发生变化 2007 04 05 124 Htop Htop正相位 Htop后续负相位 裂缝模型顶部振幅与不同观测点距变化图 2007 04 05 125 地震正演模拟 数学模拟 2007 04 05 126 数值模拟 地震波传播理论 岩石物理 数据采集 理论指导 物性参数 研究传播规律 指导设计观测系统 地震解释 验证 数据处理 地震反演 提供理论数据试验处理流程 提供正演方法 地震波传播数值模拟应用领域 2007 04 05 127 装备 地震波场数值模拟计算系统地震波场数值模拟计算集群计算机系统海量计算 特殊配置 大内存和磁盘配置 南方三维模型弹性波场计算1000CPU约需3年 2007 04 05 128 地震波场数值模拟计算系统配置规模计算参考依据网格划分规模 每炮计算模型规模内 4000万 500 x400 x2002亿 1000 x500 x40010亿 1000 x1000 x100040亿 2000 x2000 x1000内存需求 74字节 网格点 弹性波 18 5 声波 计算需求 0 5x10 6秒 时间步 网格点 安腾2 1 4GHz 其它计算参数样点数 3000个 1毫秒采样 2007 04 05 129 配置规模测算内存 16 32GB节点数 2亿网格 100个CPUx30天 800炮10亿网格 100个CPUx34天 200炮 2007 04 05 130 地震模拟数据存储管理系统数据内容岩石物理测试数据地震波场物理模拟数据 地震记录地震波场数值模拟数据 地震记录 波场快照模型 计算或模拟参数磁盘阵列存储系统容量 50 100TB数据库管理系统服务器数据库管理软件 2007 04 05 131 IFP SEG EAEG推出的国际标准模型 Marmousi模型 二维声波传播数值模拟 2007 04 05 132 右图模拟记录具有更高的精度 更小的数值频散 更高的分辨率 波场更加丰富 Marmousi模型第110炮 左 IFP 右 同济大学 2007 04 05 133 SEG EAEG提供的正演数据 不同Marmousi模型模拟数据叠前深度偏移结果比较 同样的偏移方法 同济大学提供的正演数据 局部构造更加清晰 如岩性尖灭 目标油气藏 小断块等 说明同济的模拟方法具有精度高 频散小的特点 2007 04 05 134 SEG EAEG三维盐丘模型 三维声波传播数值模拟 2007 04 05 135 SEG 同济 切除 AGC 炮点位于 7220 7540 m时模拟结果对比 在模拟精度 数值频散等方面优于SEG结果 2007 04 05 136 地质模型 二维弹性波传播数值模拟 2007 04 05 137 垂直分量 水平分量 2007 04 05 138 纵波 横波 宽频带 高精度 2007 04 05 139 垂直分量振幅谱 频带宽 低频成分丰富 2007 04 05 140 T 400ms T 1100ms 垂直分量 二维起伏地表弹性波传播数值模拟 2007 04 05 141 T 400ms T 1100ms 水平分量 2007 04 05 142 垂直分量 水平分量 2007 04 05 143 波场分析 单炮记录叠加 偏移剖面波场快照 介质内部波场传播规律研究 2007 04 05 144 高性能三维可视化系统地震模型三维可视化地震记录分析地表波场快照分析 动态 平面地下波场快照分析 动态 平面 立体海量数据动态分析 立体1 10TB级平面10GB级 2007 04 05 145 地质模型可视化 2007 04 05 146 地震波场动态化分析 2007 04 05 147 地震模拟波场分析系统 双通道CADWall系统 单通道VRWorkroom系统 2007 04 05 148 数学模型 通南巴地区 160炮 每炮120道 道距40米 单边激发 记录长度5s 采样率1ms 偏移距 80 4840 地形最大高差 1485m 速度范围 1750 6750m s 弹性波数值模拟炮道集 二维数值模拟 野外实际炮道集 初至p波 反射p波 面波 地表散射 2007 04 05 149 S波记录 P波记录 弹性波模拟 二维数值模拟 2007 04 05 150 弹性波模拟 声波模拟 二维数值模拟 初至波 反射波 2007 04 05 151 地形最大高差 275m地表速度范围 4400 5157m s全模型速度范围 4400 7113m s 数学模型 黔中凯里地区 2007 04 05 152 共有12束线 束线距200m每束线6线接收 8炮激发 121 6道接收道距50m 线距200m 炮点距50m 炮线距300m总炮数 3456记录长度2s 采样间隔1ms面元大小25m 25m 满覆盖60次单次覆盖 34 65km2 满覆盖 13 2km2 黄线内为满覆盖区域 三维数值模拟 数学模型 黔中凯里地区 2007 04 05 153 X分量 2007 04 05 154 Y分量 2007 04 05 155 V分量 2007 04 05 156 P波记录 2007 04 05 157 3D波场模拟计算耗时对比表 每炮计算网格点数 24 192 000所需内存 1 8Gb单炮计算时间 697 7分钟单炮覆盖面积 4 29km2总炮数 2400CPU数 40总时间 约30天 弹性波 每炮计算网格点数 2