地震波的速度及衰减模拟分析方法及装置与流程
本申请涉及地球物理勘探中地震波的速度和能量衰减分析技术领域，尤其是涉及一种地震波的速度及衰减模拟分析方法及装置。
背景技术：
在地震勘探中，实际地震资料中地震波速度衰减的分析至关重要，而基于等效介质建模的速度衰减分析技术是其中的重要方法。当地震波在裂缝-孔隙岩石中传播时，其频散和衰减的主要原因是由于地震波经过时储层质点所产生的流固相对运动(波致流)，而一组紧密定向排列的裂缝又会导致储层具有等效的横向各向同性(ti)介质的特性。因此，裂缝孔隙性岩石中的流固相对运动和裂缝定向排列导致地震波的速度衰减与频率和入射角度密切相关，需要建立符合实际的裂缝-孔隙岩石模型，并基于该模型，对介质的速度和频散进行分析。
介观尺度(观测尺度远大于孔隙尺寸，远小于地震波长)下的波致流被认为是地震频带下地震波频散和衰减的主要原因，目前可以分为两类：第一类是由于裂缝和孔隙内所充填的流体弹性属性差异所导致的，第二类是由于裂缝和孔隙在固体弹性属性方面的差异造成的。目前的大多数岩石模型都是将这两种情况分开讨论的，但在实际储层中，两种类型衰减机制是同时存在的，因此，基于目前现有的方案难以客观反映地下介质对地震波速度和能量衰减的影响。
技术实现要素：
本申请实施例的目的在于提供一种地震波的速度及衰减模拟分析方法及装置，以客观反映地下介质对地震波速度和能量衰减的影响。
为达到上述目的，本申请实施例提供了一种地震波的速度及衰减模拟分析方法，包括以下步骤：
建立工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型；
在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵；所述弹性系数矩阵包括所述介质在各个方向的弹性系数；
根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度；
根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度。
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法，所述建立目标工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型，包括：
确定工区内固体介质的弹性模量和密度；所述固体介质包括第一固体介质和第二固体介质；
确定所述第一固体介质的孔隙度，在向所述第一固体介质内引入孔隙空间后，向所述孔隙空间内填充第一流体，形成饱和孔隙岩石模型；所述第一流体具有第一体积模量和第一密度；
确定所述第二固体介质的裂缝体积百分比，在向所述第二固体介质内引入特定体积模量的裂缝空间后，向所述裂缝空间内填充第二流体，形成饱和裂缝岩石模型；所述第二流体具有第二体积模量和第二密度。
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法，所述在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵，包括：
当地震波在所述介质中的频率为低于下限频率的低频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取低频下所述介质的第一弹性系数矩阵；
当地震波在所述介质中的频率为高于上限频率的高频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取高频下所述介质的第二弹性系数矩阵；
当地震波在所述介质中的频率为介于所述下限频率和所述上限频率之间中频时，在垂直于裂缝面方向上，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取中频下所述介质在垂直于裂缝面方向上的纵波弹性模量；
根据公式
其中，
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法，所述根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度，包括：
将中频下所述介质的第三弹性系数矩阵代入以下公式获得地震波在所述介质中传播的复速度：
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法，所述根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度，包括：
根据公式
其中，vp'(ω,θ)为地震波在所述介质中的纵波速度，vs'v(ω,θ)为地震波在所述介质中的横波复速度，qp-1(ω,θ)为纵波在所述介质中的逆品质因子，qsv-1(ω,θ)为横波在所述介质中的逆品质因子，real表示实部，image表示虚部。
另一方面，本申请实施例还提供了一种地震波的速度及衰减模拟分析装置，包括：
岩石模型建立模块，用于建立工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型；
弹性系数获取模块，用于在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵；所述弹性系数矩阵包括所述介质在各个方向的弹性系数；
复速度获取模块，用于根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度；
速度及逆品质因子获取模块，用于根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度。
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置，所述建立目标工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型，包括：
确定工区内固体介质的弹性模量和密度；所述固体介质包括第一固体介质和第二固体介质；
确定所述第一固体介质的孔隙度，在向所述第一固体介质内引入孔隙空间后，向所述孔隙空间内填充第一流体，形成饱和孔隙岩石模型；所述第一流体具有第一体积模量和第一密度；
确定所述第二固体介质的裂缝体积百分比，在向所述第二固体介质内引入特定体积模量的裂缝空间后，向所述裂缝空间内填充第二流体，形成饱和裂缝岩石模型；所述第二流体具有第二体积模量和第二密度。
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置，所述在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵，包括：
当地震波在所述介质中的频率为低于下限频率的低频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取低频下所述介质的第一弹性系数矩阵；
当地震波在所述介质中的频率为高于上限频率的高频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取高频下所述介质的第二弹性系数矩阵；
当地震波在所述介质中的频率为介于所述下限频率和所述上限频率之间中频时，在垂直于裂缝面方向上，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取中频下所述介质在垂直于裂缝面方向上的纵波弹性模量；
根据公式
其中，
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置，所述根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度，包括：
将中频下所述介质的第三弹性系数矩阵代入以下公式获得地震波在所述介质中传播的复速度：
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置，所述根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度，包括：
根据公式
其中，vp'(ω,θ)为地震波在所述介质中的纵波速度，vs'v(ω,θ)为地震波在所述介质中的横波复速度，qp-1(ω,θ)为纵波在所述介质中的逆品质因子，qsv-1(ω,θ)为横波在所述介质中的逆品质因子，real表示实部，image表示虚部。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例首先建立工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型；其次在设定条件下，将饱和裂缝岩石模型嵌入至饱和孔隙岩石模型中，以获取介质的弹性系数矩阵；弹性系数矩阵包括介质在各个方向的弹性系数；然后根据介质的弹性系数矩阵确定地震波在介质中传播的复速度；从而根据复速度确定介质的逆品质因子以及地震波在所述介质中传播的速度，其中逆品质因子反映了地震波的能量在介质中的衰减程度，因此，本申请实施例能够同时考虑两种衰减机制对地震波速度和衰减的影响。因此，本申请实施例获得的分析结果可以更加客观地反映地下介质对地震波速度和能量衰减的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法的方法流程图；
图2a-2c为本申请一实施例中垂直裂缝面方向纵波衰减结果(2b)与现有技术所用模型计算的结果(2a)、(2c)的对比图；
图3a-3b分别为本申请一实施例中纵波速度在入射角为30°时随频率的变化曲线(3a)和主频为30hz时随入射角的变化曲线(3b)；
图4a-4b分别为本申请一实施例中纵波衰减在入射角为30°时随频率的变化曲线(4a)和主频为30hz时随入射角的变化曲线(4b)；
图5为本申请一实施例中纵波速度随频率和入射角的变化曲线；
图6为本申请一实施例中纵波衰减随频率和入射角的变化曲线；
图7a-7b分别为本申请一实施例中横波速度在入射角为30°时随频率的变化曲线(7a)和主频为30hz时随入射角的变化曲线(7b)；
图8a-8b分别为本申请一实施例中横波衰减在入射角为30°时随频率的变化曲线(8a)和主频为30hz时随入射角的变化曲线(8b)；
图9为本申请一实施例中横波速度随频率和入射角的变化曲线；
图10为本申请一实施例中横波衰减随频率和入射角的变化曲线；
图11为本申请一实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参考图1所示，本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法包括以下步骤：
步骤s101、建立工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型。
在本申请的一个实施例中，所述建立目标工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型可以包括如下步骤：
首先，确定工区内固体介质的弹性模量和密度ρg；所述固体介质包括第一固体介质和第二固体介质。其中，所述固体介质的弹性模量可以包括体积模量kg和剪切模量μg。
然后，确定所述第一固体介质的孔隙度φm，在向所述第一固体介质内引入孔隙空间后，向所述孔隙空间内填充第一流体，形成饱和孔隙岩石模型；所述第一流体具有第一体积模量kfb和第一密度ρfb。
然后，确定所述第二固体介质的裂缝体积百分比υc，在向所述第二固体介质内引入特定体积模量lc的裂缝空间后，向所述裂缝空间内填充第二流体，形成饱和裂缝岩石模型；所述第二流体具有第二体积模量kfc和第二密度ρfc。
在本申请另一实施例中，还可以通过引入裂缝流固模量比f＝kfc/lc，对裂缝参数进行简化，并在此基础上形成饱和裂缝岩石模型。
需要说明的是，在本申请实施例中，饱和孔隙岩石模型和饱和裂缝岩石模型并无顺序要求。
步骤s102、在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵；所述弹性系数矩阵包括所述介质在各个方向的弹性系数。
在本申请的一个实施例中，所述在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵，可以包括：
当地震波在所述介质中的频率为低于下限频率的低频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取低频下所述介质的第一弹性系数矩阵
当地震波在所述介质中的频率为高于上限频率的高频时，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取高频下所述介质的第二弹性系数矩阵
当地震波在所述介质中的频率为介于所述下限频率和所述上限频率之间中频时，在垂直于裂缝面方向上，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取中频下所述介质在垂直于裂缝面方向上的纵波弹性模量；
根据公式
其中，
在本申请的一个实施例中，可基于孔隙弹性backus理论将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中。其中，孔隙弹性backus理论是在弹性backus理论的基础上发展起来的，用以满足孔隙介质建模的需求。
步骤s103、根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度。
在本申请的一个实施例中，所述根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度，可以包括：
将中频下所述介质的第三弹性系数矩阵代入以下公式获得地震波在所述介质中传播的复速度：
步骤s104、根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度。
在本申请的一个实施例中，所述根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度，可以包括：
根据公式
其中，vp'(ω,θ)为地震波在所述介质中的纵波速度，vs'v(ω,θ)为地震波在所述介质中的横波复速度，qp-1(ω,θ)为纵波在所述介质中的逆品质因子，qsv-1(ω,θ)为横波在所述介质中的逆品质因子，real表示实部，image表示虚部。其中，逆品质因子反映了地震波的能量在介质中的衰减程度。
由于本申请实施例得到了中频下所述介质的完整的弹性系数矩阵cij，因此，本申请实例除了能够获得纵波速度和衰减随频率的变化，还能计算纵波速度和衰减随入射角的影响。即，本申请实施例可以得到纵、横波在所述介质内传播的速度和能量衰减随频率ω和入射角θ的变化。例如在本申请一个示例性实施例中，如图3a-3b，图4a-4b，图5-图6，图7a-7b，图8a-8b，以及图9-图10所示。
如图2a-图2c所示，在本申请一个示例性实施例中，图2b是基于本申请实施例的垂直裂缝面方向纵波衰减结果；图2a是采用现有white模型的纵波衰减结果，该模型仅考虑了介质中流体属性差异所产生的第一类衰减机制，随着频率的增大，其衰减曲线呈现先增大再减小的过程；图2c是采用现有brajanovski模型的纵波衰减结果，该模型仅考虑了介质中裂缝和孔隙固体属性差异所产生的第二类衰减机制，随着频率的增大，其衰减曲线呈现先迅速增大、再平缓增加、最后逐渐减小的趋势。而从图2b中可以看出，随着频率的增大，基于本发明所建立的模型得到的纵波衰减同时具有两类衰减机制的曲线特点。当裂缝流固模量比f较小时，呈现第一种衰减机制的曲线特点；随着f的逐渐增大，衰减曲线从第一种类型逐渐向第二种类型转化；当f较大时，呈现第二种衰减机制的曲线特点。
从上述的对比分析中可以看出，本申请实施例能够同时考虑两种衰减机制对地震波速度和衰减的影响，且能够对纵、横波速度随频率和入射角的变化同时进行分析，实际应用范围更广。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
参见图11所示，本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置，可以包括：
岩石模型建立模块111，可以用于建立工区内介质的饱和孔隙岩石模型及饱和裂缝岩石模型；
弹性系数获取模块112，可以用于在设定条件下，将所述饱和裂缝岩石模型嵌入至所述饱和孔隙岩石模型中，以获取所述介质的弹性系数矩阵；所述弹性系数矩阵包括所述介质在各个方向的弹性系数；
复速度获取模块113，可以用于根据所述介质的弹性系数矩阵确定地震波在所述介质中传播的复速度；
速度及逆品质因子获取模块114，可以用于根据所述复速度确定所述介质的逆品质因子以及所述地震波在所述介质中传播的速度。
本申请实施例的地震波的速度及衰减模拟分析装置与上述实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法对应，因此，有关于本申请的地震波的速度及衰减模拟分析装置细节，请参见上述实施例的地震波的速度及衰减模拟分析方法，在此不再赘述。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
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