地下介质广泛存在各向异性,若不能准确描述各向异性对地震波传播的影响,会导致成像位置错误,直接影响油藏的定位精度。在地震勘探领域,垂直横向各向同性(VTI)介质的应用较为广泛。在实际应用中,通常只需要对各向异性介质进行声波模拟。为此,通过忽略横波速度,发展出了准纵波(qP波)方程,以实现对各向异性介质的高效数值模拟。但在实际应用中,qP波方程会遇到求解成本高,产生横波假象等问题,很难直接应用于实际生产中。本研究主要解决VTI介质纯qP波方程的求解困难问题。与未解耦的VTI介质qP波方程相比,纯qP波方程虽然能够避免横波假象的产生,但其包含一个复杂的伪差分算子,使得求解变得困难。
图1. 空间域伪差分算子近似对比图
为解决该问题,本文提出了一种基于空间域伪差分算子的VTI介质纯qP波正演模拟方法。该方法首先将纯qP波方程化为含有修正伪差分算子的椭圆各向异性方程;而后基于非线性优化算法对所有修正伪差分算子进行近似,计算得到空间域伪差分算子(图1)。接着在非椭圆各向异性区域,用该算子对应力进行修正。最后基于修正后的应力,直接使用交错网格有限差分对椭圆各向异性方程进行求解。本研究提出的方法可以对qP波进行高精度模拟,避免横波假象的产生,且不会产生不稳定现象(图2),具有较好的实际应用前景。
图2.使用本方法在HESS模型模拟的
纯qP波波场快照
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geophysics。获得中国石油大学(华东)深部油气全国重点实验室资助。论文第一作者为中国石油大学(华东)地学院博士生秦善源,通讯作者为中国石油大学(华东)地学院杨继东教授和黄建平教授。合作者包括中国石油大学(华东)博士生田祎伟、硕士生张浩,以及中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院赵杨教授。