井间地震高分辨率数值模拟方法及波场特征研究

井间地震是油气田勘探开发的一项关键技术，能够实现两井之间构造和储层等地质目标的高精度成像。井间地震不同于常规地面地震，其采集得到的波场十分复杂，它几乎包含了地震技术的所有地震波类型。井间地震数值模拟是研究复杂地层中井间地震波传播规律的有效手段，可以帮助认识和分析井间地震的复杂波场。在本项目中针对井间地震这种特殊的观测系统研究适用于井间地震的一些主要的数值模拟方法，包括基于射线理论的能够高效率地生成多炮多道的井间地震记录的突变点加插值射线追踪方法；基于波动方程的各向异性介质高精度高分辨率交错网格高阶有限差分方法；各向异性介质的弹性和粘弹性介质25点差分的频率空间域有限差分方法。并利用模拟得出的结果分析井间地震的波场。这些数值模拟方法不仅可以用于研究地震波在地下介质中吸收、衰减及其传播规律，而且为高精度的井间地震层析成像和反射波成像打下坚实的基础。

本基金项目首先研究井间地震波场数值模拟的方法，接着根据模拟生成的波场识别和分析井间各种主要波的传播特征。重点研究了三种地震波场数值模拟方法：.(1).弹性介质和黏弹性介质中改进的突变点加插值的射线追踪方法.这种方法的特点是能够快速地追踪井间地震记录的直达P波和S波、上行和下行反射波、PS和SP反射和透射转换波及干扰波（井筒波），并模拟生成多炮多道的水平分量和垂直分量的井间地震记录。根据模拟的结果，系统总结了上述主要类型波在共炮点、共接收点、共偏移距和共中心深度点等4种道集中的传播规律。模拟的记录和野外实际采集的井间地震记录进行对比，可以识别出野外复杂波场中主要类型的波，以及他们的传播及衰减规律，分析结果证明数值模拟是正确的。.(2).VTI介质交错网格高阶有限差分数值模拟方法.在前人工作的基础上，推导了VTI介质时间-空间域二维三分量一阶速度-应力弹性波方程、黏弹波动方程及其任意偶数阶时间和空间精度交错网格差分格式，并研发了相应的声波、各向同性、各向异性及黏弹性介质的建模及数值模拟软件，能够模拟声波、各向同性及横向各向同性介质及黏弹性介质中各种复杂构造的二维三分量波场，能清楚地识别出快纵波、慢纵波、快横波和慢横波。模拟的结果解释了实际野外地震记录上由于各向异性引起的一些难解释的现象及地层的吸收衰减规律。.(3)粘弹各向异性介质频率空间域有限差分数值模拟方法.本项目在推导并研发了弹性和粘弹性VTI介质准P波正演模拟软件，能模拟更接近井间实际介质的各向同性、各向异性准P波的波场。在频率空间域有限差分算法的实现中改进了大型稀疏带状矩阵的解法，解决了存储空间不够和计算时间过长的问题，解决了利用傅里叶变换的周期性和共轭对称性计算频率域波场的问题。.这些数值模拟方法不仅可以用于研究地震波在地下介质中吸收、衰减及其传播规律，而且为高精度的井间地震层析成像和反射波成像打下坚实的基础。