含孔隙介质分层半空间中瑞利波探测理论与方法研究

本项目针对目前油气资源勘探的重要需求，提出在含孔隙介质的分层半空间中开展瑞利波探测的理论与方法研究。在含有一层或多层孔隙介质下，研究分层半空间中声传播的基本特性，建立孔隙层和固体层共存时传递矩阵的高精度快速算法。研究分层介质中所有瑞利波模式的激发和传播机制，分析所有模式的基本特性，着重研究瑞利波模式与孔隙层结构及声学参数的相互关系。分析不同频段内起主要作用的瑞利波模式，研究含孔隙层分层半空间中瑞利波模式发生跳跃的规律及"之"字形频散曲线的形成过程。在此基础上，利用瑞利波"之"字形频散曲线开展反演研究，寻求能反演孔隙层介质参数的最佳方法，研究地层参数对反演过程和反演结果的影响，分析反演中的多解性、稳定性及可靠性等问题，并结合实际问题研究噪声对反演结果的影响。本项目将瑞利波探测理论和方法推向一个新的层次，为含孔隙层的瑞利波探测提供可靠的理论依据和解释方法，具有重要的科学意义和应用前景。

以往的瑞利波探测解释理论和方法都是建立在弹性介质分层半空间基础之上，而实际勘探中经常会出现含有孔隙介质的地层，因此采用以往的瑞利波探测理论进行实际数据解释时会出现误差甚至是错误的结果。在这一背景下，本项目提出在含孔隙介质的分层半空间中开展瑞利波探测理论与方法研究。建立孔隙层和弹性固体介质层共存时的高精度快速传递矩阵算法，研究瑞利波所有模式的激发和传播特性，建立孔隙介质参数与瑞利波特性的对应关系，利用瑞利波频散曲线开展介质参数反演研究。通过本项目的研究使瑞利波探测理论与实际地层情况更紧密地结合，形成更加有效、准确的瑞利波探测理论和方法。.通过项目的研究，得到了以下几方面成果：首先，在理论上推导了孔隙介质层位于半空间不同位置时的瑞利波频散方程和激发强度计算公式。根据孔隙介质分层半空间中瑞利波频散方程的特点，改进了传递矩阵的形式，同时在含孔隙层的分层半空间中也提出了相应的优化计算方法，较好地改善了精度溢出问题，有效提高了传递矩阵法可计算的频率范围。然后，通过理论计算详细对比和分析了半空间中有无孔隙介质层时瑞利波的变化情况，发现当孔隙介质位于半空间表面时，瑞利波的激发特性变化明显，而在其它情况下，二者的计算结果基本一致。还考察和分析了孔隙介质参数对瑞利波频散、激发强度和衰减特性的影响规律，结果表明，渗透率的改变对瑞利波频散曲线的影响很小，而对衰减的影响较大；孔隙度和层厚度的改变对瑞利波频散的影响较大，而对衰减的影响相对较小。首次得到了含孔隙介质分层半空间中的瑞利波“之”字形频散曲线，分析了“之”字形频散曲线的形成原因及其内在规律。分别采用傅里叶-贝塞尔积分法和有限差分法计算得到了三维时域全波波形，研究了全波列中各波相的基本特性，分析它们与介质参数的关系。最后，通过频率波数分析方法从全波波形中得到的瑞利波频散曲线，将其作为目标频散曲线，进行了介质结构及声学参数的反演研究。在考察最小二乘法和遗传算法在反演过程中的稳定性和可靠性的基础上，利用瑞利波的多模式频散曲线进行了多参数联合反演，同时得到了每层介质的厚度及横波速度，在孔隙介质层中还同时反演了介质的孔隙度，得到了较为准确的结果。.本项目较为圆满地完成了预定研究计划和目标，在研究并掌握瑞利波“之”字形频散曲线的基础上，完善了瑞利波勘探理论体系，对推动瑞利波探测理论和方法具有较好的实际意义和价值，具有重要的科学意义和应用前景。