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地震各向异性

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图 1 裂隙系统示意图 Fig. 1 Schematic illustration of macro2fractures and micro2cracks having different orientations
对于近垂直入射的地震波 ,快横波的偏振方向
通常解释为主断裂的方向 ,但在多组裂隙出现的情
型 ,上述解释仅仅是个猜测而已 ,并没有得到理论上 的完整证明. 目前所使用的理论模型中 ,一类考虑了 两组 垂 直 裂 隙 介 质 的 等 效 性[1] , 另 一 类 是 基 于 Hudson 模型或者线性滑动接触面模型来研究多尺 度裂隙系统[21] . 实际上 ,这两个模型是裂隙密度的 一阶近似 ,它们不能预测地震各向异性随频率的变 化. 近年来的系列研究表明 ,在裂隙表面粗糙的条件 下 ,有效裂隙柔度会表现出频率依赖性 ,由此推断 , 地震各向异性也同样依赖于频率[15～17] .
地震各向异性 ———多组裂隙对横波偏振的影响
刘恩儒 ,岳建华 ,潘冬明
中国矿业大学地球物理系 , 徐州 221008
摘 要 通过对多分量地震资料的分析 ,我们发现随着频率的增加横波分裂时差减小. 对于深部接收的 VSP 数据 来说快横波的偏振方向保持不变 ,而对于浅层接收的 VSP 数据来说偏振方向却存在一个最大可以达到 20°的旋转. 尽管多尺度随机分布微裂隙岩石物理模型已经成功地模拟并解释了横波分裂时差随频率变化的现象 ,却不能解释 与频率相关的横波分裂. 据推测 ,如果微裂隙的排列方向和大裂隙的排列方向不同 ,利用低频信息获得的偏振方向 将指示裂隙主方向 ,而利用高频信息获得的偏振方向则指示微裂隙方向. 在背景多孔隙介质中存在多组裂隙的情 况下 ,推导出垂直入射条件下横波偏振方向的解析式 ,给出了系统研究横波在介质中传播的方法. 研究结果表明 , 横波偏振方向会随着频率的变化而变化 ,并且在入射方位 、角度一定的条件下 ,是裂隙方位和密度的函数 ,这些认 识可能有助于揭示观测到的 、依赖频率变化的横波偏振现象. 关键词 地震各向异性 , 等效介质理论 , 裂隙介质 , 横波偏振 文章编号 0001 - 5733(2006) 05 - 1401 - 09 中图分类号 P315 ,631 收稿日期 2005 - 06 - 22 ,2006 - 05 - 20 收修定稿
Frequency2dependent anisotropy : Effects of multiple fracture sets on shear2wave polarisations
LIU En2Ru , YUE Jian2Hua , PAN Dong2Ming
Department of Geophysics , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 , China
E2mail : eliu0103 @hotmail . com
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
1402
地 49 卷 第 5 期 2006 年 9 月
地 球 物 理 学 报
CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS
Vol. 49 , No. 5 Sep. , 2006
刘恩儒 ,岳建华 ,潘冬明. 地震各向异性 ———多组裂隙对横波偏振的影响. 地球物理学报 , 2006 , 49 (5) :1401～1409 Liu E R , Yue J H , Pan D M. Frequency2dependent anisotropy : Effects of multiple fracture sets on shear2wave polarisations. Chinese J . Geophys. (in Chinese) , 2006 , 49 (5) :1401～1409
Abstract From the analysis of a multi2component VSP for frequency2dependent anisotropy , we find that shear2 wave anisotropy as inferred from measured time delays between splitting shear2waves decreases systematically as frequency increases. Whilst in general the polarisations of the fast split shear2waves remain constant for deep receivers , we notice systematic rotation ( up to 20°) of polarisations with frequency for shallow receivers. The variation of time2delays with frequency has been successfully interpreted and modelled using a multi2scale rock physics model incorporating one aligned fracture set in a porous medium with randomly distributed micro2cracks. However this model fails to explain the frequency2dependent shear2wave polarisations. It is speculated that if aligned micro2cracks and aligned fractures are in different directions (i. e. the conjugate angle is not zero) , low frequency would indicate the direction of fractures and high frequency would give the orientation of micro2 cracks. This speculation , however , has not been satisfactorily proven. In this study , we extend the previous model to allow multiple fracture sets inserted into background porous media. We then derive analytic expressions of polarisation of shear2waves at normal incidence , and present a systematic study of shear2wave propagation in
在本项研究中拓展了 Chapman 模型[16] ,即将定 向排列的微裂隙和定向排列的裂隙混合在一起. 由 于每个定向排列的微裂隙和定向排列的中等裂隙的 方向可能是不同的 ,要通过 Schoenberg 和 Muir 的方 法加入额外的弹性柔度[18 ,19] ,其结果是把介质等效 成具有 13 个独立参数的单斜晶系模型. 对于垂直入 射 ,可以通过各组裂隙密度和方向的关系推导出横 波偏振的解析表达式. 对于非垂直入射 ,只能通过 数值求解 Christoffel 方程来得到偏振方向. 我们的结 果显示当微裂隙和裂隙在不同方向排列时 ,横波偏 振会随着频率而发生变化. 这种变化在非垂直入射 时比较明显 ,而且主要依赖于微裂隙 、裂缝方向和两 者密度之间的关系.
49 卷
media. Our study demonstrates that the shear2wave polarisations will vary with frequency and the variation depends on the azimuths and angle of incidence relative to the orientations and crack densities of individual sets , and thus may help to explain the observed dependence of shear2wave polarisation on frequency. Keywords Seismic anisotropy , Equivalent medium theory , Fracture media , Shear2wave polarisation
况下 ,这将变得复杂起来. 近 10 余年来 ,多位学者针
对多 组 裂 隙 介 质 中 地 震 波 的 传 播 开 展 了 系 列 研
究[1～5] ,所得到的主要结论之一是 :通过快横波分裂
的偏振角可以获得以各组裂隙密度为权重的加权平
均方向 < ,即
<=
e1 <1
e1
+ +
e2 <2
e2
,
(1)
其中 , e1 和 e2 分别是两组裂隙的密度 , <1 和 <2 分别
基金项目 国家自然科学基金项目 (40574058 ,40234044) 和国家重点基础研究发展计划 (973) 项目 (2005CB221500) 资助. 作者简介 刘恩儒 ,男 ,1963 年生 ,教授 ,1990 年博士毕业于爱丁堡大学地球物理系. 主要从事各向异性介质地震波传播理论及其应用研究.
为了清楚起见 ,本文把具有微小尺寸颗粒的微 裂隙称为“裂隙 (crack) ”,其尺寸远小于地震波波长 ; 而“裂缝 (fracture) ”则指大尺度 (或地层尺度) 的流体 单元 (细观尺度) ,其量级为米并且大于微裂隙 ,也远 小于地震波波长.

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多测线变偏移距 VSP 地震各向异性反演

多测线变偏移距 VSP 地震各向异性反演

Ｔｉ ａ ｎ Ｘｉ ｎ Ｈｏ ｎ ｇ Ｑｉ ｙ ｕ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｘｕ ｙ ａ ｏ
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｇ ｅ ｏ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ Ａｄ ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
方法．
关 键 词
变 偏 ＶＳ Ｐ 地震各向异性
慢度矢量
偏振矢量
反 演 文 献 标 志 码 ：Ａ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ９ ３ ９ ／ ｊ ａ ｓ ｓ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ７
中图 分 类 号 ： Ｐ ３ １ ５ ． ３ 。 ‘ １
Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐｉ ｃ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐｌ ｅ ｗａ ｌ ｋａ ｗａ ｙ ＶＳ Ｐｓ
ｉ ｃ ａ， ３ ７ （ ２ ） ：２ ６ ６ — ２ ７ ７ ．ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ９ ３ ９ ／ ｊ ａ ｓ ｓ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ７ ．
多测 线 变 偏 移 距 Ｖ Ｓ Ｐ地 震 各 向异 性 反 演
田 鑫 洪启 宇 郑 需要
（ 中 国北 京 １ ０ ０ ０ ８ １中 国 地 震局 地 球物 理 研 究 所 ）
向 异性 坐标 变换 方 法 和 最 小 二 乘 求 解 方 法 ， 得 到 了 与一 般各 向 异 性 介 质 最 接 近 的 正 交 各 向 异
性和 Ｔ ＴＩ 各 向 异 性 参 数 及 其 对 称 轴 方 向参 数 的计 算 公 式 ．使 用 这 些 方 法 ， 对 瓜 哇 海 地 区布 设
各向异性地震性质的参数估计方法

各向异性地震性质的参数估计方法

各向异性地震性质的参数估计方法地震是地球上常见的自然现象，其对人类社会和自然环境都有着重大的影响。

为了更好地理解地震过程和预测地震活动，地震学家通过对地震波传播的研究，发现地震波在不同方向上存在着各向异性的特性。

各向异性指的是地震波在不同方向上传播速度不同或波形形状发生变化的现象。

了解各向异性地震性质的参数估计方法，对于地震学领域的研究和应用具有重要意义。

首先，我们需要了解各向异性地震性质的基本概念。

在地震学中，各向异性主要分为速度各向异性和衰减各向异性两种。

速度各向异性指的是地震波在不同方向传播速度不同的现象，而衰减各向异性指的是地震波在不同方向衰减程度不同的现象。

这些各向异性现象反映了地球内部的介质结构和构造变化，对于地震解释和地球物理勘探等领域具有重要的指导作用。

在研究各向异性地震性质时，我们可以利用地震波的传播路径和特征来估计其参数。

其中一个常用的方法是通过观测地震波在不同方向上的传播时间差来推测速度各向异性的情况。

这可以通过多道地震道数据进行分析，比较地震波到达时间的差异，从而得到速度各向异性的信息。

另外，利用反演方法可以进一步估计出速度各向异性的具体数值，从而更准确地描述地震波传播过程。

衰减各向异性的参数估计较为复杂，需要考虑地震波在不同方向上的传播衰减差异。

这通常需要利用地震波的振幅、频率谱或波形等特征进行分析。

一种常用的方法是考虑地震波的振幅随距离的变化，通过比较不同方向上的振幅衰减情况来估计衰减各向异性的参数。

另外，频率谱和波形的分析也可以提供有关衰减各向异性的信息，从而帮助我们理解地震波在地球内部的传播过程。

除了观测方法外，地震学家还可以借助数值模拟方法来研究各向异性地震性质的参数估计。

通过建立适当的动力学模型和地震源模型，利用计算机模拟地震波的传播过程，可以得到与实际观测数据相符合的结果。

这些数值模拟方法在解释地震波传播机制和预测地震活动方面发挥着重要的作用。

在实际应用中，各向异性地震性质的参数估计方法也被广泛应用于地震勘探和油气勘探领域。

汶川地震余震序列的地震各向异性初步分析

汶川地震余震序列的地震各向异性初步分析

汶 川地 震余震序列的地震各 向异性初步分析
石玉涛 ” 高 原 Ｄ 张永久 太龄雪 ” 赵 博 ” ’
１ ）中国地震局地震预测研 究所 ，北京 １０ ３ ００６ ２ ）四川省地震局 ，四川成都 ６０ ４ １０ １
２０ ０ ８年 ５月 ｌ ２日，在四川龙门山断裂带上发生 了 ８ ． ０级大地震 ，根据 中国地震台网中心 的地震 目录，震源
过剪切波分裂研究，得到了龙门山断裂带及周边地区的地壳介质地震各向异性初步分析结果。结果显示，沿龙
门山断裂带分布的 台站与断裂走向和地质构造等有关 。本研究得到的快剪切波偏振优 势方 向显示出与震源机制 解得到 的最大主压应力轴水平方 向有一致性。
部分位于龙 门山主中央断裂 与山前 断裂之 间的 台站 ，显示了复杂的快剪切波偏振特征 。在位于龙 门山与鲜 水河和安 宁河与交汇区 的台站的快剪切波 的偏振方 向表现的 比较离散 ，这可能是由于震源 区局 部的复杂地质构
裂系统分析法 ”，分析汶川地震区域 的各 向异性参数 ，并进一步研究汶川余震区及周边地 区的地壳主压应力场
的方 向及地壳应力的变化 ，并探讨余震序列与背景应力场特征的动态变 化关系 。
汶川地震之后 ，在震中及周围地 区布 设了大量 的流动地震台 。包括四川区域地震台网在 内，这些地震 台站
记录 了大量的余震波形资料 。本研究采 用沿龙 门山断裂带分布 的 １ ０个固定地震 台和 多个流动地震台的数据 ，通
深度为 １ ｍ 处，属于 浅源构造地震。汶 川地震序列是主震余震 型。截至到 ２０ 年 ｌ 月， 已发生了 ３ ４ｋ ０８ ０ 万余次
连续余震 。北东走向的龙 门山断裂带位于青藏高原东缘 ，是 由 ３条断裂构成，自西 向东分别是龙 门山后山断裂 ， 龙 门山主中央断裂 ，龙 门山山前断裂。龙门山断裂带是一条 以逆冲 为主 ，走滑为辅的大型断裂 带。 地震各 向异性研究关系到地 球结构 、介质特性 、应力应变、地震构造、地震预测 等科 学问题 。本研究采用 汶川地震震源 区及周边地区 的数字地震台网资料 ，包括 区域 固定 台网和流动台网的波形记录，使用 “ 剪切波分力方 向表现出复杂多变 的特点 。 根据本研究初步的数据分析 ，台站下方地 壳介质各 向异性特征有所不同，揭示出龙门山断裂带上地震各 向
裂隙中地震波的运动和传播规律

裂隙中地震波的运动和传播规律

裂隙中地震波的运动和传播规律摘要:地震各向异性的研究是目前理论地震学和勘探地震学的热点，同时也是散射波传播理论研究的热点。

该理论的研究对工程检测和桩基动力学研究都具有重要的意义。

本文首先简单介绍了各向异性研究中具有重要作用的裂隙理论，然后具体分析了裂隙的地震波运动学和动力学特征。

接下来从散射理论和各向异性理论出发，分析了扩容各向异性介质中平行排列裂隙的波传播特征。

关键词：地震各向异性，裂隙，地震波传播,EDA介质一裂隙理论裂隙是跟油气资源关系比较密切的各向异性。

定向裂隙的描述特征有四个要素：①走向，即裂隙发育的方向；②密度，即裂隙发育的程度，通常定义为单位体积内的裂隙的条数；③倾角，即裂隙面的倾角；④倾向，即裂隙面的倾向。

要研究裂隙的各向异性与油藏的关系，必然涉及到两个基本问题：一是裂隙介质的波长模拟与分析，包括物理模拟和数值模拟；二是在各向异性理论基础和物理模型观测基础上形成的各种裂隙检测的方法技术。

在各向异性介质中地震波的数值模拟方面，基于波动方程的数值解法有有限差分法、有限元方法、边界元方法、伪谱法、近似解析法、反射率法和多项式展开法等。

基于射线理论的数值解法有波前扩散、最短路径方法和程函方程等。

数值模拟为认识各向异性介质中地震体波和面波的传播规律，解释多分量和地震资料提供了有力的工具。

二裂隙的地震波运动学与动力学⑴裂隙发育带地震波传播速度下降。

地震波是一种弹性波，其传播速度主要与岩层物理性质有关，如岩石的成分、密度、埋藏深度、经历的地质年代、孔隙度等。

在裂隙性油气藏中，目的层段的岩性、密度、埋藏深度、地质年代等基本是一致的，储集层内引起地震波速度下降的一个主要原因就是裂隙的发育和孔隙流体的存在。

在大多数沉积岩中，计算地层地震波传播速度的一个简单公式为:①式中，表示地震波在岩石中的实际传播速度，表示地震波在孔隙流体中及在岩石基质中的传播速度，表示岩石的孔隙度，是个小数。

由图1可见，当地层含水饱和度为100%，且孔隙度由0增加到10%时，灰岩纵波速度由8 km/s下降到5km/s，砂岩纵波速度由4.3 km/s下降到3.8km/s左右。