《Petroleum Science》：Analyzing reflected PP, SS waves acquired on solid surface of the physical model to characterize reservoir parameters
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PP波与SS波（SV-SV波和SH-SH波）数据的联合应用能够提高流体识别精度，并有助于预测储层孔隙度。野外勘探中SS波地震数据的采集受地表环境条件制约，导致成本高昂且噪声干扰显著。以往实验室储层参数研究通常依赖透射波，无法捕捉地震记录中诸如AVO（振幅随偏移
PP波与SS波（SV-SV波和SH-SH波）数据的联合应用能够提高流体识别精度，并有助于预测储层孔隙度。野外勘探中SS波地震数据的采集受地表环境条件制约，导致成本高昂且噪声干扰显著。以往实验室储层参数研究通常依赖透射波，无法捕捉地震记录中诸如AVO（振幅随偏移距变化）特征和相位变化等空间变化信息。研究人员利用实验室物理模型固体表面采集的二维反射P波、SV波及SH波数据，研究了不同流体类型与孔隙度的地震响应特征。主要发现如下：含气样品顶部PP波叠前与叠后振幅显著低于含水样品和含油样品；相同孔隙度条件下，不同流体类型引起的SS波振幅差异不显著；与SV波振幅变化相比，不同孔隙度样品顶部SH波振幅变化更为显著。P波与SH波振幅交会图有助于识别流体类型和预测孔隙度。研究还分析并讨论了叠后剖面中受流体类型和孔隙度影响的P波、SV波和SH波振幅谱。上述实验成果有助于推进SV波和SH波研究，并促进利用PP波与SS波联合分析储层参数。
物理模型固体表面反射PP波与SS波联合表征储层参数的实验研究
一、研究背景与意义
随着地震勘探目标日趋复杂，如页岩油气、天然气水合物及致密含气砂岩储层等，仅利用纵波（P波）数据已难以精确表征储层参数。由于流体和岩石骨架对P波的共同影响，利用P波地震数据准确识别含油、含水储层及精确预测含气饱和度面临较大挑战。多波多分量地震数据（包括PP波和PS波数据）的联合应用虽可提高弹性参数反演精度，但转换波处理流程复杂且与P波反射事件匹配困难。相比之下，反射SS波（SV-SV波和SH-SH波）的处理流程更简单，且主要受岩石骨架影响而对流体不敏感，更有利于预测孔隙度和泥质含量等参数。然而，野外SS波勘探受浅层衰减和各种噪声干扰影响严重，高质量S波数据稀缺。以往实验室研究多采用透射波观测，无法捕捉反射地震记录中由储层参数引起的空间变化，如AVO特征和相位变化。为此，研究人员在实验室物理模型固体表面上采集了高信噪比二维反射P波、SV波和SH波数据，定量研究储层参数的地震响应特征。
二、主要技术方法
研究人员构建了一个三层物理模型，包含6块不同流体类型和孔隙度的人工砂岩样品：L1-L3孔隙度为16%，分别含气、水和油；L4-L6孔隙度为28%，分别含气、水和油。实验采用固体表面采集方法，将激发和接收换能器放置在物理模型表面，以粘性蜂蜜作为耦合剂，分别采集P-P波场、Sx-Sx波场、Sy-Sy波场和P-Sx波场数据（野外尺度下炮间距50 m，道间距10 m，最小偏移距300 m，最大偏移距7800 m）。数据处理采用F-K（频率-波数）滤波去除面波和线性噪声。研究通过AVO/AVA（振幅随入射角变化）分析、叠后剖面分析、振幅谱分析、数值模拟对比（Zoeppritz方程、SV-SV波反射系数修正近似和SH-SH波近似方程）以及PP-SH振幅交会图等方法系统分析反射波特征。
三、研究结果与分析
3.1 单炮记录分析
Sx-Sx波场单炮记录中包含直达波、反射P波、转换波、反射SV波以及面波和线性噪声等。F-K频谱中反射波与噪声视速度差异明显，可有效分离。去噪后P-P波场中清晰观测到三层底界反射PP波；P-Sx波场中转换P-SV波振幅较弱且易受P波干扰，不适合后续处理分析；Sx-Sx波场中反射SV波受噪声影响较大；而Sy-Sy波场中反射SH波受P波和转换波影响较小，三层底界反射振幅较强且清晰。
3.2 AVO特征分析
AVO分析表明，PP波在含气样品顶部振幅显著低于含水和含油样品；低孔隙度（16%）条件下含水与含油样品顶部PP波振幅差异仅约5%，高孔隙度（28%）条件下增至13%，表明高孔隙度时PP波可更好地区分含油与含水储层。与PP波不同，SV波振幅受流体类型影响较小，近偏移距三种流体对应振幅差异在10%以内，但远偏移距出现相位反转。SH波振幅对孔隙度变化更为敏感：低孔隙度含气样品与高孔隙度含气样品之间近偏移距平均振幅差异约25%，优于SV波的15%以内。数值模拟结果与物理模拟基本一致，验证了实验结果的准确性。
3.3 叠后剖面分析
叠后剖面显示，含水样品对PP波产生强衰减，其样品底界反射事件几乎不可见；而SV波和SH波反射在低孔隙度样品底界清晰可见，且SH波剖面反射事件比SV波更清晰。振幅定量分析表明，随着孔隙度增加，SV波平均振幅降低10%，而SH波平均振幅降低31%，进一步证实SH波振幅对孔隙度参数更敏感。此外，CMP（共中心点）道集中SH波与PP波反射振幅的交会图分析显示，高孔隙度条件下PP波能清晰区分油、气、水；低孔隙度条件下含水与含油样品PP波振幅重叠，但随着入射角增大二者振幅差异增大，表明大入射角地震记录有助于提高PP波区分油水的能力。
3.4 振幅谱分析
PP波振幅谱受含水样品强衰减影响，低孔隙度含水样品底界反射主频为23 Hz，显著低于含气和含油样品的32 Hz；高孔隙度样品底界反射主频整体低于低孔隙度样品。SV波和SH波振幅谱在不同流体类型之间差异较小，但含油样品在叠后振幅谱中的振幅和主频均为最低。CMP道集中含水样品对SH波波形和频率的影响仍可观察到，其中近偏移距主频13 Hz，中偏移距降至6 Hz，远偏移距回升至10 Hz。
四、讨论与结论
讨论指出，简单水平构造的物理模型设计有利于将多波场差异归因于流体和孔隙度的影响。受模型材料特性和制造工艺限制，实验难以考虑温度与压力因素。研究结果表明，SH波振幅对孔隙度变化比SV波更敏感，为利用SH波数据直接反演孔隙度参数提供了正演理论支持；同时，将PP波与SH波振幅信息联合使用可实现流体类型的准确识别。
研究结论为：利用固体表面采集方法，获得了受流体类型和孔隙度等储层参数影响的PP波、SV波和SH波。反射PP波的振幅和频率受流体类型和孔隙度共同影响，且PP波振幅特征更易于识别含气样品。流体类型对样品顶部反射SH波和SV波振幅的影响相对较小。与反射SV波振幅变化相比，样品顶部反射SH波的振幅变化对孔隙度参数更为敏感，利用SH波数据进行孔隙度参数精确反演可获得正演理论支持。样品顶部反射PP波与SH波振幅交会图不仅展示了SH波对孔隙度的敏感性，且提高了利用PP波数据预测流体的准确性。流体类型对样品底部反射PP波振幅谱影响显著，含水样品对PP波振幅和频率产生强衰减；流体类型对叠后剖面中样品底部SV波和SH波振幅影响较小，但流体类型仍影响CMP道集中SH波的波形和频率。实验成果有助于理解PP波和SS波对储层参数的地震响应特征，并为PP波与SH波数据联合表征储层参数提供了实验支持。
