含裂隙双相各向异性介质中的地震波传播

基于各向异性介质和含裂隙双相介质中的地震波传播理论,导出了具有四阶对称轴的含裂隙双相各向异性介质的本构关系与波传播的运动方程．指出在含裂隙双相各向异性介质中可能传播６种类型的准纵横波,即快纵波ＱＰ１,慢纵波ＱＰ２,两个分裂的快横波ＱＳＶ１,ＱＳＨ１和两个分裂的慢横波ＱＳＶ２,ＱＳＨ２．并以平面波传播为例作了进一步分析     

双相各向异性介质中弹性波传播伪谱法数值模拟研究

当地下介质存在各向异性时,在观测坐标系下的弹性参数与自然坐标系下的弹性参数不一定相同．首先,根据势能密度和耗散能密度与坐标轴无关的原理,推导出了双相各向异性介质中观测坐标系下弹性参数与自然坐标系下弹性参数之间的关系;然后,从任意双相各向异性中弹性波波动方程出发,得出了该方程的伪谱法数值解法;最后,通过数值模拟,观测到了存在于双相各向异性介质中的４类波,即快纵波、慢纵波、快横波和慢横波．在双相各向异性介质中,ＳＶ波传播的波前面上仍然存在波面尖角,这些尖角在界面上要发生反射和透射．另外,数值模拟结果中可见转换慢纵波和慢纵波的转换波．      

各向异性介质中地震波前面的偏微分方程

从含２１个弹性参数的各向异性介质中关于位移分量ｕ_ｘ、ｕ_ｙ与ｕ_ｚ的偏微分波动方程组出发，通过假定平面波位移函数解，导出准Ｐ波、准ＳＶ波与准ＳＨ波的波前面偏微分控制方程，进而对各类特殊各向异性介质（横向各向同性介质、椭圆及立方体各向异性介质）中地震波前面偏微分方程进行了讨论．以上结果为研究各向异性介质中地震波传播规律以及进行正、反演研究奠定了理论基础．     

饱和多孔微极介质的波动方程及其势函数方程

土是由一定尺寸大小颗粒所构成的多孔介质,具有明显的颗粒特性,当土颗粒间的孔隙被流体（如水或油）充满时则成为饱和土.利用微极理论和Biot波动理论的研究成果,把饱和土中多孔固体骨架部分近似地视为微极介质,孔隙中的流体部分视为质点介质,获得饱和多孔微极介质的弹性波动方程.借鉴Greetsma理论,建立了饱和多孔微极介质弹性本构方程力学参数与相应单相介质弹性参数的相互关系,使饱和多孔微极介质弹性波动方程中的物理参数具有明确的物理意义,易于在试验中确定.运用场论理论把饱和多孔微极介质的波动方程简化为势函数方程,建立了饱和多孔微极介质中五种弹性波的弥散方程,数值分析了五种简谐体波在无限饱和多孔微极介质中的传播特性. 结果表明,P1波、P2波和剪切S1波的波速弥散曲线与经典饱和多孔介质基本相同,当频率小于临界频率ω0时旋转纵波θ波和横波S2波不存在,当频率大于临界频率ω0时,θ波和S2波的传播速度随频率增加而减小.     

热弹性介质中波传播特征

深层-超深层油气地震勘探涉及高温介质地震波传播问题,热弹介质参数对地震波传播有重要影响.含弛豫时间修正项的Lord-Shulman双曲型耦合热弹波动方程从理论上预测了热弹性介质中存在快纵波、慢纵波(一种准静态慢纵波,简称热波)和横波的传播,两个纵波为热耗散衰减波而横波不受介质热特性的影响.本文结合平面波频散分析和格林函数法数值模拟,详细研究两个热耗散衰减波的频散和衰减特征,着重分析热导率、热膨胀系数及比热的变化对波速和衰减的影响.研究表明热导率作为主要参数决定了波速与衰减的临界变化,热膨胀系数对波速和衰减的幅度有明显影响,比热则兼顾了前两个热弹系数的影响特征.最后,利用热弹性动力学频率域的二阶格林函数进行波场快照数值模拟,展示热弹性介质中纵波、横波和热波的传播行为.     

固体中非线性纵波一维数值模拟

分别采用四阶精度和六阶精度的中心差分格式，限定扰动（振幅）的取值在10-3m以内，进行了一维固体中非线性纵波传播的数值模拟，并通过两种格式对比性研究来保证差分格式的稳定性和收敛性．讨论了边界所输入正弦波的振幅、频率及介质非线性系数对非线性波的影响．模拟结果与位于生存周期之内近似解析解相符，并证实非线性波在传播过程中会发生波形畸变、产生倍频效应及谐波能量积累，而且这些非线性波动特征随输入振幅、频率和介质非线性系数（绝对值）的增大而增强．      

波在饱和多孔介质与弹性固体介质交界面上的界面效应

本利用Ｂｉｏｔ饱和多孔介质动力学理论及饱和多孔介质和固体介质交界面的连续条件,推导了平面ＰＩ波以任意角饱和多孔介质向弹性固体介质入射时,反射快Ｐ１波,慢ＰＨ波和ＳＶ波和透射Ｐ波、ＳＶ波系数的计算公式,并给出一算例,本不考虑饱和多孔介质中液体渗流的能量耗散。     

各向异性介质地震波场数值模拟及特征分析

由于各向异性广泛存在于地下岩石中,随着勘探精度的不断提高,对地下介质的各向同性假设越来越不能够满足于现状,因此对各向异性介质的数值模拟显得更为重要。本文推导了各向异性介质的弹性波动方程,总结了震源类型,通过PML方法处理了人工边界问题,通过快照分析验证了数值频散、稳定性条件。研究结果表明:① PML完全匹配层,可较好地解决人工边界问题;②减小空间采样间隔压制数值频散比减小时间采样间隔效果要好得多,盲目减小时间采样间隔会大大降低数值模拟的运算效率;③各向异性介质中弹性波场中除含有准纵波外,还含有速度较慢的准横波;④准纵波波前能量要比由各向异性引起的准横波能量强,准纵波和准横波的波前随着各向异性介质参数的变化而变化。      

北部湾6.1,6.2级地震的震源参数和Qp值特征

利用中国数字地震台网（ＣＤＳＮ）琼中台短周期垂直向Ｐ波数字地震资料，研究了１９９４年１２月北部湾６．１、６．２级地震的震源特征，并对震情趋势作出估计。研究表明，北部湾地震的余震应力降和介质ＱＰ值分别为３．６５×１０５Ｐａ和２８５，在震区附近发生更大地震的可能性不大；在东方小震群区，测定的应力降和介质ＱＰ值分别为１．６５×１０５Ｐａ和２６６，符合小震群震源特征；在琼东北地区，应力降不高，ＱＰ值为１９０；海南岛东南的陵水及其海域应力降也不高，ＱＰ值为４８０。这两个地区均存在着孕育较大地震的介质条件，特别是琼东北地区。     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.     

Reflection and transmission of attenuated waves at the boundary between two dissimilar poroelastic solids saturated with two immiscible viscous fluids

The phenomenon of reflection and transmission of plane harmonic waves at the plane interface between two dissimilar poroelastic solids saturated with two immiscible viscous fluids is investigated. Both porous media are considered dissipative due to the presence of viscosity in pore‐fluids. Four attenuated (three dilatational and one shear) waves propagate in such a dissipative porous medium. A finite non‐dimensional parameter is used to define the effective connections between the surface‐pores of two media at their common interface. Another finite parameter represents the gas‐share in the saturation of pores. An attenuated wave in a dissipative medium is described through the specification of directions of propagation and maximum attenuation. A general representation of an attenuated wave is defined through its inhomogeneous propagation, i.e., different directions for propagation and attenuation. Incidence of an inhomogeneous wave is considered at the interface between two dissipative porous solids. This results in four reflected and four transmitted inhomogeneous waves. Expressions are derived for the partition of incident energy among the reflected and transmitted waves. Numerical examples are studied to determine the effects of saturating pore fluid, frequency, surface‐pore connections and wave inhomogeneity on the strengths of reflected and transmitted waves. Interaction energy due to the interference of different (inhomogeneous) waves is calculated in both the dissipative porous media to verify the conservation of incident energy.     

两种不同势函数下半空间饱和多孔介质中Rayleigh波求解比较

分别对"考虑两种压缩波和幅值比例系数"和"考虑一种压缩波(P1或P2波)但不考虑幅值比例系数"两种不同势函数下的半空间饱和多孔介质中Rayleigh波求解进行详细推导,理论分析表明"考虑两种压缩波和幅值比例系数"下Rayleigh波求解推导更为严密,与饱和多孔介质中存在两种压缩波的事实相一致。在研究半空间饱和多孔介质中Rayleigh波时应采用"考虑两种压缩波和幅值比例系数"的势函数。     

完全匹配层吸收边界在孔隙介质弹性波模拟中的应用

模拟弹性波在孔隙介质中传播，需要稳定有效的吸收边界来消除或尽可能的减小由人工边界引起的虚假反射. 本文在前人工作基础上，首次建立了弹性孔隙介质情况下完全匹配层吸收边界的高阶速度-应力交错网格有限差分算法，并详细讨论了完全匹配层的构建及其有限差分算法实现. 首先，本文通过均匀孔隙模型的数值解与解析解的对比，验证所提出的数值方法的正确性；然后，本文考察了完全匹配层对不同入射角度入射波和自由表面上的瑞利波的吸收性能，将完全匹配层与廖氏和阻尼吸收边界进行了对比，研究了这三种吸收边界在不同吸收厚度情况下对弹性波吸收能力. 数值结果表明，在孔隙介质中，完全匹配层作为吸收边界能十分有效地吸收衰减外行波，无论对体波还是面波，是一种高效边界吸收算法.     

Seismic reflection and transmission coefficients at an air-water interface of saturated porous soil

Based on the modified Biot＇s theory of two-phase porous media, a study was presented on seismic reflection and transmission coefficients at an air-water interface of saturated porous soil media. The major differences between air-saturated soils and water-saturated soils were theoretically discussed, and the theoretical formulas of reflection and transmission coefficients at an air-water interface were derived. The characteristics of propagation and attenuation of elastic waves in air-saturated soils were given and the relations among the frequency, the angle of incidence and the reflection, transmission coefficients were analyzed by using numerical methods. Numerical results show that the propagation characteristic of the wave in air-saturated soils is great different from that in water-saturated soils. The frequency and the angle of incidence can have great influences on the reflection and transmission coefficients at interface. Some new cognition about the wave propagation is obtained and the study suggests that we may carefully pay attention to the influence of air on the dynamic analysis of seismic wave.     

双相横向各向同性介质分界面上弹性波反射与透射问题研究

从双相横向各向同性介质弹性波波动方程出发 ,利用边界上的 4个连续性条件 ,计算双相横向各向同性介质分界面上弹性波反射和透射系数 .计算表明 ,快纵波在双相横向各向同性介质分界面上 ,要产生反射快纵波、反射转换 qSV波、反射转换慢纵波和透射快纵波、透射转换qSV波、透射转换慢纵波 .反射转换慢纵波振幅和透射转换慢纵波振幅均较小 .频率、耗散和各向异性大小影响着快纵波反射系数的大小 .     

平面S波在饱和多孔热弹性介质边界的反射问题研究

针对饱和多孔介质中热弹性波的传播特性问题,基于多孔介质理论和广义的热弹性模型,研究平面S波在饱和多孔热弹性介质边界上的反射问题。以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发,建立饱和多孔介质的热-流-固耦合弹性波动模型。通过引入势函数并考虑自由透水和绝热的边界条件,经过理论推导最终给出在饱和多孔热弹性介质边界上的四种反射波的振幅反射率的理论表达式。在此基础上进行数值计算,分别讨论平面S波的入射频率、入射角和热膨胀系数等参数对四种反射波的振幅反射率的影响情况。结果表明:各反射波的振幅反射率分别随频率和热膨胀系数的增大而增大,同时也受到平面S波入射角变化的影响。该结论对于土动力学的理论研究及其相关的工程勘探具有一定的指导意义。     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式I：理论

孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen（LAC）广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段.     

正交各向异性介质中qP波入射的二阶近似反射系数与透射系数

地震波在各向异性介质中以一个准P波(qP)和两个准S波(qS1和qS2)的形式传播.研究三种波的相速度、群速度以及偏振方向等传播性质能够为各向异性介质中的正反演问题提供有效支撑.具有比横向各向同性(TI)介质更一般对称性的正交各向异性介质通常需要9个独立参数对其进行描述,这使得对传播特征的计算更为复杂.当两个准S波速度相近时具有耦合性,从而令慢度的计算产生奇异性.因此,奇异点(慢度面的鞍点和交叉点)附近的反射与透射(R/T)系数的求解不稳定,会导致波场振幅不准确.本文首次通过结合耦合S波射线理论和基于迭代的各向异性相速度与偏振矢量的高阶近似解,得到了适用于正交各向异性介质以qP波入射所产生的二阶R/T系数的计算方法.与基于一阶近似的结果相比,基于二阶近似的方法提高了qP波R/T系数的精度,能得到一阶耦合近似无法表达的准确的qP-qS转换波的R/T系数解,且方法适用于较强的各向异性介质.     

随机弹性介质中地震波散射衰减分析(英文)

地震波衰减一直是许多学科研究的热点,因为可以反映介质的特性。导致地震波衰减的因素很多,如:传播过程中由于能量扩散导致的几何衰减,固体岩石内部晶粒间相对滑移导致的摩擦衰减,岩石结构不均匀引起的地震波散射衰减。本文主要从统计的观点出发,通过多次数值模拟的方法研究纵波散射在随机弹性介质中所引发的衰减。首先用随机理论建立了二维空间随机弹性介质模型,然后用错格伪谱法的数值方法模拟了波在随机介质中的传播,再通过波场中虚拟检波器的记录,用谱比法估计了弹性波在随机介质中的散射衰减。不同非均匀程度随机弹性介质中的数值结果表明:介质不均匀程度越高,散射衰减越大;在散射体尺寸小于波长的前提下,不同散射体尺寸的计算结果说明:散射体尺寸越大,弹性波衰减越明显。最后提出了一种不均匀孔隙介质中流体流动衰减的方法。通过对随机孔隙介质中地震波的总衰减和散射衰减分别进行了计算,并定量得出了随机孔隙介质中流体流动衰减,结果表明:在实际地震频段下,当介质不均匀尺度101米量级时,散射衰减比流体流动衰减要大,散射衰减是地震波在实际不均匀岩石孔隙介质中衰减的主要原因。