特软地层井孔中各模式波的传播特征

针对浅层及海底沉积软地层声学参数准确提取的迫切需求,采用实轴积分法数值计算了单极和偶极声源,在特软地层井孔中激发的全波波形,并考察了井径和地层纵横波速度变化,对全波波形中各个模式波的影响。数值计算结果表明,漏能纵波的幅度随着地层纵横波速度比的增大而增强,这也是利用漏能纵波衰减提取地层横波速度的基础。通过对比漏能纵波的频散曲线,验证了从偶极子声源在特软地层井孔激发的漏能纵波中,提取地层的纵波慢度比单极子声源更有效。随着仪器和井壁间流体层厚度的增加,斯通利波和弯曲波的幅度逐渐减弱,且主频向低频方向偏移。     

层状地基中瑞利波随深度的衰减特性

层状地基中瑞利波（Rayleigh wave）的传播规律以及随深度的衰减规律是工程环境微振动分析与控制研究的关键问题之一。采用解析法（矩阵传递法）分析了层状地基中瑞利波弥散曲线,并在此基础上研究了各种频率下不同类型土层（上软下硬、软夹层、硬夹层）中瑞利波位移随深度衰减规律,通过与弹性半空间解的对比发现,瑞利波位移随深度的衰减规律与频率、土层分布密切相关：频率越高,传播深度越浅;特殊土层（软夹层、硬夹层）的存在会局部显著地改变其衰减规律,并且位移峰值的分布受到频率和土层分布的共同影响。最后,将该方法用于分析上海光源工程地基条件下瑞利波随深度的衰减规律,并与现场深孔微振动测试数据进行了比较。结果证明,与弹性半空间解相比,层状地基中瑞利波随深度的衰减规律可以更为准确地反映真实条件下瑞利波随深度的衰减规律。     

煤层中瑞利型槽波的频散特性

频散是槽波的最大的特征,基于此推导三层对称模型的瑞利型槽波的频散特征方程并绘制出频散曲线,对频散曲线进行研究,讨论地层参数与埃里相频率的关系(影响频散的因素)。通过研究表明,利用已知频散曲线可以进行地层厚度、速度等参数的反演和估算。     

基于时变子波的基追踪地震反演

受地下介质衰减吸收作用、层内多次波等因素影响,地震子波在地层内部传播时会出现能量衰减、相位畸变以及频散,即实际地震记录中的地震子波具有时变性.传统的基追踪反演一般采用的是时不变地震子波,这与地下介质中子波传播的特性是不符合的,因此无法准确地反演出每道的相对反射系数.考虑到地震信号随时间变化的特点,这里基于广义S变换谱模...     

海洋沉积物的合成地震记录以及孔隙度和渗透率的确定

本文提出了海洋沉积物垂直地震剖面（VSP）的数值模拟，在多孔弹性水平层状介质中，用垂直入射波计算所得的理论地震记录包括有用毕奥理论预测的频散和衰减效应，根据毕奥理论激发出快纵波和慢纵波而且在界面上存在波型转换，由于在整个慢纵波传播过程中存在能量损失机制，所以在反射和透射系数的计算中，我们考虑了这种效应，最后，我们探讨了从合成地震记录资料中求取孔隙度和渗透率的谱比率法，根据弱框架近似法，求出了速度和单位衰减的解析表达式，一旦计算出与频率有关的速度和单位衰减，就可以用提供的弱框架近似法计算出海洋沉积物的孔隙度和渗透率，关于合成模拟的谱比率计算表明；与VSP法相联系的毕奥理论能够用用来确定海洋沉积物的孔隙度和渗透率。     

Love型槽波透射记录的频域合成算法

利用射线追踪对网格化的二维模型进行走时计算,在频率域对Love型透射槽波记录进行了合成。在考虑了频散、吸收衰减等对波场振幅、相位影响的基础上,对含薄煤带模型的透射槽波理论记录进行了频域合成,并进行了波场特征分析。结果表明:频域合成的槽波透射记录在时间、频散特征、能量等属性上与理论分析一致,且与三维弹性波波动方程模拟的基阶Love型槽波波场特征相似,但频域合成算法的计算速度快1~2个数量级。     

软夹层介质瑞利波合并化频散曲线模拟分析

针对含有软夹层介质的地质模型,研究其瑞利波合并化频散曲线随夹层厚度和埋深的变化规律,分析产生“之”字形现象的根本原因。利用传递矩阵方法计算瑞利波多模式频散曲线,以及它们在自由表面的垂直位移强度,分别按能量最大法和相对位移权值法获得合并化的频散曲线,从而获得软夹层厚度或埋深变化的合并化频散曲线。由计算结果分析可知,两种方法所获得的频散曲线的整体变化规律基本相同,“之”字形随软弱夹层厚度的增加或埋深的变浅而增多;按能量最大法合成的频散曲线,“之”字形现象的出现是由于模式之间的跳跃所引起;按位移权值法计算合成频散曲线时,产生“之”形的原因是由于从单个模式的位移占优跳至多模式的位移共同占优所致。      

一种提取声波测井频散波相慢度的适应函数方法

提出了一种对声波测井频散波数据频散校正的适应函数方法。通过提取频散波的频率慢度相关图,得到频散波的频散曲线,由频散曲线在慢度轴上的投影可得到关于地层波慢度的统计直方图。构造一种适应函数与直方图进行非线性最小二乘拟合,得到与统计直方图最优匹配的适应函数,这个适应函数起始点对应的慢度即为真实的地层波慢度。给出了采用该方法处理理论模拟的偶极子波及现场实测的偶极子波资料的例子。对理论模拟的偶极子波处理,计算的偶极子波慢度值与地层真实横波慢度基本一致;对现场实测的偶极子波数据处理,计算的偶极子波慢度与频率慢度投影曲线相匹配。处理结果表明,采用该方法对频散波进行频散校正是可靠有效的。     

斯通利波和渗透率的关系分析

理论和实际资料证明,在渗透性地层,低频斯通利波出现的频散和能量衰减与地层渗透率有关,因此可利用斯通利波的传播速度和能量衰减等特性来估算地层渗透率。斯通利波的能量和渗透率负相关。因为斯通利波能量代表了斯通利波的有关信息,因此可以认定斯通利波和渗透率负相关。     

饱和多孔介质表面透水性对表面波传播特性影响薄层分析法

饱和半无限体表面透水性会影响表面波（瑞利波和斯通利波）存在及其传播特性。在表面透水情况下,只有瑞利波存在,而在不透水情况,不仅有瑞利波而且还有斯通利波。表面波在工程勘探及声波测试中扮演很重要角色,因此,有必要研究表面透水性对表面波传播特性的影响。采用薄层法,将表面波频率方程根的搜索问题转换成求特征值问题。根据表面波沿深度衰减特性,从一组计算的特征值及特征向量中筛选出与表面波对应特征值、特征向量,由特征值得到表面波频率特性（频散和衰减特性）,由特征向量得到孔隙压力、骨架位移随深度变化,进而分析在表面不透水情况下瑞利波和斯通利波影响深度及程度。     

风化花岗岩声谱特征分析

岩石材料可视为声波的天然低通滤波器 ,声波在不同力学性质岩石材料中传播时 ,由于岩石对声波吸收程度不等因而高频声波滤除状况也不同。接收波中频率丰富程度与岩 石 的力学性质密切相关,岩石力学强度愈高,声谱中高频成分就愈丰富。反之,声谱中主要为 低频,高频分量因衰减而缺失。实验采用全数字化DB4型多波参数分析仪和计算机,对波形 数据进行FFT分析,通过接收谱和频率响应的特征来研究岩石的力学性质。声衰减研究可为 岩石、岩体强度和综合评价提供更多、更可靠的信息,是解决工程地质风化岩问题研究的一 种可行方法。     

煤层气固井声幅测井方法探讨

影响煤层气固井声幅测井的因素较多,如地层软硬变化大、套管内径或壁厚不均、仪器不居中、发射能量不足、接收灵敏度不够等,这些因素的存在将会导致首波丢失、时差曲线产生周波跳跃或波动现象。为提高煤层气固井声幅测井质量,要尽量保证所用仪器外径接近套管内径,以减少无效传播和能量损失,另外需提高仪器的发射能量及接收灵敏度;在自由套管和声波强吸收地层,必须保证自由套管首波不限幅、声波强吸收地层首波不丢失。在现场解释时,一般以＂自由套管＂处的偏转幅度值A为标准,将固井声幅曲线幅度的20%A和40%A作为分界点,评价固井效果。     

某地下工程围岩的声波频谱特性

对某地下工程围岩进行声波测试,利用FFT方法进行信号的频谱分析,得到围岩声波的频谱特性。结果表明,声波传播过程中携带了反映岩体固有特性的信息,声波的频谱在一定程度上反映了岩体的结构、构造、完整性等特征;完整岩石的声波频谱以高频为主,裂隙岩体的声波频谱以低频为主;比较岩石与岩体声波测试的频谱差异,可对岩体质量的好坏进行判断。     

Kelvin-Voigt黏弹性介质井孔声场有限差分数值模拟与波形特征

岩石介质具有黏滞性,黏弹性介质模型相对于弹性介质模型更为接近岩石介质的真实情况。根据Kelvin-Voigt黏弹性单元体模型本构关系,推导了柱坐标系下各向同性黏弹性介质时间域交错网格有限差分方程,进行了黏弹性介质井孔声场的数值模拟。模拟结果表明：品质因子和声源中心频率对黏弹性介质中的井内外声场均有影响：井外声场和井内声场的衰减均随品质因子的增大而减小,井外声波和井内反射波振幅随之增大;井外声场的衰减随声源中心频率的增大而减小,井外声波振幅随之增大,井内声场的衰减随声源中心频率的增大而增大,井内反射波振幅随之减小。     

循环荷载下砂岩疲劳损伤过程的声学特性分析

利用电液伺服疲劳试验机系统研究了砂岩在单轴受压循环荷载作用下的疲劳损伤特性,配合智能型超声波检测设备及损伤在线实时监测系统,对砂岩试件在疲劳损伤过程中的声学参数（超声波速、时域波幅、波形）进行了实时的测量及详细地分析研究。结果表明,在循环加载过程中横向超声波速随损伤的发展变化比较敏感,呈现有规律的倒S型三阶段衰减现象,可以客观地描述砂岩的疲劳损伤特性及直观地反映疲劳损伤的各个阶段;超声波时域幅值在砂岩疲劳损伤过程中变化不稳定;波形在砂岩损伤过程中从有规则的纺锤形逐渐发生畸变,波形相关系数随循环次数的增长呈现整体下降趋势。研究成果进一步丰富了声学数据在疲劳损伤过程中的应用,从声学角度探讨了岩石疲劳损伤过程的微观机制,为进一步选择声学参数进行岩石疲劳损伤过程的跟踪识别提供试验依据。     

纵波频谱特征与裂缝带关系初探——在中国大陆科学钻探中的应用

裂缝带的识别和判断,对于实现中国大陆科学钻探的研究目标,为地学研究提供基础的井中物性参数具有很重要的意义。阵列声波测井的纵波频谱参数为实现这个目标提供了可能。通过对纵波频谱特征的分析得到这样的认识:对于断裂构造,纵波的频谱特征有着明显的变化,如纵波的主频位置向低频偏移,在低频位置上其幅度(能量)急剧地增大,与上下未破碎的岩层有着非常明显的差别。通过这些明显的特征,可以很好地识别和判断构造破碎带。利用主峰位置漂移、主峰幅度、主峰的半幅值高宽、主峰的能量这几个参数,对中国大陆科学钻探主孔的裂缝带进行了识别和判断。     

利用Hudson裂隙模型分析井径变化对声波测井响应的影响

裂隙性介质因其复杂的结构和可观的藏储量一直是资源勘查领域的重点研究对象。基于Hudson裂隙理论对裂隙介质中不同裂隙参数（数密度、角度、纵横比）下变化井径的井场响应进行数值模拟,得到如下结果：在裂隙数密度较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较大的情况下,斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较小的情况下,横波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙纵横比较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在频率-波数二维谱中,随着井径的增大,波动激发强度峰值所在的频率带以及波动的首次激发频率都向低频区域移动。由此认为：弹性波在裂隙性介质中传播时在受井径变化的影响下产生规律性响应,应用Hudson裂隙理论模拟裂隙介质的井场响应可以系统地分析裂隙参数和井径变化对声波传播规律的影响,进而指导实地裂隙储层声波测井勘探工作。     

人工冻土声波参数试验研究

用ＳＹＣ－２型声波探测仪，对取自淮南矿区井下冻粘土，冻砂土进行了测定。其声波纵横波速振幅衰减系数及动弹模与冻土温度、含水量、容重的关系均用于幂指数形式较好地描述。其中容波速，动弹模及振衰减的影响最大；其次为温度、含水量；冻土振幅度衰减系数对其物理参数变化的敏感性大于波速。另外还研究了冻粘土与冻砂土怕波特性差异、截载大小及加载时间对冻土怕特性影响。     

二维随机介质对声波传播影响

地层的形成是随机性和不确定性,用基于随机理论的方法来描述更为适合。利用随机介质建模的方法来描述地下介质中的小尺度非均匀性。为了考察小尺度非均匀性介质中声波的传播特性,建立了不同尺度的二维随机介质模型,利用有限差分法模拟随机介质中的声波场。分别对比不同自相关长度条件下地震记录及其波形与振幅谱,研究这些特征量与随机介质模型的自相关长度的关系。结果表明,自相关长度作为描述小尺度非均匀性尺度的参量,对声波在随机介质中传播影响很大。     

基于模拟退火算法的阵列声波测井组分波慢度提取

为了提高阵列声波测井组分波慢度提取的精度,基于模拟退火算法以及慢度—时间相关(STC)法的原理,提出了模拟退火算法与慢度—时间相关法结合的阵列声波测井资料处理新方法。该算法核心是将慢度—时间相关法的相关系数经过变换作为模拟退火算法的能量函数,利用模拟退火的全局寻优能力求取组分波慢度。对于纵波,在退火前使用长短时窗能量比法进行波至点的求取可以将二维搜索简化为一维;对于其他组分波,分别使用该算法进行慢度—波至点二维搜索以提取慢度。实例表明,与常规的纵波速度测井对比,该算法提取的纵波精度比传统STC方法处理结果高9.94%;横波结果与传统STC方法的差别为0.29%;斯通利波结果与传统STC方法的差别为0.42%。算法在一定程度上提高了解释精度,在实际应用中有较好效果。