饱和土介质中地震波在水、气分界面上的反射与透射

基于修改的Biot模型，研究地震波在气饱和土中的传播特性以及地震波在饱和土中气、水界面上的反射和透射. 从理论上分析气饱和土与水饱和土的特性差异，根据界面连续条件推导了反射系数与透射系数的一般计算式；通过数值算例分析了气饱和土中波的传播特性，并分析了饱和土中P1波入射气、水界面时反射系数和透射系数与入射角及频率的关系. 结果表明，波在气饱和土中的传播与水饱和土中有较大差异； 频率和入射角度对反射系数与透射系数均有较大影响；并获得了波传播的某些新认识. 这对地震工程的波动勘测技术和场地反应分析具有理论及实际意义.      

弹性波在横向各向同性弹性土和饱和土界面上的反射与透射.

根据横向各向同性饱和土体的Biot波动方程,推导出qP1波从饱和土入射到弹性介质的反射系数和透射系数的一般算式,数值分析了各向异性,边界透水条件对反射系数和透射系数的影响．本文的推导思路,适用于qSV波、qP2波从饱和土体入射到弹性土体的情形．      

含夹层孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

研究地震波在含黏性流体孔隙介质中的传播特性,对于识别油气储层、刻画流体边界、判识油水界面等有重要作用.通常利用地震波在孔隙介质分界面上的反透射系数特征,来实现这些方面的研究.顶、底层孔隙介质之间存在含黏性流体孔隙介质夹层时,夹层内岩石骨架、孔隙因子、孔隙流体等参数会对反透射系数产生影响.本文推导出含夹层孔隙介质分界面上的反透射系数方程,针对方程建立不同孔隙度的含夹层孔隙介质模型;基于模型实现孔隙介质分界面上的反透射系数特征研究,分别分析不同夹层厚度、不同频率情况下,反透射系数随入射角的变化规律.研究表明,快慢纵波及横波的反透射系数都会受到孔隙夹层的影响,受影响程度主要取决于夹层厚度和地质背景等因素;慢纵波反射和透射系数数值极小,且后者随夹层厚度的增加而迅速衰减;频率通过反透射系数方程本身和地震波速度两个因素直接或间接的影响地震波反透射特征,其值的增加会引起快纵波和横波反透射系数不同程度的衰减.     

平面P-SV波入射时非均匀饱和土 自由场地的响应

基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显.      

热弹性波在流体—固体界面上的反射问题及其基本特征

本文建立了热弹性流体介质中的波方程,指出了该介质中可能传播的两类波,并建立了热弹性P波的概念和基本特征。此外,本文还研究了热弹性波在液体—固体界面上的反射问题,给出了反射系数、透射系数的表达式以及反射热弹性P波、透射热弹性P波和透射SV型S波的基本特征。     

热弹性波在流体—固体界面上的反射问题及其基本特征*

本文建立了热弹性流体介质中的波方程,指出了该介质中可能传播的两类波,并建立了热弹性P波的概念和基本特征。此外,本文还研究了热弹性波在液体—固体界面上的反射问题,给出了反射系数、透射系数的表达式以及反射热弹性P波、透射热弹性P波和透射SV型S波的基本特征。     

基于层状双孔介质的地震波反射和透射系数频散特性研究

本文研究了纵波垂直入射情况下两种介质分界面处的纵波反射和透射系数的频散特性,分界面上下两侧分别为层状双孔页岩介质和层状双孔砂岩介质.当纵波沿垂直于分界面的方向传播至分界面处时,会在上层双孔介质中产生三类反射纵波,在下层双孔介质中产生三类透射纵波.基于层状双孔介质的特性,给出了分界面处的六个边界条件.根据层状双孔介质的波动方程,利用平面波分析得到了纵波的反射和透射系数.结果表明：当多孔介质中存在流体时,纵波的反射和透射系数与频率相关,即存在频散现象.波致流体流动是造成纵波反射和透射系数频散的主要原因.此外,结果还表明局部流体流动引起地震频带内反射和透射系数的频散,宏观Biot流引起超声频带内反射和透射系数的频散.本文同时对岩石参数对反射和透射系数频散曲线的影响进行了研究.     

粘滞介质中界面上地震波行为研究

从势位函数角度研究了二维粘弹介质中地震波在水平界面上的反射与透射行为以及在自由界面上地震波的反射现象,并研究了界面上产生折射波的条件,获得了二维粘弹性介质中界面上地震纵、横波的反射与透射系数,并进行了一定的理论计算。     

速度分布和界面位置的联合反演

提出了横向非均匀介质中由地震波走时资料同时反演介质速度分布和界面位置的方法．计算中，由于变步长技术和线性内插技术(包括理论走时和偏导矩阵的线性内插)的应用，大大提高了运算速度．与国内目前流行的同类程序相比，运算速度快5倍以上．而且，在界面位置的反演中，除反射波外，还考虑了透射波走时对于界面位置的偏导数，从而充分利用了各类透射波资料中所含界面位置的信息，加快了收敛速度．数字模拟实验和实测资料的处理结果表明了该方法和程序的有效性及实用性．      

双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.     

基于横向各向同性BISQ方程的弹性波传播数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制. 近年来，利用同时处理这两种力学机制的BISQ(Biot-Squirt)模型，弹性波衰减和频散的问题已被广泛研究；然而基于BISQ方程的波场数值模拟尚未见到公开的报道．本文从BISQ方程出发，利用交错网格方法对横向各向同性孔隙介质中不同频率和相界情况，以及双层介质中的弹性波传播进行数值模拟，研究了在同时考虑两种流动机制作用情况下地震波和声波的传播特性及传播过程中出现的各种波动现象．      

虑传播效应的多波保幅AVO正演(英文)

传统的AVO正演只考虑了单一界面的反射系数对地震波波场振幅的影响,忽略了地震波在介质中传播的各种传播效应。通过引入地震波在介质中传播的几何扩散、吸收衰减以及透射损失等传播效应,提出了基于射线理论的水平层状介质多波保幅AVO正演方法。推导了水平层状介质多波几何扩散校正公式,来描述多波在介质中传播的几何扩散效应。通过直接引入复旅行时,而无需借助复速度,建立了复旅行时与品质因子的关系,来描述粘弹介质的吸收衰减。直接求解Zoeppritz方程计算多波的透射系数,用于描述多波在介质中传播时的透射损失。数值计算表明,几何扩散、吸收衰减以及透射损失对多波振幅的影响是随偏移距变化而变化的,多波保幅AVO正演需要考虑波传播效应对反射波振幅的改造。     

饱和流体多孔隙介质反射率法全波场模拟

本文从Biot提出的饱和流体多孔隙介质理论出发,在平面波入射和双相各向同性介质的假设条件下,推导了水平层状饱和流体多孔隙介质的频率—慢度域纵横波反射透射系数公式,制作了平面波和球面波的合成地震记录,解决了合成地震记录制作过程中的球面扩散和积分截断问题,分析了孔隙度和含气饱和度对纵横波正演模拟记录的影响.研究表明,迭代相似系数法压制截断效应效果良好,正演模拟前对测井曲线进行分层能提高计算效率.基于反射率法的饱和流体多孔隙介质全波场模拟不涉及波场解耦的问题,得到的三种波(快慢纵波和横波)能完全分离.模型和实际资料应用表明该方法能够准确实现层状饱和流体多孔隙介质的正演模拟及AVO正演模拟,为叠前波形反演奠定基础.     

P波广角入射的透射P波特征研究（英文）

P波入射到地下反射界面时,如果入射角超过临界角,透射P波可能会出现极性反转。本文首先从Zoeppritz方程出发,研究了广角入射条件下的反射系数和透射系数特征,发现满足一定条件时,随着入射角的增加,透射P波系数的特征曲线从第一象限经过原点进入第三象限,透射P波系数发生极性反转,它的辐角发生突变。文中给出了透射P波系数为零时入射角的表达式及其近似公式,通过对单界面模型进行有限差分正演,证明了透射P波系数为零的存在性。储层从饱含水到饱含气变化时,储层的P波速度和密度明显降低,通过单界面储层模型的透射P波的合成记录,说明了储层饱含气时透射P波系数可能发生极性反转。经理论分析和数值模拟得到了一些结论,这些结论为井间地震勘探的应用奠定了理论基础。     

基于BISQ机制三维双相EDA介质中的反射与透射

基于BISQ机制,采用相慢度参数化的方法,推导了三维双相EDA介质分界面上的反射系数和透射系数矩阵,分别计算了孔隙、裂隙或裂缝中含油、气、水时地震波在界面上的反射系数和透射系数.     

饱和土中平面应变波在圆柱体上的散射和折射

采用修改的Biot波动方程,考虑土颗粒压缩和固液两相的粘滞作用,推导出饱和土中平面应变波在圆柱体上的散射和折射问题的理论解答;并求出当圆柱体为空腔、刚性体、单相土介质和流体介质时散射和折射的势函数幅值方程．      

基于反射系数谱理论的薄层多波AVO

AVO分析是目前地震勘探潜在油气储层的一个重要方法。体散射信息包含了层结构、岩性和孔隙流体信息,对地震勘探非常有用。但是基于 Zoeppritz方程的传统AVO分析之只包含了单层信息。薄层厚度定量解释对构造解释、储层描述和储层横向预测都非常重要。本文阐述的基于频率域弹性传播矩阵反射系数谱方法既考虑了层界面引起的振幅变化(Zoeppritz方程),也考虑了层内传播引起的振幅变化。因此该反射系数谱既包括单一层界面信息,也包括层内体散射信息。该反射系数谱是层厚和频率的连续函数,便于分析频率和层厚对反射系数谱的影响。可分析的薄层厚度可以无限小,直至消失。可分析的频率是任意的和连续的。这是对时间域反射系数做傅里叶变换无法实现的。地震波的传播是复杂的,各种波型是同时存在而且相互转换的,该反射系数谱考虑了各种波型在传播过程中的相互转换以及多次波。与比射线方法比更便于正演薄层多波多分量AVO响应。     

含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

地下岩石由岩石骨架和孔隙流体组成,通常流体含黏性.地震波在地下介质中传播时受岩石骨架和黏性流体的影响会呈现出复杂的变化.本文将流、固体位移和应力连续作为边界条件,推导出含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数方程;通过建立上层为饱油、下层为饱盐水的砂岩孔隙介质模型,开展反透射系数特征研究,分别分析不同频率、不同黏滞系数条件下,含黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数随入射角的变化.研究表明,孔隙介质分界面上和等效介质分界面上的反透射系数分别随入射角的变化趋势基本一致,说明方程推导和数值计算的正确性;快纵波反透射系数受频率、流体黏性的影响较小,而快横波反透射系数在一定入射角范围内受频率、流体黏性的影响比较大;由于黏性孔隙流体的作用,慢纵波和慢横波的反透射系数受入射角、频率及流体黏性的影响都很大.     

转换波和非转换波与射线参数p的关系

本文对Aki固体-固体分界面的反射和透射公式进行适当变换,使之成为一组适合不同坐标系下,固体、液体、气体和真空之间所有可能形成的分界面上,入射P、SV和SH波所形成的反射和透射公式,从而把不同边界条件的反射和透射方程统一起来,并且阐明了转换波和非转换波动力学特征的差异.指出:在不同弹性介质分界面上入射平面弹性波,转换波的反射系数和透射系数是射线参数p的奇函数;非转换波的反射系数和透射系数是射线参数p的偶函数.根据奇函数和偶函数的性质可见:垂直入射时不存在转换波.同时也为简化Zoeppricz方程,开展AVO分析打开新思路.     

二相介质饱和土中群桩动力阻抗分析

用流体饱和多孔介质材料描述土体，由饱和土和群桩及承台系统的位移协调条件和力平衡条件建立饱和土和群桩及承台系统动力相互作用的控制方程，分析饱和土中群桩动力阻抗。结果表明：孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗有一定的影响；在饱和土具有不同的流体渗透系数时，饱和土中群桩动力阻抗也有一定差别。在地基上与基础结构动力相互作用研究中应该考虑地基土中孔隙流体的影响。