裂隙介质弹性性质研究

波在介质中传播，主要是受介质的弹性性质的影响，在各向同性的岩石背景上，含有裂隙；岩石表现为各向异性，裂隙的形状不同，各向异性的性质也不同。本文在Hudson模型基础上，应用散射理论，研究了垂直定向分布的裂隙介质（EDA），水平分布的裂隙介质（PTL）、正交裂隙介质（ORA）、两组垂直斜交的裂隙介质（EDA＋EDA）等4种类型裂隙介质的弹性性质，给出弹性参数计算公式，并分析了裂隙介质与各向异性之间的内在联系。     

两种类型裂隙介质的弹性常数分析

作者在 Hudson关于裂隙介质假设的条件下 ,分析了含随机取向裂隙介质和两组取向裂隙介质的弹性常数矩阵。结果表明 :含随机取向的裂隙介质等效于各向同性介质 ,含两组取向的裂隙介质为各向异性介质 ,并给出弹性常数矩阵中各分量的具体表达式     

含倾斜定向排列裂隙介质纵波特征

根据Schoenberg的含裂隙介质的线性滑移模型在弱各向异性近似条件下根据Bond变换获得了含倾斜定向排列裂隙介质的弹性系数矩阵。在将含倾斜定向排列裂隙介质视为倾斜横向各项同性（TTI）介质的基础上根据弱各向异性近似条件下TTI介质纵波相速度、弹性波阻抗以及反射系数的近似解析解,研究了裂隙倾斜角对含倾斜定向排列裂隙介质中纵波相速度、反射系数以及波阻抗的影响。研究发现含倾斜裂隙介质的纵波相速度、各向异性弹性波阻抗、反射系数三个参数具有类似方位各向异性特征：入射角大的时候,显示较强方位各向异性,但是这三个参数对入射角的依赖程度却不完全相同,反射系数对入射角的依赖程度最大。     

裂隙型单斜介质中弹性系数的计算及波的传播特性研究

根据Hudson等关于裂隙介质弹性系数计算的扰动理论及Bond变换矩阵原理，给出了各向同性介质中含多组垂直裂隙时等效弹性系数的计算方法。计算了含两组斜交的垂直裂隙形成的单斜各向异性介质中的等效弹性系数，并根据Christoffel方程推导、得出水平面内平面波传播的相速度和群速度随方位变化的特性。     

裂隙含流体、气体各向异性介质波场数值模拟

由目前普遍被勘探地震工作者承认的Ｈｕｄｓｏｎ本构方程出发，首先讨论了裂隙含流体、气体各向异性介质一维二、三分量波动方程，然后用有限元方法进行了波场数值模拟。该研究有益于加深对地震波在裂隙含流体、气体各向异性介质中传播规律的认识。     

裂隙含流体、气体各向异性介质波场数值模拟

由目前普遍被勘探地震工作者承认的Ｈｕｄｓｏｎ本构方程出发，首先讨论了裂隙含流体、气体各向异性介质一维二、三分量波动方程，然后用有限元方法进行了波场数值模拟。该研究有益于加深对地震波在裂隙含流体、气体各向异性介质中传播规律的认识。     

TTI介质拟声波方程数值模拟

TTI介质qP波数值模拟方法因为考虑了倾角因素,可以比VTI介质qP波数值模拟方法更加准确地描述各向异性介质中地震波场的传播规律。文中用拟声波方程对TTI介质中的地震波场进行了高阶有限差分数值模拟,在改进衰减函数分布方式后,通过坐标变换,利用改进的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)边界控制方程对波场边界进行吸收处理,取得了良好的效果;然后分析了拟声波方程数值模拟中的稳定性问题,并对波场中的伪横波进行压制。通过对不同模型的数值模拟,验证了文中使用的TTI介质拟声波波动方程的稳定性以及所采用的PML边界控制方程的可靠性和适用性。     

裂隙各向异性介质2.5维弹性波场数值模拟

研究地震波在各向异性介质中的传播规律是勘探地震学领域的一个重要内容。本文首先讨论了２．５维波动方程，其次，在２．５维空间，用有限元数值模拟方法模拟了裂隙各向异性介质波场，结果用波场切片做了显示。最后对模拟结果做了基本分析，这里讨论的模拟方法也适用于其它类型的得各向异性介。     

含裂隙煤层的地震记录模拟

采用线性滑移(Linear Slip Deformation)裂隙介质模型、各向异性弹性波模拟方法,对含裂隙煤层进行了2D2C(二维二分量)单炮记录模拟与分析。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。当裂隙为非垂直时,炮点两侧的反射波能量和振幅出现不对称现象。x分量和z分量的特征明显不同,转换波主要记录在x分量上,横波在x分量上有不可忽视的能量。因此,应用各向异性理论、利用多分量转换波研究煤层裂隙的特征是可能的。     

用邦德矩阵法推导各向异性介质的弹性常数

弹性波各向异性介质是描述地球内部物质的比较符合实际的一种模型 ,而其弹性常数的个数是研究地震波传播特性的关键所在。横向各向同性介质 (TI)及裂隙各向异性介质 (EDA)均可视为具无穷次对称轴的介质 ,在此假设基础上 ,利用邦德矩阵法能够方便快捷地推导出具有五个相互独立常数的弹性刚度矩阵     

双相TI介质中弹性波交错网格高阶有限差分法数值模拟

应用双相介质波动方程,推导了双相横向各向同性介质(TI)中波动方程的有限差分格式,对双相TI介质中弹性波有限差分数值进行了模拟.结果表明,弹性波在双相TI介质中传播时,除了存在常规的快纵波(qP1)和横波以外,还存在慢纵波( qP2).并且慢纵波的速度明显小于快纵波,而且受耗散系数的影响衰减地很快,所以在实际中很难观测到慢纵波.快纵波在固相和流相中相位相同,而慢纵波在固相和流相中的相位相反.慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.     

Fracture-Induced Anisotropic Attenuation

The triaxial nature of the tectonic stress in the earth’s crust favors the appearance of vertical fractures. The resulting rheology is usually effective anisotropy with orthorhombic and monoclinic symmetries. In addition, the presence of fluids leads to azimuthally varying attenuation of seismic waves. A dense set of fractures embedded in a background medium enhances anisotropy and rock compliance. Fractures are modeled as boundary discontinuities in the displacement u and particle velocity v as $[{\varvec{ \kappa}}\cdot {\bf u} + {\varvec{\eta}} \cdot {\bf v} ],$ where the brackets denote discontinuities across the fracture surface, ${\varvec{\kappa}}$ is a fracture stiffness, and ${\varvec{\eta}}$ is a viscosity related to the energy loss. We consider a transversely isotropic background medium (e.g., thin horizontal plane layers), with sets of long vertical fractures. Schoenberg and Muir’s theory combines the background medium and sets of vertical fractures to provide the 13 complex stiffnesses of the long-wavelength equivalent monoclinic and viscoelastic medium. Long-wavelength equivalent means that the dominant wavelength of the signal is much longer than the fracture spacing. The symmetry plane is the horizontal plane. The equations for orthorhombic and transversely isotropic media follow as particular cases. We compute the complex velocities of the medium as a function of frequency and propagation direction, which provide the phase velocities, energy velocities (wavefronts), and quality factors. The effective medium ranges from monoclinic symmetry to hexagonal (transversely isotropic) symmetry from the low- to the high-frequency limits in the case of a particle–velocity discontinuity (lossy case) and the attenuation shows typical Zener relaxation peaks as a function of frequency. The attenuation of the coupled waves may show important differences when computed versus the ray or phase angles, with triplication appearing in the Q factor of the qS wave. We have performed a full-wave simulation to compute the field corresponding to the coupled qP–qS waves in the symmetry plane of an effective monoclinic medium. The simulations agree with the predictions of the plane-wave analysis.     

基于方位相交的纵波AVA数据运用SVD反演HTI介质裂缝密度

裂缝密度是定量预测裂缝性储层的重要参数之一。Varela利用方位角上的反射系数,运用SVD方法反演HTI介质裂缝密度。笔者将不同方位角测线中两两相交测线的反射系数做差,对反射系数差值运用SVD方法反演HTI介质裂缝密度,各向异性参数在做差后的反射系数中具有更显著的作用。笔者首先针对2种方法的基本原理进行了阐述,然后进行数值计算,并对反射系数存在随机扰动情况下2种方法的反演结果进行对比,最后对笔者提出的改进方法进行稳定性分析。反演结果显示：噪声较小时,2种方法的反演结果都接近真实值,然而当增大噪声时,改进的方法比原方法反演结果更好,因此改进的方法比原方法更具有抗噪能力;随着相交测线夹角的增大,改进的方法受随机扰动影响的稳定性增强,在方位正交时受随机扰动的影响最小;纵波高信噪比AVA数据越多,反演的结果越稳定。     

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。     

REFLECTION AND TRANSMISSION OF SHEAR WAVES IN MONOCLINIC MEDIA

This paper deals with the propagation, reflection and transmission of shear waves in monoclinic media. The dispersion equation for a monoclinic layer overlying a monoclinic half-space has been obtained and curves are plotted. The amplitude ratios for both the reflected and transmitted waves due to reflection of shear waves at the interface of two monoclinic half-spaces have also been computed and the numerical results are presented graphically. The results are compared with the isotropic case. It has been observed that, in monoclinic media, the amplitude ratios for reflected and transmitted wave increases approximately by 25 and 50 per cent respectively, in comparison to the isotropic case. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

黑龙江板块构造地球物理研究基本进展

位于东北亚的黑龙江板块由额尔古纳－兴安、松嫩－张广才岭、佳木斯、兴凯微板块和完达山地体拼贴组成。自中国满洲里－绥芬河地学断面（GGT）地球物理综合研究以来,东北地区进行了大量的地电、重磁、地震探测工作,得到的成果对研究东亚地球动力学、探查矿产资源具有极为宝贵的基础作用。这些成果包括：1）地震波速指示松辽盆地石炭－二叠纪（C－P）基底地层至少在松辽盆地北部和南部都存在,这里成为油气探查的新领域;松辽盆地滨北地区面积约7 万km²,具有良好的油气远景。2）解释MT资料发现,组成黑龙江板块的几个微板块之间都存在陆间洋的俯冲,并时有洋壳残片伴生;而黑龙江板块与其南部的华北板块之间则存在古亚洲洋向黑龙江板块的俯冲。3）对大兴安岭－太行山－武陵山大型重力梯级带的成因机制提出了“三结点模型”。利用近垂直反射地震剖面,发现了松辽盆地一带莫霍（Moho）界面大型近南北向的“断开带”。 4）油气地震成像、去噪、波场与信息方面,建立了三维条件下的有限孔径偏移理论;在提出消减随机噪声的一维时变中值滤波基础上,又建立了二维中值滤波技术;把时频峰值滤波引进到地震勘探消噪领域,建立了Ricker子波核最小二乘支持向量机回归滤波方法;提出了Seislet变换重建技术,以及扩展的高阶Seislet变换方法。由迹变换理论出发建立了消减地震面波的Co-Core迹变换方法。用伪谱法模拟黏弹各向异性介质中波的传播特征,发现黏弹各向异性介质中准S（qS）波比准P（qP）波衰减程度大;通过建立的混沌振子系统,检测出淹没在强随机噪声背景中的地震同相轴,并建立了时空域双曲滤波方法。系统研究了地质雷达的理论和方法,建立的地质雷达偏移成像系统成功地用在了地雷成像中。     

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。     

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。     

可控力源激发EDA介质中横波分裂现象正演模拟研究

在研究了各向异性介质中波动方程的正演模拟现状的基础上,对波动理论进行了总结,并采用FCT有限差分法对EDA介质中的波动方程进行了数值模拟,得到了EDA介质中横波分裂的波场快照,并对波场特性进行了分析。     

Macroscopic Electroosmotic Coupling Coefficient in Random Porous Media

A general analysis of electroosmotic phenomena is given for random porous media through which an electrolyte flows. A dimensional analysis demonstrates the crucial importance of the dimensionless coupling parameter a, which is usually very small when compared to 1; this suggests an expansion in terms of a and a numerical scheme that avoids the instabilities occurring in the direct solution. For media whose properties such as permeability are lognormally distributed, an analytical expression of the macroscopic coupling coefficients can be obtained when the fluctuations are small. Various results are provided for laminated media, correlated media, and stratified or fractured media. The influence of some macroscopic geometrical parameters is illustrated.