基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

喜马拉雅东构造结及周边地区地壳各向异性特征

利用喜马拉雅东构造结及周边地区的48个宽频带地震台站记录的远震波形数据,通过Pms波分裂测量得到了 295对地壳各向异性横波分裂参数,获得了研究区的地壳各向异性图像.喜马拉雅东构造结的快波偏振方向主要为NE-SW方向,周边地区的快波偏振方向呈现出绕东构造结顺时针旋转的趋势.Pms波分裂的慢波延迟时间范围为0.11～0.30 s,平均值为0.24 s.对比分析研究区内Pms波分裂、近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的结果发现,上地壳各向异性对Pms波分裂影响有限,地壳各向异性主要来自于中下地壳矿物和熔体的定向排列;地壳各向异性对SKS波分裂影响较小,SKS波分裂主要反映了上地幔的各向异性特征;Pms波分裂的快波偏振方向与近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的快波偏振方向表现出较好的一致性,并且与地表构造和变形特征具有较好的相关性,反映了喜马拉雅东构造结及周边地区的岩石圈变形可能为垂直连贯变形模式.     

任意各向异性介质三维非结构谱元法直流电阻率正演模拟研究

各向异性是地电异常解释中不可忽视的因素,广泛存在于裂隙或层理发育的地质环境中.本文针对任意各向异性条件下直流电阻率法三维正演问题进行研究,结合非结构谱元法建立模拟算法,充分利用谱方法的指数收敛性以及非结构有限元对地形和复杂异常体刻画能力,提高计算精度和效率.通过灵活的四面体网格剖分和高阶谱插值,实现了复杂介质任意各向异性模型电阻率响应的高精度数值模拟.我们首先通过层状各向异性模型验证本文非结构谱元法的计算精度,进而我们以半空间中立方体模型为例分析各向异性对电阻率响应的影响特征,并通过计算针对不同各向异性参数的视电阻率极性图,探究地下介质各向异性特征识别方法.最后,我们针对典型的山脊模型计算和分析存在地形效应条件下各向异性电流场分布及视电阻率特征.模型计算结果表明基于四面体网格的谱元法模拟带有复杂地形和异常体的任意各向异性模型具有很高的计算精度.本文的研究成果将在推进电阻率方法用于解决裂隙及层理等环境和工程地质问题中发挥积极作用.     

六种不同变质程度煤的电阻率研究

煤岩电阻率是衡量煤岩电性特征最重要的参数之一,是进行煤田电法勘探的物性前提.研究煤岩电阻率,尤其是其各向异性特征具有重要的理论和实践意义.本文通过对8块6种不同变质程度的煤岩电阻率及其各向异性测量发现:煤岩三方向的电阻率均随频率增加下降,且两者呈极好的负指数关系,平均相关系数达0.95以上;煤岩电阻率呈现明显的各向异性,走向与垂向、倾向与垂向之间的电阻率差异显著大于走向与倾向之间的电阻率差异;从褐煤到瘦煤,随着变质程度加深,煤岩电阻率呈上升趋势,但到无烟煤阶段,电阻率急剧下降;煤岩电阻率受湿度影响强烈,饱和水与非饱和水情况下电阻率存在较大差异.     

基于电张量矩阵分析裂缝形态对页岩模型等效电特性的影响

对具有裂缝结构的各向异性页岩模型等效电特性的研究是非常规油气勘探、页岩储层评价和测井解释的重要基础.针对具有强各向异性的裂缝页岩模型,本文提出使用二阶电学张量矩阵来对裂缝模型的电各向异性进行分析.论文工作采用有限元方法对含针状裂缝和圆盘状裂缝的理想页岩模型进行数值模拟,系统地分析了裂缝的形状、体积以及在岩体中的不同位置形态对页岩等效电参数张量的影响.结果 表明:裂缝的存在是导致岩石模型表现出电各向异性的原因之一;当裂缝的体积相同时,裂缝的形状以及裂缝的位置不同,都会使页岩模型的介电张量出现较大差异,并随裂缝相对位置及角度改变而呈现一定规律.这一研究结果有望为电磁测井和页岩油页岩气参数的反演提供关键的理论参考依据.     

黄土微观参数指标与阻尼比关联度研究

对岷县地震台、庆阳黄土塬2~12m深度土层的粉土、粉质黏土样品,利用室内动三轴试验和扫描电镜试验,测定阻尼比和微观结构特征,研究了粉土、粉质黏土的阻尼比随深度的变化及应力应变关系,采用灰色关联度方法,分析了黄土竖向（沉积方向）和横向（垂直于沉积方向）的微观结构参数对阻尼比影响的主次关系及其权重。研究结果表明:小应变下,粉土和粉质黏土阻尼比随着深度的增加而减小;粉土和粉质黏土的微观参数与阻尼比有一定的关联性,粉土竖向的微观参数对阻尼比的影响较为敏感;粉质黏土横向的微观参数对阻尼比的影响更加敏感;影响权重方面,粉质黏土的平均形状系数影响权重最大,对阻尼比的影响最大;粉土的平均形状系数、分形维数和概率熵影响权重最大,对阻尼比影响最敏感。平均面积无论在关联度还是影响权重方面对阻尼比影响最小,该结论粉土与粉质黏土保持一致。     

基于3D雕刻技术的岩体结构面剪切各向异性研究

相同形貌结构面重复性剪切试验和各向异性剪切试验一直是岩体结构面剪切力学特性试验研究中的难点,而该问题对于工程岩体的开挖力学响应和稳定性分析、评价与控制至关重要,问题的关键在于同一种岩石的结构面形貌的再现。为此,基于3D扫描和3D雕刻技术,重复制备了3种不同粗糙度的大理岩结构面试样,开展了不同法向应力下相同形貌结构面的各向异性剪切试验。试验结果发现：（1）同一法向应力、不同剪切方向下,相同形貌结构面的剪切强度、剪胀和剪切破坏特征均呈现明显各向异性;（2）结构面粗糙度各向异性很大程度上决定了剪切强度的各向异性,两者具有较好的正相关性;（3）随着法向应力的升高,结构面剪切特征的各向异性有逐渐弱化的趋势。同时,研究还充分表明,3D雕刻技术是系统开展结构面剪切力学特征各向异性研究的可靠手段,可在将来研究中发挥更为重要的作用。