利用钻孔岩芯作定向磁性标本的方法

当钻孔穿过层状岩(矿)层时,如果钻孔轴线和岩(矿)层不正交,也不平行,则岩(矿)层的层面和层理面在岩芯柱上呈一椭圆面或椭圆迹圈(图1).经研究发现,该椭圆长轴的方位是钻孔倾斜方位角φ_钻、倾角θ_钻以及岩(矿)层倾向方位角φ_岩、倾角θ_岩的函数.由此函数关系出发,进一步求出此椭圆长轴与钻孔轴线确定的平面和通过钻孔轴线的铅垂平面的夹角γ,就可以在岩芯横截面上画出钻孔的倾斜方位线,从而恢复了岩芯的原始方位,达到利用钻孔岩芯作为定向标本来测定剩磁参数的目的.     

基于斯通利波及电成像测井数据对火成岩裂缝地层的特征分析

随着石油勘探类型的转变和发展,如何高效且准确地识别地层中的裂缝变得十分重要。本文构建了斯通利波在裂缝地层中传播的理论模型,得到了斯通利波在经过裂缝带时会形成反射斯通利波,以及地层中裂缝的条数越多、斯通利波反射系数越大的理论结果。在此基础上,对辽河盆地火成岩地层的声波测井数据进行了斯通利波波场分离（中值滤波）,得到反射斯通利波,并计算了裂缝地层的反射系数。同时对该地层的电成像测井数据进行了孔隙度分布谱和区间孔隙度分析。研究表明：在裂缝发育的地层,反射斯通利波能量增强,反射系数变大;裂缝发育地层电成像孔隙度分布谱明显变宽,电成像区间孔隙度中大孔隙占比增大,显示次生孔隙（裂缝）发育。     

高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂

笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法.相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差.采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征.结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关.具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差.利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角.横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象.     

地层倾角对转换波动校速度分析的影响

动校正速度的求取是三维转换波数据处理的重要环节,其精度高低对转换波的叠加成像质量影响很大。理论上转换波的速度求取受包括界面倾角在内的多种因素影响,但实际应用时这些因素往往被忽略。为证明倾角对动校速度的影响程度,依据前人的研究成果,模拟倾斜地层计算了不同倾角条件下二维测线CCP道集、三维全方位CCP道集PS波动校正速度,并对由不同倾角引起的计算精度差异进行了研究。研究结果表明,对于二维转换波CCP道集,界面倾角不同,动校拉平的速度会差别较大,即使如此也总能实现很大倾角范围内的CCP道集的同相叠加,获得较好的成像质量;对于三维全方位CCP道集,当界面倾角超过一定范围,无论怎样进行精细扫描,得到的都只能是适合特定方位的速度,无法得到适合任意方位的动校扫描速度,随着界面倾角的减小,利用速度扫描的办法可以在一定的偏移距范围内将来自不同方位的记录较平,界面倾角越小,可以校平的偏移距越大;另外由于道集内的地震记录依赖视倾角的动校正速度,在反射界面倾斜的情况下,方位不同,动校正速度不同,致使二维反射PS波资料往往比三维反射PS波资料容易叠加成像。     

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。     

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。     

基于岩石物理模型的裂缝型储层AVOA反演方法

纵波各向异性裂缝预测方法是目前应用比较广泛、效果较好的一种裂缝预测方法；但传统椭圆拟合方法的准确性受到一系列因素的影响，致使裂缝密度反演结果不准确。本次研究根据Ruger方程精确式推导各向异性介质中储层裂缝密度的计算方法，该方法首先利用入射角、方位角、Thomsen各向异性三参数以及介质弹性参数的函数来计算纵波反射系数，然后根据纵波反射系数计算待测储层中裂缝的切向各向异性系数，最后根据各向异性系数计算待测储层的裂缝密度。利用该方法在四川盆地正坝南地区通过实际纵波AVOA数据反演法向和切向裂隙弱度预测裂缝密度，裂缝参数反演结果与钻井信息吻合；表明该方法能够用于裂缝储层预测，确定研究区裂缝发育情况。     

基于横波分裂的转换波各向异性分析技术及应用

当横波不平行也不垂直穿过裂缝时,会发生横波分裂现象。这里基于横波分裂理论,采用二维分量旋转方法进行转换波分裂分析。为了得到地层裂缝信息,提高宽方位转换波径向分量成像质量,利用宽方位转换波的径向和横向分量资料,完成了多层裂缝介质的各向异性分析。在此基础上,还完成了转换波方位各向异性校正研究。首先,利用分量旋转方法求出第一裂缝介质层的各向异性方向、快慢横波时延等参数;然后,将快、慢横波时延应用于慢波数据进行慢波时延补偿;最后,根据第一层的方位角将快波和补偿后的慢波旋转回原来的径向和横向分量方向。这样,就完成了第一裂缝层的各向异性分析,同时还得到第一层的裂缝方向、裂缝密度、补偿后的径向分量等数据。依此类推,进行以下裂缝层的各向异性分析。该转换波各向异性分析技术已应用于川西XC气田的宽方位三维三分量地震数据处理,不但得到了裂缝参数,而且还消除了宽方位转换波的方位各向异性影响,提高了转换波径向分量的成像质量。     

小角度成层倾斜场地动力响应分析的大型振动台试验研究

基于大型振动台试验,研究小角度成层倾斜场地在倾向、走向、垂向、坡面方向、坡面垂直方向上的地震动响应特征,以及地层倾角对场地反应谱的影响规律。试验结果表明：在倾向方向,随着地层倾角的增大,倾斜场地的放大效应增大;在走向方向,当地层倾角小于12.5°时,放大效应强于水平成层场地;在倾向、走向方向,当地层倾角达到12.5°时,场地对反应谱短周期T≤0.1 s部分具有放大作用,对T＞0.1 s的部分具有削弱作用;在垂向方向,随着地层倾角的增加,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地;在坡面方向,倾斜场地的放大效应弱于水平成层场地;在坡面垂向方向,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地。该研究成果对小角度成层倾斜场地上的建筑物抗震设计具有一定的参考意义。     

缓倾地层微震定位算法探讨及其数值验证

倾斜层状地层中速度模型对于震源精确定位具有重要意义。基于水平层状地层两点间的快速射线追踪法,分析了应力波在倾斜地层中的传播路径及规律。结合网格搜索法,提出了针对倾斜地层的微震定位算法,并与传统的基于单一速度模型的定位算法进行对比分析;探索性地采用了颗粒流理论构建地层数值模型,通过颗粒间的相互作用模拟应力波传播进行定位算法有效性验证。研究结果表明：（1）对于倾斜地层,基于简化弹性波等速传播规律的定位算法精度较差,单一速度模型不能满足复杂介质的定位要求;（2）采用倾斜分层速度模型并改进应力波传播路径的计算方法能有效提高倾斜地层的震源定位精度,同时分析了地层倾角以及地层数对算法精度的影响,表明定位误差与倾角、地层数成正比;（3）通过减小网格搜索法的网格尺寸可在一定程度上提高定位精度,合理的尺寸大小和搜索策略有助于网格搜索法在实际工程中的应用。建立的倾斜地层震源定位及其验证方法可为进一步研究复杂地层定位监测技术提供重要的理论和技术支撑。     

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.     

Finite-difference modelling of anisotropic wave scattering in discrete fracture model

The presence of fractures in reservoir rocks causes scattering of seismic wave energy. In this paper, we utilize the finite-difference modelling technique to study these scattering effects to gain more insights into the effects and assess the validity of using anisotropic wave scattering energy as a diagnostic tool to characterize fractured hydrocarbon reservoirs. We use a simplified fractured reservoir model with four horizontal layers with a fractured-layer as the third layer. The fractures are represented by grid cells containing equivalent anisotropic medium by the use of the linear slip equivalent model. Our results show that the scattered energy, quantified through estimates of the seismic quality factor (Q) is anisotropic, exhibiting a characteristic elliptical (\(\cos 2\theta \)) variations relative to the survey azimuth angle \(\theta \). The fracture normal is inferred from the minor axis of the Q ellipse. This direction correlates with the direction of maximum wave scattering. Minimum wave scattering occurs in the fracture strike direction inferred from the major axis of the Q ellipse. These results provide more complete insights into anisotropic wave scattering characteristics in fractured media and thus, validate the practical utility of using anisotropic attenuation attribute as an additional diagnostic tool for delineation of fracture properties from seismic data.     

基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究

随着扩展有限元理论的深入研究,利用扩展有限元方法模拟水力压裂具有了一定的可操作性。相比于常规有限元方法,XFEM方法具有计算结果精度高和计算量小的优点。但是,如何模拟射孔孔眼、如何模拟流体与岩石相互作用以及分析水力裂缝的扩展规律仍然是难题。以研究水力压裂裂缝扩展规律为目的,建立了岩石多孔介质应力平衡方程、流体渗流连续性方程和边界条件。通过有限元离散化方法对耦合方程矩阵进行处理。通过富集函数定义初始裂缝（射孔孔眼）,选择最大主应力及损伤变量D分别作为裂缝起裂和扩展判定准则,利用水平集方法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果显示：增加射孔方位角、压裂液排量和减小水平地应力差,起裂压力上升;黏度对起裂压力无明显影响。增加射孔方位角、压裂液排量、黏度和减小水平地应力差值有助于裂缝宽度的增加。增加水平地应力差值、压裂液排量和减小射孔方位角以及压裂液黏度有助于裂缝长度增加,反之亦然。基于ABAQUS的水力裂缝扩展有限元法可对不同井型和诸多储层物性参数及压裂施工参数进行分析,且裂缝形态逼真,裂缝面凹凸程度清晰,结果准确。此研究可作为一种简便有效研究水力压裂裂缝扩展规律的方法为油田水力压裂设计与施工提供参考与依据。     

裂隙岩体等效力学参数结构效应的计算机模拟试验研究

为研究裂隙岩体结构效应对其等效力学参数的影响,引入基于离散元的合成岩体技术,通过可控的改变三维岩体结构网络中的结构参数,制作相应的合成岩体试件,开展计算机模拟试验研究。结果表明：随岩体中裂隙体积密度增大,裂隙的变形参数和强度参数随裂隙密度增加而减少,其中等效弹性模量对结构面密度变化最为敏感;随岩体中裂隙倾角增加,岩体等效弹性模量随之单调增加,且等效弹性模量的离散程度（标准差）随倾角增加而减小,而各强度参数指标则先减少而后增加,形成一个U形变化规律;岩体等效力学参数均随结构面尺寸增加而减小,同时等效力学参数的离散程度（标准差）随结构面直径增加而增加,其中单轴抗压强度指标变化最为敏感;岩体等效力学参数对裂隙尺寸和产状的离散程度不敏感。该研究结论可为其他结构效应研究提供一种新思路。     

基于多因素椭圆堆叠的岩土细观建模方法

天然岩土体具有复杂的细观结构和组成特征,现有细观建模方法难以解决任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布特征的多因素岩土体细观建模问题。为此基于椭圆的4段圆弧等效,结合改进的分组波前堆叠法,实现了任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的快速高体积率椭圆堆叠,并以此建立了与堆叠椭圆粒径、长短轴比、倾角以及平面分布一致的凸多边形结构。与现有的椭圆堆叠ALA法和圆盘堆叠ODR方法相比,提出的方法具有更高的椭圆堆叠体积率和堆叠效率,MATLAB环境下椭圆堆叠效率为500～600个/s。与现有仅能考虑颗粒粒径分布的岩土细观建模GBM法相比,提出的方法可以同时考虑颗粒的粒径、长轴、倾角,以及平面分布4个因素,快速生成任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的颗粒堆积,并建立与椭圆分布一致的岩石细观结构。通过两个岩土体细观建模案例分析表明,所提方法可以提高岩土体模型的细观建模精度与生成效率。     

天然地应力作用下不同产状岩体裂隙渗流特性研究

为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响,基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律,建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式,利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响,并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性;然后,以我国大陆地区地应力统计规律为例,分析了地表以下5 000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响,对于浅层岩体,在大主应力大致呈水平方向分布时,随着裂隙面倾角的增加,裂隙渗透系数逐渐降低;但随着深度的增加,在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时,裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加,在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显;对于深部岩体,裂隙的渗透性很小,裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱;对于有充填物裂隙,岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。     

爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动机制

岩体裂纹的水力劈裂是岩体开裂渗漏甚至施工涌水的重要影响因素之一,也是岩土工程界的研究热点。从断裂力学角度分析了爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动作用,结果表明,爆破开挖扰动下,岩体含水裂纹的扩展,与爆炸应力波强度及其入射角、地应力的大小与方向、孔隙水压大小、裂纹的倾角及断裂韧度等因素相关;爆炸应力波的作用,相当于增大了岩体裂纹中的孔隙水压力,每1 cm/s的峰值振动速度相当于增大100 kPa的孔隙水压力,爆破振动速度越大,所产生的爆破扰动荷载越大;岩体开挖引起的岩体裂纹近区地应力及其孔隙水压力的变化,对裂纹的失稳与扩展具有较复杂的影响,可改变裂纹的失稳扩展模式。     

逆断层控制构造裂缝发育的力学机制模拟

在探讨逆断层对构造裂缝控制作用的基础上, 应用Comsol有限元软件, 模拟不同水平作用力、不同岩性、不同断层倾角和距断层面远近等因素影响下断层及其周边区域的应力、应变情况, 并分析了不同控制因素下构造裂缝发育的规律。模拟结果表明, 构造裂缝的发育程度随施加的水平应力作用增大而线性增大; 岩石破裂前产生的应变量可用来描述岩石的脆性, 抗压强度对岩石破裂起主导作用, 而岩石的抗剪强度与岩石破裂发育有一定的相关性; 逆断层倾角存在一个临界角度, 使构造裂缝发育最为强烈; 逆断层控制裂缝发育, 距离断裂面越远裂缝发育程度越低, 并存在一个发育程度骤减的范围, 称为"断裂控制带", 该断裂控制带的形成和分布应该与断裂的性质、规模、断距及岩石力学参数等有关。      

动载下节理岩体破坏过程的数值试验研究

节理岩体是工程中最常见的一类岩体,其在地震、爆炸等动载下的力学响应及破坏过程对相关工程安全性的影响至关重要。采用基于有限元应力分析和统计损伤理论开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载下节理岩体的动态破坏过程进行了模拟,重点讨论了节理条数、节理贯通度、节理倾角及应力波峰值对岩体动态破坏过程的影响规律。计算结果表明,断续节理岩体动态破坏过程及破坏强度与节理构造形态、应力波峰值密切相关。相同动载下,随着节理条数的增加,岩体破坏程度以及应力波能量损失增强,但当节理条数数超过一定值后,岩体破坏程度及应力波能量损失逐渐趋于稳定;节理贯通度较小时,岩体破坏程度较低且破坏单元自上而下均匀分布。随着节理贯通度的增加,岩体破坏增强,且破坏主要出现于节理上部岩体;节理倾角较小时,节理上部岩体破坏严重,易形成次生贯通裂纹。随着节理倾角增加,破坏范围逐渐变大,不易形成次生贯通裂纹;倾角为45°～60°时,岩体破坏效果最佳;动载荷的峰值越大,试样的破坏越严重。当峰值达到一定值时,节理附近发育出多条裂隙并向上下方不断发展而导致岩体完全破坏。在不同节理贯通度工况下与岩石霍布金森压杆（SHPB）试验结果进行比较,结论吻合,证明该数值模拟的合可行性和结论的可靠性。     

3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究

交叉节理普遍存在于实际岩体中,但其对岩体力学破裂特性的影响至今未有全面深入的研究。制作了含3D打印交叉节理试样,采用声发射、CT扫描技术和数字图像相关技术(DIC)分析手段对单轴条件下含交叉节理试样的力学及破裂特性进行了研究。研究结果表明:(1)主节理倾角较小时裂隙的分形维数DB与单轴强度、弹性模量和泊松比之间的变化关系比主节理倾角较大时的一致性更好,前者破裂模式的规律性好于后者。(2)主节理倾角较大时压密和弹性阶段节理和块体之间在张拉作用下会产生聚集性微破裂声发射事件,主节理倾角较小时不会产生这种现象。DIC应变云图中裂隙扩展路径上的微应变先于宏观破裂,可通过计算压缩条件下微应变最大区域预测破裂模式。(3)主节理对起裂角和裂隙扩展模式起主要作用,且声发射和分形特性具有统一性。次节理平行最大主应力时,总损伤主要由主节理扩展造成,累积声发射事件数量AAEE和DB均最大。AAEE和DB越大,破裂模式越复杂。(4)三维破裂模式以节理端部扩展产生的2~3个张拉翼裂隙面为主,内部三维宏观裂隙面上存在由不完全张拉破裂引起的非连续结构。