平面海底界面上球体目标的声散射建模研究

根据目标声散射的T矩阵方法、将界面附近点源激发的声场利用复像方法展开、并考虑到界面对散射声场的影响,建立了平面海底界面上方目标的声散射模型.与已有模型相比,该模型能够计算更一般情况点源激发的三维声散射场.通过计算考察基于复像方法的有关系数证明了该模型的准确性,并给出了不同入射方向的界面上刚性球体和弹性球壳的散射声场算例,对目标散射幅度的分布以及随角度的变化规律做了分析.最后,设计实验对该模型做了验证.     

弹性固体地震—流体井孔弹性波场的有限差分数值模拟

用有限差分数值方法研究了由分层均匀流体（地层的声波方程近似）和弹性固体地层包围的流体井孔体声波和弹性波的传播规律，用声压描述井中流体，使奇异点源处理简单，使流体与流体，流体与弹性固体内边界连接条件的差分格式稳定，在Ｆｏｕｒｉｅｒ变换方法与半解析方法适用的简单地层条件下，将有限差分数值模拟结果与Ｆｏｕｒｉｅｒ变换及半解析方法计算结果进行比较，检验了方法的精确性。从模拟井外有薄层介质存在时的全波曲线看     

低速地层裸眼井中弹性波的传播

本文在文献[4]的基础上分析了低速地层（地层横波速度低于井内流体速度）裸眼井中由点源激发的弹性波的传播。指出在这种情况下井内传播的波仅有共振纵波、斯通利波和衰减的反射波,共振横波和伪瑞利波将不再出现。由数值计算得出了相速度和群速度频散曲线,给出了势函数的振幅表达式和反射波随井轴的衰减规律。     

柱坐标系下任意埋藏源层状弹性半空间问题的奇异解

通过方位角的Fourier变换及关于径向的Hankel变换，将柱坐标系下一般形式的弹性力学基本方程和本构方程转化为波数域内非齐次的二阶常微分方程组，利用初参数法，建立了介质层传递矩阵．利用层间完全接触条件，给出了任意埋藏源层状弹性半空间频域奇异解，时域奇异解可通过关于频率的Fourier积分得到，该方法可应用到固体、流体层的情况.     

薄圆管压电换能器瞬态响应及其在井中激发声场

针对声波测井中采用的柱状薄圆管压电换能器,提出一种研究换能器响应的解析方法.该方法考虑了轴向与径向振动之间的耦合作用,导出置于耦合液体中压电换能器径向位移满足的微分方程和频域传递函数,比较分析了不同激励源作用下换能器的位移响应特性.利用波数域实轴积分法,计算了换能器在弹性地层井孔中激发的声场,研究了不同地层中的波形差异.与前人在假定声源强度的模型下只能求出波场的相对幅度不同,本文得出在一定激励电压作用下换能器在井孔中激发声场的幅度值.这为说明声波测井响应信号的强弱及仪器的声系设计提供了依据,对估计动电效应测井信号的强弱有参考意义.     

随钻条件下井旁界面声电效应的辐射电磁波响应特征

孔隙地层中存在着动电耦合现象,弹性波作用在声阻抗或者电化学性质差异地层会产生辐射电磁波.本文探讨了随钻条件下,利用孔隙地层中的动电耦合效应探测井旁地质体的可行性.为此模拟了井外存在声阻抗差异和电化学差异界面时声波诱导的辐射电场响应特征.求出柱坐标下介质中声场和电场函数表达式,由此计算并比较了均匀介质和弹性差异界面情况下井中接收到的电场.发现随钻条件下,井外的弹性差异界面会产生以光速传播的辐射电磁波.该电磁波反映了井外地质信息,并先于井中直达声波的伴随电磁场到达接收器,因而可以直接观测到.此外,还发现界面辐射电磁波可以用来探测油、水等电化学性质差异大而弹性阻抗差异小的界面;声源频率以及界面两侧地层性质差异程度是辐射电磁波幅度的影响因素.     

横观各向同性层状半空间中的弹性位错

本文在柱向量函数系下,利用传播矩阵法求解了层状横观各向同性半空间由内部点源位锚引起的变形;对六个基本点源位错,以等价体力法推出了横观各向同性情形下的点源函数,并且给出了内部任意剪切位错源引起的地表位移的积分表达式。为研究地球的层状结构,特别是其上部的横观各向同性对地表的地震位移、应变以及倾斜场的影响提供了计算公式。     

滑移界面表征的套管井声场的理论计算

经典弹性波理论往往在套管与水泥环之间增加一层流体环来模拟套管与水泥环之间胶结差时的测井响应,但流体环的存在,使得套管与水泥环之间缺失了剪切耦合,即使几个微米的厚度,套管波幅度也会明显增大,接近甚至超过自由套管时的30%.因此经典弹性波理论常常无法解释现场测量数据中套管波幅度的渐变现象.实际套管井中胶结界面粗糙或不规则起伏使套管与水泥环界面两侧介质有所接触,往往存在剪切耦合,用剪切刚度和法向刚度表达的滑移界面理论应用到套管与水泥环或水泥环与地层界面的胶结响应,可模拟界面从完全胶结到完全不胶结的过渡状态.通过将滑移界面理论模拟的波结构与在套管与水泥环之间加一层软固体层时的经典弹性波理论模拟的波结构对比,验证了滑移界面理论在模拟水泥胶结时的适用性.滑移界面理论与经典弹性波理论结合分析了水泥不同胶结状态下井孔内外声场的辐射特征,随着界面水泥胶结质量的下降井内接收的套管波以及套管波泄漏到地层中的纵横波幅度逐渐增强,透过井壁辐射到地层中的纵波和横波逐渐降低.将滑移界面理论应用到套管井水泥胶结状况的模拟,弥补了经典弹性波理论在模拟水泥胶结测井响应时的局限性,也为定量刻画水泥环界面的耦合刚度提供了可能...     

储液池的抗震问题探讨

应用流体固体动力耦合统一分析模型的有限元法，进行了储液池的抗震分析。分别探讨了储液池内液体的液面大幅波动、池壁刚度变化、池的深宽比等对地震响应的影响。研究结果表明：储液池壁刚度是比较敏感的物理量，弹性比刚性池壁与液体相互作用的非线性行为强，池壁所受流体的作用力大；液面波的影响也有同样规律，刚性池壁情况下考虑面波与否影响不太大，但弹性池壁却有较大影响；另外宽池比窄池的响应强。     

利用瑞利波法检测地基波速中的测点布置问题探讨

利用既有精确解和瑞利波近似解，分析了泊松比为0．30的匀质弹性地基在竖向点源简谐振动下地表质点振动相位及其求出的瑞利波随点一源距、测点间距而变化的规律．研究表明，当由面波法检测R波速度的容许误差一定时，最小点一源距将随测点间距的增大而减小，意味着目前常用做法缺乏理论的完备性．     

利用井中低频偶极横波进行声波远探测的新方法

为了突破目前声波远探测技术存在的局限性,提出了一种新的偶极横波远探测方法,即利用井中偶极子产生的井中弯曲波存在低频截止频率的现象,在声源截止频率以下激发偶极声波.通过对比分析井中偶极声源分别在截止频率上、下激发时,井孔内外产生的辐射声场,明确了截止频率以下井中偶极声源的远场辐射特征和低频截止频率激发偶极横波的优势,结合数值模拟,进一步对其反射声场进行了分析.结果表明,该方法可以避免艾里相的巨大振幅对数据量化产生的"饱和"效应,相比传统的远探测测井方式更具优势,常规源距即可满足专门的远探测测井仪器需求.     

粘性可压缩流体中的波

本文在小扰动条件下,从粘性可压缩流体的运动方程、状态方程以及连续性方程导出了它的波动方程,从而表明粘性可压缩流体中能够存在有耗损的纵波与横波。文中还针对自由界面、刚性界面、粘性流体内部分界面、粘性流体与弹性固体分界面等,求出了平面波的反射系数和透射系数。     

不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.     

三种压力源模型对火山区地面变形的影响

本文主要分析Mogi点源模型、有限标准椭球体及张开型矩形位错等三种压力源模型对火山区地面变形的影响，指出它们各自在垂直和水平形变方面的不同特点，最后对长白山火山区可能存在的压力源形状进行了分析。     

基于横波射线弹性阻抗的岩性和流体识别研究(英文)

本文推导了关于射线参数的横波(SS)反射系数近似及横波射线弹性阻抗(SREI)表达式。SREI可以写成S-波入射角或者P-波反射角的表达式,分别记作SREIS和SREIP。由井资料计算得到的弹性模型表明SREIP比SREIS及一般的横波弹性阻抗(SEI)具有更强的储层岩性和流体识别能力。Castagna和Smith(1994)收集的25种样本表明大角度SREIP比一般流体因子具有更好的流体识别能力。每个样本包含一组泥岩、含水砂岩和含气砂岩。实际应用也表明,由纵横波阻抗计算得到的大角度SREIP能有效识别致密含气砂岩储层。     

利用二维谱分析井径变化对声波测井响应的影响

本文简要介绍了井孔声场二维谱的计算方法,实现了对不同井径井孔中的声场二维谱和声场模拟计算,得到了不同井径井孔声场二维谱的分布图以及声压波形图.通过对不同井径井孔中声场二维谱的特征分析,讨论了不同井孔中的声波场中的纵波、横波以及各种模式波的特征.通过对比二维谱可以明显地看出纵波、横波以及各种模式波均受井径变化的影响.实践证明井孔声场二维谱能够直观地显示出不同井径中声场传播的特征.     

声电效应测井的有限差分模拟

本文研究声电效应测井波场的有限差分模拟算法.忽略井外地层中诱导电磁场对孔隙弹性波的影响,将求解动电耦合波方程组的问题解耦,先计算孔隙弹性波,再计算其诱导电磁场.基于轴对称柱坐标系下的速度-应力交错网格,采用时域有限差分计算井孔流体声波和井外地层孔隙弹性波.将电磁场近似看作似稳场,基于轴对称柱坐标系下的5点式有限差分网格,求解不同时刻的电位Poisson方程,计算诱导电场.结果表明:本文算法可准确模拟频率6.0 kHz的声电效应测井全波;在声波测井频率范围内,电导率、动电耦合系数和动态渗透率的低频近似对伴随电磁场的计算影响不大;地层水平界面导致伴随反射斯通利波的电场和显著的界面电磁波,后者对于探测地层界面具有潜在的应用价值.     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式II：正确性检验和数值模拟实验

基于前一篇文章中得到的关于三维层状孔隙介质中弹性波场的积分形式半解析解,本文通过离散波数法开展了数值模拟.将全空间均匀孔隙介质中单力点源和爆炸点源作用下弹性波场的解析解和我们的数值模拟结果进行对比,发现两者是完全一致的.而在一个两层半空间模型下的数值模拟,验证了固相位移Green函数的9组空间互易性情况.通过以上两种对比检验,验证了半解析解理论公式、数值模拟方法以及相应程序代码的正确性和可靠性.随后利用敏感度分析研究了不同的介质参数变化对爆炸点源在界面上会产生的反射波场的影响.通过垂直地震剖面模型的数值模拟,发现弹性波场能很好地反映孔隙介质物理性质的变化,同时也讨论了动力协调这一孔隙介质中的特殊现象.我们发展的基于半解析解的数值模拟方法可以为三维层状孔隙介质中弹性波传播特征的研究提供一种可供选择的有效工具和手段.     

慢速地层井孔瞬态声场的数值研究

文献给出了我们用实轴积分法计算的快速地层井孔中点声源产生的瞬态声场在不同时刻的空间分布,包括井内液体中的声波和井外地层中的弹性波.本文则用同样方法计算慢速地层的情况,并将两者结果作了比较.由于我们采用了宽频带、窄脉冲的理想声源,所得声场中各个波都很窄,互不干涉,因而能全面而清晰地反映整个声场的结构和发展过程.文内还介绍了计算中的几个具体问题.     

针对深层流体识别的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究

Russell流体因子是判识深层储层含流体特征的敏感指示参数.针对深层地震资料缺失大角度入射信息以及信噪比普遍较低的特点,开展了基于贝叶斯理论框架的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究.首先,在饱和孔隙弹性介质理论的指导下,推导了包含Russell流体因子和纵波阻抗参数的两项反射系数近似公式,并且进一步得到了新的两项弹性阻抗方程.其次通过模型的近似精度分析,验证了新弹性阻抗方程满足小角度近似精度要求.最后提出了贝叶斯弹性阻抗反演和Russell流体因子的直接估算方法,通过模型试算表明直接估算方法不仅充分利用了弹性阻抗反演的高抗噪性与实用性,并且有效的避免了间接累计误差对流体因子计算精度的影响,实际应用则进一步验证了直接估算的Russell流体因子可以提高深层储层流体识别的可靠性.