双相各向异性研究、问题与应用前景

地球内部流体的存在和岩石各向异性是地下介质的两大表征,考虑地下流体和介质各向异性问题的双相各向异性理论是当今地震学和地球物理学理论与应用研究的前沿和难题之一。孔隙流体的存在、固体和流体之间的相互作用会弱化或硬化岩石的力学属性,上起声波或弹性声波速度的频散的振幅的衰减,并产生第二类压缩波。裂缝或裂隙的定向分布、岩层的旋性沉积、应力场的定向排列,都会引起传播速度的各向异性、横波发生分裂等重要现象,这些     

双相各向异性介质中弹性波方程的有限元解法及波场模拟

基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.     

双相各向异性介质中弹性波方程的有限元解法及波场模拟

基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.     

双相各向异性介质中弹性波传播特征研究

随着地震工程和能源地震勘探的深入发展,人们所遇到的地下介质愈来愈复杂．常规的各向异性介质理论或双相各向同性介质理论难以精确描述含流体的各向异性介质,如裂缝性气藏、含水页岩等．本文以Biot双相各向异性介质理论为基础,利用弹性平面波方程,推导出了任意双相各向异性介质中弹性波的Christoffel方程．根据Christoffel方程,计算并分析了频率对双相横向各向同性介质中弹性波的相速度、衰减、双相振幅比和偏振特征的影响．结果表明,在4类波(快纵波、慢纵波、快横波和慢横波)中,频率对慢纵波影响最大;当耗散很大时,快纵波、快横波和慢横波的流固相振幅比值近似为1．对偏振特征分析的结果表明,在双相各向异性介质中,弹性波的固相位移偏振方向与流相位移偏振方向将不再保持同向或反向,而是呈不同大小的夹角．     

三维各向异性介质弹性波模拟的透射边界条件

在弹性波数值模拟中,为了压制人工边界反射,需要使用边界条件.本文从三维各向异性介质中弹性渡方程出发,在边界入射波为平面波的假设前提下,利用特征值分解以及坐标系旋转,导出人工边界处质点位移矢量计算公式,实现了在边界处为任意倾斜入射时的透射边界条件.并显示了边界条件的使用效果.     

地壳介质弹性、电性各向异性理论及对地震过程的联合解释

本文共分 1 0章 :第 1章为引论 ;第 2～ 6章为基础理论 ;第 7～ 1 0章为应用研究。主要研究内容可分为 5个方面。1 )第 1章引论部分综述了地壳介质各向异性现象和分类 ,从发展沿革、理论方法及成果、存在的问题等几个方面分别论述了地壳介质弹性各向异性和电性各向异性。在此基础上提出了本文的研究思路和主题 :将地震学中的S波分裂法与电法中的大地电磁测深法联合起来解释地震过程中的各向异性动态特征与发震应力场的关系。围绕这个主题设定了 2个核心 :一是建立地壳介质电性各向异性微观模型 ;二是基于 EDA(广泛扩容各向异性 )裂隙模型…     

双相介质分界面上弹性波的反射与透射

本文基于Biot理论,推导出Zoeppritz形式的双相介质分界面上弹性波的反射与透射公式,对单相Zoeppritz公式与双相反射系数公式进行了比较,对双相介质含油、水、气不同流体时的反射规律以及孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数对纵波反射的影响进行了研究.数值模拟分析表明,双相与单相反射公式的主要差异在于双相介质反射公式中考虑了液相、固液耦合相弹性模量的影响;油砂、水砂、气砂岩的慢P波反射差异明显;快P波反射对孔隙度的变化敏感,饱和度次之,对渗透率和频率的变化不敏感.     

双相各向异性介质中弹性波传播有限元方程及数值模拟

基于Biot双相各向异性介质理论和动态问题的哈密顿原理,推导出任意双相各向异性介质中弹性波传播的有限元方程,并给出双相各向异性介质中弹性波有限元方程的数值解法．最后进行有限元法的数值模拟,对双相各向异性介质中弹性波传播特征进行了模拟与分析．      

地壳介质的各向异性弹性本构关系讨论

论述了地壳介质中存在的几类各向异性弹性本构关系，推导了应变能变换公式、EDA薄层各向异性弹性常数及非对称面上EDA构成的单斜对称弹性常数的计算公式，讨论了几种各向异性对称系统的特征方程，并给出了弹性波的角散表达式，最后选取合理的参数对波的角散现象进行了数值模拟。     

各向异性介质中弹性波动高阶差分法及其稳定性的研究

稳定性是数值计算波动方程的最重要条件之一．本文就正交对称和六方对称各向异性介质中的弹性波动方程研究了时间和空间上差分精度可达任意阶的交错网格高阶差分法后,又导出了该方法的稳定性条件．为利用这种既精确又高效的数值方法来研究地震各向异性中的正反演问题提供了理论依据．     

声电效应测井电声比及其与地层渗透率的关系

基于流体饱和孔隙介质中声波-电磁场耦合效应的测井方法具有潜在的应用价值.本文从Pride动电耦合波方程组入手,推导了伴随斯通利波的井孔电场与声压比值(电声比)的频率域表达式.结果表明,在较低频率条件下,电声比幅角的正切值与渗透率呈反比.在此基础上,提出了利用低频的声电效应测井全波反演地层渗透率的方法.针对砂岩地层,从计...     

基于Biot-Rosenbaum理论及动态渗透率的井中声场计算

井孔声场的二维谱是井孔声场在频率-波数域内与地层性质和井眼条件有关的地层滤波函数在频率和波数域内的分布,它可以直观的表现声波场在地层中的传播特征.利用二维谱可以直观的考察声波在地层井孔中的传播特征.为了研究孔隙介质中的井孔声场的传播,考察孔隙介质中的井孔声场传播特征,在Biot-Rosenbaum理论模型基础上引入了J...     

二维弹性随机介质中的波场特征

通过波动方程的交错网格有限差分正演,模拟了地震波在二维弹性随机介质中的传播及其自激自收时间记录.本文将理论记录剖面分割成三个不同的时间区段,在三个时间区段上分别计算并提取剖面的统计特征.运用正交试验设计和分析方法,本文全面研究了混合型弹性随机介质的五个统计特征（自相关长度、粗糙度因子、扰动标准差、纵波背景速度、纵横波速度比）及其交互作用与各种波场特征之间的关联,并得出了若干结论.     

二维横各向同性弹性随机介质中的波场特征

本文通过交错网格有限差分正演．模拟了平面地震波在二维横各向同性弹性随机介质模型中的传播及其自激自收时间记录．为研究横各向同性弹性随机介质模型中的波场特征,我们在五个不同的时间区段上,分别计算剖面的三个统计特征(横向中心频率、纵向中心频率、波场能量相对值)．这样,对应每一个横各向同性弹性随机介质模型．均可计算得到15个不同的波场特征量．我们通过在二维横各向同性弹性随机介质中的正演模拟．研究当自相关长度以及介质的各向异性系数变化时,对应的上述波场特征量的变化特点．证实了在随机介质模型中．各向异性系数的变化会引起波场记录上的某些统计特征的变化,归纳得出了若干结论．     

The strain seismograms of P- and S-waves of a local event recorded by four-gauge borehole strainmeter

At a sampling rate of 100 samples per second,the YRY-4 four-gauge borehole strainmeters(FGBS) are capable of recording transient strains caused by seismic waves such as P and S waves or strain seismograms. At such a high sampling rate, data from the YRY-4 strainmeters demonstrate fairly satisfactory self-consistency. The strain tensor seismograms demonstrate the senses of motion of P waves, that is, the type of seismic wave travels in the direction of the maximum normal strain change. The observed strain patterns of S waves significantly differ from those of P waves and should contain information about the source mechanism. Spectrum analysis shows that the strain seismograms are consistent with conventional broadband seismograms from the same site.     

土坝体隐患弹性波探测中的横波优势

用于土坝体隐患探测中的弹性波波媒主要包括纵波、横波、表面波等等,由于组成土坝体不同介质结构特有的弹性波波速特性,选择横波作为弹性波勘探的波媒具有比纵波优越的地球物理前提条件,而且通常具有能量强、分辨率高、波成分相对简单、易于对比分辨(极性特征)等特点;当然,横波具有主频频率低、激发效率低等不利特征.但综合来看,在土坝体隐患探测中,选择弹性波勘探方法,还是以横波作为波媒具有明显优势.     

钻孔应变观测中潮汐因子离散性与各向异性原因探讨——“十五”数字地震观测网络分量钻孔应变仪首批观测资料分析解释

中国数字地震观测网络"十五"计划期间,在全国布设约40台我国自主研发的YRY-4型分量式钻孔应变仪.现已取得一批固体潮观测数据,计算M2波潮汐因子的结果表明,潮汐因子的相对精度最高达到了0.001.在此基础上,发现各观测点潮汐响应(潮汐因子)与理论模型比较有很大的离散性及有规律的方位各向异性.本文提出断层隔离是造成各台站潮汐因子偏离理论值及方位各向异性的主要原因.有限元断层地块模型应变方位响应与台站实测方位响应的一致,支持了这一观点.潮汐响应各向异性现象有望在地质构造研究、城市断层探测、地块活动微动态、地震烈度区划等研究领域发挥作用.也可为GPS等空间大地测量观测数据改进潮汐位移修正,提供参考.     

孔、裂隙并存地层中的声波测井理论及多极子声场特征

在油、气储层的勘探和开发中观察到的一个现象是储层岩石中普遍存在孔隙和裂隙.随着近年来孔、裂隙介质弹性波动理论的进展,我们可以将此理论应用于测井技术,以此来指导从声波测井中测量孔、裂隙地层的声学参数.本文计算了孔、裂隙地层里充流体井眼中的多极子声场,分析了声场随裂隙介质的两个主要参数(即裂隙密度和裂隙纵横比)的变化特征.井孔声场的数值计算表明裂隙密度可以大幅度地降低井中声波纵、横波的波速和振幅.随着裂隙密度的增加,在测井频段内也可以看到纵、横波速的频散现象(这种频散在孔隙地层中一般是观察不到的).本文还研究了多极子模式波 (即单极的Stoneley波、伪瑞利波以及偶极的弯曲波)随裂隙参数的变化特征.结果表明,这些模式波的振幅激发和速度频散都受裂隙密度的影响.裂隙密度越高影响越大.此外,裂隙还对模式波的传播造成较大的衰减.相对裂隙密度而言,裂隙纵横比是一个频率控制参数,它控制裂隙对声场影响的频率区间.本文的分析结果对裂缝、孔隙型地层的声波测井具有指导意义.     

声波及弹性波地震模拟的无网格算法

波动方程方法是地震模拟和成像的基本方法之 一。本文利用无单元法(EFM)处理地震模拟中的 声波及弹性波波动方程。无单元法中没有单元的 概念,使节点完全摆脱了单元网格的束缚;此外, 采用滑动最小二乘(MLS)准则使得方程的解高次 连续。本文将分别针对声波方程和弹性波波动方 程详细讨论无单元法的原理及吸收边界问题。在 此基础上,通过几个叠前模型的试算验证无单元 法用于地震模拟的有效性。     

Theconvolutionaldiferentiatormethodfornu┐mericalmodelingofacousticandelasticwave┐fields

Ｔｈｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｔｏｒｍｅｔｈｏｄｆｏｒｎｕ┐ｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆａｃｏｕｓｔｉｃａｎｄｅｌａｓｔｉｃｗａｖｅ┐ｆｉｅｌｄｓＺＨＯＮＧ－ＪＩＥＺＨＡＮＧ（张中杰），ＪＩ－ＷＥＮＴＥＮＧ（滕吉文）ａｎ...