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.     

井内偏心声源激发的三维声场的数值研究

为了研究环形声波测井仪和扇区水泥胶结测井仪的工作原理,本文利用实轴积分 法计算了井内靠近井壁的偏心声源激发的声场,得到了在井壁不同位置的接收波形,分析了 直达波、井壁反射波、纵波、横波和面波在这些波形中的反映．偏心声源激发的三维声场没有 轴对称性,比井轴上的居中声源的情况复杂．     

基于“方程解耦”算法的各向异性介质纵横波分离方法

各向异性介质纵横波耦合的特性,使得纵波信息的获取对于各向异性非常规储层地震数据采集和处理具有重要意义.常规方法主要包括基于散度旋度场的Helmholtz分解和基于频散关系的声波近似等两大类,但这两类方法都改变了纵波波场的振幅和相位信息,并进一步影响正演数值模拟和纵波偏移成像的最终结果.本文基于方程解耦的思想,通过将弹性刚度系数分量中的纵横波耦合项近似为纵波模量和横波模量的线性函数,推导得到单独的纵波和横波方程,从而实现各向异性介质的纵横波波场分离.与常规方法相比,“方程解耦”方法得到的纵波波场的振幅和相位信息都更为准确,且波场信息也更为完整,能够为各向异性介质的纵波数据处理提供重要的保障.     

裸眼井中软地层多极子源激发的弹性波的传播

利用全波场和分波场算法对裸眼井软地层中由单极子源和多极子源（偶极子源和四极子源）激发的弹性波进行了数值研究,给出了声波全波列理论波形、纯纵波和纯横渡理论波形及纵横波的频率传输特性曲线.结果表明,纯纵波和纯横波是无频散几何衰减波;除了在v_s>（1-ρ₁/ρ₂）^1/2v₁的井眼中由单极子源激发的横波无传播特征频率外,纵横波都具有各自的传播特征频率,纵波的传播特征频率有一系列离散值,横波的传播特征频率只有一个且等于非对称模式波的截止频率;多极子源激发的纵波传播特征频率的最小值大于横波的传播特征频率,随着极子数增多,二者的特征频率值皆增高,差别也越大,因此,当声源发射主频较低,接近横波传播特征频率而远离纵波传播特征频率时,低频多极子源将压制纵波并激发出较强的横波,分析结果还表明,通常所说的低频多极子源激发出的横波波群实际上是纯横波与截止频率附近的非对称模式波叠加的结果,在其它条件不变时,二老对横波波群相对贡献的大小取决于声源激发主频的高低及其带宽的大小.     

套后介质声学性质对套管中三种模式波影响的对比分析

由于套管的厚度小于目前声波测井仪器工作频率下的波长,声波仪器工作时可在套管中激发Lamb波或SH模式波.目前评价水泥胶结质量的声波测井仪器主要是利用套管中的对称Lamb波(拉伸波,S0模式)或反对称Lamb波(泄漏弯曲波,A0模式)的相对幅度或衰减评价套管与水泥之间的胶结程度.Lamb波可看作是纵波和横波在套管边界的耦合形成的,在套管中还存在另一种非耦合的SH横波,偏振方向与套管轴向平行沿着周向传播.本文基于定向声源辐射技术,实现了对称Lamb波、反对称Lamb波的分波模拟技术,数值研究了套管后耦合不同声阻抗介质时,对称Lamb波、反对称Lamb波以及SH横波的测井响应,通过频散衰减曲线以及模式波的波形响应幅度的直观显示表明,由于套管中的SH波仅向固体水泥中辐射剪切波,这一传播特征与套管中的Lamb波相比可以极大提高套管-水泥界面胶结状况的测量灵敏度.Lamb波的固有缺陷是套管与两侧介质的较大声阻抗反差使得在井中测量套管后面水泥界面的灵敏度受到相当大的限制.     

地学书签

正地震波的传播方式有哪几种?地震波按传播方式分为三种类型:纵波、横波和面波。纵波是推进波,地壳中传播速度为5.5～7千米/秒,最先到达震中,又称P波,它使地面发生上下振动,破坏性较弱。横波是剪切波:在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒,第二个到达震中,又称S波,它使地面发生前后、左右抖动,破坏性较强。面波又称L波,是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。     

油水两相饱和储层中平面震电波场响应特性

现有的孔隙介质震电理论缺乏针对含油储层震电耦合的数学模型及定量模拟,制约了该方法在含油储层中的推广应用.本文将非饱和孔隙介质中弹性波动理论与含油储层中动电耦合理论及麦克斯韦电磁理论相结合,建立了描述油水两相饱和储层中震电耦合波的数学方法,定量模拟了含油储层中平面震电波场响应特性,并探讨了储层参数对震电波场响应的影响.研究结果表明:油水两相饱和储层中震电耦合产生四种震电耦合波,震电横波、震电纵波P1、P2和P3波;震电波场响应具有频散特性,频率增大,震电纵波P2和P3波传播速度显著增大,震电波衰减常数均增大;相同频率下,震电纵波P2波电场强度及电流密度与固相速度比值的模值相比其它三种震电波的均较大,说明其激发电场和电流能力较强;震电波场响应受到宏观储渗参数的影响,储层孔隙度增大,震电波的传播速度均减小,三种震电纵波的衰减常数均增大,且震电横波和震电纵波P1波的电场强度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P2和P3波的均减小;储层渗透率增大,震电波的传播速度均增大,震电横波的衰减常数、电场强度与固相速度比值的模值亦增大,而三种震电纵波的则相反;含水饱和度增大,震电横波、震电纵波P1(低频时)和P2波的传播速度均减小,衰减常数、电场强度及电流密度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P3波的则相反;震电波响应电场强度及电流密度与固相速度比值的相位在高频时出现频散现象,同样受到储层参数的影响.     

含孔隙、裂隙致密介质中多极子声波的传播特征

非常规油气藏（如致密性地层及蕴藏油气的页岩地层）的重要特征是低孔、低渗,但裂隙或裂缝比较发育.为满足非常规勘探的需求,本文将孔、裂隙介质弹性波传播理论应用于多极子声波测井的井孔声场模拟,重点研究了致密介质中裂隙发育时多极子声波的传播机理以及衰减特征.井孔声场的数值计算结果表明裂隙的存在明显改变了弹性波和井孔模式波的频散、衰减和激发强度,尤其是井壁临界折射纵波的激发谱的峰值随着频率的增加逐渐降低,这与应用经典的Biot理论下的计算结果相反,且裂隙的存在也使得饱含水和饱含气时临界折射纵波激发强度的差异变大.井孔模式波的衰减与地层横波衰减和井壁流体交换有关,井壁开孔边界下致密地层裂隙发育还使得井孔斯通利波和艾里相附近的弯曲波对孔隙流体的敏感性增强,在井壁闭孔边界条件下引起井孔模式波衰减的主要因素是裂隙引起的地层横波衰减造成的,且在截止频率附近弯曲波的衰减与地层的横波衰减一致.数值计算结果为解释非常规油气地层的声学响应特征提供了参考.     

弹性波被动源数据一次波估计方法研究

与声波被动源数据相比,弹性波被动源数据含有更加丰富的地下地质信息.弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录中,同样存在表面相关多次波,影响数据的后续处理以及对地下地质构造的准确判断.对弹性波被动源数据合成的虚拟炮记录进行多次波的预测与匹配相减,将比声波数据更加困难.本文提出弹性波被动源数据一次波估计方法,针对各向同性介质条件下的弹性波被动源数据进行研究,依据声波被动源数据一次波估计方法的研究思路,推导弹性波被动源数据一次波估计方法的理论过程,充分考虑弹性波被动源数据所包含的波场成分,包括纵波、横波以及在传播过程中产生的转换波.在传播过程中,由于能量的损失,略去多次传播的高阶项,进而给出相应的目标函数.利用数据的稀疏性,结合L_1范数约束的最优化问题求解方法,避免对弹性波虚拟炮记录进行多次波的预测与匹配相减,解决多次波影响问题.本文通过合成的弹性波被动源数据,进行一次波估计的测试,并与主动源和合成的虚拟炮记录进行对比,验证本文提出方法的有效性与准确性.     

转换波在储层预测中的研究分析

岩石的各向异性与油气的运移和储集有着密切关系.在油气勘探和油气田开发中,横波对各向异性的敏感性具有重要价值,它可提供一些其他方法无法获取的新信息.纵波在地下传播时,当通过路径的岩石存在各向异性时,会在波阻抗界面产生纵波和横波.这相当于纵波震源同时激发出纵波和横波,利用这些信息就可以对地下岩石的物性进行研究.本文以有限差分为基础,以地下油气田的储藏地质特性为对象,利用弹性波波动方程的传播特性, 研究P_SV转换波,分析其传播特征,用来指导其在储层预测中的应用.通过研究分析可以看出,P_SV转换波通过含油气介质时受影响比较少,能够得到比纵波好的多的成像资料.     

A method for visualizing sound propagation in solids and liquids

Introduction When seismic waves propagate in a medium of complex geometry,such as a dam,it pro-duces stress concentration area at some spots of the dam because of the interface reflection and refraction of the waves,resulting in serious safety risk.Understanding seismic wave propagation in complex mediums becomes very important.In order to reduce the damage from natural earth-quakes,precaution measures should be designed on the basis of the seismic propagation charac-teristics.Experimental geo…     

Numerical Simulation of the Effect of a DC Electric Field on Seismic Wave Propagation with the Pseudospectral Time Domain Method

We have modeled the effect of a direct current (DC) electric field on the propagation of seismic waves by the pseudospectral time domain (PSTD) method, based on a set of governing equations for the poroelastic media. This study belongs to the more general term of the seismoelectric coupling effect. The set of physical equations consists of the poroelastodynamic equations for the seismic waves and the Maxwell's equations for the electromagnetic waves; the magnitude of the seismoelectric coupling effect is characterized by the charge density, the electric conductivity, the Onsager coefficient, a function of the dielectric permittivity, the fluid viscosity, and the zeta potential. The poroelastodynamic vibration of a solid matrix generates an electric oscillation with the form of streaming current via the fluctuation of pore pressure. Meanwhile, fluctuating pore pressure also causes oscillatory variation of the electric resistivity of the solid matrix. The simulated poroelastic wave propagation and electric field variation with an existing background DC electric field are compared with the results of a physical experiment carried out in an oilfield. The results show that the DC electric field can significantly affect the propagating elastic energy through the seismoelectric coupling in a wide range of the seismic frequency band.     

解耦纵横波反射波走时反演

基于常规弹性波动方程的反射波走时反演结合走时和反射波信息可以有效的摄取模型参数中的低波数成分,然而纵横波之间的耦合效应以及纵横波速度对波场的敏感性差异,导致反演的非线性问题增强.为此本文研究了基于解耦波动方程的反射波走时反演,并提出改进的时移互相关目标函数,分别隐式计入射波场快照与反传波场快照的时移量,很大程度的降低了纵波、横波之间的耦合关系,并提高纵横波速度低波数信息的反演质量.最后模型测试证明了本文方法的正确性.     

Alfven波在低纬电离层中的传播研究

Alfven波在低纬地区电离层的传播有其特殊性,一方面,低纬地区同样存在Alfven速度梯度的巨大变化,导致电离层Alfven谐振器(Ionospheric Alfven resonator, IAR)的形成;另一方面,由于在低纬地区磁倾角很小,所以剪切Alfven波在传播的过程中纬度方向跨度很大,不同纬度电离层参数将共同对其产生影响;并且,由于电离层水平分层,故磁力线与电离层不正交.本文选取双流体力学模型,在忽略场向电场的条件下,利用非正交坐标系,结合IRI07模型与MSISE00模型模拟低纬地区Alfven波的传播,得到其反射及耦合特性.结果表明,低纬地区同样存在电离层Alfven谐振现象,由耦合产生的压缩模有向磁赤道方向传播的趋势,夜间电离层状态相对于白天更适合IAR的形成,谐振频率沿磁力线L值增大单调递增.     

弱裂隙各向异性对地震体波的效应

由数据模拟证明，尽管对地震体波走时及纵波动力学特征来讲，弱裂隙各向异性的影响可以忽略，但与各向同性介质中的横波相比，即使对弱裂隙介质，穿透其中的横波的偏振特征也会出现显著的不同。     

On the Acoustic-Electromagnetic Analogy for the Reflection-Refraction Problem

The same mathematical theory can be used to describe physical phenomena of different nature. For instance, the wave equation and the related mathematical developments can be used to describe elastic and electromagnetic wave propagation, and it is also extensively used in quantum mechanics. Fresnel's equations are a classical example of the analogy between shear waves and light waves. George Green in the nineteenth century, used analogies to obtain the reflection coefficients for sound waves and light waves, before the advent of the electromagnetic theory of light.In this work, we investigate the mathematical analogy between elastic waves and electromagentic waves. We obtain a complete parallelism for the reflection and refraction problem, considering the most general situation, that is, the presence of anisotropy and attenuation—viscosity in the elastic case and conductivity in the electromagnetic case. The analogy is illustrated with Fresnel's equations, the Brewster and critical angles, the concept of reflectivity and transmissivity, and the corresponding duals fields. The analysis of the elastic-solid theory of reflection applied by Green to light waves, and a brief historical review of wave propagation through the ether, further illustrate the analogy.     

利用高阶交错网格有限差分法模拟地震波在非均匀孔隙介质中的传播

烃类储集层是一种复合多相介质，在固体颗粒的空隙中含有气体或液体. 研究弹性波在该类地层中的传播规律对于油气勘探开发，特别对于全波列声波测井有重要意义. 为了提高孔隙弹性介质数值模拟的计算效率，本文采用改进显式交错网格有限差分算法取代常用的空间域四阶和时间域二阶的速度 - 应力有限差分算法，算法的空间域为八阶、时间域为二阶. 虽然计算的时间步长略小于空间域四阶的情形，但高阶有限差分算法可以选择较粗糙的网格，因此补偿了计算的低效；同时高阶交错网格有限差分算法的空间频散性比低阶算法小. 利用该算法计算了一个两层模型的波场，同时还模拟了等效弹性和孔隙弹性模型中波的传播. 结果表明慢波及其影响明显，尽管慢波衰减很快，但被某一界面反射后，转换形成的P波和S波仍以正常的方式传播，且比慢波衰减小.     

低频前驱波传播机理的研究现状

本文从低频前驱波传播的理论与实验等方面对其传播机理的研究现状进行了简要概述。断裂预扩展、过热液体暴沸、粘滑地震前的预滑等均可能产生低频前驱波;微破裂集结、均匀和非均匀断层滑动失稳成核、声透射等实验均证实了岩石在大破裂前确实能够产生一种长周期、小振幅的低频事件;低速断层、壳内低速层、承压含水层、水体大连通性好的灰岩含水层、大气中的声波导层有利于低频前驱波传播。     

Shear waves in elastic medium with void pores welded between vertically inhomogeneous and anisotropic magnetoelastic semi-infinite media

The paper intends to study the propagation of horizontally polarized shear waves in an elastic medium with void pores constrained between a vertically inhomogeneous and an anisotropic magnetoelastic semi-infinite media. Elasto-dynamical equations of elastic medium with void pores and magnetoelastic solid have been employed to investigate the shear wave propagation in the proposed three-layered earth model. Method of separation of variables has been incorporated to deduce the dispersion relation. All possible special cases have been envisaged and they fairly comply with the corresponding results for classical cases. The role of inhomogeneity parameter, thickness of layer, angle with which the wave crosses the magnetic field and anisotropic magnetoelastic coupling parameter for three different materials has been elucidated and represented by graphs using MATHEMATICA.     

各向异性介质中扭转波分裂的初步实验观测

实验室可以产生两种振动模式的横波,一种是剪切振动,另一种是扭转振动.本文利用扭转换能器观测了扭转横波在各向异性样品中的传播特性.实验表明,无偏振方向的扭转波在各向异性介质中会以两种不同速度传播,并出现波的分裂现象,其快慢波的速度值与剪切横波的快慢横波速度一致.用扭转波换能器接收时,快慢扭转波的波形振幅不受各向异性方位影响,表现为无方向性.通过两块不同来源的均匀各向异性样品,用实验观测方式初步揭示了各向异性介质中扭转波的一些传播特征.