含油水各向异性孔隙介质中地震波传播方程

油气勘探的重点是寻找油气储层的分布 ,而地下油气的存在必然对地震记录产生影响。传统的地震波理论是建立在纯弹性固体基础之上 ,没有考虑固体中所含的流体 ,因此 ,它难以研究含油水岩石的物理性质 ,如岩石的渗透率和孔隙度、油水粘度。从固、液介质系统能量和本构方程出发 ,推导出固体、油相和水相的动力学方程 ,进而建立起含油水两相流体各向异性孔隙介质的地震波传播方程。该方程包括有岩石和油水的物理参数 ,更适合于油田的勘探和开发。     

非均匀介质中地震波传播的数值模拟

地震波场数值模拟方法多种多样,各种方法都有各自的特点.这里推出一种全新地震波场模拟方法--基于Forsyte广义正交多项式的迭积微分算子法,该方法将计算数学中的Forsyte多项式,应用到地震波传播的数值模拟中,它同时具有广义正交多项式迭积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性.将该方法的计算结果与傅氏变换伪谱法、错格高阶有限差分法相比较,结果说明,该方法在波场模拟方面具有较好的发展潜力,并具有自身独到的优越性.     

四川盆地火成岩发育区地震波传播规律及成像方法

多口钻井证实四川盆地西南部地区发育火成岩,火成岩主要分布在龙潭组内部,火成岩发育区地震资料存在岩下地震同相轴连续性较差、反射能量弱等现象,火成岩下屏蔽效应机理不清、岩下地震反射井震标定能量相位差异大,明确火成岩区地震波传播规律是地震资料采集、处理解释的基础。这里从地震波反射透射基本原理出发,阐述了火成岩地层的反射透射能量及对下伏地层的屏蔽机理,利用波动方程地震模拟及偏移,分析了不同火成岩分布模型对下伏地层地震信号的屏蔽作用,采用低频补偿、逆时偏移等方法改善岩下成像质量。结果表明:火成岩发育会不同程度导致下伏地层地震透射能量的衰减,纵向多套火层岩发育时,下伏地层屏蔽效应明显,发育区地震表现为类似生物礁的外形隆起、内部杂乱反射特征,下部多次反射较多且能量较强。通过低频优势频带保护处理、利用全波场波动方程偏移成像等方式可以改善岩下地震成像质量。     

多尺度随机孔洞介质地震波正演及其逆时成像

常规地震勘探理论无法完全解释复杂多变的地质特征,较难达到高精度地震资料处理的目的,因此必须发展适应复杂非均匀介质的地震波场传播理论,以更好地刻画真实的复杂构造、岩性、裂隙油气藏的特点。根据实际火山岩样的随机特征,构建了相应的多尺度组合型随机孔洞介质模型,并进行了高精度地震波正演数值模拟和逆时成像研究,制作了在不同频率条件下的自激自收剖面和逆时偏移剖面,计算结果表明,构建的多尺度随机孔洞介质模型可以有效模拟真实的地质变化特征,同时指出准确区分由地层随机非均匀性引起的散射波场响应和干扰信号是实现高分辨率地震勘探的前提。     

离散介质中地震波传播的本构问题

实际地球介质是相当复杂的.基于均匀的、连续介质模型建立的弹性波动理论可能导致对地球结构地震响应的不当解释, 有时可能是错误解释.由于没有更接近实际地球介质模型的波动理论, 许多有用的地震信息因得不到合理解释, 被作为噪音处理了.从等效介质角度来看, 储层介质可以划分为弹性区、粘性区、空白区(空白区是由孔隙、裂隙、结构面产生的介质性质弱化区) 组成的离散介质.在局部平均思想的指导下, 利用区间内聚定理建立起离散(储层) 介质的本构关系, 为建立更接近实际地球介质模型的波动理论提供了力学基础.      

地球各向异性介质中地震波动理论、检测与应用研究

地下岩石的各向异性主要表现在地震波速度随传播方向发生变化,不同类型体波间相互耦合,横波发生分裂,波速度频散依赖于传播方向等。薄互层与裂隙定向分布等产生视各向异性,它在石油地震勘探、地震预测和岩石圈物理与动力学研究中有极大潜力和应用前景,并受到广泛重视。为此,文中讨论了地震各向异性研究在解决地球科学问题中的重要性与必要性;系统地介绍了中国在地震各向异性研究领域的各个方面,如波动传播、波场激发、数值模拟、偏移与反演成像,以及应用于油气资源探测、深部地球物理研究和地质灾害监测等方面所取得的新进展。结合笔者参加的第八届地震各向异性国际学术讨论会,及ＳＥＧ,ＩＡＳＰＥＩ,ＩＵＧＧ等有关学术会议情况,综述了国际上在该领域内的主要成果与发展动向,分析了国际上各国地震各向异性研究现状及存在问题,并对我国在该领域研究的进一步开展提供了主攻问题与相应建议。     

各向异性介质中地震波射线正演

在给定的理论模型下,研究了地层各向异性的存在对地震波传播速度的影响.用一种逐段迭代的射线追踪方法对其进行走时正演,得到了相应的时距曲线.并用该时距曲线结果,与基于各向同性介质模型假设所得到的时距曲线结果,进行对比,验证了所采用的射线追踪方法的精确性和有效性.该射线追踪方法理论上适用于任何界面模型,可以追踪到任意给定的精度,是一种快速、高效,并易于操作的射线追踪方法.     

连续屈服节理模型对剪切地震波传播的影响

地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础,目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上,将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件,对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段,辅以离散元数值模拟,开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性,证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型,连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象,如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。     

地震波传播的褶积微分算子法数值模拟

为了解决地震波场数值模拟中的速度与精度的匹配及局部信息与全局信息的耦合等问题, 该文借助新推出的基于Forsyte广义正交多项式的褶积微分算子, 将计算数学中的Forsyte多项式褶积微分算子应用到地震波传播的数值模拟中.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性和优越性.该方法同时具有广义正交多项式褶积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化, 可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.      

用SVD与MCC结合法压制地震波场的随机噪音

在简单回顾奇异值法压制随机噪音的基础上, 指出信号的同相性与奇异值数目之间的关系是影响奇异值法效果的主要因素。基于这一点, 采用多道相关分析与奇异值分解相结合的方法压制随机噪音。模型试算和实际资料处理的结果表明这种方法在实际应用中是可行的。     

二维随机介质对声波传播影响

地层的形成是随机性和不确定性,用基于随机理论的方法来描述更为适合。利用随机介质建模的方法来描述地下介质中的小尺度非均匀性。为了考察小尺度非均匀性介质中声波的传播特性,建立了不同尺度的二维随机介质模型,利用有限差分法模拟随机介质中的声波场。分别对比不同自相关长度条件下地震记录及其波形与振幅谱,研究这些特征量与随机介质模型的自相关长度的关系。结果表明,自相关长度作为描述小尺度非均匀性尺度的参量,对声波在随机介质中传播影响很大。     

指数函数剪切模量土层的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型[1],对剪切模量为其深度的某一指数函数的成层非均质土层,推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性,利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱,研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算表明：(1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下,土层的最大期望反应,均有别于过滤白噪声谱时的相应值。(2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型

基于波作用量守恒方程建立了波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型,模型中考虑了波浪绕射的影响和水流引起的波浪弥散多普勒效应,应用包含水流和地形影响的激破波模式计算波浪破碎的能量耗散,采用一阶上迎风有限差分格式离散控制方程。分别计算了有无近岸流情况下单向和多向随机波浪的波高分布,考虑水流影响的数值计算结果与物理模型实验数据吻合良好,比较分析表明,所建立的数学模型能够复演由于离岸流引起的波高增大,可用于波流共存场多向随机波浪传播变形的模拟和预报。     

Shear wave propagation in granular assemblies

Shear wave velocity is a fundamental property of a granular assembly. It is a measure of the true elastic stiffness of a bulk specimen of discrete grains. Shear wave velocity is typically measured in the laboratory (e.g., using bender elements) or in-situ (e.g., using a seismic cone penetrometer, sCPT). In the current work, shear wave propagation is modeled numerically using the discrete element method (DEM). First, an appropriate method for measuring wave velocity is identified. Then the effects of particle size and elastic properties are investigated. Specimen fabric is then quantified before and after wave excitation and the elasticity of the response at the scale of the particle contacts is investigated. The results show that shear wave velocity may be robustly measured for discrete numerical specimens. The ability to measure shear wave velocity using DEM simulations may provide another tool for researchers seeking to link results from physical and numerical experiments.     

凹形地貌对爆破振动波传播影响的数值模拟

应用UDEC程序模拟了爆破振动波在凹形地貌中的传播特征,并与广东岭澳核电站2期基础爆破开挖现场监测结果进行了对比。对比分析结果表明,数值模拟结果与现场监测结果较为吻合。研究结果还揭示,凹形地貌对爆破振动波具有明显的衰减作用,质点水平向振动速度的衰减幅度大于质点垂直向。同时,衰减系数随凹形地貌深度、宽度的增加而增加,但随宽度增加的幅度较小。另外,爆破振动波的衰减系数随爆源距增加而减小,随最大段药量的增大而增大。     

P波对大体积混凝土裂缝的扩展作用研究

根据断裂动力学理论及弹性P波与裂缝相互作用的分析,利用混凝土的动态断裂韧度,研究了大体积混凝土深层或贯穿裂缝在爆炸应力波P波作用下的扩展,得到了含裂缝混凝土的安全质点振动速度,并讨论了P波频率及其入射角对安全质点振动速度的影响。结果表明,频率越低、入射角越大的应力波对混凝土裂缝的扩展作用越大,频率为10 Hz垂直入射条件下,混凝土裂缝不扩展的安全质点振动速度仅为0.95 cm/s,与水利水电工程施工组织设计手册中规定的混凝土重力坝、混凝土闸墩等大体积混凝土结构的安全振速5 cm/s有较大差距,含裂缝混凝土更加容易被破坏。     

凸形地貌对爆破震动波传播影响的数值模拟

应用UDEC程序模拟了爆破震动波在两种凸形地貌中的传播特征,并与广东岭澳核电站2期基础爆破开挖现场监测结果进行了对比。结果表明,凸形地貌对爆破震动波具有明显的放大作用,其数值模拟结果与现场监测结果吻合得比较好。研究结果还揭示,在一定爆破能量下,爆破震动波速度放大系数并不随台阶型凸形地貌的增高而单调增加,而是先随凸形地貌高度的增加而增加,在凸形地貌高度达到某一临界值时放大系数达到最大值,当凸形地貌高度超过这一临界值时,放大系数随凸形地貌高度的增加而减小。另外,在孤立凸形地貌下爆破振动波速度放大系数还与凸形地貌的高宽比有关。     

非饱和土中波的传播特性

基于已建立的非饱和土中的波动方程,第1次从理论上推证出非饱和土中存在4种体波,即1种S波和3种P波（P1波、P2波和P3波）,并导出了4种体波的波速以及衰减的解析表达式,分析了4种体波的波速、衰减与频率以及饱和度之间的关系。结果表明：3种P波中P3波波速最小,衰减最大;P1波波速最大,衰减最小;P2波则介于二者之间。4种体波都具有弥散性,一般而言,波速随频率的提高而有所减小,而衰减则有所增大。随含气量的提高,P1波的波速减小,P2波和S波的波速增大,而P3波则受含气量的影响很小;P1波和P3波的衰减都有所减小,但变化不是很显著,P2波的衰减基本不随含气量的变化而变化,S波几乎不存在衰减现象。     

Propagation of non-stationary random waves in viscoelastic stratified solids

This paper covers propagation of non-stationary random waves in stratified materials. The layered solid considered is located above the bedrock, whose material properties are assumed to be much stiffer than the solid, and known power spectrum densities of the non-stationary random excitations are input at the bedrock. The governing differential equations are derived in the frequency and wavenumber domain and the response power spectrum densities of the ground are investigated. The solution method presented uses the pseudo-excitation method in combination with the precise integration method and the extended Wittrick–Williams algorithm. The examples have up to three layers.