弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

碳酸盐岩孔隙度预测新方法在珠江口盆地的应用

孔隙度是油气勘探中储层预测、储层描述、储量估算和油气藏综合研究的一个重要评价参数,它的准确求取是一项非常重要的关键性技术。碳酸盐岩非均质性强,横向变化大,其孔隙度预测一直是个难题。常规方法对孔隙度进行计算存在精度不高、物理意义不明确等问题,常常不能满足油气勘探开发需求。因此,通过对Gassmann方程合理简化并引入Eshelby—Walsh干燥岩石椭球包体近似公式,推导出包含岩石孔隙结构参数、饱和岩石压缩系数与岩石基质压缩系数3个参数的计算孔隙度新公式,然后通过测井交汇图技术和叠前弹性参数反演技术,将其转化为与碳酸盐岩孔隙结构和纵横波速度、密度有关的具体计算公式。同时考虑到不同相带对碳酸盐岩储层孔隙结构的影响,故分相带对新方法进行了应用。结果表明,基于碳酸盐岩孔隙结构的孔隙度预测方法的精度高于常规方法。     

弹性特征约束下的矿物成分页岩脆性评价方法研究

脆性评价对页岩储层可压裂性评估、设计压裂层段、提升压裂改造效果具有重要意义.但传统基于矿物成分的脆性评价方法将不同矿物成分对脆性指数贡献程度进行平均化, 忽略了不同矿物对岩石脆性影响的差异性.本文采用数字岩石物理实验来标定不同矿物成分对岩石脆性整体特征的影响程度, 定量分析了岩石弹性参数随矿物组分含量的变化关系, 采用基于弹性参数的脆性指数来建立不同矿物成分对页岩脆性的差异性影响关系, 建立不同矿物组分相较于黏土矿物与脆性指数的相对关系及敏感因子, 在弹性参数脆性指数的约束下确定了不同矿物成分在脆性指数中的权重, 提出了基于矿物成分贡献程度自适应变化的脆性评价方法.矿物脆性评价结果与弹性参数脆性评价结果的相关性分析及下寺湾地区岩样脆性评价测试表明, 考虑不同矿物成分的差异性所构建的脆性评价方法更加合理有效.

     

叠前同步反演技术在北黄海盆地中生界储层预测中的应用

北黄海盆地中生界目的层埋藏较深,储层纵横向变化快,厚度较薄,砂泥岩速度接近,造成纵波阻抗叠置,单纯依靠叠后纵波阻抗反演预测很难解决岩性区分和储层描述问题,而通过叠前同步反演得到的纵横波速度比和密度参数,进而转换为对岩性和物性敏感的其他参数,能有效区分砂泥岩,进行复杂岩性的识别和储层描述,提供更加准确的储层预测结果。利用叠前同步反演技术,对北黄海盆地中生界储层进行预测,刻画了目的层中砂体的空间几何形态,实现了对储层的精细描述,取得了较好的应用效果。     

用弹性圆薄板理论分析盐岩单井水溶溶腔覆岩关键层

本文系统分析了岩盐单井水溶开采的特征, 应用弹性圆薄板理论对溶腔覆岩关键层进行分析, 推导出了溶腔覆岩层下沉变形微分方程和溶腔覆岩关键层上的载荷计算式, 并对溶腔覆岩关键层受力特征进行了分析, 推导了溶腔覆岩关键层初次破断距计算式, 建立了适用于岩盐单井水溶开采溶腔覆岩关键层判别的判据式, 是对以往关键层理论研究成果的补充, 为关键层理论应用于岩盐单井水溶开采溶腔覆岩移动规律研究打下了理论基础。最后, 对岩盐单井水溶开采覆岩控制研究内容和关键层理论在其中的应用思路进行了初步探讨。     

求解弹性波方程的辛RKN格式

将弹性波方程变换至Hamilton体系, 构造适用于弹性波模拟的高效显式二阶辛Runge-Kutta-Nyström (RKN)格式, 运用根数理论得到此格式的阶条件方程组. 通过给定系数的限定条件, 得到方程的对称解. 为了使时间离散误差达到极小,提出数值频率与真实频率比较,通过Taylor展开,得到关于辛系数的限定方程,求解方程组得到最小频散辛RKN格式. 对比分析时间演进方程的稳定性,得到使库朗数达到极大值的限定方程,求解方程组得到最稳定辛RKN格式. 发现此两种格式为同一格式. 新得到的辛RKN格式不依赖于空间离散方法,为了对比的需要,选取有限差分法进行空间离散. 在频散、稳定性分析中,与常见辛格式对比,从理论上分析了本文提出的格式在数值频散压制、稳定性提升等方面的优势, 数值实验进一步证实了理论分析的正确性.     

高阶交错网格有限差分弹性波场模拟的精度分析

交错网格波场数值模拟是目前地震正演中广泛使用的方法,为对比分析不同阶数的差分格式下产生的计算效率和精度差异,重新推导了弹性波方程的4种时间4阶、空间2N阶的差分公式及系数,并计算了他们的稳定性条件。利用这4种差分格式进行弹性波场数值模拟,对比分析了波场快照、合成地震记录及CPU时间。结果表明：时间4阶、空间6+6阶精度的交错网格有限差分方法在进行地震波场数值模拟时具有较高的计算精度和计算效率。     

三维层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波源自由场

采用刚度矩阵方法结合Hankel积分变换,求解了层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波的自由波场.首先,在柱坐标系下建立层状黏弹性半空间的反轴对称(柱面SH波)和轴对称(柱面P-SV波)情况精确动力刚度矩阵.进而由Hankel变换将空间域内的球面波展开为波数域内柱面波的叠加,然后将球面波源所在层的上下端面固定,求得固定层内的动力响应和固定端面反力,将固端反力反向施加到层状黏弹性半空间上,采用直接刚度法求得固端反力的动力响应,叠加固定层内和固端反力动力响应,求得波数域内球面波源动力响应.最后由Hankel积分逆变换求得频率-空间域内球面波源自由场,时域结果由傅里叶逆变换求得.文中验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中球面SH、P和SV波为例分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明基岩上单一土层中球面波自由场与均匀半空间情况有着本质差异;基岩上单一土层中球面波位移频谱峰值频率与场地固有频率相对应,基岩面的存在使得基岩上单一土层地表点的位移时程非常复杂,振动持续时间明显增长;阻尼的增大显著降低了动力响应的峰值,同时也显著减少了波在土层的往复次数.     

鲜水河断裂带北西段跨断层基线变化机理探讨

2013年芦山M_S7.0地震发生后,鲜水河断裂北西段的侏倭、虚墟等跨断层测点基线测项均出现不同程度的异常变化,异常核实结果认为基线异常属实.该异常变化是否与芦山地震的发生存在一定关联性,值得深入研究.本文首先分析芦山地震发生前后鲜水河断裂北西段不同基线长度的变化特征.基于鲜水河断裂带及邻区三维非线性黏弹性有限元模型,以GPS观测资料、同震静态滑移量作为约束,通过开展多组数值模拟实验,探讨下地壳不同流变特征下,芦山地震发生前后不同阶段,不同跨断层基线长度的时序动态变化特征.初步研究结果表明,1）侏倭、虚墟基线测点原始观测资料均表现出地震发生时基线长度减小,发生后短时间内反向快速恢复及增加的协同变化;2）在以GPS观测数据为约束的块体间差异性运动的动力学边界条件下,鲜水河断裂表现为左旋走滑运动;3）模拟结果显示,地震发生时测点间距离迅速减小,表现为断层右旋的特征,这与实际观测资料反映的结果一致;4）鲜水河断裂带两侧地块的下地壳黏滞系数分别取10¹⁸Pa·s、10¹⁹ Pa·s时,由于黏弹性松弛效应的影响,造成基线长度在地震发生后短时间尺度内快速增加.对比分析认为,地震后短时间内实测资料反映的基线长度快速增加的特征可能是黏弹性松弛效应与构造作用共同作用的结果.

     

巴颜喀拉块体东缘形变及九寨沟地震孕震环境数值分析

2017年8月8日四川发生九寨沟M7.0地震,是继2008年汶川M8.0地震后发生在巴颜喀拉块体东部的又一强震.现今GPS速度观测数据显示,2008年汶川地震前后的1999-2007年和2011-2016年两个时间段内巴颜喀拉块体东部地表速度场存在明显的差异.本文以实际GPS速度观测资料为约束,构建三维有限元地球动力学模型,分别计算分析了两个时段内震源区及周边现今地壳形变、弹性应变能和应力积累特征,进一步探讨汶川地震的发生对九寨沟地区变形及应力的影响.数值模拟结果显示,汶川地震之后（2011-2016年）巴颜喀拉块体东部的地壳形变、弹性应变能积累及应力积累速率均明显大于震前,增加量值达1.5~3倍;九寨沟地震发震断裂上库仑应力增长率在1999-2007年约为0.7 kPa·a^-1,2011-2016年间增至1.2 kPa·a^-1.上述结果表明,现今巴颜喀拉块体东部地壳应力积累过程有利于左旋走滑型九寨沟地震的发生,汶川地震的发生调整了区域应力状态,加速了九寨沟地震的孕育过程.