含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的数值计算方法

目前临界孔隙度及孔隙介质的研究主要为测试分析的实验方法,如何运用数值计算方法求取孔隙流体介质临界点和组分弹性参数一直是备受关注的课题.本文提出了求取孔隙介质临界点、孔隙内流体和骨架弹性参数的数值计算公式及方法,并结合含气样品测试数据实现了这种数值计算.文章首先给出了3个包含孔隙度的线性方程,通过有机组合每个线性方程中的两个系数得到求取有关弹性参数的数值计算公式.然后,详细阐述了计算的方法和步骤以及需要注意的问题,把室内含气砂岩样品实测的综合介质密度、纵波速度和横波速度作为数值计算的输入数据,求得了临界点和流体及骨架等相关弹性参数的具体数值.通过比较分析本文数学方法求得的计算数据与实验方法测得的实测数据,表明了该数值计算公式的正确性和数值实现方法的有效性.     

饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法

本文基于Biot的饱和多孔介质本构方程,考察具有辐射阻尼的外行球面波,推导了饱和多孔介质三维黏弹性人工边界的法向和切向边界方程;在已有的饱和多孔介质二维显式有限元数值计算方法基础上,提出该理论的三维方法,并开发了实现该三维方法的有限元程序.算例表明饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法具有较好的精度和稳定性.     

黏弹性双相介质参数反演的同伦方法

本文以介质的动态时域响应（位移、速度、加速度）作为反演的依据,对黏弹性双相介质的材料参数进行了反分析研究.根据附加条件,并考虑到由于测量误差和测量数据的不充分造成的反演问题的不适定性,将黏弹性双相介质的参数反演问题转化为非线性泛函的极小值问题,然后应用大范围收敛的同伦方法求出使泛函极小的根作为反问题的解.最后,以二维半空间黏弹性双相介质模型为例进行了数值反演分析,数值结果表明本文方法在参数的反演过程中目标函数稳定收敛,且具有一定的抗“噪声”干扰性能;与利用速度和加速度信息反演的结果相比,利用位移信息反演的结果具有较高的精度和抗噪声能力.     

交叉偶极子声测井多频率反演地层三阶弹性常数和地应力研究

基于声弹性理论,本文详细论述了利用交叉偶极子多频率相速度反演地层三阶弹性常数和地应力的理论及信噪比对反演结果的影响.定性和定量分析表明在速度应力方程中,不含三阶弹性常数项与含三阶弹性常数项相比对速度的影响可以忽略,由此只利用一次测井资料同时反演地应力和三阶弹性常数是一个严重病态的问题或一个不确定性问题.针对不同的反演模型,详细考察了信噪比对各自简化模型和精确模型反演结果的影响.数值模拟结果表明,利用一次测井采用精确模型反演全部四个参数方法受信噪比影响严重.而利用不同流体压力下的测井资料进行反演时可以采用简化模型取代精确模型以便简化计算和提高反演速度,因为简化模型和精确模型有着几乎相同的精度;同时,分步反演的方法可以较好地反演出原位地应力及三阶弹性常数.     

改进切线模量的非线性弹性模型

为了更好的反映基坑开挖后土体的变形非线性特性,采用幂函数描述土体剪切过程中切线模量随主应力差值增大而衰减的过程。积分得到主应力差值和应变的数学表达式,其反映的数学规律符合一般土力学模型的要求。对应于不同的幂指数,该表达式可以很好拟合三轴试验应力-应变曲线。基于Duncan-Chang模型参数确定的方法,提出了本文模型参数的确定方法。在通用有限元软件基础上二次开发了模型的计算程序。应用于某基坑变形的计算结果表明,本文提出的模型比Duncan-Chang模型能更好的预测围护结构的变形。     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.

     

基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据,可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法,本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征,可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数,也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法,为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例,求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.

     

弹性波CT技术在大足石刻岩体破碎带探测中的应用

大足石刻是中国现存的重要石质文物之一,具有重要的历史和文化价值,其中有的石刻造像曾被列为国家石质文物保护“一号工程”;最近,文物保护部门又启动了对危岩体的加固和防渗工程。为确定大足石刻宝顶山大佛湾岩体中破碎带发育情况,应用跨孔弹性波CT技术对指定位置的工程岩体进行了探测。CT探测得到的岩体弹性波速成像清楚地揭示了两个钻孔之间岩体中破碎带的规模和产状,与岩体所在的区域地质构造应力场作用协调一致,证明了探测成像结果的可靠性,为大佛湾岩体的渗流和稳定性评估提供了依据。     

青藏高原东北部岩石圈有效弹性厚度及其各向异性

青藏高原东北部是中国大陆构造环境特殊的主要构造域,毗邻青藏高原羌塘地块、塔里木盆地、四川盆地和华北克拉通,属于不同构造类型块体俯冲、碰撞及陆内汇聚的结合部,在中国大陆形成与演化的历史中扮演着重要角色.岩石圈有效弹性厚度(Te)及其各向异性与岩石圈流变性、力学结构紧密相连,研究青藏高原东北部的岩石圈Te及其各向异性将为我们认识大陆岩石圈的流变性及动力学过程提供重要信息.本文基于Fan小波相关性分析法,运用布格重力和地形资料获得了青藏高原东北部岩石圈Te及其各向异性二维分布的详细信息.研究结果表明研究区域内Te的分布范围在5～100 km之间;松潘—甘孜地块、祁连山造山带和龙门山地区的Te较薄(5 kmTeTe值都较低,其中龙门山断裂带Te只有5～20 km,且南、北两段各向异性存在明显差异.内部的若尔盖盆地Te值略显高值,说明其是仍保留有刚性的块体;北缘的柴达木盆地下伏为古生代的地壳,被认为是古老的克拉通碎片,Te较大(50 kmTeTe的各向异性轴垂直于大的块体边界.通过比较Te各向异性与SKS波的快波偏振方向、Rayleigh面波方位角各向异性的相互关系我们推测阿拉善地块各向异性源自地幔橄榄岩晶格的优势取向,岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式;柴达木盆地各向异性源于历史构造事件残留在岩石圈中的"化石"各向异性;松潘—甘孜地块各向异性源自物质的侧向流动.     

基于Duncan-Chang本构的非线性土压力模型

假设基坑工程中挡土结构的变形和土压力服从双曲线模型,类比Duncan-Chang本构建模思想,在前人关于基坑主动区和被动区变形假设的基础上,建立了可以考虑位移变化的非线性土压力模型。把非线性土压力模型和Duncan-Chang本构模型联系起来,使得本文非线性土压力模型参数确定有根据。把弹性地基梁模型和该非线性土压力联系起来,使得弹性抗力系数的概念更加明确。以m法为例,深入分析了m法的影响因素。