矿物组分对龙马溪组页岩动、静态弹性特征的影响

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩"甜点"地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性性质进行"甜点"预测时存在不确定性.在对龙马溪组页岩样品系统动、静态性质联合测量基础上,分析了页岩样品动、静态弹性性质的变化规律,并讨论了成岩作用与动、静态弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,龙马溪组页岩上下两段成岩过程存在明显差异,致使上段页岩在结构上表现为以塑性黏土颗粒作为受力骨架,而下段页岩在结构上逐渐转变为脆性石英颗粒作为受力骨架.页岩岩石结构特征的变化控制了动、静态弹性特征的整体变化规律,表现为动、静态杨氏模量、峰值强度等随石英含量的增大表现出近似"V"型的变化形式,而与钙质含量变化呈现正相关关系,与黏土含量变化表现出负相关性.上段页岩宏观力学性质受微观石英+黏土颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现出明显塑性段,动、静态杨氏模量比大于1.4,破裂易于发生在黏土与石英颗粒边界形成宏观单剪型破裂模式,样品脆性低,且脆性变化不受石英含量的影响.下段页岩宏观力学性质受微观石英颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现为弹性变形,动、静态杨氏模量比小于1.4,破裂发生在石英颗粒内部形成宏观劈裂型破裂模式,样品脆性高,且脆性变化与石英含量呈明显正相关关系.研究结果可为龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

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.     

典型土-岩复合边坡抗滑桩内力分析与设计方法

边坡工程中的土-岩复合边坡是一种典型的边坡类型,其主要特点是土岩分界面常常成为边坡的潜在滑动面。本文以典型土-岩复合边坡抗滑桩工程为背景,对传统的传递系数法计算边坡下滑推力进行了改进,桩前土体抗力采用弹性抗力计算,并引入双参数法,建立了抗滑桩内力挠曲微分方程,探讨了不同类型的抗滑桩(刚性桩、弹性桩)位移和内力计算方法,为有效地解决土-岩复合边坡抗滑桩内力计算问题提供了新途径。据此采用VC编制了面向对象、集设计、分析计算以及绘图于一体的计算机辅助设计系统,显著提高了计算速度和计算精度,实现了抗滑桩的优化设计,并成功地应用于典型土-岩复合边坡工程,对类似工程实践具有参考价值。     

一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法

传统的伪谱（PS）方法,采用傅里叶变换（FT）计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分（FD）近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.

     

基于应力偏量的横波纯应力逆时偏移成像方法

基于弹性波解耦延拓方程的波场分离方法不仅可以得到解耦的纵、横波质点振动速度场,还可以获得纵、横波应力场.针对横波纯应力场在利用单一分量成像时不具有明确物理意义的问题,本文将应力偏张量引入到横波应力场中,基于应力偏量第二不变量构建得到横波应力不变量并将其用于应力场的逆时偏移成像中,获得了可完整表征横波应力场的成像结果.模型试算表明,本文构建的横波应力不变量可以有效利用横波应力张量中的波场信息,并得到准确的弹性逆时偏移成像结果.

     

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.     

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.     

黏弹双相介质中的松弛骨架模型

本文基于Biot理论,考虑了多孔介质中固体骨架的松弛特征,引入了纵波品质因子、横波品质因子与耗散品质因子三参数来描述黏弹双相介质波动方程.采用虚谱法在地震频段进行了波场模拟,模拟结果表明：松弛骨架机制不仅适用于高频段,也可用于解释地震频段下的弹性波衰减现象,以描述固体微细颗粒的中观松弛特征.结合小生境遗传算法对三层模型24个介质参数进行了反演,反演结果表明：无噪波场的反演结果具有较高精度,对于含噪波场,取值在奇异点附近的介质参数反演精度降低.最后,对中国东部某地区的实际资料进行了浅层参数的反演,得到了该地区的表层固体体积模量、固体密度以及品质因子.     

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。