VTI介质中的弹性阻抗与参数提取

弹性阻抗是波阻抗的扩展,可以更好的反映储层和流体性质.常规弹性阻抗方程忽略了各向异性的影响,不能正确地描述各向异性介质中弹性阻抗的性质.本文基于Ruger给出的VTI介质反射系数近似公式,结合Connolly推导弹性阻抗的思想,推导出了一种VTI介质中的弹性阻抗方程.通过引入归一化常数,对方程进行了标准化,消除了方程量纲随角度变化而变化的不足.结合常规弹性阻抗反演的流程,得出了VTI介质中弹性阻抗反演的流程.最后,开展了从VTI介质弹性阻抗数据体中提取岩石物性参数的方法研究.数值测试表明,所讨论的参数提取方法具有一定的理论和应用价值.     

基于分形理论的赫巴流体在多孔介质中的渗流模型

泥浆是一种用途广泛的工程浆液,在工程施工过程中会渗流进入地层,给工程带来一定的影响。为深入研究泥浆的渗流机理,把地层模拟为多孔介质,泥浆模拟为能更全面地反映其流变性能的赫巴流体,基于分形理论,建立赫巴流体在多孔介质中的渗流模型。基于渗流模型计算结果,详细分析压力梯度、流性指数、稠度系数及孔隙率等参数对多孔介质中赫巴流体瞬时平均流速的影响,指出流速变化与压力梯度、流性指数及稠度系数的变化均呈幂指数关系,与孔隙率变化呈二项式关系,且流性指数是一个影响赫巴流体渗流速度的极敏感因素。渗流模型计算结果为相关工程中泥浆方案的设计与施工奠定了一定的理论基础。     

地震波研究://car

回顾了近4年来中国地球物理学家在地震波研究方面取得的主要进展. 分别简要地讨论了层状均匀介质、横向不均匀介质和多孔介质中的地震波传播,地震面波及波形反演,以及地震勘探、测井问题中的地震波研究方面取得的新成果. 指出当前地震波研究的重要课题是发展高效的数值方法,并利用该方法开展复杂介质中的地震波激发和传播,以及强地面运动的研究,为精细的地震危险分析与预测奠定基础.     

黏弹性与弹性介质中Rayleigh面波特性对比研究

Rayleigh面波的频散特性可以用来研究地表浅层结构. 本文使用时域有限差分法来模拟复杂黏弹性介质中的Rayleigh面波,研究了Q值对面波频散特性的影响.文中采用旋转交错网格有限差分,以非分裂卷积形式的完全匹配层为吸收边界,推出了求解二阶位移-应力各向同性黏弹性波动方程的数值方法.为了检验数值解的精度,首先将简单模型的正演结果与解析解对比,验证了方法的正确性;然后模拟了横向缓变层状介质和含有洞穴的介质中的面波,对弹性和黏弹性介质中的面波的频散特性进行对比分析.模拟结果表明浅层Q值对面波的频散特性有显著的影响;强吸收情况下,高阶面波的能量相对低阶面波能量显著增强.     

利用物理模型三维纵波数据分析HTI介质的方位各向异性

本文通过理论计算、数值模拟与穹窿物理模型三维数据对比分析的方法,对HTI介质中纵波方位各向异性现象进行研究.主要是进行目的层动校正速度以及走时的分析.结果显示,理论数值与实验数值耦合较好,HTI介质会引起动校正速度以及走时随方位角呈现椭圆形的变化;同时发现,观测系统中最大偏移距与目的层深度的比值以及方位角分布对各向异性分析有较大影响. 三维纵波方位各向异性分析对于数据的观测系统设计以及数据质量有较高的要求.     

裂隙弱度参数的波场特征

本文将Schoenberg线性滑移裂隙介质理论应用到HTI(LSD)介质的弹性波波场数值模拟之中.主要针对描述裂隙状态的2个裂隙参数——法向弱度EN和切向弱度ET对波场的影响进行了有限元模拟.模拟结果揭示了EN主要影响快波而ET主要影响慢波的波场特征,通过EN和ET变化对应的裂隙含水程度说明了EN对裂隙中的流体敏感而ET主要反映裂隙本身的弹性特征.裂隙参数的这个性质对于该理论在裂隙探测和裂隙含流体检测方面的进一步应用具有重要意义.通过数值模拟进一步说明,对于裂隙介质而言,EN和ET比Thomsen参数的物理意义更为明确和直观.     

一个近似的VTI介质声波方程

声学近似是提高各向异性介质准纵波数值模拟和偏移处理计算速度的有效方法之一.为了获得VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)介质声波方程,根据VTI介质的精确相速度表达式,用待定系数法简化其中的根号项,得到一个近似相速度公式,由此公式通过反Fourier变换推导出一个时间二阶、空间四阶偏微分方程.定量相速度计算表明,当Thomsen参数ε=δ(即相应介质为椭圆各向异性介质)时,由该方程所确定的相速度是精确的;当ε≠δ时,该方程所确定的相速度随ε和δ差值的增大逐渐增加.该方程所确定的最大相速度百分比相对误差当ε=0.1、δ=0.2时为0.13%,当ε=0.8、δ=0.3时为-1.65%.有限差分数值模拟算例表明该方程是一个纯准纵波方程,其数值模拟波场快照中没有准横波.     

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.

     

Fracture mechanics analysis of multiple cracks in anisotropic media

This paper presents a single‐domain boundary element method (BEM) for linear elastic fracture mechanics analysis in the two‐dimensional anisotropic material. In this formulation, the displacement integral equation is collocated on the un‐cracked boundary only, and the traction integral equation is collocated on one side of the crack surface only. A special crack‐tip element was introduced to capture exactly the crack‐tip behavior. A computer program with the FORTRAN language has been developed to effectively calculate the stress intensity factors of an anisotropic material. This BEM program has been verified having a good accuracy with the previous researches. Furthermore, by analyzing the different anisotropic degree cracks in a finite plate, we found that the stress intensity factors of crack tips had apparent influence by the geometry forms of cracks and media with different anisotropic degrees. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical modeling of toxic nonaqueous phase liquid removal from contaminated groundwater systems: mesh effect and discretization error estimation

Numerical modeling has now become an indispensable tool for investigating the fundamental mechanisms of toxic nonaqueous phase liquid (NAPL) removal from contaminated groundwater systems. Because the domain of a contaminated groundwater system may involve irregular shapes in geometry, it is necessary to use general quadrilateral elements, in which two neighbor sides are no longer perpendicular to each other. This can cause numerical errors on the computational simulation results due to mesh discretization effect. After the dimensionless governing equations of NAPL dissolution problems are briefly described, the propagation theory of the mesh discretization error associated with a NAPL dissolution system is first presented for a rectangular domain and then extended to a trapezoidal domain. This leads to the establishment of the finger‐amplitude growing theory that is associated with both the corner effect that takes place just at the entrance of the flow in a trapezoidal domain and the mesh discretization effect that occurs in the whole NAPL dissolution system of the trapezoidal domain. This theory can be used to make the approximate error estimation of the corresponding computational simulation results. The related theoretical analysis and numerical results have demonstrated the following: (1) both the corner effect and the mesh discretization effect can be quantitatively viewed as a kind of small perturbation, which can grow in unstable NAPL dissolution systems, so that they can have some considerable effects on the computational results of such systems; (2) the proposed finger‐amplitude growing theory associated with the corner effect at the entrance of a trapezoidal domain is useful for correctly explaining why the finger at either the top or bottom boundary grows much faster than that within the interior of the trapezoidal domain; (3) the proposed finger‐amplitude growing theory associated with the mesh discretization error in the NAPL dissolution system of a trapezoidal domain can be used for quantitatively assessing the correctness of computational simulations of NAPL dissolution front instability problems in trapezoidal domains, so that we can ensure that the computational simulation results are controlled by the physics of the NAPL dissolution system, rather than by the numerical artifacts. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.