饱和冻土中弹性体波传播特性影响参数研究

基于Leclaire对饱和双相孔隙弹性介质Biot模型的扩展,研究含有两种不同固相组分的三相多孔弹性介质中体波的传播特性。以饱和冻土为例,分析了各相体积分数、颗粒形状,接触参数等因素对波动方程中惯性参数、黏性参数、刚度参数的影响;对该三相介质模型进行了退化,分析了孔隙中只含液态水或固态冰时体波的特性;以饱和冻土为例,通过数值计算,探讨了饱和冻土中体波的相速度和衰减系数与胶结参数、接触参数、频率、饱和度、孔隙率等参数的关系。结果表明：与一般的饱和土不同,饱和冻土中存在5种体波,即3种纵波和2种横波;5种体波均具有弥散性和衰减性,且P1波、S1波弥散性和衰减性远小于P2、P3、S2波;胶结参数、饱和度、孔隙率对5种体波的传播特性影响显著,接触参数对传播特性影响较小。     

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

非均匀介质地震AVO响应模拟及分析

地震AVO （amplitude versus offset）技术是一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的地震勘探技术。常规方法基于Zoeppritz方程计算模型界面处的反射系数,而实际地下非均匀介质中地震反射特征不仅与入射角度、物性差异有关,还与入射波频率、地层厚度、薄互层结构等因素有关。为此,应用传播矩阵理论充分考虑与这些因素有关的调谐干涉等传播效应,针对实际数据计算非均匀地下介质的高精度合成地震记录,对比Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程、Shuey三项近似方程以及传播矩阵算法的模拟效果。研究发现：在小角度入射时Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程和Shuey三项近似方程的反射振幅和波形基本一致,大角度入射时Zoeppritz方程与Shuey三项近似方程接近;Zoeppritz算法的模拟结果在小角度入射和浅层情况下与传播矩阵算法差别较小,而在大角度入射和深层情况下与传播矩阵差别较大,说明层间多次波的调谐干涉等传播效应不可忽略。     

龙门山和相邻地域航磁场特征与汶川大地震

本文应用化极、水平及垂向导数、向上延拓、视磁化强度填图及磁性界面反演等方法处理了龙门山及相邻地域最新的航空磁测数据,分析了龙门山及相邻地域的航磁异常展布特征.研究结果表明:1)龙门山造山带与其东、西两侧可划分为三个磁异常区:松潘—甘孜磁异常区、龙门山负磁异常带、四川盆地磁异常区;三个区、带的地壳介质磁性结构存在明显差异.2)根据该区航空磁异常场的分布特征分别研究了,松潘—甘孜地块、龙门山造山带和四川地块的磁场特征.3)除识别前人识别的断层外,还推断鲜水河ES延伸甘洛—雷波北断裂作为四川盆地与滇西的界带.4)航空磁异常,磁性体上、下界面及磁源体深度的空间分布特征与汶川MS8.0大地震及芦山地震发生相关.     

多相离散随机介质模型及其探地雷达波场特征研究

沥青混凝土是由骨料、沥青胶浆、空气按照一定的体积百分比混合而成的多相非匀质混合物,其骨料、沥青胶浆和空气的体积不等、形状各异、介电特性不同、空间位置随机分布,具有明显的多相、离散、随机介质特征.本文基于随机介质模型理论,(1)测量与统计了介电常数在典型沥青混凝土芯样空间上的随机分布统计特征;(2)估算了沥青混凝土介质的自相关函数及其特征参数(自相关长度、自相关角度等),确定其随机介质类型;(3)提出了量化约束下的多相离散随机介质建模算法,以混合型椭圆自相关函数为基础,构建了不同粗糙度因子的多相离散随机介质模型;(4)构建了不同空隙率的多相离散随机介质模型,正演模拟与对比分析了探地雷达波在均匀介质、连续型随机介质和多相离散随机介质中的传播特征.结果表明:多相离散随机介质模型不仅描述了沥青混凝土的多相、离散与空间随机分布统计特征,而且进一步描述了其各组成物质体积百分比,能更全面、准确地描述沥青混凝土的介质特征,同时也为描述其他类似材料或介质提供了新的方法和途径;在多相离散随机介质模型中,探地雷达波散射强烈,随机、无序传播的散射波相互叠加干涉,形成了明显的随机扰动和"噪声",致使异常体反射波扭曲变形、不连续,降低了探地雷达回波的信噪比和分辨率.研究探地雷达波的随机扰动特征与多相离散随机介质模型参数之间的关系,将为定量评价多相离散随机介质的属性参数提供参考和帮助.     

一种裂缝流体因子的提出及应用

为了解决各向异性下的流体识别问题,将纵波各向异性裂缝预测以及Russell的流体因子融合到直角坐标系中,提出了一种能够同时检测裂缝发育情况以及流体性质的新的裂缝流体因子(Factor of Fluid-filled Fracture,FFF),并通过一组岩性参数检验了裂缝流体因子在裂缝预测及流体识别中的有效性.在理论研究的基础上,选取松辽盆地某地区的火成岩裂缝及流体识别研究为应用实例.通过与测井流体及裂缝信息的对比验证,裂缝流体因子能够较为准确地预测研究区裂缝和流体的分布情况,且裂缝流体因子在单井上的计算结果与单井含气饱和度吻合度较高.此外,根据实际应用效果,指出裂缝流体因子在应用中的局限性:裂缝流体因子在平面成图时受地层厚度影响较大,且无法预测裂缝方向.     

多孔介质中水泥浆三维锋面特征研究

深层渗滤效应普遍存在于多孔介质的渗透注浆过程中,并起着非常重要的作用。基于质量守恒方程、线性滤过定律、渗流连续性方程及Darcy定律,建立了水泥浆三维锋面的理论模型;通过现场试验,研究了水泥浆三维锋面扩散运移及沉积层渗透系数的变化规律,并将试验值与模型理论值进行了对比分析。结果表明,沉积层渗透系数随水泥浆锋面的扩散运移动态变化;当注浆压力恒定时,水灰比越小,深层渗滤效应越显著,浆液扩散距离相应越短;相同扩散距离时,受重力效应的影响,注浆点源之上的沉积层渗透系数大于注浆点源之下的沉积层渗透系数;浆液扩散距离及固定位置处的沉积层渗透系数均与水灰比呈正相关。研究成果可指导工程设计,具有一定的实际应用价值。     

移动荷载作用下非均匀地基的动力响应分析

基于线弹性动力学理论,结合坐标变换,建立了移动荷载作用下非均匀弹性半平面地基的动力控制方程,利用半解析法研究了移动荷载作用下二维非均匀地基的动力响应问题。采用傅里叶（Fourier）级数展开,假设了响应函数的级数形式,通过理论推导获得了剪切模量随深度任意变化的非均匀地基在移动荷载作用下各物理量的解析表达式。考虑土体的剪切模量沿厚度方向按幂函数梯度变化,通过数值算例分析并讨论了地基非均匀参数、荷载移动速度以及地基表面的剪切模量等对地基力学响应的影响规律,并与均质地基的计算结果进行了比较。数值结果表明：地基中各点的竖向位移随着土体表面剪切模量和表征土体非均匀性的梯度因子的增大而减小,随着荷载移动速度的增大而增大。在移动荷载作用下,非均匀地基与均匀地基的动力响应有着显著的区别。     

黏声介质平面波有限差分叠前深度偏移及在莺歌海盆地的应用

莺琼盆地诸探区中存在底劈现象,深层气源产生的气体沿底劈产生的裂隙通道向上漫溢.漫溢过程中,一是充填在遇到的砂体中形成气藏;二是弥漫在上溢通道中,使得通道中的纵波速度发生变化,进而纵波波阻抗差异变小,反射变弱.另外,通道中气体的存在,会加强地层的吸收衰减,使得地震波振幅变弱、高频成分损失导致同相轴分辨率降低.利用OBC数据进行多波地震勘探和利用黏声介质的叠前深度偏移都是改善模糊区成像质量的重要方法技术.为此,本文提出用黏声介质平面波有限差分法叠前深度偏移成像方法改善气体充填区域的成像质量.黏声介质成像目的是补偿地震波的吸收衰减;平面波偏移成像目的是适应海上单炮数量巨大,提高波动方程叠前深度偏移成像的效率;有限差分法叠前偏移的目的是适应该区浅层气分布局域性极强、Q值的空间变化大的情况.在莺歌海某探区的实际数据上的黏声介质平面波有限差分叠前深度偏移试验证明,本方法是改善模糊区成像质量的较为有效的途径.     

多重孔岩石微分等效介质模型及其干燥情形下的解析近似式

经典的微分等效介质(DEM)理论可用于确定多孔介质的弹性性质,但由于缺乏多重孔DEM方程,其估计的多重孔岩石的等效弹性模量依赖于包裹体(即不同孔隙纵横比的孔或缝)的添加顺序.本文首先从Kuster-Toksöz理论出发建立了Zimmermann和Norris两种形式的多重孔DEM方程.Norris形式的多重孔DEM方程预测的等效弹性模量总是位于Hashin-Shtrikman上下限内,而Zimmermann形式的多重孔DEM方程有时会越界.然后,通过使用干燥岩石模量比的解析近似式,对两个相互耦合的Norris形式DEM方程进行解耦得到干燥多重孔岩石的体积和剪切模量解析式.用全DEM方程的数值解对解析近似式的有效性进行了测试,解析公式的计算结果在整个孔隙度分布区间与数值解吻合良好.对实验室测量数据在假设岩石含有双重孔隙的情形下用双重孔DEM解析公式对岩石的弹性模量进行了预测,结果表明,解析式准确地预测了弹性模量随孔隙度的变化.双重孔(即软、硬孔)DEM解析模型可用来反演各孔隙类型的孔隙体积比,它可以通过实验室测量与理论预测之间的平方误差最小反演得到.砂岩样品的反演结果揭示,软孔的孔隙体积百分比与粘土含量没有明显的相关性.