任意裂隙方位双相HTI介质的地震波方程及正演模拟

基于BISQ方程的高频极限,导出了适用于任意方位角的双相HTI介质波动方程,推导了该方程在交错网格空间中求解的高阶有限差分格式和对应的完全匹配层(PML)吸收边界条件,实现了该类介质的地震波场正演模拟。模拟结果表明,该方法能准确模拟地震波在双相HTI介质中的传播过程,得到高精度的波场快照和合成记录。分析得出:在双相各向异性介质中,弹性波的传播仍表现出各向异性特征;孔隙度、粘滞系数和固液耦合密度主要影响慢纵波的振幅和形态。     

油藏渗流过程中孔隙弹性模型的分析与修正

将油藏宏观渗流场与弹性波场耦合,改进孔隙弹性模型控制方程,揭示低频波动采油技术的动力学作用原理。基于低频波动采油试验机制、Biot理论模型,通过区分低渗开发储层波动采油应用时的流体渗流状态、弹性波传播方向与经典孔隙介质弹性波传播理论模型的差异,并考虑持续变化的压力对耦合物性参数的影响,建立饱和单相渗流流体孔隙介质弹性波传播理论模型,对孔隙介质弹性波传播理论模型的流体耦合运动方程、状态方程(包括骨架孔隙度和流体黏度变化)、边界初始条件进行修正,给出修正模型的计算流程,并利用算例分析验证修正模型的适用性。结果表明,低渗储层低频波作用关于孔渗的敏感性变化规律与常规试验认识一致,低频波动采油效果在低孔、低渗储层中具有较好的适用性,增渗、增压效果明显,说明修正模型揭示低频波动采油机制具有有效性。     

Hashin-Shtrikman弹性模量边界的转换

当孔隙内介质为流体时,用经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型估算线弹性各向同性双相孔隙介质整体弹性模量将存在问题.首先基于整体介质与宏观各向同性组分满足的应力和应变组分关系,推导出整体介质弹性矩阵与组分弹性矩阵之间的显式关系,联合其应变关系,定义和分析了对应的两个系数张量,并据此导出了相关场变量位于统一坐标系时整体介质体积模量与剪切模量的关系;然后将经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型与上述关系式结合,得到4个新的整体介质弹性模量的估算公式,再与原始的Hashin-Shtrikman弹性模量边界进行了比较,最后针对饱和水纯净砂岩介质进行了试算.结果显示,孔隙介质整体与组分的应力应变、弹性矩阵以及弹性模量之间存在组分加权关系;新的弹性模量表达式计算值在组分弹性模量满足一定条件下位于原始的Hashin-Shtrikman边界内,这在一定程度上弥补了经典Hashin-Shtrikman边界模型对于整体弹性模量特别是孔隙度小于20%时剪切模量估算的不足.     

Hashin-Shtrikman弹性模量边界的转换

当孔隙内介质为流体时,用经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型估算线弹性各向同性双相孔隙介质整体弹性模量将存在问题。首先基于整体介质与宏观各向同性组分满足的应力和应变组分关系,推导出整体介质弹性矩阵与组分弹性矩阵之间的显式关系,联合其应变关系,定义和分析了对应的两个系数张量,并据此导出了相关场变量位于统一坐标系时整体介质体积模量与剪切模量的关系;然后将经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型与上述关系式结合,得到4个新的整体介质弹性模量的估算公式,再与原始的Hashin-Shtrikman弹性模量边界进行了比较,最后针对饱和水纯净砂岩介质进行了试算。结果显示,孔隙介质整体与组分的应力应变、弹性矩阵以及弹性模量之间存在组分加权关系;新的弹性模量表达式计算值在组分弹性模量满足一定条件下位于原始的Hashin-Shtrikman边界内,这在一定程度上弥补了经典Hashin-Shtrikman边界模型对于整体弹性模量特别是孔隙度小于20%时剪切模量估算的不足。     

双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验分析

为调查非均匀流-固双相介质中的弹性波传播规律,本文推导了双重孔隙介质中的波传播方程,从双孔模型的设计、波动方程的推导、速度频散与衰减规律的分析、岩石物理实验的验证四个方面讨论了双孔波动理论的数学物理基础与实际意义.速度频散与衰减分析显示,双孔波动理论能兼容前人理论的所有特点.在岩石实验的验证中,本文与前人理论的对比显示,双孔波动理论能较好解释岩石内部地震波在中低频带的速度频散现象.     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力-速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟.结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象.快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的.     

基于波场分离的双相各向同性介质正演模拟

基于双相各向同性介质一阶速度-应力方程,利用旋度和散度理论的波场分离方法进行纵横波场解耦,借助高阶交错网格有限差分技术,推导出了其任意偶数阶精度交错网格有限差分格式,最后运用空间八阶时间二阶差分精度及PML边界条件,完成了双相各向同性介质中地震波场正演模拟。结果表明,该方法可准确获得双相各向同性介质固、流相中的高精度纯纵波波场和纯横波波场,有效描述双相各向同性介质中的波场传播规律。同时得出:双相各向同性介质中快、慢纵波相互耦合,无法单独分离;也指出了分界面处波的传播和转换关系,是油气勘探的重要理论依据。     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论，给出了三维双相各向异性介质应力一速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法，并对三维双相各向异性（TIH）介质中弹性波场进行了模拟。结果表明，弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2，并清楚地观测到。T横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象。快纵波在固相和流相中的相位相同；而慢纵波在固相和流相中的相位相反，即慢纵波在流相中振幅大，而在固相中的振幅较小。另外，三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的。     

矩形板中应力波主波和次波的传播与反射

弹性应力波的修正理论指出关于体积应变的波动方程与现有理论一致,但发展了一组关于体积应变和偏应变的弱耦合波动方程。针对矩形板受侧向集中载荷冲击下应力波的波动问题,建立了应力波传播的两组控制方程以及加载面和自由面的波动边界条件。采用有限差分方法求解波动方程,数值分析了应力波关于主波和次波的传播以及自由面上斜入射波的反射过程。偏应变在传播过程中分裂为两部分,一部分与体积应变共同传播组成主波,另一部分传播较慢形成次波。数值模拟结果显示与冲击载荷下纳钙玻璃板中应力波的传播图像是完全符合的。     

矿岩散体振波的传播与能耗的研究

本文运用波动理论所确定的弹性及粘弹性介质的波动方程,分析推导了P波和S波的传播速度与衰减系数公式,探讨了矿岩散体中波的传播规律及波动机械能的表达式,并对振能在矿岩散体中衰减的原因进行了较全面的剖析。理论分析与有关试验结果得到了相互印证。     

一类具强非线性源的退化抛物方程的边值问题

讨论了一类具有强非线性源的退化抛物方程解的存在性,该类方程是在研究可压流体在均匀、各向同性的刚性多孔介质中的流动情况时得到的.本文运用正则化、标准Moser迭代以及嵌入不等式等方法研究了该方程在何种情况下有非平凡解及非常奇异解的问题.     

各向异性固体弹性介质中群速度的解析表达式

通过引入一个仅仅与介质弹性常数有关的矩阵M ,将Christoffel系数矩阵分解成M和一个与波传播方向有关的矢量 P两个部分的乘积 .由此推导出适用于计算各种各向异性固体弹性介质弹性波群速度的普适解析表达式 .群速度作为弹性波波矢的函数 .在特殊对称性方向上该解析表达式的结果与已有文献的结果一致 .利用Matlab软件数值求解Chritoffel方程 ,得到对应于任意方向上的相速度 .图 2 ,参 7.     

辐射与介质相互作用的高阶效应研究

从量子力学的基本理论出发 ,研究了辐射场与介质相互作用的高阶效应 ,推出了介质在辐射场中有激发时的密度矩阵的运动方程 ,套出了辐射饱和时的强度计算公式。并得到了辐射场饱和时的强度与跃迁速率P的平方成反比 ,与高、低能级的衰减速率成正比的重要结论。     

弹性介质Hamilton正则方程与声波方程辛几何算法

建立弹性介质的Hamilton正则方程,把声波介质视为特殊的弹性介质,由弹性介质Hamilton方程导出声波介质地震波方程,对声波方程Hamilton化后给出其蛙跳格式的辛差分算法。将声波方程辛算法应用于二维情况下的地震波场正演数值模拟计算,并与常规的有限差分算法进行比较。结果表明,在地震波场正演数值模拟计算中辛几何算法比常规有限差分算法更具优越性。     

包含多孔媒质的柱状复合结构中轴对称声导波

利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件，导出了包含多孔媒质的柱状复合结构中轴对称声导波的广义色散方程，考察了流体和多孔媒质界面状况及多孔媒质中慢纵波对轴对称声导波色散特性的影响．数值计算了包含多孔媒质的柱状复合结构中低阶轴对称声导波模式相速度与多孔媒质层的孔隙度和厚度之间的关系     

基于孔隙介质理论的地震反射特征分析

在地层中传播的地震波特征受到岩性、孔隙结构、含流体性质等因素的复杂改造作用,孔隙介质理论可以更有效地模拟和分析储层的地震反射特征。将实际介质等效为固体基质和孔隙流体组成孔隙介质,按岩石物理建模方法,建立含流体储层弹性参数与物性参数之间的定量关系,根据孔隙介质的Zoeppritz方程详细讨论了几个典型储层物性参数变化对反射波AVO特征的影响,并将其与按球面波理论正演模拟计算的归一化振幅的AVO特征进行对比分析,发现孔隙介质理论的反射系数与归一化振幅更为接近,尤其是在入射角较小时。泥质含量和孔隙度可导致储层AVO类型发生变化,而孔隙流体性质变化引起AVO截距发生变化,但AVO类型基本不变。孔隙流体性质对AVO特征的影响相较于泥质含量和孔隙度要小得多。本文的方法为利用地震数据进行流体识别提供了更为可靠的理论依据。     

流体饱和多孔介质中的声强

根据Biot多孔介质声学理论中的应力-应变关系、能量关系、声波方程,采用与在均匀固体介质中平行的方法,推导了流体饱和多孔介质中的声强表达式,进一步完善了多孔介质声学理论。运用该公式导出了多孔介质界面声学边界条件,并可作为研究多孔介质中声波能量的一个基本方程。     

多孔介质声波传播

基于二维有限差分给出了Ｂｉｏｔ声波方程的一种数值解方法，模拟了声波在多孔介质中的传播。研究发现，骨架和粘滞性孔隙流体中，同时存在两种纵波，即快纵波和慢纵波，两种纵波骨架振动势函数与流体相对骨架振动势函数相不同，幅度也不同；但具有相同的传播速度，粘滞性和渗透率主要影响能量传播；孔隙度和骨架弹性参数主要影响波速；慢纵波和界面波的存在是地震波能量损失的重要原因。     

高孔隙率多孔介质材料有效复合模量的预估

利用分割孔隙的方法,取一半孔隙作为夹杂,另一半和原基体作为新基体,首先利用Mori-Tanaka法求得新基体的有效模量,然后类似地对新基体和另一半孔隙,利用相同的方法求得多孔介质的有效复合模量。通过实例计算表明,即使当孔隙率较大时,现方法与试验数据也相当吻合。