Kelvin-Voigt黏弹介质地震波衰减影响因素研究

应用交错网格有限差分法对Kelvin-Viogt黏弹介质中的地震波传播进行了数值模拟,并在此基础上对介质的波阻抗和震源子波频率对地震波时频域衰减特征的影响进行了研究分析。研究表明,随着波阻抗的降低和震源子波频率的增大,地震纵波振幅衰减加快,地震波高频成分能量快速衰减,低频成分能量衰减相对较弱,主频向低频偏移加快。     

基于波动方程的地震波衰减理论研究及应用

地震波在传播过程中的能量衰减特征表现为:一方面为球面扩散,另一方面是由于地层合流体而引起的衰减,它直接和地层的岩性、合流体性密切相关.由于合流体岩石存在的内摩擦性及粘滞性,使得地震波在传播过程中能量得到衰减,且高频能量衰减强,低频能量衰减弱,从而成为形成低频阴影现象的重要原因.作者在基于波动方程正演的基础上,从岩石的内摩擦性和粘滞性出发,模拟地震波穿过合流体地层时的频率能量变化特征,解释由于含流体地层的吸收衰减而导致的低频阴影现象,并在实际处理中得以应用.     

球面波叠前地震记录的合成方法

叠前地震数据的反演需要以某种正演算法为基础.采用反射率法计算层状介质的球面波叠前地震记录,在平面纵波入射和全固态介质假设条件下,推导了水平层状介质中的频率-慢度域纵横波反射、透射系数公式,给出了τ-p域的平面波合成记录的实现方法,并利用广义Filon积分方法对频率-慢度域的反射率函数进行了积分变换,同时还对全反射现象和截断效应给出了相应的解决方案.计算结果表明,利用反射率法可以得到地震波场的完全解,包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息.模型试算和实际应用均表明该方法能够提高计算速度和计算精度.     

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.     

P波地震衰减的声子晶体效应

研究储层中周期性复合介质的声带隙效应, 给出一种地震波衰减机制. 将周期分层孔隙介质模型看作一维声子晶体, 采用改进的反射透射系数矩阵方法研究平面P波在其中传播时的声带隙现象. 结果表明, 当两种介质特征纵波速度不同时, 在满足晶格厚度为平均纵波半波长整数倍的频率处, 出现了一系列阻带, 且低频阻带的宽度和衰减正比于该速度差异. 不相溶流体的混合饱和与孔隙度的变化与颗粒和骨架参数的变化相比,  其低频阻带具有更大的带宽和衰减. 当晶格厚度为几米至几十米时, 低频阻带处于地震频率范围内.       

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。     

波速线性变化介质中地震波传播特征

根据变速介质中地震波传播所满足的变系数波动方程，推导出波速线变化介质中一维波动方程的解析解，讨论了波速不均匀性对地震波传播的影响：地震波振幅衰减大小与介质速度梯度有关；频率转折点两侧地震波传播性质；频率与地震波波速关系。     

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。     

近地表疏松介质吸收补偿的数学模拟研究

为有效提高地震资料的分辨率,定量研究地震波在疏松介质中的吸收效应及补偿条件尤为重要。根据塔里木盆地针对性施工的微测井原始资料,采用频谱比法计算表层品质因子的分布规律;应用地震波在粘弹性介质中的传播机制,符合线性吸收机制原理,采用相移法在频率 空间域对地震波在疏松介质中的传播,进行正演及吸收衰减补偿的数学模拟。结果表明：疏松介质对地震波的高频吸收衰减,只有在特定的表层地震地质条件下,才能通过后续补偿处理得以恢复,给出了完全补偿这种吸收衰减效应的条件,为沙漠地区地震资料分辨率的合理上限提供了理论模拟数据。     

球面波叠前地震记录的合成方法

叠前地震数据的反演需要以某种正演算法为基础。采用反射率法计算层状介质的球面波叠前地震记录，在平面纵波入射和全固态介质假设条件下，推导了水平层状介质中的频率一慢度域纵横波反射、透射系数公式，给出了r-声域的平面波合成记录的实现方法。并利用广义Filon积分方法对频率一慢度域的反射率函数进行了积分变换，同时还对全反射现象和截断效应给出了相应的解决方案。计算结果表明，利用反射率法可以得到地震波场的完全解，包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息。模型试算和实际应用均表明该方法能够提高计算速度和计算精度。     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度。(2)在饱和盐水的岩石中,声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。     

分数导数黏弹性标准线性固体半无限长杆中纵波的传播

在半无限黏弹性长杆中,波在传播过程中波阵面强度会降低,其强度的衰减与黏弹性材料的性质有关.为了分析波在黏弹性杆件传播过程中波速和衰减因子的变化情况,基于分数阶导数理论,分析了黏弹性标准固体模型相关参数对波速和衰减因子的影响,所建模型能够较好地描述出纵波在传播过程中波的相速度和衰减因子的变化.在黏弹性标准固体模型复柔量的基础上,分析了分数导数黏弹性微分算子的阶数、角频率与延迟时间数对波相速度和衰减因子的影响.结果表明:随着延迟时间值的增大,纵波在黏弹性线性标准固体半无限长杆中的传播相速度不断地增大,而衰减因子不断减小;随着分数导数微分算子的增大,纵波传播相速度和衰减因子呈现出先增大后减小的趋势.     

含气地层地震波衰减特征分析

利用地震波衰减特征进行地下储层流体性质预测已成为近年来研究的热点之一.地震波在含气地层传播过程中具有波动能量衰减剧烈、波形变化大、横向连续性差等特点,反映在地震波频谱中为高频分量衰减迅速、主频向低频方向移动、频带宽度变窄等现象.本文采用波动方程数值模拟方法,研究了含气地层地震渡频谱的变化特征,认为含气层地震波频谱高频端衰减变化率与频率关系是含气层最为敏感的地震衰减参数,由此提出了利用不同频率分量进行含气层地震识别的有效方法.     

固体连续介质中地震波微分方程式及其有限单元法数值解

根据波传播问题的变分原理导出了固体的速度连续变化介质中地震波微分方程式,这是一个非线性的二阶微分方程组。在一般情况下,不能将此方程组分解为纵波波动方程和横波波动方程,该方程组也没有准确的解析解。本文讨论了方程的几种简化情况。当介质中速度垂直梯度很小,且波的传播方向接近于垂直方向时,介质中的弹性波可以分为纵波与横波,并能满足常用的变系数波动方程。介绍了连续介质中地震波微分方程组的有限单元法数值解。对泊松体和速度随深度变化的垂直不均匀介质设计了具体计算模型,分析了数值计算结果。初步试算结果表明,所述理论和方法是正确的。     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度。给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例。计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减、场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度,给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例,计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减,场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减。     

岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析

将多孔岩石介质的孔隙视为具有毫米量级的随机细观结构,重构岩石三维随机孔隙结构模型,在细观力学的层面上研究孔隙结构对多孔岩石渗流的影响。引入微管渗流模型,利用统计学原理和FLAC3D软件研究多孔岩石介质随机孔隙结构的重构技术和细观渗流数值模拟方法。研究结果表明:多孔岩石孔隙率越大,流体由非稳定流过渡到稳定流的时间愈短,渗透系数和孔隙率具精度很高的线性关系,岩石介质透水性的孔隙率阈值nλ=4.05%,峰前多孔岩石介质的渗透系数主要受体积应力控制,且两者之间具有负指数关系。重构毫米量级的孔隙结构单元,其数值稳定性可以得到保证。     

流体饱和度对Rayleigh波传播影响研究

基于三相孔隙弹性介质理论,本文推导出两种不相混的、黏性的、可压缩的流体饱和孔隙介质Rayleigh波控制方程解析解.该Rayleigh波沿着孔隙介质自由的、可渗透的表面传播.Rayleigh波频散方程解析表达式为三次多项式方程.求解频散方程的结果表明,该种介质存在三种类型的Rayleigh波（分别标记为R1,R2和R3）.在一定的频率范围内（1Hz-1 MHz）,本文数值研究了含水饱和度对三种Rayleigh波传播特性的影响.数值结果显示,孔隙介质的含水饱和程度对三种面波的传播速度和衰减有明显影响.三种面波在传播方向（x方向）和垂直于传播方向（z方向）上均存在振幅衰减.R1波传播速度最快,R3波居中,R2波最慢.R1波传播中衰减最小,R2和R3波次之,且R2和R3波随含水饱和度和频率的变化趋势基本相同.     

变速不均匀介质中波动方程的有限元法数值解

为求解变速不均匀介质中波的传播问题,使用了利用瑞雷-里兹法的有限元技术。假定在地面上位移具有给定值,而在其它边界上亦满足狄里赫利边界条件。在这样条件下导出了求解波动方程的变分原理。讨论了一维和二维波动方程有限元数值解法数学原理。对变速介质模型得到了单元质量矩阵和刚度矩阵表达式。分析了数值计算结果,讨论了在变速介质中传播的地震波和过渡层反射波的动力学特征。认为介质中垂直速度梯度的存在是地震波振幅衰减的原因之一。介绍了二维介质模型数值解。计算结果支持所提出的方法。     

地层条件下低渗透介质的渗透性与孔隙性特征

采用岩石物性参数测试系统,对地层条件下低渗透介质的渗透性与孔隙性进行了实验研究,获得了低渗透介质的渗透性和孔隙性与地层条件的关系.采用显微照相方法,研究了低渗透介质的微观结构.结果表明在地层条件下低渗透率介质渗透率随围压及温度增加成指数规律衰减,孔隙度相对变化随围压增加成指数规律衰减;低渗透介质中存在微细裂缝,对介质的孔渗特性尤其是渗透性产生一定的影响.