无限固体中水平流体层声波场的理论求解

本文从理论上推导无限固体中水平流体层声波场的传播机制,点声源处于流体层中间。且考虑弹性固体介质和理想流体,根据波动方程和固体与流体界面条件及对称性进行求解,最后给出流体和固体中声势函数的方程式。     

流体声介质中无限长薄圆柱壳的频散特性

以浸没在流体声介质中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象，分别用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论和Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析壳体结构波运动和外部流体声场，通过南壁外表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动方程，采用沿实波数轴搜索求根的方法，重点求取和分析了水下无限长弹性薄圆柱壳的频散曲线，并与真空与空气中相同参数结构的情形作了对比，得出了一些有价值的结论。     

流体声介质中无限长薄圆柱壳的频散特性

以浸没在流体声介质中的无限长弹性薄圆柱壳为研究对象．分别用Ｆｌüｇｇｅ壳体理论和Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析壳体结构波运动和外部流体声场．通过壳壁外表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动方程．采用沿实波数轴搜索求根的方法，重点求取和分析了水下无限长弹性薄圆柱壳的频散曲线，并与真空和空气中相同参数结构的情形作了对比，得出了一些有价值的结论．     

流体饱和岩石超声速度频散的特性研究

给出在实验超声频率下储层砂岩样品“局部流”模型理论频散、Biot理论频散与实验总频散的定量关系。在低压情况下,实验总频散与Biot理论频散差异较大,Biot理论频散不足以解释实际频散结果;而作者所用“局部流”模型理论频散（已包括Biot理论频散）与实际结果符合较好;压力较高时,“局部流”模型频散以及总频散均会下降,这时Biot理论可以解释流体饱和速度变化。孔隙度较大样品在加压的过程中会出现主导频散机制的转换。造成以上现象的根本原因是,岩石中低面率塑性孔隙随压力的变化,而孔隙刚度的差异是“局部流”作用存在的基础。研究了不同孔隙流体对岩石速度频散的影响。流体粘度增加,实验总频散与“局部流”模型频散均有较大增加,而Biot理论频散变化不大。流体的粘度,以及岩石的渗透率在两种频散机制中所起的作用是相反的。     

含低速层层状介质中Rayleigh波频散曲线“交叉”点频率的计算

对于存在低速层的层状介质,其对应的Rayleigh波频散曲线形状会比较特殊,频散曲线会发生"交叉"现象。很多人在研究中发现此现象,并且对"交叉"点附近的一些性质进行了研究,但是对这一现象的认识仍然不充分。例如,还没有人研究对于频散曲线"交叉"点位置与层状介质参数有着怎样的关系。针对此问题,主要以含低速层的三层介质为基础,推导了Rayleigh波频散曲线"交叉"点频率的近似计算公式,并由此分析了"交叉"点频率与介质参数之间的关系,该公式也适用于部分更多层的模型。     

水平流体层中导波的传播机制及其数值计算

本文研究固体中一窄流体夹层内导波的传播机制。涉及导波的相速度、群速度的频散现象,导波的激发强度,导波在夹层内的传播。给出了理论公式及数值计算方法,编写了计算程序并绘制了相应计算曲线。理论分析和数值计算表明在流体层中有两类导波存在,本文的研究将有助于水平声测井技术的发展。     

基于叠前反演流体识别与频散AVO反演的研究

由于纵波不能在流体中传播,叠后地震反演得到纵波波阻抗是无法识别储层中的流体。基于横波在流体中传播特点,利用叠前数据丰富的运动学与动力学信息获得弹性参数进行储层流体识别是可行的,但受到地震反问题固有的“病态解”等不确定性的影响,在进行叠前地震反演时会产生较为严重的多解性与不确定性,从而影响了后续的储层岩性与流体识别的精度。基于以上问题本论文以储层埋藏较深、钻井资料较少的D2地区为研究目标,采用测井岩石物理敏感分析、敏感流体因子反演和频散AVO反演三种技术综合来提高储层预测的精度,实际资料的应用效果表明采用多种技术方法来进行储层的流体识别是可行的。     

流体饱和储层砂岩超声波纵波速度频散的定量预测

针对岩芯的实验室超声波测试速度由于频散误差而不能直接用于涠西南凹陷声波测井速度标定的问题,利用涠三段5块不同物性的储层砂岩,通过比较盐水和4种不同密度油作为孔隙流体时的饱和岩样超声波纵波速度变化,优化和完善速度频散机制分析流程,提出和验证样品被喷射流机制统治时的非弛豫湿骨架模量与高压情况下的干骨架模量相当的假设,并探索出一种BISQ理论特征喷射流长度(R)的估计方法。最后建立对涠三段储层砂岩的纵波速度频散进行全频带定量预测的方法,从而能够确定速度频散的机制和大小。通过提出的全频带速度频散预测公式,可将实验室的超声波测试速度校正到不同频率条件,在实际应用中满足测井(中频带)和勘探地震(低频带)的岩石物理分析需求,具有一定实践意义。     

半空间多层各向异性介质的面波频散方程

将地球物理学中各向异性研究的前沿课题同半空间面波问题结合在一起，用有限元方法建立了半空间多层各向异性介质的面波频散方程；同时，对该频散方程的有关问题进行了讨论，本研究对于勘探地震学和工程勘查具有理论意义和应用价值。     

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。     

三维网格计算频散性的对比实验

在线性斜压原始方程组的基础上,从频率和群速方面讨论了几种三维网格的计算频散性,结果表明三维网格EL/CP,C/CP,EL/L与Z/LZ,Z/LY计算频散性能较好.从而为原始方程大气模式选取三维网格提供一个参考.     

计算瑞利波频散曲线的快速矢量传递算法

基于轴对称柱面瑞利面波，得到了一种计算层状介质中瑞利面波频散曲线的快速矢量传递算法，频散方程类似Menke方法的F矢量上传形式，上传矩阵F为3个五阶矩阵的乘积形式，提高了计算速度，而且各矩阵的元素均为无量纲量且为实数值，避免了以往方法中同一矩阵中各元素的数量级相差较大、出现复数运算的缺陷，提高了计算的精度及稳定性。此算法方法也避免了高频数值精度丢失问题和高频数值溢出问题。     

非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

一非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love 波的频散方程,计算分析多阶模态Love 波频散曲线。结果表明,Love 波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。 Love 波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

反Q滤波频散补偿算法分析与仿真

由于大地信道介质的影响,弹性波在大地信道中传播时会发生频散现象,从而导致信号频带展宽、码元重叠、信号分辨率降低等问题。本文研究和分析了经典反Q滤波频散补偿算法,并对算法的推理过程进行了数学推导,并使用Matlab软件构造仿真频散信号,建立频散补偿仿真模型,对频散信号进行处理,得到补偿信号波形,从仿真结果可以发现各频散补偿算法能够有效的补偿信号频散,压缩信号带宽,校正相位畸变。本文对频散补偿算法的分析研究,可为频散补偿算法的进一步发展提供一定的参考。反Q滤波算法由于其计算复杂且需要预先明确信道Q值,实现起来具有一定的难度,因此后续可向信道环境未知的情况下反Q滤波算法的实现进行讨论。     

变密度流体层中气泡浮升运动的数值模拟

本文开发了一种耦合气体和两层不同密度液体的直接模拟数值模型,以研究变密度流体层中气泡浮升的运动特性.基于高精度空间离散的5阶加权本质无振荡格式和时间离散的3阶Runge-Kutta格式,提出一种多水平集函数耦合的数值方法,实现了气液相界面和各液体表面的捕捉以及交界面处密度和黏度的计算.模型用已有文献的计算结果进行了验证,并应用于水、油两层流体中气泡运动的研究,有效地捕捉了复杂条件下气泡浮升运动的精细结构.研究发现:相较于均匀密度流体层中的运动,气泡在变密度流体层中运动时,其下方的压差液柱更容易在底部发生断裂分离;气泡上方液体的厚度较大,则气泡处于水下变形阶段的时间就越长,并使气泡底部的形态更趋向于扁平.     

利用时间分解的交错网格差分法模拟两相流体饱和孔隙介质中的声波传播

在Santos三相介质理论的基础上，首次提出了时间分解的高阶交错网格有限差分法，并利用该方法模拟了声波在两种流体饱和的孔隙介质中的传播．采用分解法的目的主要是解决Santos三相介质理论中差分方程的刚性问题．在考虑了毛细管压力、流体参考压力和两种流体的牵引耦合效应几种因素下，清晰地模拟出Santos理论所预期的三类纵波和一类横波，并详细考察了孔隙度、渗透率、含气饱和度以及孔隙流体对三类纵波速度和幅度的影响．同时将完全匹配层吸收边界条件应用于三相孔隙介质的交错网格有限差分算法中．完全匹配层法与阻尼吸收边界对比的结果显示，前者吸收外行波效果要明显好于后者．此外，附录中给出了Santos三相介质理论退化为Biot双相孔隙介质理论的详细推导过程．这一结果表明，如果孔隙中一种流体被另一种流体完全取代，Santos理论与经典的Biot理论是完全一致的，前者是对后者的一个扩展．     

竖炉散料层热交换公式的简化计算及应用讨论

在竖炉内散料层的逆流换热系统中存在这样一个炉气与炉料温度实际相等的区域，据炉气与炉料水当量的变化特征，本文在Ｂ．Ｈ基塔耶夫建立的逆流换热模型公式的基础上、整理出更为简单，清晰的竖炉散料层热交换的简化计算式，并进行了应用讨论。     

两层流体中水波与垂直圆柱浮体的相互作用

基于特征函数匹配理论,导出了作用在垂直圆柱浮体上波浪力的计算公式.对于两层流体,除了表面波模态的波浪力外,还有内波模态的波浪力,这与单层流体的情况是不同的.对所建立的求解模型进行了数值计算分析.结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对垂直圆柱浮体的波浪力有一定影响.     

二维平行剪切层中声扰动下不稳定波与声波的解析求解研究

以Lilley方程为基础,对二维平行剪切层的不稳定性,以及剪切层中声波的激发与传播的问题进行了研究,求解了某剪切层的不稳定波的激发频率范围。对扰动频率ω=76 rad/s,核心区平均流马赫数Ma=0.756的情况,分别计算了剪切层中扰动声源本身的声传播以及由扰动激发出的不稳定波引起的附加声波。求解途径主要借助于傅立叶变换、格林函数构造和复数域上的数值积分。通过对Agarwal等提出的关于这一问题的解析求解方法的仔细分析,指出了其方法中所存在的一些数学缺陷,并给出了改正后的解析方法与计算结果。