彈性波在流體與Patchy飽和巖石界面上的折反射

發(fā)布時(shí)間：2019-10-22 21:51

【摘要】：流體和孔隙介質(zhì)界面上的彈性波傳播問(wèn)題一直受到諸多領(lǐng)域研究者的關(guān)注，例如地震勘探、巖石物理學(xué)、土壤工程、水聲學(xué)等等。這類(lèi)問(wèn)題不僅具有重要的理論學(xué)術(shù)價(jià)值，同時(shí)對(duì)工程應(yīng)用也有著重要的指導(dǎo)意義。彈性波在多孔巖石邊界處的反射和折射問(wèn)題一直以來(lái)都是地聲學(xué)研究中一個(gè)重要的分支。近年，復(fù)雜油氣儲(chǔ)藏已成為人們尋找新的油氣資源的目標(biāo)和勘探重點(diǎn)。近些年來(lái)，人們對(duì)飽和流體的多孔介質(zhì)中的地震波傳播問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，取得了一系列的研究成果。從總體的發(fā)展趨勢(shì)上看，其基本理論經(jīng)歷了：（1）最簡(jiǎn)單的單相流體模型（2）固體和液體雙相流體模型（3）孔隙介質(zhì)內(nèi)含有裂隙模型。如果將非均勻性尺度做為依據(jù)，可將現(xiàn)有的多孔介質(zhì)波動(dòng)理論分為三個(gè)大類(lèi)：（1）宏觀尺度、（2）介觀尺度、（3）微觀尺度。與宏觀尺度和微觀尺度相比，最近幾年，大多數(shù)研究者都認(rèn)同介觀尺度的多孔介質(zhì)模型能夠更好的解釋地震頻段的頻散和衰減問(wèn)題，普遍認(rèn)為這種機(jī)制對(duì)于地震勘探與地球物理工程問(wèn)題領(lǐng)域有重大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前對(duì)于非均勻飽和多孔介質(zhì)界面上的彈性波反射和折射特點(diǎn)與規(guī)律的認(rèn)識(shí)還很少，本文就是考慮在介觀尺度下，采用Pride于2004年提出的Patchy飽和巖石聲學(xué)模型研究彈性波的頻散、衰減及在流體與非均勻飽和巖石水平界面上的折反射特點(diǎn)。本文首先以Biot理論作為研究基礎(chǔ)，深入了解Biot模型及其相關(guān)模型——Biot-Stoll模型和Pride-Patchy飽和模型，理解孔隙介質(zhì)中的各種波動(dòng)現(xiàn)象；其次，基于Pride-Patchy理論，，通過(guò)引入位移勢(shì)函數(shù)的方法，推導(dǎo)出彈性波在流體與Patchy飽和模型界面上折反射的理論公式，給出快縱波、慢縱波和橫波的位移折反射系數(shù)和能量折反射系數(shù)等表達(dá)式；再次，編寫(xiě)計(jì)算程序，計(jì)算考察彈性波在Patchy飽和模型中頻散和衰減特性；最后，計(jì)算彈性波在流體與Patchy飽和巖石水平界面上的折反射系數(shù)，分析快縱波、慢縱波和橫波的折反射特性與規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明，非均勻流體飽和巖石中，快縱波、慢縱波和橫波的位移折反射系數(shù)、能量折反射系數(shù)、垂直入射滲流位移折射系數(shù)和能量干涉系數(shù)隨含水飽和度的變化而變化。其中，非均勻氣水飽和情況,折反射系數(shù)中的的大小受含水飽和度影響較大，非均勻油水飽和中的含水飽和度對(duì)折反射系數(shù)影響相對(duì)較小。本文的研究有利于認(rèn)識(shí)彈性波在流體與非均勻飽和巖石界面上反射和折射規(guī)律，此外，對(duì)地震勘探和聲波測(cè)井應(yīng)用也有著重要指導(dǎo)意義。
【圖文】：

飽和巖石,折反射,理論公式,彈性波