【摘要】：水平剪切波(Shear Horizontal Wave,簡(jiǎn)稱SH波)作為橫波偏振的一種,在橫波及多波地震勘探中經(jīng)常出現(xiàn),和P波、SV波比較,SH波在平行于偏振方向的表面上反射時(shí)不會(huì)轉(zhuǎn)化成其他類型的波,而且雜亂回波很少,能夠攜帶較易識(shí)別的地層信息,SH波這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是其他類型波所沒有的,所以SH波在地球物理勘探和超聲無損檢測(cè)中的理論與方法一直受到人們的關(guān)注。由于井內(nèi)是流體介質(zhì),在井孔內(nèi)激發(fā)SH波存在一定困難,所以運(yùn)用SH波實(shí)現(xiàn)直接橫波測(cè)井的研究報(bào)道較少,但隨著技術(shù)的不斷提高與發(fā)展,井內(nèi)激發(fā)和接收SH波逐漸成為可能。因此,研究井孔柱狀結(jié)構(gòu)下SH波波場(chǎng)特征有可期實(shí)際意義。而實(shí)際地層往往是可滲孔隙地層,本文采用Biot理論模型模擬井外孔隙地層,針對(duì)SH波在井外柱狀多層Biot雙相孔隙介質(zhì)中的傳播問題,建立了理論模型,研究了SH波在其中的傳播特性,也為利用SH波對(duì)柱狀分層孔隙介質(zhì)的探測(cè)提供理論依據(jù)。首先,本文建立了井外柱狀三層以及雙層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型,對(duì)波場(chǎng)中Love波場(chǎng)進(jìn)行了理論推導(dǎo),引入SH波勢(shì)函數(shù)并利用SH波在此模型下傳播的邊界條件,求得頻散方程,計(jì)算了此模型下Love波的頻散和激發(fā)強(qiáng)度,并對(duì)聲場(chǎng)時(shí)域全波列進(jìn)行了模擬。考察了孔隙地層中較為主要的聲學(xué)參數(shù),如孔隙度以及滲透率對(duì)聲場(chǎng)位移時(shí)域全波波形和Love波衰減的影響。結(jié)果表明,井外柱狀三層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型下,前兩階Love波之后各階的頻散較井外柱狀雙層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型下Love波頻散弱,激發(fā)強(qiáng)度先減小后迅速增大再逐漸減小。隨著孔隙度增大,位移時(shí)域全波幅度明顯減小,不同滲透率下,第一階Love波的衰減隨頻率的變化較大。對(duì)井外為柱狀無限大Biot雙相孔隙介質(zhì)模型進(jìn)行了模擬,其與井外柱狀三層和雙層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型存在差異,聲場(chǎng)不存在Love波,井壁接收器記錄到的只有一個(gè)以地層橫波速度沿軸向傳播的SH波。其次,對(duì)單層流體飽和孔隙柱殼模型和雙層流體飽和孔隙柱殼模型,分別研究了SH波在其中的傳播特性。求解單層流體飽和孔隙柱殼模型的頻散方程,此模型下聲場(chǎng)的SH導(dǎo)波不但包括反對(duì)稱傳播模式,還包括幾乎不頻散的基階和其他各階頻散的對(duì)稱傳播模式,基階無截止頻率且以孔隙柱殼的橫波速度傳播。對(duì)SH導(dǎo)波的激發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明,每階SH導(dǎo)波都有一個(gè)激發(fā)強(qiáng)度峰值,基階SH導(dǎo)波的激發(fā)強(qiáng)度相對(duì)較小,也說明在應(yīng)用中要根據(jù)各階的頻散特性、激發(fā)強(qiáng)度頻率響應(yīng)特性進(jìn)行選擇。推導(dǎo)給出SH導(dǎo)波的相速度和截止頻率的近似公式。并將近似公式給出的值與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明在高頻時(shí)給出很好的近似。對(duì)孔隙度對(duì)SH導(dǎo)波衰減和時(shí)域全波的影響進(jìn)行了考察,結(jié)果表明,隨孔隙度的變大,SH導(dǎo)波的衰減增加,時(shí)域全波位移幅度減小。對(duì)雙層流體飽和孔隙柱殼模型下SH導(dǎo)波頻散曲線以及激發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算,得到了SH導(dǎo)波的頻散及激發(fā)強(qiáng)度特征,不同于單層流體飽和孔隙柱殼模型,此模型下不存在無截止頻率的基階對(duì)稱傳播模式。同時(shí),對(duì)此模型下的聲場(chǎng)時(shí)域全波列進(jìn)行了模擬,此模型下聲場(chǎng)時(shí)域波形較井外柱狀三層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型下的聲場(chǎng)相比,時(shí)域聲波波形較復(fù)雜。從模型結(jié)構(gòu)來看,單層孔隙柱殼對(duì)應(yīng)了井外柱狀三層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型時(shí)井外第一層孔隙介質(zhì)層與井外第二層孔隙介質(zhì)層的交界面處于非粘結(jié)的情況;雙層孔隙柱殼對(duì)應(yīng)了井外柱狀三層Biot雙相孔隙介質(zhì)模型時(shí)井外第二層孔隙層與最外層介質(zhì)非粘結(jié)的情況,因此它們之間的波場(chǎng)特征差別可以用來判斷界面粘結(jié)與非粘結(jié)的狀況。本文對(duì)井孔外柱狀分層孔隙介質(zhì)中SH波場(chǎng)的研究,不僅豐富SH波的理論研究也為SH波應(yīng)用于柱狀分層孔隙介質(zhì)的聲波探測(cè)及檢測(cè)提供理論參考。
【圖文】：

圖 2.1 聲源時(shí)域波形場(chǎng)計(jì)算方法同時(shí)存在液體和固體，稱為兩相介質(zhì)指整個(gè)孔隙介質(zhì)骨架。Biot 于上世介質(zhì)中的固相和液相相互耦合的力學(xué)播，為后續(xù)孔隙介質(zhì)中地震波等傳播t 理論仍被認(rèn)為是最完備實(shí)用的雙相由滿足此理論的雙相孔隙介質(zhì)構(gòu)成

研究也比較成熟。所以在Biot雙相孔隙介質(zhì)井壁環(huán)形剪切隙地層中 SH 波場(chǎng)狀分層 Biot 雙相孔隙介質(zhì)，所研2.1，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別為三個(gè)不同緊貼井壁放置的環(huán)形剪切源，聲切源在柱狀三層 Biot 介質(zhì)中只激距置于井壁，整個(gè)測(cè)井裝置居中
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O422

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