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相似文献
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1.
岩石中的弹性波传播特性研究一直是地球物理学研究中的基础科学问题和难点.Biot理论的提出为流固双相介质理论奠定了基础.Biot理论中假设固相、液相的本构关系是线弹性的.而当实际储层中含高黏度的流体时,流体往往表现出一定的非牛顿流体性质.本文主要针对含高黏度流体的孔隙介质,在Biot理论模型中引入线性黏弹性的Maxwell流体本构方程.要通过动态黏度入手,表征非牛顿流体的特性,改进并给出了含高黏度孔隙流体介质的模型.通过数值模拟分析了所提出的模型的特性,并分析了初始黏度和孔隙度参数对模型数值分析结果的影响.最后选取超声波实验数据验证了模型的适用性,结果表明该理论模型的预测结果可较好地反映含高黏度流体孔隙介质的波传播特性.  相似文献   

2.
基于Biot-Squirt方程的波场模拟   总被引:17,自引:5,他引:17       下载免费PDF全文
Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制,对地震波和声波的传播均产生重要影响. Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型,基于这一模型,尽管有关弹性波在多孔隙介质中的衰减和频散问题已被广泛研究,然而,基于BISQ波传播方程的波场数值模拟至今仍未见报道. 本文从同时包含两种力学机制的孔隙弹性波方程出发,利用FCT有限差分法对含流体孔隙各向同性介质中的地震波和声波进行了数值模拟,并与基于Biot流动的Biot理论之模拟结果进行比较. 数值模拟结果表明:同时包含Biot流动和喷射流动影响的地震波和声波速度比仅包含Biot流动作用的地震波和声波速度慢,慢P波的衰减比根据Biot理论模拟的慢P波衰减更强.  相似文献   

3.
本文定义了各向异性黏弹性参数修正因子,并将其引入到黏弹性模型中以体现泥质含量对黏弹性机制的影响,同时将波传播过程中孔隙介质骨架黏弹性力学机制与两种孔隙流体流动力学机制(Biot流动和喷射流动机制)有机地统一起来处理,从而给出了描述含泥质低孔渗孔隙各向异性介质中波传播规律的黏弹性Biot/squirt (BISQ)模型.数值计算结果表明,入射波的方位角、各向异性渗透率以及泥质含量等对含流体复杂孔隙介质中波频散和衰减的影响具有显著的方位各向异性特征,在低频范围内(地震波勘探频率)黏弹性力学机制对波传播能量的衰减起主导作用.  相似文献   

4.
分数阶微分算子具有描述历史依赖性和全域相关性的特质,本文利用这种特质描述双相介质固体骨架的黏弹性特征.基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架各向异性本构关系与双相介质理论有机地结合起来,并引入流变学本构关系描述孔隙流体的黏滞性力学行为,提出一种新的基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI模型.推导了相应的时间域波传播方程,然后对该方程进行了数值模拟.对整数阶导数采用高阶交错网格有限差分算法,对分数阶时间导数采用短时记忆中心差分算法,进行了不同相界、不同品质因子组及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.模拟结果表明:将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架各向异性本构关系及孔隙流体的黏滞性本构关系引入双相介质理论是可行的,二者的结合能更好地反映地下介质的黏弹性特征,对于进一步认识波在黏弹各向异性孔隙介质中的传播机理具有重要意义,为反演和重构地下油气储层和结构奠定正演理论基础.  相似文献   

5.
含流体孔隙介质中的波能量耗散通常由多种力学机制造成.传统Biot理论中的能量耗散仅仅考虑了固流两相相对运动引起的摩擦耗散,无法准确预测波在孔隙介质中低频段出现的高频散与强衰减现象.为了建立一个能准确预测地震波频段高频散与强衰减现象的动力学模型,我们在Biot理论的基础上引入黏弹性机制,并利用分数阶导数刻画黏弹性本构关系,最终获得了一种新的孔隙介质波传播模型.与传统的Biot模型相比,新模型考虑了含流体孔隙介质中固体骨架的内耗散,对波能量耗散的刻画更为精准.通过数值算例,我们研究了分数阶导数的阶数参数对快P波和S波频散和衰减的影响,并通过来自不同地区且具有不同物理性质的几组流体饱和岩芯实验数据,对比研究了新模型的有效性.结果表明,文章提出的新模型能更准确地预测快P波和S波在低频段出现的高频散和强衰减现象.  相似文献   

6.
基于横向各向同性BISQ方程的弹性波传播数值模拟   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制. 近年来,利用同时处理这两种力学机制的BISQ(Biot-Squirt)模型,弹性波衰减和频散的问题已被广泛研究;然而基于BISQ方程的波场数值模拟尚未见到公开的报道.本文从BISQ方程出发,利用交错网格方法对横向各向同性孔隙介质中不同频率和相界情况,以及双层介质中的弹性波传播进行数值模拟,研究了在同时考虑两种流动机制作用情况下地震波和声波的传播特性及传播过程中出现的各种波动现象.   相似文献   

7.
碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂和非均质性强等特征,属于典型的多重孔隙储层,孔隙结构表征是多重孔隙储层预测和流体识别的关键.现有的孔隙结构表征方法大多利用孔隙纵横比或者构建一种新参数来描述孔隙结构.岩石临界孔隙度模型是一种常用的岩石物理模型,具有一定的物理意义和地质含义.本文推导了岩石临界孔隙度与岩石孔隙结构(孔隙纵横比)之间的关系,进而利用极化(形状)因子建立临界孔隙度与弹性参数之间的关系,构建了能够包含多种孔隙类型的多孔可变临界孔隙度模型.利用多孔可变临界孔隙度模型由储层的弹性参数反演不同孔隙类型的体积含量.实验室测量数据和实际测井数据表明,多孔可变临界孔隙度模型能够适用于多重孔隙储层岩石物理建模和孔隙结构表征.  相似文献   

8.
孔隙介质中的地震波传播一直是油气地震勘探领域的研究热点和难点问题.该科学难题源自不同尺度的裂隙、孔隙、溶洞与岩石骨架之间的耦合作用,导致地震波场特征复杂.目前相关的研究主要集中于探索孔隙介质中地震波的传播机制及地震响应的特征与变化规律,包括对地震波在复杂孔隙介质中传播,进行比较精确的数学物理描述以及数值实现.地球物理学家们集中于研究垂直于地层层面方向入射的地震波频散和衰减,而忽略了实际地球介质中的地震波是以任意角度(方向)入射并进行传播的普遍性情况.在前人的研究基础上,本文的创新之处在于将纵波的入射方向扩展到平行于流体饱和的周期性层状孔隙介质模型层面方向.针对流体饱和的周期性层状孔隙介质模型,提出了介观波致流(Wave-induced Fluid Flow, WIFF)对流体饱和孔隙层状介质中平行于层面方向入射的纵波频散、衰减及频变各向异性的新模型.利用准静态Biot孔弹性方程推导出了模型的孔隙压力、流体流动速度、平均应力和平均应变等物理量的解析表达式,进而得到流体饱和的周期性层状孔隙介质复纵波模量的精确解析解.然后,利用复纵波模量讨论了纵波速度频散、衰减和频变各向异性特征,讨论了背景...  相似文献   

9.
线性粘弹介质中地震波场数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
本文将以往两种粘弹介质中地震波模拟方法的优点结合起来,以模型理论和积分本构方程为基础,从理论上分析了模型对地震波场的影响;采用交错网格有限差分法对粘弹介质中的地震波进行数值模拟.数值计算结果表明该方法不仅便于计算,同时也便于从力学的角度来分析地震波的传播.数值计算结果与理论分析一致,说明这种方法可以更为有效地模拟粘弹介质中地震波的传播.  相似文献   

10.
裂缝诱导各向异性双孔隙介质波场传播特征   总被引:8,自引:6,他引:2       下载免费PDF全文
基于裂缝诱导各向异性和双相介质理论,对裂缝诱导的具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)双孔隙介质的本构关系进行了研究,与等效连续介质模型相结合,综合考虑裂缝系统和基质孔隙系统的两种孔隙度和两种渗透率参数,得到裂缝诱导HTI双孔隙介质的等效孔隙度和等效渗透率,进而得到介质的运动平衡方程;并进一步推导出介质的一阶速度-应力方程.采用交错网格高阶有限差分法对模型进行了数值模拟,结果揭示了介质中两套系统的存在对其波场传播特征的影响,为进一步研究实际地球介质的波场特征奠定了基础.  相似文献   

11.
流体饱和多孔隙介质弹性波方程边界元解法研究   总被引:4,自引:2,他引:2       下载免费PDF全文
基于流体饱和多孔隙各向同性介质模型,本文首先推导了流体饱和多孔隙介质中弹性波传播的频率域系统动力方程及边界积分方程,然后给出了流体饱和多孔隙介质弹性波方程的基本解,最后,利用本文给出的边界元方法对流体饱和多孔隙各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟.结果表明:不论是从固相位移,还是液相位移的地震合成记录都能看到明显的慢速P波,本文提出的流体饱和多孔隙介质弹性波边界元法是有效可行的.  相似文献   

12.
《Advances in water resources》2002,25(8-12):1105-1117
Macroscopic differential equations of mass and momentum balance for two immiscible fluids in a deformable porous medium are derived in an Eulerian framework using the continuum theory of mixtures. After inclusion of constitutive relationships, the resulting momentum balance equations feature terms characterizing the coupling among the fluid phases and the solid matrix caused by their relative accelerations. These terms, which imply a number of interesting phenomena, do not appear in current hydrologic models of subsurface multiphase flow. Our equations of momentum balance are shown to reduce to the Berryman–Thigpen–Chen model of bulk elastic wave propagation through unsaturated porous media after simplification (e.g., isothermal conditions, neglect of gravity, etc.) and under the assumption of constant volume fractions and material densities. When specialized to the case of a porous medium containing a single fluid and an elastic solid, our momentum balance equations reduce to the well-known Biot model of poroelasticity. We also show that mass balance alone is sufficient to derive the Biot model stress–strain relations, provided that a closure condition for porosity change suggested by de la Cruz and Spanos is invoked. Finally, a relation between elastic parameters and inertial coupling coefficients is derived that permits the partial differential equations of the Biot model to be decoupled into a telegraph equation and a wave equation whose respective dependent variables are two different linear combinations of the dilatations of the solid and the fluid.  相似文献   

13.
Based on the up formulation of Biot equation with an assumption of zero permeability coefficient, a high-order transmitting boundary is derived for cylindrical elastic wave propagation in infinite saturated porous media. By this transmitting boundary the total stresses on the truncated boundaries of a numerical model, such as a finite element model, are replaced by a set of spring, dashpot and mass elements, with some additionally introduced auxiliary degrees of freedom. The transmitting boundaries are incorporated into the DIANA SWANDYNE II program and an unconditionally stable implicit time integration algorithm is adopted. Despite the assumption made in the derivation of the transmitting boundary, numerical examples show that it can provide highly accurate results for cylindrical elastic wave propagation problems in infinite saturated porous medium in case the up formulation is applicable. Although the direct applications of the proposed transmitting boundary to general two dimensional wave problems in infinite saturated porous media are not highly accurate, acceptable accuracy can still be achieved by placing the transmitting boundary at relatively large distance from the wave source.  相似文献   

14.
Based on the uU formulation of Biot equation and the assumption of zero permeability coefficient, a viscous-spring transmitting boundary which is frequency independent is derived to simulate the cylindrical elastic wave propagation in unbounded saturated porous media. By this viscous-spring boundary the effective stress and pore fluid pressure on the truncated boundary of the numerical model are replaced by a set of spring, dashpot and mass elements, and its simplified form is also given. A uU formulation FEA program is compiled and the proposed transmitting boundaries are incorporated therein. Numerical examples show that the proposed viscous-spring boundary and its simplified form can provide accurate results for cylindrical elastic wave propagation problems with low or intermediate values of permeability or frequency content. For general two dimensional wave propagation problems, spuriously reflected waves can be greatly suppressed and acceptable accuracy can still be achieved by placing the simplified boundary at relatively large distance from the wave source.  相似文献   

15.
An equivalent medium model for wave simulation in fractured porous rocks   总被引:3,自引:0,他引:3  
Seismic wave propagation in reservoir rocks is often strongly affected by fractures and micropores. Elastic properties of fractured reservoirs are studied using a fractured porous rock model, in which fractures are considered to be embedded in a homogeneous porous background. The paper presents an equivalent media model for fractured porous rocks. Fractures are described in a stress‐strain relationship in terms of fracture‐induced anisotropy. The equations of poroelasticity are used to describe the background porous matrix and the contents of the fractures are inserted into a matrix. Based on the fractured equivalent‐medium theory and Biot's equations of poroelasticity, two sets of porosity are considered in a constitutive equation. The porous matrix permeability and fracture permeability are analysed by using the continuum media seepage theory in equations of motion. We then design a fractured porous equivalent medium and derive the modified effective constants for low‐frequency elastic constants due to the presence of fractures. The expressions of elastic constants are concise and are directly related to the properties of the main porous matrix, the inserted fractures and the pore fluid. The phase velocity and attenuation of the fractured porous equivalent media are investigated based on this model. Numerical simulations are performed. We show that the fractures and pores strongly influence wave propagation, induce anisotropy and cause poroelastic behaviour in the wavefields. We observe that the presence of fractures gives rise to changes in phase velocity and attenuation, especially for the slow P‐wave in the direction parallel to the fracture plane.  相似文献   

16.
基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波-慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.  相似文献   

17.
含地下水的土层对地震波传播的影响   总被引:6,自引:0,他引:6       下载免费PDF全文
本文综合地介绍了含地下水的土层对地震波传播的研究成果,并对一些普遍性的原则问题进行了讨论.在不变形介质的前提下详细研究了二维地下水的波动问题,应用和开发了线单元-特征线法、交替方向隐式差分法和伽辽金有限单元法,求解了一些边值问题.还研究了介质的不均匀性、地层的成层性等对地下水波动的影响以及地下水波在界面上的透射、反射现象,发现了一些新的规律.从普遍方程出发,论证了地下水波在可变形介质和不变形介质中的差别,导出了两者的换算关系.开辟了由不变形介质的解求可变形介质的解的一个间接途径. 在可变形介质的前提下,直接从两相介质动力方程组出发,对含水土层中的波动问题进行了详尽研究,考虑了弹塑性、非线性本构关系、剪胀性、刚度退化等各种因素的影响.通过计算对各种土壤刚度、渗阻条件、边界透水条件、荷载形式、本构关系和不均匀性等情况做了比较研究,发现一些新规律.在垂直地震荷载作用下发现了两种不同形态的孔隙水压反应--阶变形和振荡形的机制,并用间断波理论解释了孔压阶跃的原因.最后对发现的新现象做了一些讨论和总结.  相似文献   

18.
基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.  相似文献   

19.
The paper is concerned with the propagation of the Love waves in an inhomogeneous transversely isotropic fluid saturated porous layered half-space with linearly varying properties. The analysis is based on Biot's theory. Firstly, the dispersion equation in the complex form for the Love waves in an inhomogeneous porous layer is derived. Then the equation is solved by an iterative method. Detailed numerical calculation is presented for an inhomogeneous fluid saturated porous layer overlying a purely elastic half-space. The dispersion and attenuation of the Love waves are discussed. In addition, the upper and lower bounds of the Love wave speed are explored.  相似文献   

20.
孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen(LAC)广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段.  相似文献   

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