含裂隙介质中的视电阻率各向异性变化   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

解滔  卢军 《地球物理学报》2020,63(4):1675-1694

我国50多年的视电阻率连续观测结果表明,大地震前近震中区域的视电阻率呈现出与主压应力方位有关的各向异性变化,即:垂直于主压应力方向观测的变化幅度最大,平行方向最小或不明显,斜交方向介于二者之间.目前我国定点台站视电阻率观测的探测范围主要在浅层沉积层以内,通常含有较多的含水裂隙.本文将地下岩土介质简化为由固体基质和含流体/气体裂隙组成的固液气三相介质,且基质、流体和气体具有标量形式的电阻率,推导出了包含基质和流体电阻率、裂隙率、饱和度和裂隙面积率因子的电阻率张量表达式.以裂隙的扩展/闭合表示应力作用下裂隙的变化,得到了电阻率随裂隙变化的微分形式,电阻率变化对裂隙体积变化放大系数的表达式和裂隙横向变化对纵向电阻率影响的横向权系数的表达式.在此基础上得到了介质电阻率和视电阻率的各向异性变化特征:对于含水裂隙介质,无论裂隙如何变化,均是最小主轴方向电阻率的变化幅度大于其他方向;对于含水孔隙介质,沿孔隙主要变化方向的主轴电阻率变化幅度大于其他方向.对于各向异性变化,视电阻率和介质电阻率存在π/2的方向差异.相较于含水岩石,无水岩石介质电阻率的各向异性变化不显著.本文提出的电阻率表达式可以对实验室和野外实际观测的许多结果做出合理的解释.  相似文献   

一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法          下载免费PDF全文

黄继伟  刘洪 《地球物理学报》2020,63(8):3091-3104

传统的伪谱(PS)方法,采用傅里叶变换(FT)计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分(FD)近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.  相似文献   

宇宙线的超新星遗迹起源     

张轶然  刘四明 《天文学报》2019,60(5):63-84

宇宙线的起源是高能天体物理的核心问题之一.一直以来,超新星爆发被认为是能谱膝区以下宇宙线的主要来源.多波段观测表明,超新星遗迹有能力加速带电粒子至亚PeV (10~(15)eV)能量.扩散激波加速被认为是最有效的天体高能粒子加速机制之一,而超新星遗迹的大尺度激波正好为这一机制提供平台.近年来,一系列较高精度的地面和空间实验极大地推动了对宇宙线以及超新星遗迹的研究.新的观测事实挑战着传统的扩散激波加速模型以及其在银河系宇宙线超新星遗迹起源学说上的应用,深化了人们对宇宙高能现象的认识.结合超新星遗迹辐射能谱的时间演化特性,构建的时间依赖的超新星遗迹粒子加速模型,不仅能够解释200 GV附近宇宙线的能谱反常,还自然地形成能谱膝区,甚至可以将超新星遗迹粒子加速对宇宙线能谱的贡献延伸至踝区.该模型预期超新星遗迹中粒子的输运行为表现为湍流扩散,这需要未来的观测以及与粒子输运相关的等离子体数值模拟工作来进一步验证.  相似文献   

基于Remez迭代算法求解差分系数的双相介质自适应有限差分正演模拟          下载免费PDF全文

王文化  文晓涛  张波  张懿疆  王威 《地球物理学报》2020,63(6):2400-2414

利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性.  相似文献   

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析          下载免费PDF全文

郭梦秋  巴晶  马汝鹏  陈天胜  张琳  庞孟强  谢剑勇 《地球物理学报》2018,61(3):1053-1068

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征，并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较，具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响，其中包括孔隙结构的非均匀性，即岩石内部孔隙参数的不均一性，以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布；此外，非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性，本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应，分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据，给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析，苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高，在各孔隙度范围内，特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外，孔隙度越大，部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低，与之相对，结构非均质性所占的比重则有所增强.  相似文献   

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析          下载免费PDF全文

蒋录珍  李双飞  石文倩  安军海  陈艳华 《地震工程学报》2018,40(6):1224-1230

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。  相似文献   

非线性波消波及波场分布研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

王巧莎  李明海 《海洋科学》2018,42(6):30-38

本文基于雷诺平均N-S方程,并结合RNG k-e方程建立了粘性数值波浪水槽,对不同波陡、不同相对水深、不同相对波高的非线性规则波的阻尼消波问题和波场分布进行研究。文中提出了两种描述消波区内部阻尼变化的阻尼函数,分别适用于小波陡情形和高波陡情形。研究结果表明,小波陡组消波区可设为一个波长,阻尼系数取10~4～10~5即可满足消波要求,计算结果与实验结果及造波理论吻合良好;高波陡组消波区可设为两个波长,阻尼系数取10~4～10~5亦可满足消波要求,计算结果与实验结果吻合良好。此外,当波陡较小时,波场内反射情况的小幅改变即可对整个波场造成影响,特别是当水深较浅时这种影响极为明显,需谨慎考虑。当波陡较大时,水波能量较高,整个波场沿水波传播方向可观测到明显的衰减现象,在具体试验中需进行考虑。  相似文献   

煤层中流体地震可探测性的模拟分析   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

杨春  张会星  王赟 《地球物理学报》2018,61(4):1605-1614

作为一种典型的强阻抗差低阻抗薄层，煤层中孔隙含流体时是否会引起地震反射产生明显的异常是回答地震检测流体是否可行的根本.为此，本文针对强阻抗差薄层模型，基于Biot双相介质理论，通过弹性波有限差分法数值模拟，与各向同性单相介质假设的煤层反射对比，探讨了反射复合波受煤层孔隙度及流体性质变化的影响程度.模拟分析发现：由于薄层孔隙度和孔隙流体属性的变化在Biot理论中表现为纵波速度的变化，PP波反射AVO（Amplitude Versus Offset，振幅随偏移距变化）特征对薄层是否含流体相对敏感；综合使用PP与PS波对比有利于薄层中流体的预测；孔隙度一定时，PP波反射振幅随着含气饱和度的增加而增大；受薄层调谐作用的影响，孔隙和流体变化对煤层反射的频谱特征影响不大，近似于单相介质时的情况.  相似文献   

基于FFT-MA的随机介质建模方法          下载免费PDF全文

杨修伟  朱培民  毛宁波  徐志伟  肖丹 《地球物理学报》2018,61(12):5007-5018

随机介质是描述地球介质小尺度非均匀性的有效模型，在地震散射波场分析、储层描述等领域具有广泛应用，快速准确的随机介质建模方法是开展相关研究的基础与前提.本文首次将FFT-MA（Fast Fourier Transform Moving Average）算法引入到随机介质建模研究中，分析了该方法与传统随机介质建模方法相比具有的优势，并提出了基于FFT-MA的非平稳随机介质建模方法.建模实验表明，与传统的基于谱分解定理的随机介质建模方法相比，基于FFT-MA的方法在空间域产生随机数序列，使随机数序列与结构参数分离，因此，随机数序列与所建模型存在空间上的对应关系，可以分区域建模和局部修改模型.在非平稳随机介质模型建模时，滑动窗口的大小可以根据自相关长度变化而变化，避免了每个采样点都建立一次完整大小的模型，提高了建模效率.因此，FFT-MA随机介质建模方法能准确构建满足自相关函数要求的平稳及非平稳随机介质模型，具有建模效率高、灵活、实用的优点.  相似文献   

含孔隙介质的分层半空间表面瑞利波的衰减特性          下载免费PDF全文

阎守国  谢馥励  张碧星 《地球物理学报》2018,61(2):781-791

以分层半空间内部含有一层孔隙介质为物理模型进行数值计算，研究半空间表面瑞利波的传播和衰减特性.为更加接近实际，结合瑞利波的激发特性，确定了瑞利波的主衰减曲线，并主要以此进行规律分析.针对速度递增和含低速层这两种典型的地质模型，讨论了瑞利波的传播衰减在不同地质模型下的特性，并分析了各自的规律.结果表明，在这两种模型下瑞利波的主衰减曲线都受孔隙介质所处空间位置影响产生比较明显的变化，但衰减系数极大值对应的波长与模型的表层厚度存在较明显的线性对应关系，利用这一关系，可以在实际勘探中快速得到表层介质厚度.另外，通过对比分析还可以看到，瑞利波主衰减曲线随孔隙介质的孔隙度和渗透率的变化都强于主频散曲线的变化，表明衰减曲线对孔隙度和渗透率的变化更加敏感，理论上更加适合进行介质参数反演工作.综合对比结果，我们认为瑞利波主衰减曲线中包含了更丰富的介质参数信息，如果能够有效利用，将可以提高瑞利波勘探的准确性和应用范围.  相似文献