流体饱和多孔隙介质二维弹性波方程正演模拟的小波有限元法

本文将小波有限元法引入到流体饱和多孔隙介质二维波动方程的正演模拟中,以二维Daubechies小波的尺度函数代替多项式函数作为插值函数,构造二维张量积小波单元.引入一类特征函数解决了Daubechies小波没有显式解析表达式所带来的基函数积分值计算问题,并推导出计算分数节点上Daubechies小波函数值的递推公式,从而构造出由小波系数空间到波场位移空间的快速小波变换.数值模拟结果表明该方法是有效的.

水与流体饱和孔隙介质界面上非镜面反射声场的实验研究

用光学法和发射 接收法研究了水与流体饱和孔隙介质界面上声波的非镜面反射声场 .测量了入射角θi 为 1 6°— 80°范围内的反射系数R ,记录了θi 在Rayleigh波临界角θc附近± 4°范围内两束反射波的反射角、波束位移Δ、波形和频谱 .实验发现 :(1 )在θc 附近±4°范围内 ,观察到θi两束反射波A和B ,其中波束B沿界面有波束位移Δ ,实验测出Δ随θi增大而减小 ,并非在θi=θc 时最大 .(2 )反射角等于θi 的波束的频谱很接近于入射波的频谱 ,反射角等于θc 的波束的频谱相对于入射波有频谱的负偏移 .(3)波束A的相位与发射换能器直达波的相位一致 。

流体饱和孔隙介质参数反演的模拟退火算法

本文研究了模拟退火算法在流体饱和孔隙介质参数反演中的应用。通过计算响应数据与实测响应数据的拟合将参数反问题归结为最优化问题。由于流体饱和孔隙介质运动方程的复杂性，动力响应与材料参数之间呈复杂的非线性关系，优化目标函数是非凸多峰函数。传统的梯度类优化方法一方面受局部极值的困扰难以搜索到全局最优解； 另一方面确定搜索方向须进行复杂的参数敏度分析。为克服这些困难，本文应用模拟退火算法进行了多参数反演数值模拟，模拟结果表明了模拟退火算法的可行性和稳健性。

流体饱和多孔隙介质多参数反演的小波多尺度-正则化高斯牛顿法

将小波多尺度方法和正则化高斯牛顿法相结合,充分利用两种方法的优点,以小波尺度分解作为引导算子确保反演算法的搜索路径,在每一个分解后的尺度上采用正则化高斯牛顿法作为求解算子以解决反问题的不适定性问题,构造了小波多尺度-正则化高斯牛顿法,有效地解决了流体饱和多孔隙介质多参数反演过程中的局部极值和不适定性的问题.通过与传统的正则化高斯牛顿法数值比较,显示了小波多尺度-正则化高斯牛顿法法是一个大范围收敛方法.数值模拟的结果验证了方法的有效性和可行性.

考虑质量耦合效应的流体饱和孔隙介质波动方程

利用混合物理论和连续介质力学的基本原理,推导了考虑质量耦合效应的流体饱和弹性孔隙介质的波动方程,并与经典的Biot波动方程进行了对比。结果表明:该文得到的方程包含了Biot波动方程的所有要素,且形式与后者基本相同。比较而言,该文推导过程具有更明确的物理意义,概念也更完整。

流体饱和多孔隙介质波动方程多尺度反演

基于多尺度的思想,将小波多分辨分析和多尺度方法相结合,应用于流体饱和多孔隙介质孔隙率的反演。利用小波变换,将原始反问题分解为不同尺度上的一系列子反问题,并按照尺度从粗到细的顺序依次求解。在每一个尺度上,都采用稳定、收敛快的正则化高斯牛顿法求解,次一级尺度上求出的“全局最优解”作为上一级的初始解,依此类推,直到求出原始问题的真正的全局最优解。通过与传统的正则化高斯牛顿法相比较,显示了小波多尺度法是一个大范围收敛、能够有效节省计算量的方法,数值模拟的结果也表明了方法的有效性。

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。

流体饱和多孔隙介质弹性波方程边界元解法研究

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.

用光学的方法验证流体饱和孔隙介质中慢纵波的存在

用阴影法（Ｓｈａｄｏｗｇｒａｐｈ）和ＣＣＤ照相，观测到声脉冲透过流体饱和孔隙介质（按英文“Ｆｌｕｉｄｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｒｏｕｓｍｅｄｕｍ”的第一个字母缩写为ＦＳＰＭ）样品后在水中传播的三个声脉冲，这三个声脉冲分别对应于ＦＳＰＭ样品中的三种体波（快纵波、横波、慢纵波）的转换模式．由阴影法记录的三个透射声脉冲的位置与计算结果以及发射一接收法的测量结果一致．

基于流体饱和多孔隙介质波动方程的时间推移地震反演

针对二维流体饱和多孔隙介质波动方程,设计了自适应同伦法和小波-自适应同伦法,在此基础上,将局域化思想引入时间推移地震反演,并使用小波-自适应同伦法和自适应同伦法反演两次监测数据,提出了一种适用于时间推移地震勘探的局域化反演算法.为了验证新方法是可行的,文中把它应用于同一地点不同时间的观测模型,通过数值实验表明了这种方法的有效性.

简谐线载荷作用下考虑预应力的流体饱和双重孔隙介质层的动力响应

基于Biot型流体饱和双重孔隙介质理论,考虑地基和基岩的预应力,在平面应变条件下研究了下卧垂向不均匀粘弹性半平面基岩的有限厚度双重孔隙地基在简谐线载荷作用下的动力响应。根据Berryman理论,通过引入势函数和运用Helmholtz原理,并利用Fourier变换求解本问题的控制微分方程,得到变换域内应力、位移、孔隙水压力的一般解。结合边界条件,利用Fourier逆变换得到了相应的数值计算结果。结果表明:双重孔隙和半平面的竖向位移随频率、基质孔隙、阻尼因子、不均匀性、预拉应力的增大单调递减;基质孔隙和裂缝孔隙水压力随渗透率的增大单调递减,随频率的增大单调递增。

Love波在预应力流体饱和双重孔隙介质层中传播的特性

基于扩展的Biot理论,研究了覆盖于各向异性不均匀弹性半空间上的受预应力流体饱和双重孔隙介质中Love波的传播.推导了速度的频散方程以及Love波速的上下界限,讨论了孔隙率、不均匀性、各向异性和预应力等参数对波速的影响.通过数值计算,结果发现孔隙介质层基质孔隙的孔隙率、裂隙孔隙率及基质孔隙的孔隙率占总孔隙率的比重越大,Love波的波速越大;随着不均匀程度的提高及各向异性系数的增大,Love波的波速增大.无论是在双重孔隙介质层中还是弹性半空间中,预拉应力会使Love波的波速提高,而预压应力会降低Love波的波速.

流体饱和孔隙介质模型中震电效应的实验研究

震电勘探是一种非常有前景的应用地球物理方法,特别是在油气勘探开发领域具有很大的潜在应用价值.通过大量的物理模型实验观测,成功地观测并识别出了在流体饱和孔隙介质中声波激发产生的两类主要震电信号.第一类产生于均匀介质内部、仅存在于扰动区范围的局部震电场.该类震电信号传播的视速度、频谱特征与介质中对应的声波激发信号类似;另一类震电信号产生于两种性质不同的介质分界面,可在一定探测范围内随处同时观测到.实验发现,该类震电信号强度除与分界面处超声振动激发强度有关外,还与分界面本身的物理特性(弹性和电性)有关.特别是对储层油-水界面,其震电场反映明显.

含两项不混合/单项黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

弹性孔隙介质分界面上的反透射系数特征,在岩性划分、流体识别、储层边界判识等方面有重要的应用.本文研究上层为含两项不混合黏性流体孔隙介质、下层为含单项黏性流体孔隙介质分界面上的反透射理论.首先根据两种孔隙介质分界面上的能量守恒得到边界条件,再将波函数、位移、应力与应变关系代入边界条件,推导出完全连通孔隙情况下,第一类纵波入射到孔隙介质分界面上的反透射系数方程.通过建立砂岩孔隙介质模型,分别分析不同孔隙流体类型、不同含油饱和度及不同入射角情况下,各类波的反透射系数特征.研究表明,第二、三类纵波反透射系数数值比第一类纵波小多个数量级,且两者对入射角的变化不敏感,但对孔隙流体性质、含油饱和度的变化较敏感,而横波反透射系数特征恰好与此相反;第一类纵波反透射系数特征比较复杂,入射角、孔隙流体的性质及含油饱和度的变化都对其产生影响.不同孔隙流体弹性物性的差异、孔隙介质中含油饱和度的变化及不同入射角引起垂向和切向应力分量的变化都会影响各类波的反透射系数特征,分析这些特征可以为研究储层含油气性提供理论基础.

流体饱和周期性层状孔隙介质模型平行层面传播的纵波频散和衰减研究

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,讨论了背景介质孔隙度和渗透率对纵波速度频散和逆品质因子的影响,理论研究及数值试验厘清了纵波在该类型介质中平行于层面方向入射传播时的地震响应特征及传播规律.

平面波在双孔隙介质中球形夹杂上的散射

基于拓展的Biot孔隙介质弹性理论,将波函数展开法推广应用到求解平面压缩波在双孔隙介质中单球形理想流体夹杂上的散射问题中。在低频条件下,给出了问题解析解的形式,包括位移场和应力场。由进一步的数值计算结果可知:P1波和S波的一阶谐波振幅随着基质孔隙率的增大而减小,P2波的谐波振幅则增大,而P3波的谐波振幅基本不受其影响;随着裂隙孔隙率的增大,P1波的谐波振幅逐渐减小,P3波和S波的谐波振幅增大,而对P2波的谐波振幅的影响甚微;频率越高,双孔隙介质的基质孔隙率及裂隙孔隙率对其谐波振幅的影响越显著。

震电效应在油气勘探开发中的应用

震电效应是流体饱和孔隙介质中客观存在的一种物理现象。开展震电勘探研究是当今地球物理领域的前沿研究课题。笔者基于当前国内外大量室内和野外试验资料,对震电效应及其产生机理、探测方式、勘探应用潜力进行了分析探讨,指出震电效应应用于油气勘探开发,特别是在寻找"剩余油"方面具有广阔的应用前景。