无限Biot双相介质中水平流体层声波场的分波与全波数值分析

通过对无限Biot双相介质中水平流体层声波场的数值计算，逐一分析了斯通利波和简正模式的频散与激发、与支割积分对应的临界折射波，并将它们的时域波形与全波进行比较，还进一步考察了孔隙度、渗透率和流体层厚度变化对分波与全波的影响。

一阶速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波场分离数值模拟

提出一种等价的一阶双曲型速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波动方程,以实现双相介质混合波场中纯快慢纵波和纯横波波场分离的问题.应用散度和旋度理论证明双相介质等价方程波场分离的可行性,采用高阶交错网格有限差分法构建高精度正演算子,推导其PML吸收边界条件和稳定性条件,并对均匀双相介质和层状非均匀双相介质模型进行数值模拟试验,准确得到固流相混合弹性波场、被完全分离的纯纵横波波场,同时边界吸收效果良好,数值模拟精度较高.计算结果还表明,固流相中的快慢纵波相互伴生因而无法实现分离,且归属于纯纵波波场,流相慢纵波能量比固相慢纵波能量强,这对认识双相介质弹性波的传播规律以及完善双相介质理论具有重要意义.

双相介质地震波传播理论在煤层瓦斯含量预测中的应用

通过研究勘查区3#含瓦斯煤层中地震波存在的明显变化特征,诸如因双相介质中各频率成份吸收作用不同而表现出的"低频共振、高频衰减"现象等,利用Biot双相介质中地震波传播理论,提取了3#煤层地震反射波中所包含的含瓦斯双相特性值,并根据该区钻孔煤样瓦斯含量检测值进行了标定,预测了该区3#煤层瓦斯含量。煤样瓦斯含量检测值与地震资料预测值回归方程显示,二者之间呈负相关关系。

砂岩双相介质孔隙度地震波场数值模拟研究

为了研究煤系含水砂岩的双相介质地震波场特性,用Biot双相介质数学模型描述煤系含水层。本文应用交错网格有限差分方法对煤系含水砂岩双相介质模型的孔隙度进行了地震波场数值模拟,模拟结果显示双相介质中孔隙率大小对慢纵波有较大的影响,主要表现在随着砂岩孔隙度的增大,慢纵波的传播速度也随着增大。利用双相介质理论探索地震波场对砂岩孔隙度响应特性,对了解煤系砂岩的富水性以及孔隙特性具有现实意义和理论价值。

双相各向同性介质伪谱法地震波场数值模拟

伪谱法是一种模拟精度和计算效率都较高的地震波场数值模拟方法。该方法通过对空间坐标的快速傅里叶变换实现数值计算,在时间域直接采用差分运算代替导数的求解,避免了求偏导数;不存在有限差分和有限元等方法对高频成分限制的问题,可以实现全频带地震波场模拟;对内存容量的需求远远低于有限元法。利用伪谱法实现双相各向同性介质地震波场数值模拟的基本原理是:首先基于Biot模型给出双相各向同性介质弹性波波动方程;然后推导出二维双相各向同性介质的伪谱法计算公式;最后对给定的介质模型进行模拟试算。模拟结果表明,弹性波在双相各向同性介质中以快纵波、横波和慢纵波3种方式传播。基于模拟结果,分析了各类波的传播规律,讨论了耗散系数和孔隙度对地震波传播的影响。

双相各向同性介质弹性波高精度波场分离数值模拟方法

为了便于研究双相介质固流相混合弹性波场中纵横波波场的传播规律,提出了基于交错网格的Biot双相各向同性介质弹性波动方程高精度波场分离正演数值模拟方法。采用高阶交错网格有限差分法来构建一阶双曲型双相各向同性介质弹性波动方程正演算子实现波场正演,并在每一步递推过程中,分别计算出固相和流相分量相应的散度场(纯纵波场)和旋度场(纯横波场)。以均匀介质和层状介质模型为例进行波场分离数值模拟试验,计算结果表明,该方法能够从固流相的任一分量混合弹性波场中准确地分离出纯纵波波场和纯横波波场,具有计算精度和效率高的特点,同时指出快慢纵波相互伴生因而无法实现分离。

Biot介质波场数值模拟的频散分析及FCT校正方法探讨

与单相介质不同,地震波在双相或多相介质中传播时有其特殊的传播规律及波动响应特征。Biot介质是一种典型的双相介质,高阶交错网格波场数值模拟技术是研究Biot介质波场特征的一种有效的数值方法,但会产生频散现象。文章针对不考虑耗散的二维Biot各向同性介质,基于高阶交错网格波场模拟技术,在确保数值计算稳定的前提下,通过Matlab软件编程,对该模拟技术的空间和时间频散问题进行了分析,同时对FCT校正方法压制频散现象的效果进行了探讨。

含天然气水合物地层的速度和衰减研究

本文以 Biot双相介质理论为基础 ,针对 Ecker提出的三种水合物沉积模式 ,即水合物是液体的一部分、水合物是固体骨架的一部分和水合物胶结在固体颗粒接触面 ,研究了有耗散时和无耗散时含水合物地层的快速纵波、慢速纵波、横波的速度和衰减随频率的变化规律 ,并把上述三种模型的计算结果与地层不含水合物的结果进行了对比。指出上述第三种模型的速度、衰减随频率的变化和前两种模型具有明显不同的特点 ,主要表现为对频率的依赖性。