柱状多层Biot双相孔隙介质中的SH波

论文摘要

水平剪切波(Shear Horizontal Wave,简称SH波)作为横波偏振的一种,在横波及多波地震勘探中经常出现,和P波、SV波比较,SH波在平行于偏振方向的表面上反射时不会转化成其他类型的波,而且杂乱回波很少,能够携带较易识别的地层信息,SH波这些独特的优点是其他类型波所没有的,所以SH波在地球物理勘探和超声无损检测中的理论与方法一直受到人们的关注。由于井内是流体介质,在井孔内激发SH波存在一定困难,所以运用SH波实现直接横波测井的研究报道较少,但随着技术的不断提高与发展,井内激发和接收SH波逐渐成为可能。因此,研究井孔柱状结构下SH波波场特征有可期实际意义。而实际地层往往是可渗孔隙地层,本文采用Biot理论模型模拟井外孔隙地层,针对SH波在井外柱状多层Biot双相孔隙介质中的传播问题,建立了理论模型,研究了SH波在其中的传播特性,也为利用SH波对柱状分层孔隙介质的探测提供理论依据。首先,本文建立了井外柱状三层以及双层Biot双相孔隙介质模型,对波场中Love波场进行了理论推导,引入SH波势函数并利用SH波在此模型下传播的边界条件,求得频散方程,计算了此模型下Love波的频散和激发强度,并对声场时域全波列进行了模拟。考察了孔隙地层中较为主要的声学参数,如孔隙度以及渗透率对声场位移时域全波波形和Love波衰减的影响。结果表明,井外柱状三层Biot双相孔隙介质模型下,前两阶Love波之后各阶的频散较井外柱状双层Biot双相孔隙介质模型下Love波频散弱,激发强度先减小后迅速增大再逐渐减小。随着孔隙度增大,位移时域全波幅度明显减小,不同渗透率下,第一阶Love波的衰减随频率的变化较大。对井外为柱状无限大Biot双相孔隙介质模型进行了模拟,其与井外柱状三层和双层Biot双相孔隙介质模型存在差异,声场不存在Love波,井壁接收器记录到的只有一个以地层横波速度沿轴向传播的SH波。其次,对单层流体饱和孔隙柱壳模型和双层流体饱和孔隙柱壳模型,分别研究了SH波在其中的传播特性。求解单层流体饱和孔隙柱壳模型的频散方程,此模型下声场的SH导波不但包括反对称传播模式,还包括几乎不频散的基阶和其他各阶频散的对称传播模式,基阶无截止频率且以孔隙柱壳的横波速度传播。对SH导波的激发强度进行了计算,结果表明,每阶SH导波都有一个激发强度峰值,基阶SH导波的激发强度相对较小,也说明在应用中要根据各阶的频散特性、激发强度频率响应特性进行选择。推导给出SH导波的相速度和截止频率的近似公式。并将近似公式给出的值与计算值进行对比,结果表明在高频时给出很好的近似。对孔隙度对SH导波衰减和时域全波的影响进行了考察,结果表明,随孔隙度的变大,SH导波的衰减增加,时域全波位移幅度减小。对双层流体饱和孔隙柱壳模型下SH导波频散曲线以及激发强度进行了计算,得到了SH导波的频散及激发强度特征,不同于单层流体饱和孔隙柱壳模型,此模型下不存在无截止频率的基阶对称传播模式。同时,对此模型下的声场时域全波列进行了模拟,此模型下声场时域波形较井外柱状三层Biot双相孔隙介质模型下的声场相比,时域声波波形较复杂。从模型结构来看,单层孔隙柱壳对应了井外柱状三层Biot双相孔隙介质模型时井外第一层孔隙介质层与井外第二层孔隙介质层的交界面处于非粘结的情况;双层孔隙柱壳对应了井外柱状三层Biot双相孔隙介质模型时井外第二层孔隙层与最外层介质非粘结的情况,因此它们之间的波场特征差别可以用来判断界面粘结与非粘结的状况。本文对井孔外柱状分层孔隙介质中SH波场的研究,不仅丰富SH波的理论研究也为SH波应用于柱状分层孔隙介质的声波探测及检测提供理论参考。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘红梅

导师: 崔志文

关键词: 柱状分层,双相介质,频散特性,非粘结

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 吉林大学

分类号: O422

总页数: 61

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