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水平多层固体—孔隙介质中流体层声波场的理论求解与数值计算

闫伟民  
【摘要】: 半无限固体间夹一流体层的地层模型常被用于模拟煤层,研究层中槽波的传播与利用。在弹性固体间流体(张维等,1995)、Biot孔隙介质间流体(巴音等,2001)被理论处理计算后,本文则对孔隙介质上下加半无限固体介质情况进行了理论求解和数值计算,这更接近煤层上下围岩是多层介质的实际。对流体层对称轴上点源激发情况下,数值研究了不同中心频率、不同源距和不同地层参数,流体层内声场的全波;在一定的频率范围内,计算了模式波多阶模式的频散曲线和激发强度。并着重对第一阶模式波频散曲线和激发强度随储层参数(孔隙度、渗透率)变化的规律进行了数值考察。 全波计算采用龙贝格-傅里叶双重积分;导波计算采用极点留数公式用牛顿迭代法。通过将三层介质退化(或逼近)为二层介质与已有结果(巴音,2001)比检验了方法与软件的可行性。对围岩即固体介质比Biot双相介质硬的情况,可观测到固体层纵波、固体层横波、模式波和斯通利波的传播;而固体介质比Biot双相介质软时可观测到孔隙层纵波、孔隙层横波、斯通利波和模式波艾里相。与此同时还考察了储层参数(孔隙度、渗透率)对全波的影响。 对本文三层(固体-孔隙-流体)对称介质中导波的频散与激发强度的数值考察表明:频散特性与柱状分层井孔模型情况类似,但激发强度有所不同,激发峰比较尖锐,且激发曲线在高频区不是单调下降,而是随着频率增大会再度上升。 对流体层声波场进行理论与数值模拟,不仅有利于掌握多层介质的传播规律特性,而且对多层介质中地震波场的识别与分离具有一定的指导意义。


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