雙重孔隙介質中彈性波傳播的研究.pdf

1、近幾十年來，有關多孔介質中波的傳播和相關問題的研究受到人們越來越多的關注，在工程中有著廣泛而重要的應用。目前研究較多的是基于Biot理論的單一孔隙介質中的波動問題，而對含裂縫的復雜多孔介質中彈性波傳播問題的研究還很薄弱。研究證實，在這類材料中主要包含兩類孔隙，即基質孔隙和裂縫孔隙。墓質孔除的孔隙度商，占所有孔隙的主要部分，但滲透率低;裂縫孔隙的孔隙度很低但滲透率很高，是流體流動的主要通道。本課題主要研究此類雙重孔隙介質中彈性波的傳播特性

2、以及相關的波動問題.基于Biot理論所采用的方法和Berryman等己有的研究工作，利用位移勢函數的Helmholtz分解方法，將固體骨架位移、基質孔隙流體位移和裂縫孔隙流體位移分別用標蚤勢和矢t勢函數表示，進而推導了雙重孔隙介質中壓縮波和剪切波各自獨立的波動方程。詳細討論了雙重孔陳介質中存在的三種壓縮波和一種剪切波的相速度和衰減特性，分析了裂縫滲透率和孔隙度對相速度和衰減的影響。研究發(fā)現，雙重孔隙介質中存在的三種壓縮波(P-1、P-2

3、和P-3波)和一種剪切波(S波)都是頻散的和衰減的，且裂縫滲透率和孔隙度的值對波速和衰減有重要影響，在特定頻率處，P-1波和S波出現衰減峰值。 基于上述對雙重孔隙介質中波動方程的討論，分析了彈性波在雙重孔隙介質與彈性半無限體交界面的反射和透射規(guī)律。同時還分析了雙重孔隙介質中諸如基質孔隙度和裂縫滲透率等參數對彈性波反射和透射的影響。在垂直入射和掠入射時，彈性波在彈性半空間與雙重孔隙半空間界面的反射和透射規(guī)律與波在彈性介質界面的反射

4、和透射情形類似。反射和透射系數的值與入射角和頻率密切相關。裂縫滲透率和孔隙度參數對反射和透射系數影響顯著。當其他參數相同時，裂縫滲透率越大，反射P波和透射P-1, P-3波的波幅值越小，而反射S波和透射P-2波的波福值則越大:荃質孔除度越大，反射P波和透射P-1、S波的波幅值越大，而反射S波和透射P-2, P-3波的波幅值則越小。 研究了平面波在流體飽和單一孔隙介質與雙重孔隙介質界面的反射和透射問題，詳細討論了邊界條件的形式，

5、并分別對開孔和閉孔邊界條件進行了數值計算。在垂直入射和掠入射時，彈性波在雙重孔隙介質界面的反射和透射規(guī)律同樣類似于波在彈性介質界面的反射和透射規(guī)律。反射和透射系數的值與入射角、頻率和孔隙在交界面的閉合情況密切相關。無論是在彈性/雙重孔隙介質界面，還是在單一孔隙介質l雙重孔隙介質界面，透射P-3波的波幅值遠小于其他反射波和透射波的波幅值。 分析了流體飽和雙重孔隙半無限體中Raylei沙波的傳播特性，給出了雙重孔隙介質中Raylei

6、gh波的特征方程。并分析了基質孔隙度和裂縫滲透率對Rayleigh波速和衰減的影響。在相同頻率下，裂縫滲透率越大，Raleigh波速值越高，衰減越慢，且隨著頻率的增大，這種差別愈明顯:基質孔隙度越高，Rayleigh波速越大，衰減也越快，且隨著頻率的增大，這種影響也更加明顯?；|孔隙滲透率的變化對Rayleigh波傳播特性的影響甚微。雙重孔隙介質中Rayleigh波的波速值總小于雙重孔隙介質中P-1, s波的波速值，且總大于P-3波的波

7、速值。 探討了覆蓋于流體飽和雙重孔隙半無限體上的彈性層中Love波傳播間題，給出了Lave波的特征方程，以及Lo，波速范圍，并討論了其中參數Cs隨頻率的變化情況。彈性層厚度、裂縫滲透率和裂縫孔像度對彈性層中Love波衰減的影響較顯著，但對Love波速的影響很小。同時，分析了Love波群速度的變化規(guī)律，預測了群速度值在特定的頻率處(隨層厚度而變化)存在一個極小值。 基于Pao等討論均勻彈性介質中球形夾雜的散射問題時所采用