含流体饱和孔隙介质地层中弹性波传播特性分析

摘要

孔隙介质包含了更多描述地层性质的参数,所以与单相弹性介质相比,含有孔隙介质的地层更接近实际地层的构造,故在煤系地层勘探中可以有更广的应用.目前对孔隙介质理论的研究主要围绕BISQ模型和改进后的BISQ模型进行讨论,BISQ模型和改进后的BISQ模型在讨论孔隙介质的弹性波波动方程时,总是从单个孔隙的角度研究弹性波在中传输时的各种特性.本文试图通过建立仿真模型,从整个地层的角度上分析含流体饱和孔隙介质地层的弹性波传播特性.　　本文首先从孔隙介质地层的信道特性着手,分别对弹性波在孔隙介质固体骨架和流体界面之间反射、透射和折射进行了分析,并研究了孔隙介质信道的传播衰减、频散和群速度,从而为从整个地层的角度分析弹性波的传播提供了理论基础.　　之后通过研究孔隙介质弹性波传播理论,推导了孔隙介质中应力与应变、应变与位移以及应力与位移的关系,重点从理论上分析了孔隙介质物性系数之间的关系和固体骨架的特性对弹性波传播的影响,并且研究了弹性波在孔隙介质中传播的波导效应.　　最后基于完全匹配层(PML)吸收边界条件模拟弹性波在无限地层中的传播,利用COMSOLMultiphysics多物理场建模与仿真软件,在改进BISQ理论模型的基础上建立了含流体饱和孔隙介质地层的三维仿真模型,分析了含有不同孔隙度、固体骨架渗透率和流体粘滞性的流体饱和孔隙介质对弹性波传播的影响,并对波导效应在孔隙介质中产生的影响进行了对比分析.　　本文的研究有利于将弹性波作为地层结构探测的主要实现手段,对煤田勘探、地震探测等有一定的指导意义,为地层勘探领域进一步发展能够做出一定贡献.

目录

声明

变量注释表

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 研究目的和意义

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 现有理论的不足

1.5 论文主要研究内容

2 孔隙介质弹性波信道特性分析

2.1 弹性波基本理论

2.1.1 弹性波在均匀介质中的波动方程

2.1.2 弹性波传播的基本原理

2.2孔隙介质的信道特性

2.2.1 弹性波在孔隙介质中的反射、透射和折射

2.2.2 弹性波在孔隙介质中的传播衰减

2.2.3 弹性波在孔隙介质中的频散

2.2.4 弹性波在孔隙介质中的群速度

2.3 本章小结

3 孔隙介质理论

3.1 孔隙介质基本理论

3.1.1 应力—应变的关系

3.1.2 应变—位移的关系

3.1.3 应力—位移的关系

3.1.4 孔隙介质弹性波波动方程

3.2 孔隙介质的物性参数

3.2.1 孔隙介质的弹性系数

3.2.2 孔隙介质的质量系数

3.2.3 孔隙介质的耦合衰减系数

3.2.4 孔隙介质的流体压力

3.3 改进的BISQ理论模型

3.3.1 BISQ模型前提假设

3.3.2 BISQ模型弹性波波动方程

3.3.3 改进的BISQ理论模型

3.4 含孔隙介质地层的波导效应研究

3.5 本章小结

4 含流体饱和孔隙介质地层中弹性波传播特性仿真分析

4.1 完全匹配层（PML）吸收边界条件

4.2 COMSOL三维仿真模型

4.3 基于改进BISQ模型的弹性波传播特性分析

4.3.1 孔隙度对弹性波波速和衰减的影响

4.3.2 固体骨架的渗透率对弹性波波速和衰减的影响

4.3.3 流体粘滞性对弹性波波速和衰减的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

学位论文数据集