孔隙介质中地震波场数值模拟研究

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随着石油勘探技术的不断发展,人们对地球介质有了更加深入的认识,然后由于地下储层结果的多变以及地质开发勘探要求的不断提高,原本建立在均匀纯固体基础上的波动理论以及岩石弹性理论,现已无法逼真的描述地震波在油气储层等复杂介质中的传播现象。为此,本文从实际地质等效结构模型出发,研究地震波在含流体孔隙介质中的传播规律,了解地震波在孔隙底层中的传播机制与流体含量的关系,从而为油气储层开发预测识别奠定基础。  为了讨论地下孔隙流体的响应特征,了解真实的地质结构,本文首先根据流体孔隙介质的经典Biot理论,推导了二维各向同性弹性和各项异性粘弹性孔隙介质波动方程,利用改进的基于声波方程的交错网络高阶有限差分法取代传统的矩形网络有限差分法对地震波场进行数值模拟。通过时间和空间上相互交错查分的方式解决了高阶微分以及混合偏导的问题,同时分析了交错网格差分法的稳定性问题,并建立PML完全匹配层网格差分格式对人工边界反射进行吸收处理。其次本文对孔隙介质中与流体的相关的几个弹性参数(孔隙度、渗透率、粘滞性)进行了幅值和速度的谈论,研究其与弹性各类波之间的关系以及它们对地震波传播规律地影响。最后本文从各向同性孔隙介质弹性波方程出发,建立孔隙介质中波传到分界面处满足的反射及投射系数方程,研究地震波传播在介质分界面处满足的能量分配规律。  本文主要对各向同性弹性孔隙介质以及各向异性粘弹性孔隙介质的水平单层及多层介质模型进行了数值模拟,模拟结果表明,交错网格有限差分法能够有效实现对孔隙介质结构中地震波的波场模拟,具有高稳定性,高精度以及有效吸收边界有效实现对孔隙介质结构中地震波的波场模拟,具有高稳定性,高精度以及有效吸收边界并削弱频散的特点。同时研究表明,孔隙介质中表征流体特征的孔隙度,渗透率等物性参数对介质中地震各类波的传播也有着不同程度的影响。
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