饱和多孔层状介质弹性波衰减频散的应力依赖性
摘要
地球内部大量地层具有饱和多孔层状(fluid-saturated porous layered, FSPL)结构, 其整体力学性质、微观孔隙结构及内部弹性波传播特征与初始地应力作用密切相关. 然而, 当前研究仍未提出有效岩石物理与地震波传播理论以表征初始应力对FSPL介质中波传播的影响. 根据孔隙声弹理论与各向异性弹性理论, 本研究提出了考虑初始应力作用的FSPL介质弹性波波动方程. 方程包含了Biot宏观波致流导致的弹性波能量衰减与耗散, 以解释弹性波频散衰减特征. Thomsen弹性各向异性参数用来表征介质层状骨架的各向异性强度. 对波动方程开展平面波分析, 推导出了快、慢纵波以及两类横波的速度表达式. 模拟结果显示, 弹性各向异性参数可以显著影响速度的应力依赖性, 垂向孔隙迂曲度与渗透率对快、慢纵波的速度以及对应的衰减峰具有明显作用, 但是对横波速度及衰减影响甚微. 当FSPL介质受到水平单轴应力作用时, 两个横波速度数值出现差异, 与水平应力方向一致的横波速度较大. 该现象表明水平应力诱发了除水平层理外额外的骨架各向异性. 另外, 理论预测的岩石速度与实验数据具有较好的一致性. 本研究提出的波传播方程与模拟结果有助于更好理解深层高压层状介质中地震波传播特征, 为深层页岩岩石物理、油气勘探以及地应力预测研究提供了新的理论认识.
引用本文（GB/T 7714）
阜斌 陈, 兆云 宗, 兴耀 印, 等. 饱和多孔层状介质弹性波衰减频散的应力依赖性[J]. SCIENTIA SINICA Terrae, 2023.
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