潜山面地震记录数值模拟及其波场特征分析.pdf

收稿日期“ “ 作者简介杜正聪 6 7 5 ; A0 8 B; 6 ; 6 CDE F 6 0 1 0 C AB7 5 GG G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G . “ 文章编号 ’ ’ H 6称这种介质为 扩 容各向异性 U ; 1 7 7 6 F A7 6 ; 0 5 0 S A ,介 质即J K L介质P “ Q.下面-我们对给定潜山面J K L 介质中的地质模型进行数值模拟-分析地震波的动 力学特征对裂缝介质的敏感性-以确定裂缝检测所 需的被检参数和检验实际检测结果正确与否所需 的评价参数-为建立裂缝检测方法建立理论基础. V 基本原理 V . V W X Y介质中的弹性波动方程 在J K L介质中-设裂隙面 波动方程与差分方程 在研究裂隙介质中波传播规律时/一般假设裂 隙是在均匀各向同性介质的背景上形成的/因此/ 我们以均匀各向同性介质中的弹性波动方程为基 础/同时考虑在均匀各向同性背景上产生垂直平行 排列的裂隙时/介质的密度和弹性常数发生变化/ 进而形成散射波场6二维的均匀各向同性介质中波 动方程为 2 ’ . * A 6 ’ 为了提高数值模拟的精度/在数值计算中/使 用高阶有限差分/将式 ’给出的波动方程/表示成 高阶差分方程/定义 3 40 B 3 / . 4CB . / * 4D B * / B 3 为时间采样间隔/ B .和B *为.方向和*方向的空 间采样/即网格间距/计算中取B . 4B * 4B 6 时间导数项采用二阶中心差分来逼近 3 4 3B 3 ’E 3 ’ 3EB 3 ’ B 3 F B 3 ’ 6 ’ 空间导数项应用G 7 H I J K级数展开来构造/对 于函数以.为变量以*为变量有相同的结果’ / 展开后化简得如下表达式 .L B . ’E .EL B . ’4 M N D 40 L B . ’ D E0 DE0 ’ O D E0 ’ . ’ / 模拟结果 设立两个地质模型6应用波动方程进行数值模 拟其地面地震记录/在此基础上分析其波场特征6 模型0 图0 7 ’ U二层介质/水平界面6第一层为 泥岩/速度W 049 9 9XY Z V 密度 2 4- 9 9[ \ Y X / 各向同性6第二层为碳酸盐岩/顶部距原点 9 9X 存在一组裂缝/缝宽0X/缝距0 ]X/裂缝条数为 /裂缝带总长0 , 9X/充填物为气体/围岩速度W 4-, 9 9XY Z V密度2 4 9 9[ \ Y X / 各向同性6 模型 图0 1 ’ U二层介质/水平界面6第一层为 泥岩/速度W 049 9 9XY Z / 密度 2 4- 9 9[ \ Y X / 各向同性6第二层为碳酸盐岩/顶部距原点 9 9X 存在一组裂缝/缝宽0X/缝距 . , . / 6 0 , * 6 /2 - 10 . 4* . , 312 3 0 5 4 . * 0 . , 4 图正演记录的中心频率特征含气体 ’ 0 4 6 , . 5 - , 0 . , 312 3 0 5 4 . * 0 . , 4 从图 89工作出发可以看出B C 山面下裂缝中无论是被气体还是流体充 填“其地震波场特征都为高频率D弱振幅因此“可 认为高频率D弱振幅是潜山面含裂缝的标志 . , . / 6 0 , * 6 /2 - 10 . 4 * . , 312 3 0 5 4 5 3 0 . , 4 图9正演记录的中心频率特征含液体 ’ 9 ; . , . / 6 0 , * 6 /2 - / 0 4 6 , . 5 - , 0 . , 312 3 0 5 4 5 3 0 . , 4 的敏感性大得多成都理工大学贺振华教授领导的 科研小组通过实验对岩样的物性测定“其结果表 明“裂缝密度裂缝张开度对 G波速度的影响不 超过E HI E J而通过本次地震波场特征分析表明B 振幅的变化率可达9 E H以上“频率的变化率可达 K H左右“都大于其速度的变化即地震波的动力 学特征对裂缝的敏感性大于其运动学特征对裂缝 的敏感性“特别是振幅因此“用动力学特征检测裂 缝比其用运动学特征来检测裂缝好 裂缝的密度越大“振幅越小“而频率不如 此而且频率对裂缝的敏感性不如振幅大“因此“在 其动力学特征中“用振幅来检测裂缝比其用频率来 检测裂缝好 在上述波场特征分析基础上“可以确立主 要以振幅“其次是频率的地震波动力学特征作为裂 缝检测的被检参数和均方根振幅和中心频率作为 检验检测结果正确与否的评价参数 L 结论 C 潜山面下裂缝中含液体比其含气体时的地 震波场复杂得多“而且影响深度也大得多 9 ABC 9 D E 8 C E D F G HD G AID J 9 5 K 9 E A L M D D F 9 ; F 0G D E N ; ; O P C 9 AQ E E 8 C O D 9 / R S M 9 G H 5 G H “Q.S M 9 G 5 M C D “Q.T 5 U M G H “V RW S M 5 X D G 2 / 9 Y D F 9 G F O W G O D F G. G H G 9 9 G HD G AV 9 Y M N ; ; “L M 9 G H A CRG J 9 ; F N O 8 9 G 9D G AZ 9 M G E H N “L M 9 G H A C “8 M C D G, ’ 4 4 7 * “L M G D [ \ ] _ ‘ a Z M 9; 9 ; A H F D E ; C E D F GD G AF M 9bD J 9O 9 E A O . / 0 9 A C O F M 9c C 9 AM E E ; C O D 9b9 9 D G D E N U 9 A Z M 9 9 ; C E F; M b;F M D FF M 9A N G D D E M D D F 9 ; F O; 9 ; bD J 9D G AF M 9D Y E F C A 9D 9 9 ; 9 G ; F J 9F O D F C 9F M D Gd G 9 F M D D F 9 ; F D G AO 9 e C 9 G N 8 F M 9A N G D D E M D D F 9 ; F ;c 9 F F 9 F M D G d G 9 F M D D F 9 ; F GA 9 F 9 F G HO D F C 9 Z M 9 9 O 9 F M 9 A N G D D E M D D F 9 ; F 2D Y E F C A 9 D G AO 9 e C 9 G N D Gc 9C ; 9 AD ; D A 9 F 9 F 9 AY D D 9 F 9 O O D F C 9 A 9 F 9 F G f0G AF M 9 D Y E F C A 9 O 9 D G; e C D 9 F D G A 9 G F D E O 9 e C 9 G N D Gc 9C ; 9 AD ; 9 J D E C D F GY D D 9 F 9 ; “bM MM D ; E D ADF M 9 9 F D E O C G A D F GO D F C 9A 9 F 9 F G gh ij k _ l ] O D F C 9 A9 A C fO G F 9A O O 9 9 G 9 fG C 9 D E ; C E D F G H fbD J 9 5 O 9 E A M D D F 9 ; F 2责任编辑 李成俊 *’ 中国矿业大学学报第- 卷 万方数据