搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

王丁 张美根

引用本文:
Citation:

各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

王丁, 张美根

Elastic wave propagation characteristics under anisotropic squirt-flow condition

Wang Ding, Zhang Mei-Gen
PDF
导出引用
  • 研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型. 当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度. 此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息. 流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性. 当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖. 裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响. 在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.
    A theoretical model of elastic wave propagation in a cracked porous medium is developed in this paper. When elastic wave propagates through the cracked porous medium, the different physical properties and geometries in different pores structures lead to the fluid pressure gradient in cracks and between cracks and pores. The squirt-flow will take place in two mutually-perpendicular directions, thus, it has anisotropic characteristic. The wave respond contains the crack and background medium permeability information simultaneously. Owing to the fluid dynamic flow process, the effective elastic modulus is complex and frequency-dependent. When the wave frequencies are in high and low limit, the porous medium is elastic. The wave attenuation is obvious and the attenuation is frequency-dependent in the middle frequency region. The anisotropic permeability corresponding to anisotropic characteristic times in the cracked porous medium causes the wave propagation to be affected by the crack connectivity. There appears a second attenuation peak for larger thickness value of crack, meanwhile, and the peak of attenuation is influenced by the thickness value and radius of crack.
    • 基金项目: 国家科技重大专项(批准号:2011ZX05035-002-003HZ)和国家重大仪器设备开发专项(批准号:ZDYZ2012-1-06)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2011ZX05035-002-003HZ) and the National Special Fund for the Development of Major Research Equipment and Instruments of the National Natural Science Fundation of China (Grant No. ZDYZ2012-1-06).
    [1]

    Quintal B 2012 J. Appl. Geophys. 82 119

    [2]

    Gurevich B, Osypov K, Ciz R, Makarynska D 2008 Geophysics 73 E115

    [3]

    Biot M 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 168

    [4]

    Biot M 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 179

    [5]

    Biot M 1962 J. Appl. Phys. 33 1482

    [6]

    Zhao H B, Wang X M, Chen H 2006 Chin. Phys. 15 2819

    [7]

    Mller T M, Gurevich B, Lebedev M 2010 Geophysics 75 A147

    [8]

    Picotti S, Carcione J M, Rubino J M, Santos J E 2007 Geophysics 72 N11

    [9]

    Gurevich B 2002 Geophysics 67 264

    [10]

    White J E 1975 Geophysics 40 224

    [11]

    Crampin S 1984 Geophys. J. Roy. Astr. Soc. 76 135

    [12]

    Dvorkin J, Nur A 1993 Geophysics 58 524

    [13]

    Gassmann F 1951 Viertel. Naturforsch. Ges. Zrich. 96 1

    [14]

    Chapman M 2001 Ph. D. Dissertation (Edinburgh: University of Edinburgh)

    [15]

    Song Y J, Hu H S 2013 Acta Mech. Sin. 45 395 (in Chinese) [宋永佳, 胡恒山 2013 力学学报 45 395]

    [16]

    Cui Z W, Wang K X, Cao Z L, Hu H S 2004 Acta Phys. Sin. 53 3083 (in Chinese) [崔志文, 王克协, 曹正良, 胡恒山 2004 物理学报 53 3083]

    [17]

    Tang X M 2011 Sci. China D: Earth Sci. 41 784 (in Chinese) [唐晓明 2011 中国科学D辑: 地球科学 41 784]

    [18]

    Chapman M 2003 Geophys. Prospect. 51 369

    [19]

    Hudson J A, Liu E R, Crampin S 1996 Geophys. J. Internat. 124 105

    [20]

    Pride S R, Berryman J G 2003 Phys. Rev. E 68 036603

    [21]

    Pride S R, Berryman J G 2003 Phys. Rev. E 68 036604

    [22]

    Gurevich B, Brajanovski M, MllerT M, Galvin R J, Stewart T J 2009 Geophys. Prospect. 57 225

    [23]

    Lambert G, Gurevich B, Brajanovski M 2006 Geophysics 71 N41

    [24]

    Norris A N 1993 J. Acoust. Soc. Am. 94 359

    [25]

    Johnson D L, Koplik J, Dashen R 1987 J. Fluid. Mech. 176 379

    [26]

    Snow D T 1969 Water. Resour. Res. 5 1273

    [27]

    MllerT M, Rothert E 2006 Geophys. Res. Lett. 33 L16305

  • [1]

    Quintal B 2012 J. Appl. Geophys. 82 119

    [2]

    Gurevich B, Osypov K, Ciz R, Makarynska D 2008 Geophysics 73 E115

    [3]

    Biot M 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 168

    [4]

    Biot M 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 179

    [5]

    Biot M 1962 J. Appl. Phys. 33 1482

    [6]

    Zhao H B, Wang X M, Chen H 2006 Chin. Phys. 15 2819

    [7]

    Mller T M, Gurevich B, Lebedev M 2010 Geophysics 75 A147

    [8]

    Picotti S, Carcione J M, Rubino J M, Santos J E 2007 Geophysics 72 N11

    [9]

    Gurevich B 2002 Geophysics 67 264

    [10]

    White J E 1975 Geophysics 40 224

    [11]

    Crampin S 1984 Geophys. J. Roy. Astr. Soc. 76 135

    [12]

    Dvorkin J, Nur A 1993 Geophysics 58 524

    [13]

    Gassmann F 1951 Viertel. Naturforsch. Ges. Zrich. 96 1

    [14]

    Chapman M 2001 Ph. D. Dissertation (Edinburgh: University of Edinburgh)

    [15]

    Song Y J, Hu H S 2013 Acta Mech. Sin. 45 395 (in Chinese) [宋永佳, 胡恒山 2013 力学学报 45 395]

    [16]

    Cui Z W, Wang K X, Cao Z L, Hu H S 2004 Acta Phys. Sin. 53 3083 (in Chinese) [崔志文, 王克协, 曹正良, 胡恒山 2004 物理学报 53 3083]

    [17]

    Tang X M 2011 Sci. China D: Earth Sci. 41 784 (in Chinese) [唐晓明 2011 中国科学D辑: 地球科学 41 784]

    [18]

    Chapman M 2003 Geophys. Prospect. 51 369

    [19]

    Hudson J A, Liu E R, Crampin S 1996 Geophys. J. Internat. 124 105

    [20]

    Pride S R, Berryman J G 2003 Phys. Rev. E 68 036603

    [21]

    Pride S R, Berryman J G 2003 Phys. Rev. E 68 036604

    [22]

    Gurevich B, Brajanovski M, MllerT M, Galvin R J, Stewart T J 2009 Geophys. Prospect. 57 225

    [23]

    Lambert G, Gurevich B, Brajanovski M 2006 Geophysics 71 N41

    [24]

    Norris A N 1993 J. Acoust. Soc. Am. 94 359

    [25]

    Johnson D L, Koplik J, Dashen R 1987 J. Fluid. Mech. 176 379

    [26]

    Snow D T 1969 Water. Resour. Res. 5 1273

    [27]

    MllerT M, Rothert E 2006 Geophys. Res. Lett. 33 L16305

  • [1] 刘高洁, 邵子宇, 娄钦. 多孔介质中含溶解反应的互溶驱替过程格子Boltzmann研究. 物理学报, 2022, 71(5): 054702. doi: 10.7498/aps.71.20211851
    [2] 张高见, 王逸璞. 腔光子-自旋波量子耦合系统中各向异性奇异点的实验研究. 物理学报, 2020, 69(4): 047103. doi: 10.7498/aps.69.20191632
    [3] 乔厚, 何锃, 张恒堃, 彭伟才, 江雯. 二维含多孔介质周期复合结构声传播分析. 物理学报, 2019, 68(12): 128101. doi: 10.7498/aps.68.20190164
    [4] 仇浩淼, 夏唐代, 何绍衡, 陈炜昀. 流体/准饱和多孔介质中伪Scholte波的传播特性. 物理学报, 2018, 67(20): 204302. doi: 10.7498/aps.67.20180853
    [5] 贾宇鹏, 王景甫, 郑坤灿, 张兵, 潘刚, 龚志军, 武文斐. 应用粒子图像测试技术测量球床多孔介质单相流动的流场. 物理学报, 2016, 65(10): 106701. doi: 10.7498/aps.65.106701
    [6] 刘高洁, 郭照立, 施保昌. 多孔介质中流体流动及扩散的耦合格子Boltzmann模型. 物理学报, 2016, 65(1): 014702. doi: 10.7498/aps.65.014702
    [7] 王平, 尹玉真, 沈胜强. 三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214401. doi: 10.7498/aps.63.214401
    [8] 韩庆邦, 徐杉, 谢祖峰, 葛蕤, 王茜, 赵胜永, 朱昌平. Scholte波与含泥沙两相流介质属性关系的分析及仿真验证. 物理学报, 2013, 62(19): 194301. doi: 10.7498/aps.62.194301
    [9] 郑坤灿, 温治, 王占胜, 楼国锋, 刘训良, 武文斐. 前沿领域综述多孔介质强制对流换热研究进展. 物理学报, 2012, 61(1): 014401. doi: 10.7498/aps.61.014401
    [10] 张永伟, 殷春浩, 赵强, 李富强, 朱姗姗, 刘海顺. TiO2电子结构与其双折射性、各向异性关联的理论研究. 物理学报, 2012, 61(2): 027801. doi: 10.7498/aps.61.027801
    [11] 侯小娟, 云国宏, 白宇浩, 白那日苏, 周文平. 量子自旋波本征值及易轴型各向异性对其的影响. 物理学报, 2011, 60(5): 056805. doi: 10.7498/aps.60.056805
    [12] 周建华, 罗海陆, 文双春, 方安乐, 庄彬先. 超常介质中光轴任意取向时电磁波传播的反常现象研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1765-1772. doi: 10.7498/aps.58.1765
    [13] 周建华, 刘虹遥, 罗海陆, 文双春. 各向异性超常材料中倒退波的传播研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7729-7736. doi: 10.7498/aps.57.7729
    [14] 蔡 力, 韩小云, 温熙森. 长波条件下二维声子晶体中的弹性波传播及各向异性. 物理学报, 2008, 57(3): 1746-1752. doi: 10.7498/aps.57.1746
    [15] 杜启振, 刘莲莲, 孙晶波. 各向异性粘弹性孔隙介质地震波场伪谱法正演模拟. 物理学报, 2007, 56(10): 6143-6149. doi: 10.7498/aps.56.6143
    [16] 崔志文, 王克协, 曹正良, 胡恒山. 多孔介质BISQ模型中的慢纵波. 物理学报, 2004, 53(9): 3083-3089. doi: 10.7498/aps.53.3083
    [17] 杜启振, 杨慧珠. 裂缝性地层黏弹性地震多波波动方程. 物理学报, 2004, 53(8): 2801-2806. doi: 10.7498/aps.53.2801
    [18] 杜启振. 各向异性黏弹性介质伪谱法波场模拟. 物理学报, 2004, 53(12): 4428-4434. doi: 10.7498/aps.53.4428
    [19] 庄飞, 何赛灵, 何江平, 冯尚申. 大带隙的二维各向异性椭圆介质柱光子晶体. 物理学报, 2002, 51(2): 355-361. doi: 10.7498/aps.51.355
    [20] 杜启振, 杨慧珠. 线性黏弹性各向异性介质速度频散和衰减特征研究. 物理学报, 2002, 51(9): 2101-2108. doi: 10.7498/aps.51.2101
计量
  • 文章访问数:  3049
  • PDF下载量:  755
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-21
  • 修回日期:  2013-12-16
  • 刊出日期:  2014-03-05

各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

  • 1. 中国科学院地质与地球物理研究所, 油气资源研究重点实验室, 北京 100029;
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049
    基金项目: 国家科技重大专项(批准号:2011ZX05035-002-003HZ)和国家重大仪器设备开发专项(批准号:ZDYZ2012-1-06)资助的课题.

摘要: 研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型. 当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度. 此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息. 流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性. 当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖. 裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响. 在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.

English Abstract

参考文献 (27)

目录

    /

    返回文章
    返回