《含流體孔隙介質中勒夫面波衰減特性及其表征方法研究》是依託武漢大學，由張煜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含流體孔隙介質中勒夫面波衰減特性及其表征方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張煜
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地震波的衰減特性對地下介質的變化較波速敏感，反映了地下介質的動力學特徵，是目前地震探測方法關注的熱點問題。本課題擬針對近地表普遍含流體的水文地質特徵，利用可較好預測體波在地震觀測頻帶內衰減特性的提升Biot多相含流體孔隙介質模型，結合含流體的邊界條件，通過理論分析、數值模擬和岩石物理實驗，研究勒夫面波在斑塊飽和（PS）、雙孔隙（DP）和多相飽和（MS）模型中的衰減特性及其與剪下波傳播的內在聯繫；並探討在實際觀測的條件下，用粘彈性等效描述面波衰減特性的理論、方法、條件以及相應的精度；在此基礎上進一步給出定量的等效表征模型對近地表剪下波速度和衰減時間頻率回響特徵的約束條件。研究成果將為建立顧及衰減物理機制的面波動力學方法提供理論支撐和線索，推動地震探測技術的發展。
結題摘要
本課題主要分析了在含流體孔隙介質模型中面波傳播的衰減機制和等效表征方法，並依此開發了孔隙介質中面波的正演算法。針對典型淺地表介質參數，利用Biot模型、提升Biot模型中面波的波形、頻散分析，得到以下主要結論：1）半空間流體飽和孔隙介質受剪下震源激發時，SH波不受多種流體自由表面邊界的影響，勒夫波不受流體跨界面行為擾動；而PSV平面內的地震波，特別是R1波受其影響明顯。自由表面不滲透時甚至會激發R2波沿表面傳播。2）震源觸發時的速度明顯影響面波的時頻回響。指向接收點的徑向速度，會產生Doppler效應發生頻移。橫向速度類似剪下觸發，造成面波波形的扭曲和拖尾。總體上，這種效應在低頻段更明顯。3）在含有多種流體的提升Biot模型中，地震頻帶內P波的傳播受中觀流機制的影響，但是S波在非各向異性孔隙時受此機制的影響較小。說明勒夫面波受此機制的影響較小，但是R1波則受其控制，特別是低頻的P波衰減控制，反演時需要注意。4）低於孔隙介質的特徵頻率時，通過單一Zener單元的擬合孔隙介質中快體波，等效粘彈性模型可以較好地表征含流體孔隙介質中的勒夫波和R1波的傳播特徵，特別是時域的波形特徵。提升Biot模型中，慢波的效應更多體現在衰減上，這種等效表征模型亦有效。但這種等效模型還不能精確表征流體壓力的回響。5）建立針對孔隙流體自由邊界的應力鏡像和廣義聲學彈性邊界，格線內體波保持穩定，自由界面上面波波長包含10個格線，套用有限差分法可以穩定精確的模擬孔隙介質中的面波的波形和頻散。針對粘彈性表征模型，開發譜元法正演算法，並匹配相應的完全匹配層（PML）。數值實驗表明，在高Poisson比時，C-PML可以滿足長時間模擬的要求，而強各向異性時，需要使用M-PML。
