多相介質理論

多相介質理論是指研究由固相介質和流相介質共同組成地下介質的理論。

基本介紹

• 中文名：多相介質理論
• 外文名：multi-phase media theory
• 學科：地震勘探
• 全拼：duoxiang jiezhi lilun

簡介

研究由固相介質和流相介質共同組成地下介質的理論，其中，固相是指組成地下岩石的骨架顆粒，流相是指充填於岩石孔隙中的流體（包括氣體和液體）。當地下介質由固相和液相或固相和氣相兩種相態的物質組成時又稱為雙相介質。

相關理論

有關多相介質的理論主要包括Gassmann理論，Biot理論，噴射流理論和BISQ理論。

Gassmann理論

假設

假設孔隙流體和孔隙壁接觸很好，孔隙流體和孔隙壁之間沒有相對運動，將孔隙流體和岩石骨架作為一個整體來處理，並得到一些等效的彈性參數。

Gassmann模型機理分析

假設:

(1)岩石(固體和骨架)巨觀上是均勻的;

(2)所有的孔隙是相互連通的;

(3)孔隙中填充的流體(液體、氣體和混合物)無摩擦效應;

(4)岩石-流體組成的系統是封閉的;

(5)孔隙流體和固體間不相互作用。

基於這些條件,Gassmann導出了流體飽和多孔介質的彈性模量與岩石骨架模量、孔隙及流體模量之間的關係。

Biot理論

起源

Biot固結理論是Biot於1941年初次基於嚴格固結機理推導的能精確反映孔隙壓力磨滅和土骨架變形之間耦合感化的真三維固結理論。

假設

假設岩石孔隙內的流體完全飽和，在受到外力作用時，流體質點與固體質點之間存在相對位移，並認為孔隙流體和固體介質之間的相對運動是彈性波在孔隙介質中傳播發生衰減的重要原因。Biot理論考慮到了流體的黏滯係數和岩石骨架的滲透率，證實了在雙相介質中存在兩種縱波，即快縱波（第一類縱波）和慢縱波（第二類縱波）。其中快縱波為同相波，其性質與單相介質中的縱波相當；慢縱波為反相波，能量衰減十分快，類似於擴散現象或熱傳導現象，因此在實際中很難觀測到。

噴射流（squirt flow）理論

假設

是基於單個孔隙中流體流動的機理建立的。它假設岩石孔隙內的流體是部分飽和的，當彈性波在孔隙中傳播時，孔隙發生形變，致使細小孔隙中流體被擠出而流向鄰近較大孔隙中，形成“噴射”流動。噴射流理論側重於從微觀上解決雙相介質中地震波的傳播規律，因此，套用該理論需要知道很多岩石的結構信息。

BISQ（Biot-Squirt）理論

假設

假設岩石形變只沿著波傳播方向，而流體的流動既可平行於波傳播方向（Biot流動），也可垂直於波的傳播方向（Squirt流動），因此引入了一個特徵噴射流動長度參數。這個參數不依賴於頻率、流體的黏滯性和可壓縮性，可通過實驗測定。BISQ理論反映了流體的兩種不同流動形式和流體特性對波速、衰減和頻散的影響規律。

影響因素

BISQ 模型的慢縱波在低頻區域的衰減隨頻率降低急劇 增大，且隨噴射流長度的減小而增加；速度的頻散減弱，速度的低頻極限不是零，隨噴射流 長度的減小而增加。

相關書籍

《多相空隙介質理論及其套用》基於連續統物理中的混合物理論，詳細地討論了飽和、非飽和彈性多孔介質的非線性本構方程和場方程，線性本構方程和場方程，飽和、非飽和多孔彈性半空間動力問題及邊介元方法，非飽和土的固結問題，飽和、非飽和多孔彈性介質（土）地基與基礎的動力相互作用問題以及相應數值計算結果。本書可作為高等院校力學、土木工程和化工等專業的研究生教學參考用書，也可供相關學科科技人員參考。