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摘要

摘要

基于虚拟扩孔模型分层孔隙介质弹性波折反射与SH波特性研究

认识和理解流体饱和孔隙介质中弹性波的传播规律和特点对地震勘探，土壤

工程，岩石物理等领域都有着非常重要的意义，因此相关研究也受到该领域许多

研究者的关注。弹性波的传播特性会受到很多因素的影响，其中由于介质的润湿

效应，在孔隙流体和固体之间，滑移是普遍的存在。本文采用考虑滑移的虚拟扩

孔(VirtuallyEnlargedPore)声学模型，研究滑移对流体与流体饱和孔隙介质界面

上的弹性波折反射和SH波的频散和衰减的影响。

首先，本文基于虚拟扩孔模型(简称VEP模型)，研究了考虑滑移的流体饱

和孔隙介质中弹性波的传播特性。滑移的大小用滑移长度表征，将含有滑移长度

′

的粘滞修正因子()带入Biot位移场方程，得到两类纵波和一类横波满足的波

动方程。计算考察了弹性波速度和衰减随滑移长度的变化。结果表明，高频范围

内滑移会影响弹性波传播特性，随着滑移长度的增加，快纵波和横波的速度和衰

减增大。慢纵波的速度随滑移长度的增加而增大，但滑移长度对衰减的影响较小。

其次，采用VEP模型研究了流体与流体饱和孔隙介质界面上弹性波折反射

的特点。对基本场量进行亥姆霍兹分解，通过引入势函数的方法得到用势函数表

示的声场基本量的表达式，结合边界条件得出弹性波的能量折反射系数。考察滑

移长度不同时，能量折反射系数随入射角的变化。考察了顾及滑移效应后弹性波

折反射系数对静态渗透率和孔隙流体粘滞系数的敏感性。结果表明，滑移长度影

响弹性波的能量折射和反射系数，并且提高了弹性波能量折反射系数对静态渗透

率和孔隙流体粘滞系数的敏感性。

最后，采用VEP模型研究流体饱和孔隙层状介质中SH波及Love波的传播

特性。从含有滑移长度的SH波的波动方程出发，引入势函数，结合边界条件求

解得到SH波频散方程，给出SH导波速度频散的直观解析表达式。考察了不同

滑移长度下的速度频散曲线和衰减曲线的变化特点。在一定的频率范围内SH波

的速度随滑移长度的增加而增大。SH波的衰减在每一阶的截止频率附近随滑移

长度的增大而增大，在高频区域滑移长度增大衰减减小。流体饱和孔隙介质与弹

性板界面处Love波的衰减随着滑移长度的增大而增加，Love波速度频散随滑移

I

摘要

长度变化不明显。

本文的研究结果对深入理解流体饱和孔隙介质中弹性波的传播规律和特点具

有一定的科学意义和参考价值。

关键词：

虚拟扩孔模型，孔隙介质，弹性波，折反射，SH波，频散,衰减，Biot模型

Ⅱ

Abstract

Abstract

ReflectionandrefractionofelasticwaveandSHwaveinlayered

porousmediabasedonvirtuallyenlargedporeacousticmodel

Understandingthepropagationlawsandcharacteristicsofelasticwavesin

fluid-saturatedporousmediaisofgreatimportancetothefieldsofseismicexploration,

soilengineering,andpetrophysics,andthereforerelatedresearchhasreceivedthe

attentionofmanyresearchersinthisfi