饱和多孔层状介质弹性波衰减频散的应力依赖性  

Stress dependence of elastic wave dispersion and attenuation in fluid-saturated porous layered media

作　　者：陈阜斌 宗兆云[1,2] 印兴耀 Alexey STOVAS[4] Chen F;Zong Z;Yin X;Stovas A

机构地区：[1]中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室,青岛266580 [2]崂山实验室,青岛266580 [3]Centre for Exploration Geophysics,Curtin University,GPO Box U1987,Perth,WA 6845,Australia [4]Department of Geoscience and Petroleum,Norwegian University of Science and Technology(NTNU),Trondheim 7031,Norway

出　　处：《中国科学：地球科学》2023年第11期2669-2681,共13页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:42174139、41974119、42030103);崂山实验室科技创新项目(编号:LSKJ202203406);中国国家留学基金委项目(编号:202206450050);中国石油大学(华东)研究生创新基金项目(编号:23CX04003A)资助。

摘　　要：地球内部大量地层具有饱和多孔层状(fluid-saturated porous layered,FSPL)结构,其整体力学性质、微观孔隙结构及内部弹性波传播特征与初始地应力作用密切相关.然而,当前研究仍未提出有效岩石物理与地震波传播理论以表征初始应力对FSPL介质中波传播的影响.根据孔隙声弹理论与各向异性弹性理论,本研究提出了考虑初始应力作用的FSPL介质弹性波波动方程.方程包含了Biot宏观波致流导致的弹性波能量衰减与耗散,以解释弹性波频散衰减特征.Thomsen弹性各向异性参数用来表征介质层状骨架的各向异性强度.对波动方程开展平面波分析,推导出了快、慢纵波以及两类横波的速度表达式.模拟结果显示,弹性各向异性参数可以显著影响速度的应力依赖性,垂向孔隙迂曲度与渗透率对快、慢纵波的速度以及对应的衰减峰具有明显作用,但是对横波速度及衰减影响甚微.当FSPL介质受到水平单轴应力作用时,两个横波速度数值出现差异,与水平应力方向一致的横波速度较大.该现象表明水平应力诱发了除水平层理外额外的骨架各向异性.另外,理论预测的岩石速度与实验数据具有较好的一致性.本研究提出的波传播方程与模拟结果有助于更好理解深层高压层状介质中地震波传播特征,为深层页岩岩石物理、油气勘探以及地应力预测研究提供了新的理论认识.

关 键 词：饱和多孔层状(FSPL)介质 初始应力作用 孔隙声弹理论 波动方程 频散衰减 

分 类 号：P631.4[天文地球—地质矿产勘探]