裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟.pdf

《裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第33卷第3期地震地质Vo1．33．NO．32011年9月SEISM0L0GYANDGE0L0GYSept．，2011裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟蔡晓刚(中国地震局地壳应力研究所，北京100085)摘要理论、观测和实验均证实，在地壳和上地幔存在对应力变化敏感的直立裂隙，在整体上呈现方位各向异性。在Hudson裂隙理论基础上，系统全面地数值模拟了裂隙介质几何、物性和弹性波频率等参数对各向异性衰减的影响。结果显示，裂隙密度、裂隙纵横比、泊松比、裂缝填充物、弹性波频率和未破裂岩石母体纵横波速度等对各向异性衰减有着显著影响，尤其是频率对衰减曲线的影响最大。各向异性衰减的数值模

2、拟有助于了解裂隙参数对各向异性衰减的影响，此外，对物理实验的模拟是一个有益的补充。关键词等效介质理论裂隙密度各向异性衰减品质因子中图分类号：P315．31文献标识码：A文章编号：0253—4967(2011)03—0693—130引言近30年来，各向异性衰减的研究越来越多(Hudson，1981；Crampin，1993；Chapmaneta1．，2006；Liueta1．，2007；蔡晓刚，2009；蔡晓刚等，2009，2011)。地震波各向异性并不只意味着速度上的各向异性，而且还有衰减上的各向异性，亦即不同方向上地震波的品质因子不同，这一点可以由物理实验来证实(刘斌等，1

3、998；史等，2005；赵群等，2006)。对于各向异性衰减机理，Crampin(1991)总结了4种原因：1)裂隙或者孔隙面的散射；2)部分饱和的裂隙中含有气泡；3)完全饱和的裂隙中存在液体的流动；4)在薄裂隙内以及沿着颗粒边界的摩擦。不管是什么原因造成了衰减各向异性，有一点是共同的，那就是裂隙或者孔隙对于衰减的影响不可忽略。在上地壳中存在着大量的构造裂隙(Crampin，1991)，这些裂隙一般不是随机分布的，往往是定向排列的。在长波长的条件下，裂隙的定向排列整体上表现出方位各向异性特征。在勘探界很关注裂隙中液体流动情况，并注意区分小裂隙和大裂缝(Liueta1．，200

4、7)，而各向异性衰减也许能提供这方面的信息，因此研究各向异性衰减具有重要意义。一般而言，各向异性衰减的研究主要有两个方面(Chapmaneta1．，2006；Liueta1．，2007)，一是通过物理实验来模拟不同裂隙参数、物性参数和频率等对衰减的影响，关于这方面的研究国内有许多重要成果(刘斌等，1998；李亚林等，1999；史捋等，2005；赵群等，2006)；二是从数值定量计算去研究各向异性衰减。在这方面做出重要贡献的是Hudson和Crampin。Hudson(1981)推导出由于裂隙的散射造[收稿日期]2011—04—02收稿，2011—07—01改回。[基金项目]中

5、国地震局地壳应力研究所基本科研业务专项(ZDJ20101、ZDJ200911)和国家自然科学基金(41104026)共同资助。694地震地质成的各向异性衰减解析表达式。Crampin(1984，1991)从复数弹性常数出发，结合扰动理论，提出了弱各向异性对称平面上衰减解析表达式。这两种方法得到的结果基本一致，只是在计算横波时有细微偏差。在国内，桂先志等(2004)基于Hudson(1981)研究了qP波的衰减各向异性，然而尚未见到全面讨论裂隙参数对各向异性衰减影响的研究成果。受Crampin(1993)工作的启发，本文在Hudson(1981)裂隙衰减解析表达式的基础上，详细

6、讨论了不同裂隙几何参数、物性参数和频率等对于3类体波各向异性衰减的影响。结果显示，裂隙密度、裂隙纵横比、泊松比、裂缝填充物、频率和未破裂岩石母体纵横波速度等对各向异性衰减有着显著影响，尤其是频率对衰减曲线的影响最大。上述模拟一方面有助于我们从数值上去了解裂隙参数各向异性衰减的影响，另外一方面对物理实验的模拟是一个有益的补充。1各向异性衰减解析表达式Hudson(1981)和Crampin(1984)给出了平行排列的裂隙衰减系数1／Q随着角度变化的解析表达式QqP㈩()(n2叫(-zsi叫)(1)1／Q(()(警)(s20+Ysin220)(2)1／Q椰(()(s0(3)3期蔡

7、晓刚：裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟6952．1．2结果图1给出了干裂隙的裂隙密度对各向异性衰减的影响。图中显示，在某一固定裂隙密度下，qP和qSR波的衰减系数在0。一90。范围内均随0的增大而减小，而qSP波则是先增大后减小。在0。～90。范围内，qP波与qSR波的最大值都在0。时，而qSP波最大衰减系数值在45。附近。此外，随着干裂隙密度的增加，各向异性衰减系数整体上是增加的，根据1／Q=AE／21vE的物理意义，1／Q越大，说明在一个周期内能量耗散越大。对干裂隙而言，纵波的变化比横波的变化明